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课程设计离合器设计说明书

佳木斯大学

课程设计说明书

题目:

轻型越野汽车离合器的设计

学生姓名

张金磊

学号

120999406

专业年级

车辆12级

指导教师

姜丽炜

所属学院

机械工程学院

二〇一五年十二月七日

摘要

离合器是汽车机械传动系统中不可或缺的一个部件，离合器的质量直接关系着车辆的动力性、平顺性、经济性等多方面的设计要求。

10T载货汽车在汽车行业中应用广泛，设计出结构简单、工作可靠、造价低廉的离合器，能大大降低整车生产的总成本，推动汽车经济的发展。

膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型汽车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平衡性好。

本文主要是对载重10吨轻型汽车的拉式膜片弹簧离合器进行设计。

根据车辆使用条件和车辆参数，按照离合器系统的设计步骤和要求。

设计主要内容为：

离合器结构方案选择，确定车型及其基本参数；离合器摩擦片基本参数确定以及材料的选择；从动盘毂、从动片、传力片结构参数设计计算以及材料的选择；扭转减震器的参数计算，减震弹簧的设计以及确定扭转减震器的材料；离合器盖、压盘尺寸参数设计计算及其材料的选取；分离轴承总成的设计、计算；离合器膜片弹簧的参数设计计算，材料及制造工艺的选择，强度校核。

关键词：

离合器；膜片弹簧；从动盘；压盘；摩擦片

ABSTRACT

Theclutchisanessentialvehicleofamechanicaltransmissioncomponents,clutchisdirectlyrelatedtothequalityofvehicledynamics,ridecomfort,economyandotheraspectsofthedesignrequirements.2Ttruckiswidelyusedintheautomotiveindustry,designasimple,reliableandlowcostoftheclutch,cangreatlyreducethetotalcostofvehicleproduction,andpromoteeconomicdevelopmentvehicle.Diaphragmspringclutchincarandlightinrecentyears,widelyusedasavehicleclutch,thetorquecapacityofitslargeandrelativelystable,easyoperation,goodbalance.Thispaperisa2Ttruckpulllightvehicletypediaphragmspringclutchdesign.Accordingtotrafficconditionsandvehicleparameters,inaccordancewiththeclutchsystemdesignstepsandrequirements.

Designmainlyasfollows:

Theclutchstructureoftheprogramoptions,determinethemodelanditsbasicparameters;Determinethebasicparametersoftheclutchfrictionplate,andthechoiceofmaterials;Drivenplatehub,thedrivenfilm,transferchipdesignandcalculationofstructuralparametersandmaterialselection;Reversingtheshockabsorberoftheparametercalculation,dampingspringtodeterminetorsionaldamperdesignandmaterial;Clutchcover,pressureplatedesignandcalculationofdimensionsandmaterialselection;Thereleasebearingassemblydesign,calculation;Theparametersoftheclutchdiaphragmspringdesigncalculations,

materialsandmanufacturingprocessselection,strengthcheck.

Keywords:

Clutch；Diaphragmspring；Platen；Pressureplate；Frictionslices

摘要……………………………………………………………………………………2

ABSTRACT………………………………………………………………………………3

第1章绪论…………………………………………………………………………6

1.1引言………………………………………………………………………6

1.2离合器概述………………………………………………………………6

1.2.1离合器主要功能…………………………………………………6

1.2.2离合器应满足的基本要求………………………………………7

1.3膜片弹簧优点……………………………………………………………8

1.4拉式膜片弹簧优点………………………………………………………8

1.5本次设计基本内容………………………………………………………8

第2章离合器结构方案设计……………………………………………………9

2.1汽车基本参数及设计要求………………………………………………10

2.1.1选定车型基本参数………………………………………………10

2.1.2离合器设计基本要求……………………………………………10

2.2离合器结构方案选择……………………………………………………10

2.2.1从动盘数的选择…………………………………………………10

2.2.2压紧弹簧和布置形式的选择……………………………………11

2.2.3压盘的驱动方式…………………………………………………11

2.2.4分离轴承总成的选择……………………………………………12

2.2.5离合器的通风散热………………………………………………12

2.3本章小结…………………………………………………………………13

第3章离合器摩擦片基本参数的确定…………………………………………14

3.1摩擦片尺寸及其他参数选择……………………………………………14

3.2离合器后备系数β的选择………………………………………………15

3.3单位压力P0的确定……………………………………………………15

3.4摩擦片材料选取…………………………………………………………16

3.5摩擦片基本参数优化……………………………………………………16

3.6本章小结…………………………………………………………………17

第4章离合器从动盘设计………………………………………………………18

4.1从动盘总成组成、功用及设计要求……………………………………18

4.2从动盘毂的设计…………………………………………………………18

4.3从动片和波形片的设计…………………………………………………19

4.4摩擦片与从动片连接方式………………………………………………19

4.5本章小结…………………………………………………………………20

第5章扭转减振器的设计………………………………………………………21

5.1扭转减振器的组成和功能………………………………………………21

5.2扭转减振器的扭转特性…………………………………………………22

5.3扭转减振器的基本参数确定……………………………………………22

5.4减震弹簧参数设计计算…………………………………………………23

5.5本章小结…………………………………………………………………24

第6章离合器盖总成及分离轴承总成设计……………………………………25

6.1离合器盖总成组成………………………………………………………25

6.2离合器盖设计……………………………………………………………25

6.3分离轴承参数设计计算…………………………………………………27

6.4本章小结…………………………………………………………………27

第7章离合器膜片弹簧的设计…………………………………………………28

7.1膜片弹簧的结构特点……………………………………………………28

7.2膜片弹簧的弹性特性……………………………………………………28

7.3膜片弹簧的设计和计算…………………………………………………30

7.4膜片弹簧参数选择和计算………………………………………………32

7.5本章小结…………………………………………………………………36

结论…………………………………………………………………………………37

致谢…………………………………………………………………………………38

参考文献……………………………………………………………………………39

第1章绪论

1.1引言

汽车是重要的交通运输工具，是科学技术发展水平的标志，随着现代生活的节奏越来越快，人们对交通工具的要求也越来越高。

汽车作为最普通的交通工具，在日常的生活和工作中起了重要的作用。

因此，汽车工业的规模及产品的质量就成为衡量一个国家技术的重要标志之一。

对于汽车来说，由于它要求具有自重轻、行驶速度高、加速性好、适于各种路面上甚至无路地区行驶及机动灵活等特点，长期以来，它的发动机都采用内燃机。

但是，由内燃机的扭矩—转速特性曲线可知，在其整个工作转速范围内扭矩变化小，最低稳定转速较高，不能适应汽车可能遇到的各种行驶条件：

如起步、爬坡、通过各种路面和无路地区等。

因此，在汽车上需要有一套复杂的传动系统，以使内燃机能适应汽车行驶的需要。

现代汽车上常用的是机械传动系统，它是由离合器及变速器、万向节传动轴、主减速器、差速器和驱动车轮的传动装置等部件组成。

在上述机械式传动系统中，离合器作为一个独立的部件而存在。

它实际上是一种是一种依靠其主、从动件之间的摩擦来传递动力且能分离的机构，它是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成。

它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构等四部分组成。

1.2离合器概述

对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动系中是作为一个独立的总成而存在，它是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成。

目前，各种汽车广泛采用的摩擦离合器是一种依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。

它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构等四部分组成。

1.2.1离合器主要功能

离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的部件，用来分离或给发动机与变速器之间的动力传递。

其基本功用有三:

第一：

在汽车起步时，通过离合器主动部分（和发动机曲轴相连）和从动部分（与变速器第一轴相接）之间的滑磨、转速的逐渐接近，使旋转着的发动机和原来静止的传动系平稳地联接起来，以保证汽车平稳起步。

第二：

当变速器换档时，通过离合器主从动部分的迅速分离来切断动力传递，以减轻换档时齿轮间的冲击，便于换档。

第三：

当传给离合器的扭矩超过其所能传递的最大力矩（即离合器的最大摩擦力矩）时，其主从动部分将产生相对滑磨。

这样离合器就起着保护传动系防止其过载的作。

由于离合器上述三方面的功用，使离合器在汽车结构上有着举足轻重的地位。

然而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。

因此为了克服上述困难，可以选择膜片弹簧离合器，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。

本设计就是设计传动装置中的离合器在设计中对各种离合器类型进行分析，探讨，最后设计出使用于载重量为10T的轻型汽车车用离合器。

1.2.2离合器应满足的基本要求

1）在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载

2）结合时要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击

3）分离是要迅速、彻底

4）从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮件的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损

5）应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命

6）应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收震动、缓和冲击和降低噪声的能力

7）操纵轻便、准确、以减轻驾驶员的疲劳

8）作用在从动盘上的总压力和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能

9）具有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长

10）结构简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等

1.3膜片弹簧离合器优点

1）膜片弹簧具有较理想的非线性弹性特性，弹簧压力在摩擦片的允许范围内基本保持不变，因为离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；相对圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降，离合器分离时，弹簧压力有所下降，从而降低了踏板力。

对于圆柱螺旋弹簧，其压力则大大增加

2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，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，弹簧压力降低很少，性能较稳定；而圆柱螺旋弹簧压紧力则明显下降

4）膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀

5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长

6）膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好

1.4拉式膜片弹簧离合器优点

与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有许多优点：

取消了中间支承各零件，并不用支承环或只用一个支承环，使其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更小；拉式膜片弹簧是中部与压盘相压，在同样压盘尺寸的条件下可采用直径较大的膜片弹簧，提高了压紧力与传递转矩的能力，且并不增大踏板力，在传递相同的转矩时，可采用尺寸较小的结构；在接合或分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，分离效率更高；拉式的杠杆比大于推式的杠杆比，且中间支承少，减少了摩擦损失，传动效率较高，踏板操纵更轻便，拉式的踏板力比推式的一般可减少约25%~30%；无论在接合状态或分离状态，拉式结构的膜片弹簧大端与离合器盖支承始终保持接触，在支承环磨损后不会形成间隙而增大踏板自由行程，不会产生冲击和噪声；使用寿命更长。

1.5本设计基本内容

本次设计任务是为了设计出一款适合10T载货汽车使用的离合器，经过比对各种离合器优缺点，本设计选择单片膜片弹簧离合器。

本次设计主要研究内容：

以湘江牌HQC1091PC载重汽车各项基本参数为基础完成本次设计。

第2章离合器结构方案选择

2.1汽车基本参数及设计要求

2.1.1选定车型基本参数

表2-1湘江牌HQC1091PC的主要性能参数

发动机型号

6102QC

最大扭矩（N·m）

353/2000

最大功率（Kw/rpm）

103/3000

最高车速（Km/h）

≥130

变速器一档传动比

7.31

主减速器传动比

6.33

整备质量（Kg）

5000

满载质量（Kg）

10195

轮胎型号

9.00R20

2.1.2离合器设计基本要求

在设计离合器时，应根据车型的类别，使用要求制造条件以及“三化”（系列化，通用化，标准化）要求等，合理选择离合器的结构。

在离合器的结构设计时必须综合考虑以下几点：

1、保证离合器结合平顺和分离彻底。

2、离合器从动部分和主动部分各自的连接形式和支承。

3、离合器轴的轴向定位和轴承润滑。

4、运动零件的限位。

5、离合器的调整。

2.2离合器结构方案选择

2.2.1从动盘数的选择

根据已知条件知道10T轻型载货汽车可选取单片干式膜片弹簧摩擦离合器，因为对于乘用车和最大总质量小于6T的商用车而言，发动机的最大转矩一般不大，在布置尺寸容许条件下，离合器通常只设有一片从动盘。

单片离合器结构简单，轴向尺寸紧凑，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，采用轴向有弹性的从动盘可保证接合平顺。

而且在发动机转矩不大于1000N.m的大型客车和重型货车上也有所推广。

本设计以湘江牌HQC1091PC车型参数为设计基础，选定汽车发动机最大转矩为353N.m。

因此该离合器选取单片干式膜片弹簧离合器。

2.2.2压紧弹簧和布置形式的选择

离合器的压紧弹簧的结构形式有：

圆柱螺旋弹簧、矩形断面的圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧等。

可采用沿圆周布置、中央布置、和斜置等布置形式.

其中膜片弹簧离合器作为压紧弹簧的膜片弹簧，是由弹簧钢冲压成的，具有“无底碟子”形状的截锥形薄壁膜片，且自其小端在锥面上开有许多径向切槽，以形成弹性杠杆，而其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。

膜片弹簧的两侧有支承圈，而后者借助于固定在离合器盖上的一些（为径向切槽数目的一半）铆钉来安装定位。

当离合器盖用螺栓固定到飞轮上时，由于离合器盖靠向飞轮，后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形，锥顶角变大，甚至膜片弹簧几乎变平（参看图2.16）。

同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。

当离合器分离时，分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变，使膜片弹簧大端后移，并通过分离钩拉动压盘移到膜后移使离合器分离。

膜片弹簧离合器具有很多优点：

1）膜片弹簧具有较理想的非线性弹性特性，弹簧压力在摩擦片的允许范围内基本保持不变，因为离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；相对圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降，离合器分离时，弹簧压力有所下降，从而降低了踏板力。

对于圆柱螺旋弹簧，其压力则大大增加。

2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，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，弹簧压力降低很少，性能较稳定；而圆柱螺旋弹簧压紧力则明显下降。

4）膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀。

5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长。

6）膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。

膜片弹簧离合器的操纵曾经都采用压式机构，即离合器分离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分离指处是承受压力。

当前膜片弹簧离合器的操纵机构已经为拉式操纵机构所取代。

后者的膜片弹簧为反装，并将支承圈片弹簧的大端附近，使结构简化，零件减少、装拆方便；膜片弹簧的应力分布也得到改善，最大应力下降；支承圈磨损后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响。

而在压式结构中支承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自由行程。

综合各种离合器优缺点，所以选择具有零件数目少，重量轻，非线性特性好，操纵轻便等优点的膜片弹簧离合器，对比两种安装方式选择优点更多，且应用日趋广泛的拉式膜片弹簧离合器。

2.2.3压盘的驱动方式

压盘的驱动方式主要有凸块—窗孔式、传力销式、键块式和弹性传动片式等多种。

前三种的共同缺点是在连接件之间都有间隙，在传动中将产生冲击和噪声，而且在零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低了离合器的传动效率。

弹性传动片式是近年来广泛采用的驱动方式，沿圆周切向布置的三组或四组薄弹簧钢带传动片两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联结，传动片的弹性允许其作轴向移动。

当发动机驱动时，传动片受拉，当拖动发动机时，传动片受压。

弹性传动片驱动方式的结构简单，压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，工作可靠，寿命长。

但反向承载能力差，汽车反拖时易折断传动片，故对材料要求较高，一般采用高碳钢。

经过比对各种驱动方式优缺点本设计选用弹性传动片式。

2.2.4分离轴承总成选择

分离轴承总成由分离轴承、分离套筒等组成。

分离轴承在工作中主要承受轴向分离力，同时还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。

以前主要采用推力球轴承或向心球轴承，但其润滑条件差，磨损严重、噪声大、可靠性差、使用寿命低。

目前国外已采用角接触推力球轴承，采用全密封结构和高温锂基润滑脂，其端部形状与分离指舌尖部形状相配合，舌尖部为平面时采用球形端面，舌尖部为弧形面时采用平端面或凹弧形断面。

轴承外圈与分离套筒外凸缘和外罩壳之间以及内圈与分离套筒内凸缘之间都留有径向间隙，这些间隙保证了分离轴承相对于分离套筒可径向移动1mm左右。

在外圈与套筒的断面之间装有波形弹簧，用以将外圈紧紧顶在分离套筒土元的断面上，使轴承在不工作时不会发生晃动。

当膜片弹簧旋转轴线与轴承不同心时，分离轴承便会自动镜像浮动到期同心的位置，以保证分离轴承能均匀压紧各分离指舌尖部。

这样可减小振动和噪声，减小分离指与分离轴承断面的磨损，是轴承不会出现过热而造成润滑脂的流失分解，延长轴承寿命。

另外，分离轴承由传统的外圈转动改为内圈转动、外圈固定不转，有内圈来推动分离指的结构，适当的增大了膜片弹簧的杠杆比，且由于内圈转动，在离心力的作用下。

润滑脂在内、外圈间的循环得到改善，提高了轴承的使用寿命。

经比对以及经验选取拉式自动调心式分离轴承装置，所选轴承为7010C。

2.2.5离合器的通风散热

提高离合器工作性能的有效措施是借助于其通风散热系统降低其摩擦表面的温度。

试验表明：

在正常使用条件下，摩擦片的磨损随压盘温度的升高而增大，离合器的压盘工作表面的温度一般均在180℃以下，当压盘工作表面的温度超过180℃～200℃时，摩擦片的磨损速度将急剧升高。

在特别严酷的使用条件下，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。

不过膜片弹簧离合器本身构造能良好实现通风散热效果，故不需作另外设置。

2.3本章小结

本章系统的介绍系统介绍了膜片弹簧离合器的结构及工作原理，通过确定所湘江牌HQC1091PC车型参数为设计基础进行总体方案的选择设计。

为下面各部件的参数选择与计算打下基础。

第3章离合器摩擦片基本参数的确定

3.1摩擦片尺寸及其他参数选择

摩擦离合器是靠存在于主、从动部分摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。

离合器的静摩