大众速腾轿车离合器设计Word下载.docx
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I
Abstract
II
第1章绪
论·
1
1.1
研究现状·
1.2
离合器结构和工作原理·
1.3
设计内容·
2
第2章离合器结构的设计·
3
2.1
设计参数和结构要求·
2.2
摩擦片的选择·
2.3
压盘的选择方式·
2.4
压紧弹簧的选择与布置·
2.5
分离轴承的选择形式·
4
2.6
离合器通风散热的解决措施
5
2.7
本章小结·
6
第3章离合器基本结构参数的计算和确定
7
3.1
摩擦片内径、外径的确定
错误！
未定义书签。
3.2
摩擦片上单位压力的确定
3.3
离合器后备系数的确定·
3.4
第4章离合器从动盘总成的设计
4.1
从动盘的结构·
4.2
从动盘设计·
4.2.1从动片的选择·
4.2.2
摩擦片的材料的确定·
4.2.3
从动盘毂的设计·
4.3
减震弹簧的设计·
4.4
第5章离合器膜片弹簧·
5.1
膜片弹簧的结构·
5.2
膜片弹簧的弹性变形特性
5.3
膜片弹簧的参数尺寸确定
5.3.1
R和R/R的选取·
5.3.2
膜片弹簧起始圆锥底角
5.3.3
分离指数目、切槽宽、窗孔槽宽、及半径
5.3.4
H/H的比值选取·
5.3.5
压盘加载点半径和支撑环加载点半径的确定
5.4
膜片弹簧的计算·
5.5
9
第6章离合器盖总成的设计·
6.1
压盘尺寸的确定·
6.2
压盘的传力方式的确定·
10
6.3
压盘和传力片的材料选择
6.4
离合器盖的设计·
11
6.5
第7章分离装置和操纵机构的设计·
12
7.1
分离套筒和分离轴承的设计
7.2
操纵机构的机构形式·
13
7.3
操纵机构的设计计算·
7.4
14
结论·
参考文献·
15
致谢·
16
附录·
17
第1章绪论
1.1研究现状
现代各类汽车上应用的最广泛的离合器是干式盘形摩擦离合器，可按从动盘数目不同、压紧弹簧布置形式不痛、压紧弹簧结构形式不同和分离时作用力方向不同分为很多种。
按作用力方向可分为推式和拉式。
其次，由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀。
另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性，故能在从动盘摩擦片磨损后，弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩，而不致产生滑离。
离合器分离时，使离合器踏板操纵轻便，减轻驾驶员的劳动强度。
此外，因膜片弹簧是一种对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很少，而周布置弹离合器在高速时，因受离心力作用会产生横向挠曲，弹簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力，从而引起离合器传递转矩能力下降。
所以膜片弹簧离合器在技术上比较先进，经济性合理，同时其性能良好，使用可靠性高、寿命长，结构简单紧凑，操作轻便，在保证可靠地传递发动机最大扭矩的前提下有很大的优点。
早期的离合器结构尺寸大，从动部分转动惯量大，引起变速器换档困难，而且这种离合器在结合时也不够柔和，容易卡住，散热性差，操纵也不方便，平衡性能也欠佳。
本次设计的目的是克服上述困难，使离合器的尺寸减小，便于安装盒布置；
减小从动部分的转动惯量，保证换挡容易，使用起来效果更好，而且具有稳定性好、操纵方便等优点。
膜片弹簧离合器，它的转矩容量大且较稳定，操纵轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。
1.2离合器结构和工作原理
离合器是汽车传动系中直接与发动机相关联的部件，主动部分与从动部分可以暂
时分离，又可逐渐接合，并且在传动过程中还要有可能相对转动，通过主动、从动两
部分的相互作用把发动机的动力扭矩传递给驱动系统，来实现汽车的起步、换挡的功
能。
离合器的作用有三：
一是保证汽车平稳起步，二是保证传动系换挡时工作平稳，
三是防止汽车传动系过载。
目前在汽车离合器中，摩擦式离合器用得最为广泛。
摩擦式离合器按结构分可分
主动部分（包括飞轮、离合器盖和压盘）、从动部分（从动盘总成）、压紧机构（压紧
弹簧）和操纵机构（包括分离叉、分离轴承、分离踏板和传动部件）。
在膜片弹簧离
合器中膜片弹簧有压紧弹簧和分离杠杆的双重作用，所以膜片弹簧离合器的结构设计主要是包括从动盘总成、膜片弹簧和压盘总成三个部分。
（a）（b）（c）
图1.1膜片弹簧离合器工作原理示意图
a—安装前位置；
b—安装后；
c—分离位置
1—飞轮；
2—摩擦片；
3—离合器盖；
4—分离轴承；
5—压盘；
6—膜片弹簧；
7—支撑环
膜片弹簧为碟形，其上开有若干个径向开口，形成若干个弹性杠杠。
弹簧中部有
钢丝支承圈，用铆钉将其安装在离合器盖上。
在离合器盖未固定到飞轮上时，膜片弹
簧处于自由状态，离合器盖与飞轮接合面间有一距离L。
用螺栓将离合器盖固定到
飞轮上时，离合器盖通过后钢丝支承圈把膜片弹簧中部向前移动了一段距离。
由于膜
片弹簧外端位置没有变化，所以膜片弹簧被压缩变形。
膜片弹簧外缘通过压盘把从动
盘压靠在飞轮后端面上，这时离合器为接合状态。
在分离离合器时，分离轴承前移，
膜片弹簧将以前钢丝支承圈为支点，其外缘向后移动，在分离钩的作用下，压盘离开从动盘后移，离合器就变为分离状态了。
1.3设计内容
本设计的目的是减小从动部分的转动惯量，保证换挡容易，使用起来效果更好，
而且具有稳定性好、操纵方便等优点。
膜片弹簧离合器，它的转矩容量大且较稳定，
操纵轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。
本设计就
是设计膜片弹簧离合器，在设计中对各种离合器类型进行分析，确定出结构方案，再
对离合器的各基本参数进行选择计算，设计出各个零件，最终设计出使用于普通轿车
的车用离合器。
第2章离合器结构的设计
设计参数和结构要求
表2.1大众速腾车型的参数
名称
参数
发动机最大功率及转速
74Kw/6000rpm
发动机最大转矩及转速
145N.m/3800rpm
发动机排量
1.6L
最高车速
185km/h
摩擦片的选择
单片离合器因为结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动
惯量小，在使用时能保证分离彻底接合平顺，所以被广泛使用于轿车和中、小型货车，
因此该设计选择单片离合器。
2.3压盘的选择方式
压盘在与离合器盖连接后带动摩擦片转动。
压盘在工作中属于主动传动，在飞轮和离合器盖得带动下传递扭矩。
在不传递扭矩时，应能够与从动盘脱离接触，所以这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由的作轴向移动。
压盘和飞轮的连接方式有很多种，有凸块—窗孔式、传力销式、键式以及弹性传
动片式等，现在一般采用弹性传动片式。
在传动过程中会有摩擦和震动。
压盘应具有
较大的质量，以增大热容量，减小温升，防止其产生裂纹和破碎。
同时压盘还应具有
较大的刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减小受热后的翘曲变形。
以免影
响摩擦片的均匀压紧与离合器的彻底分离。
2.4压紧弹簧的选择与布置
离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。
其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。
膜片弹簧与其
他几类相比又有以下几个优点：
（1）由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大
致不变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。
当离合器分离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力；
（2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；
（3）高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；
而圆柱弹簧压紧力明显下降；
（4）由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均
匀，可提高使用寿命；
（5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长；
（6）平衡性好；
（7）有利于大批量生产，降低制造成本。
但膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材料质量和尺寸精度要求高，其非线性特性在生产中不易控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。
近年来，由于材料性能的提高，制造工艺和设计方法的逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。
因此，我选用膜片弹簧式离合器。
2.5分离轴承的选择形式
分离轴承在工作中主要承受轴向力，在分离离合器时由于分离轴承旋转产生离
心力，形成其径向力。
故离合器的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承两种。
前
者适合于高速低轴向负荷，后者适合于相反情况.常用含润滑油脂的密封止推球轴承;
小型车有时采用含油石墨止推滑动轴承。
分离轴承与膜片弹簧之间有沿圆周方向的滑
磨，当两者旋转中不同心时也伴有径向滑磨。
为了消除因不同心导致的磨损并使分离
轴承与膜片弹簧内端接触均匀，膜片弹簧离合器广泛采用自动调心式分离装置结构原
理如图2.1。
它有旋转轴承，轴承罩，波形片簧如图2.1中2，它由厚约为0.7㎜的
65Mn钢带制成，油淬、模内回火度HRC43～51）及分离套筒组成。
由于轴承与套筒
间都留有足够径向间隙以保证分离轴承相对于分离套筒可以径向移动1mm左右，所
以当膜片相对分离套筒有偏斜时，由于波形片簧能够产生变形，允许分离轴承产生相
对的偏斜，以保证膜片弹簧仍能被均匀的压紧，也防止了膜片弹簧分离指处的异常磨
损并减少了噪音。
另外由于分离指与直径较小的轴承内圈接触，则增大了膜片弹簧的
杠杆比。
分离套筒支撑着分离轴承并位于变速器第一轴轴承盖的轴颈上，可以轴向移动。
分离器结合后，分离轴承与分离杠杆之间一般有3~4mm间隙，以免在摩擦片磨损后
引起压盘压力不足而导致离合器打滑使摩擦片以及分离轴承烧坏。
此间隙使踏板有段
自由行程。
有的轿车采用无此间隙的内圈恒转式结构，用轻微的油压或弹簧力使分离
轴承与杠杆端（多为膜片弹簧）经常贴合，以减轻磨损和减少踏板行程。
本设计采用自动调心分离轴承，其结构如图2.1所述。
图2.1动调心轴承装置
1—分离轴承；
2—波形弹簧；
3—分离轴承罩；
4—分离套筒
2.6离合器通风散热的解决措施
离合器在工作时会产生很高的温度。
在正常使用条件下，离合器的压盘工作表面的温度一般均在180℃以下，随着其温度的升高，摩擦片的磨损将加快。
当压盘工作表面的温度超过200℃时，摩擦片的磨损速度将急剧升高。
同时会降低压盘的传力特
性。
在更高的使用条件下，该温度有可能达到1000℃。
在高温下压盘会翘曲变形甚至产生裂纹和碎裂；
由石棉摩擦材料制成的摩擦片也会烧裂和破坏。
为防止摩擦表面的温度过高，除压盘应具有足够的质量以保证有足够的热容量外，还应使其散热通风良好。
为此，可在压盘上设置散热筋或鼓风筋；
在双片离合器中间压盘体内铸出足够多的导风槽，这种结构措施在单片离合器压盘上也开始应用；
将离合器盖和压盘设计成带有鼓风叶片的结构；
在保证有足够刚度的前提下在离合器盖上开出较多或较大的通风口，以加强离合器表面的通风散热和清除摩擦产生的材料粉末，在离合器壳上设置离合器冷却气流的入口和出口等所谓通风窗，在离合器壳内装设冷却气流的导罩，
以实现对摩擦表面有较强定向气流通过的通风散热等。
为防止压盘的受热翘曲变形，压盘应有足够大的刚度。
鉴于以上对质量和刚度的要求，一般压盘都设计得比较厚，
一般不小于10mm。
2.7本章小结
根据任务书中给定的车型，对离合器的结构进行了布置。
包括对摩擦片、压紧弹
簧、压盘、分离轴承和通风散热结构的设计。
图6.3膜片弹簧弹性特性曲线
（1）膜片弹簧的强度计算
假定膜片弹簧在承载过程中其子午断面刚性地绕此断面上的某中性点
O转动。
断面在O点沿圆周方向的切向应变为零，故该点的切向应力为零，
O点以外的点均存
在切向应变和切向应力。
现选定坐标于子午断面，使坐标原点位于中性点
O。
令X
轴平行于子午断面的上下边，则断面上任意点的切向应力为：
E
x
/2y
（5.3）
t
e
为了分析断面中断向应力的分布规律，将（5.3）式写成Y与X轴的关系式：
Y
tX
et
（5.4）
图6.4切向应力在子午断面的分布
由上式可知，当膜片弹簧变形位置一定时，一定的切向力在X-Y坐标系里呈
线性分布。
当
0时Y（
）X，因为（
）的值很小，我们可以将（
）看成
tg（
），由上式可写成Ytg（
）X。
此式表明，对于一定的零应力分布在中性
点O而与X轴呈（
）角的直线上。
从式
6-4可以看出X=-e时无论取任何值都有
（
）e。
显然，零应力直线为
K点与O点的连线，在零应力直线内侧为压应
力区，外侧为拉应力区，等应力直线离应力直线越远，其应力越高。
有次可知，碟簧
部分内缘B处切向应力最大，A处切向应力最大，分析表明，B点的切应力最大，计
算膜片弹簧的应力只需校核
B处应力就可以了，将
B点的坐标X=（e-r）和Y=h/2带
入（5.5）式有：
er
（e
h
}
（5.5）
tB
2r
{
r）
令d
tB
0可以求出切向压应力达极大值的转角
P
r
d
2e
由于：
R
126
103.5
114.38mm
ln（Rr）
ln（126/103.5）
所以：
0.33，=-2213N/mm2
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