膜片弹簧离合器毕业设计.docx
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膜片弹簧离合器毕业设计
膜片弹簧离合器毕业设计
摘要
汽车是现代生活中不可或缺的交通工具。
汽车离合器的主要功用是分离发动机传来的动力，以使变速箱顺利挂挡或换挡；柔顺地接合动力，保证车辆平稳起步；超负荷时离合器打滑以保护零件免受损坏。
根据传递动力的方式，离合器分为摩擦式和液力式两种,目前摩擦式应用比较广泛。
摩擦式离合器，根据从动盘的数目，可分为单片式、双片式和多片式3种；根据加压方式，可分为常接合式和非常接合式两种；根据其作用原理，还有单作用式和双作用式之分。
双作用离合器是汽车及拖拉机的部件之一，它是由安装在一起的两个不同功能的离合器：
即将动力传给驱动轮的主离合器和将动力传给动力输出轴的副离合器。
单片离合器和双片离合器的优缺点对比：
单片摩擦离合器具有从动部分转动惯量小、散热性好、结构简单、调整方便、尺寸紧凑、分离彻底等优点；而双片和多片式离合器接合虽较平顺，但分离不彻底、从动部分转动惯量大、中间压盘散热不良，结构复杂、成本高。
故双片离合器一般只应用在径向尺寸受限或采用单片时摩擦转矩不够的场合。
关键词：
单片离合器，双片离合器,摩擦式离合器，液力式离合器
变速箱
Diaphragmspringclutchgraduationdesign
ABSTRACT
Automotiveisanintegralpartofmodernlifetransportation.Themainfunctionoftractorclutchisthedrivingforcecamefromtheengine,sothatthetransmissionofgearboxshiftsmoothly;flexibilityandjointforcetoensureasmoothstartofvehicles;overloadedwhentheclutchslippingtoprotectcomponentsfromdamage.
Accordingtoconveythedrivingforce,frictionclutchisdividedintotwo-and-hydraulic,acomprehensiverangeoffrictionapplications.Frictionclutch,accordingtothenumber-driven,canbedividedintosingle-anddouble-andmulti-chipthreekinds;underpressure,canbedividedintojoint-andoftenveryjunctionofthetwo,accordingtoitsprinciplerole,Single-anddual-roleofthesub-typerole.
Double-actionclutchofmotorvehiclesandtractorsisoneofthecomponents,itisinstalledwithaclutchtwodifferentfunctions:
tobethemainforcedrivingwheeltransmissionclutchandthepowertransmissionpoweroutputshaftoftheclutch.
Singleanddouble-clutchclutchtheadvantagesanddisadvantagescompared:
Frictionclutchsinglemomentofinertiahasdrivensomesmallamountofheatisgood,simplestructure,theadjustmentconvenient,compactsize,theadvantagesofcompleteseparation,whiledual-andmulti-chipclutchengagementAlthoughmoresmoothly,ZhangisnotcompletelyisolatedfromthePortionmomentofinertia,themiddle-pressurecoolingbad,structuralcomplexityandhighcost.Therefore,double-clutchisgenerallylimitedsizeoftheradialorfrictiontorquewhenusingsingle-chipnotenoughoccasions.
KEYWORDS:
Frictionclutchsingle，Double-clutchfriction，Frictionclutch
Hydraulicclutch，Gearbox
目 录
前 言1
第1章汽车离合器整体描述2
1.1离合器的概述2
1.1.1离合器的基本组成2
1.1.2离合器的功用及分类2
1.1.3离合器的设计的基本要求2
第2章离合器结构方案分析4
2.1摩擦离合器的组成4
2.2从动盘的选择5
2.3压紧弹簧和布置形式的选择5
2.4压盘的驱动形式6
2.5离合器的通风散热7
2.6设计方案的确定7
2.6.1离合器结构图7
2.6.2离合器工作原理和构造示意图8
第3章离合器主要参数的选择10
3.1后备系数10
3.2摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙△t10
3.3单位压力11
3.4摩擦片主要参数的确定及校核12
3.4.1摩擦片外径D、内径d和厚度h12
3.4.2摩擦力的平均作用半径13
3.4.3摩擦片压紧力的计算13
3.4.4摩擦片的校核14
第4章离合器零件的结构选型及设计计算15
4.1从动盘总成设计15
4.2离合器盖总成设计16
4.2.1离合器盖设计16
4.2.2压盘设计17
4.3扭转减震器的设计19
4.3.1扭转减震器的概述19
4.3.2扭转减震器的概述20
4.3.3减震弹簧的计算21
4.4膜片弹簧设计23
4.4.1膜片弹簧的结构特点23
4.4.2膜片弹簧基本参数的选择24
4.4.3膜片弹簧的优化设计25
4.4.4弹簧材料及制造工艺26
第5章离合器的操纵机构27
5.1操纵机构的要求27
5.2.操纵机构结构形式选择27
5.3操纵系统结构设计27
5.4操纵机构设计计算28
5.4.1操纵力传动比的计算28
5.4.2操纵机构踏板行程29
5.4.3操纵力的校核30
结 论32
谢辞33
参考文献34
外文资料翻译35
前 言
随着科技的飞速发展，特别是液压技术、电子技术在汽车领域的广泛应用，汽车传动系发生了巨大的变化。
作为传动系重要组成部件之一的离合器总成，担负着传力、减震和防止系统过载等重要作用。
伴随着自动变速器技术及与之相配套的离合器技术的完善，离合器产品不论是性能结构方面还是生产制造方面都发生了很大变化。
随着汽车运输业的发展，离合器还要在原有的基础上不断地提高改进，以适应新的使用条件。
从国外的发展动向来看，近年来汽车的各项性能指标有了新的提高，载货汽车趋于大型化，国内也有类似情况。
此外随着汽车发动机转速、功率的不断提高和汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。
从提高离合器工作性能的角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步地向拉式结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。
因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离合器传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。
汽车传动系的设计对汽车的动力学和燃油经济性有重大影响，而离合器又是汽车传动系中的重要部件。
在离合器设计中，合理地选择离合器的结构形式和设计参数不仅保证了其在任何情况下都能可靠地传递发动机转矩，还使其有足够的使用寿命。
第1章汽车离合器整体描述
1.1离合器的概述
离合器位于发动机和变速器之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，它的输出轴就是变速箱的输入轴。
在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下离合器或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离或逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力
1.1.1离合器的基本组成
一般由主动部分（飞轮、离合器盖、压盘）、从动部分（从动盘）、压紧机构（压紧弹簧）、分离机构（分离拉杆、分离叉、分离套筒、分离轴承、分离杠杆等）和操纵机构（离合器踏板）五大部分组成。
1.1.2离合器的功用及分类
离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，以保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；在工作中受到大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。
汽车离合器有摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种。
目前在汽车上广泛采用的是用弹簧压紧的摩擦离合器（简称为摩擦离合器）。
摩擦式离合器又分为湿式和干式两种。
干式摩擦式离合器，按其从动盘的数目，又分为单盘式、双盘式和多盘式等几种。
湿式摩擦式离合器一般为多盘式的，浸在油中以便于散热
1.1.3离合器的设计的基本要求
为了保证离合器具有良好的工作性能，对汽车离合器设计提出如下基本要求：
（1）在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备。
（2）接合时要平顺柔和，以保证汽车起步时没有抖动和冲击。
（3）分离时要迅速、彻底。
（4）离合器从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，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）应使传动系避免扭转共振，并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。
（7）操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。
（8）作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小，以保
（9）应有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、寿命长。
（10）结构应简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。
第2章离合器结构方案分析
2.1摩擦离合器的组成
主动部分：
包括飞轮、离合器盖、压盘等机件。
这部分与发动机曲轴连在一起，离合器盖与飞轮靠螺栓连接，压盘与离合器盖之间是靠3－4个传动片传递转矩的。
从动部分：
从动部分是由单片、双片或多片从动盘所组成，它将主动部分通过摩擦传来的动力传给变速器的输入轴。
从动盘由从动盘本体，摩擦片和从动盘毂三个基本部分组成。
压紧机构：
压紧机构主要由螺旋弹簧或膜片弹簧（又称碟簧）组成，与主动部分一起旋转，它以离合器盖为依托，将压盘压向飞轮，从而将处于飞轮和盘压间的从动盘压紧。
操纵机构：
操纵机构是为驾驶员控制离合器分离与接合程度的一套专设机构，它是由位于离合器壳内的分离杠杆（在膜片弹簧离合器中，膜片弹簧兼起分离杠杆的作用）、分离轴承、分离套筒、分离叉、回位弹簧等机件组成的分离机构和位于离合器壳外的离合器踏板及传动机构、助力机构等组成。
其他部件：
为了避免转动方向的共振，缓和传动系受到的冲击载荷，大多数汽车都在离合器的从动盘上附装有扭转减震器。
（如图2-1）为了使汽车能平稳起步，离合器应能柔和接合，这就需要从动盘在轴向具有一定弹性。
为此，往往在动盘本体园周部分，沿径向和周向切槽。
再将分割形成的扇形部分沿周向翘曲成波浪形，两侧的两片摩擦片分别与其对应的凸起部分相铆接，这样从动盘被压缩时，压紧力随翘曲的扇形部分被压平而逐渐增大，从而达到接合柔和的效果。
（如图2-2）
图2-1扭转减震器
图2-2带减震器的从动盘
2.2从动盘的选择
对轿车和轻型、微型货车而言，发动机的最大转矩一般不大。
在布置尺寸允许的条件下，离合器通常只设有一片从动盘。
单片离合器结构简单，尺寸紧凑，散热良好，用时能保证分离彻底、接合平顺。
因此，广泛用与各级轿车及微、轻、中型客车与货车上，在发动机转矩不大于1000N.m的大型客车和货车上也有所推广。
双片离合器与单片离合器相比，由于摩擦面数增加一倍，因而传递转矩的能力较大；在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力较小，另外接合较为平顺但中间压盘通风散热不良，两片起步负载不均，因而容易烧坏摩擦片，分离也不够彻底。
设计时在结构上必须采取相应的措施。
这种结构一般用在传递转矩较大且径向尺寸受到限制的场合。
多片离合器多为湿式，它有分离不彻底、轴向尺寸和质量大等缺点，以往主要用于行星齿轮变速器换挡机构中。
但它具有接合平顺柔和、摩擦表面温度较低、磨损较小、使用寿命长等优点，主要应用于重型牵引车和自卸车上。
本次设计为轿车膜片弹簧离合器的设计，设计原始数据为：
发动机的最大转矩T=373.4N.m，其小于1000N.m，故选用单片磨擦离合器作为本次设计对象。
2.3压紧弹簧和布置形式的选择
周置弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧，其特点是结构简单、制造容易，因此应用较为广泛。
此结构中弹簧压力直接作用于压盘上。
为了保证摩擦片上压力均匀，压紧弹簧的数目不应太少，要随摩擦片直径的增大而增多，而且应当是分离杠杆的倍数。
在某些重型汽车上，由于发动机最大转矩较大，所需压紧弹簧数目较多，可将压紧弹簧布置在两个同心圆周上。
压紧弹簧直接与压盘接触，易受热退火，且当发动机最大转速很高时，周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲，使弹簧压紧力下降，离合器传递转矩的能力随之降低。
此外，弹簧靠到它的定位面上，造成接触部位严重磨损，甚至会出现弹簧断裂现象。
中央弹簧离合器采用一至两个圆柱螺旋弹簧或用一个圆锥弹簧作为压紧弹簧，并且布置在离合器的中心，此结构轴向尺寸较大。
由于可选较大的杠杆比，因此可得到足够的压紧力，且有利于减小踏板力，使操纵轻便。
此外，压紧弹簧不与压盘直接接触，不会使弹簧受热退火，通过调整垫片或螺纹容易实现对压紧力的调整。
这种结构多用于重型汽车上。
斜置弹簧离合器的弹簧压力斜向作用在传力盘上，并通过压杆作用在压盘上。
这种结构的显著优点是在摩擦片磨损或分离离合器时，压盘所受的压紧力几乎保持不变。
与上述两种离合器相比，具有工作性能稳定、踏板力较小的突出优点。
此结构在重型汽车上已有采用。
膜片弹簧离合器（图2-3）的制造工艺较复杂，对材质和尺寸精度要求高，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，膜片弹簧离合器不仅在轿车上被大量采用，而且在轻、中、重型货车以及客车上也被广泛采用。
综上，本次设计的轿车离合器应选择推式膜片弹簧离合器
2.4压盘的驱动形式
压盘的驱动方式主要有凸块一窗孔式、传力销式、键块式和弹性传动片式多种。
前三种的共同缺点是在联接件之间都有间隙，在驱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，降低了离合器传动效率。
传动片式是近年来广泛采用的结构，沿周向布置的三组或四组钢带传动片两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联接，传动片的弹性允许其作轴向移动。
当发动机驱动时，钢带受拉；当拖动发动机时，钢带受压。
此结构中压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，使用可靠，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。
使用弹性传动片的方式不仅消除了前三种的缺点，而且简化了结构，降低了对装配精度的要求且有利于压盘的定中，固选用弹性传动片式驱动压盘。
2.5离合器的通风散热
试验表明，摩擦片的磨损是随压盘温度的升高而增大的，当压盘工作表面超过
°C时摩擦片磨损剧烈增加，正常使用条件的离合器盘，工作表面的瞬时温度一般在
°C以下。
在特别频繁的使用下，压盘表面的瞬时温度有可能达到
。
过高的温度能使压盘受压变形产生裂纹和碎裂，为使摩擦表面温度不致过高，除要求压盘有足够大的质量以保证足够的热容量外，还要求散热通风好。
改善离合器散热通风结构的措施有：
在压盘上设散热筋，或鼓风筋；在离合器中间压盘内铸通风槽；将离合器盖和压杆制成特殊的叶轮形状，用以鼓风；在离合器外壳内装导流罩。
膜片弹簧式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。
2.6设计方案的确定
2.6.1离合器结构图
鉴于以上结构方案的分析比较，再结合离合器的实用性、可靠性、工艺性及经济性分析，本课题36.7kW轮式拖拉机离合器设计，方案最终确立为干式单片摩擦离合器。
主副离合均采用单摩擦片。
主离合器压盘采用6组圆柱形组簧压紧，采取圆周型的布局方式；副离合器压盘采用膜片式弹簧（膜片弹簧）压紧。
主、副离合器由同一个操纵系统控制，即靠离合器脚踏板的行程来控制主、副离合器的开合。
主、副传动轴同轴安装，其中主传动轴为空心轴，副传动轴为实心轴。
二者均采用渐开线花键与摩擦片盘毂配合。
2.6.2离合器工作原理和构造示意图
发动机工作时，飞轮和压盘通过它们与摩擦片之间的摩擦带动从动盘毂一起旋转，再由花键连接将扭矩传递给主、副传动轴。
当驾车者踩下离合器踏板，操纵部分的分离叉将分离轴承推向前，推动分离杠杆克服压紧簧反力，拉动主离合器压盘向后移动，解除了主离合器压盘与摩擦片之间的压紧力，此时主离合器分离，发动机只能带动主动部分及副离合器旋转，无法将扭矩传递给主传动轴。
当驾驶者继续踩离合器踏板时，分离拉杆螺栓将克服膜片弹簧及组合弹簧反力拉动副离合器压盘向后移动，解除了副离合器压盘与副摩擦片之间的压紧力，此时，副离合器也分离，发动不再有功率输出。
当驾车者松开离合器踏板，操纵部分通过回位弹簧将分离轴承拉回来，膜片弹簧先恢复原位，副离合器啮合；随后分布在主离合器压盘上的组合弹簧恢复原位，主离合器也啮合。
具体工作过程图如下；
图2-5摩擦离合器构造示意图
1-飞轮2-从动盘3-踏板4-压紧弹簧5-从动轴6-从动盘轂
1）分离过程
●
踩下踏板分离叉顶压分离轴承前压向分离杠杆内端分离杠杆内端向前外端向后运动拉动压盘克服压紧弹簧弹力向后移动解除飞轮、从动盘、压盘三者之间的压紧状中断动力传递。
2）接合过程
●
抬起踏板分离叉离开分离轴承分离轴承在回位弹簧作用下回位在压紧弹簧作用下压盘前移带动分离杠杆内端向后外端向前运动此时飞轮、从动盘、压盘三者之间处于压紧状态接通动力传递。
第3章离合器主要参数的选择
3.1后备系数
后备系数β是离合器设计时用到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。
在选择β时，应考虑以下几点：
1）摩擦片在使用磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩。
2）要防止离合器滑磨过大。
3）要能防止传动系过载。
显然，为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，β不宜选取太小；为使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，β又不宜选取太大；当发动机后备功率较大、使用条件较好时，β可选取小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力、减少离合器滑磨，β应选取大些；货车总质量越大，β也应选得越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的β值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，β可选取小些；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取的β值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的β值应大于单片离合器。
各类汽车离合器β的取值范围通常为：
轿车和微型、轻型货车β=1.20～1.75
中型和重型货车β=1.50～2．25
第4章离合器零件的结构选型及设计计算
4.1从动盘总成设计
从动盘总成主要由摩擦片、从动片、减振器和花键毂等组成。
从动盘对离合器工作性能影响很大，应满足如下设计要求：
1）转动惯量应尽量小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。
2）应具有轴向弹性，使离合器接合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，减小磨损。
3）应装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。
摩擦片采用有机材料。
采用带扭转减震器的从动盘（整体式弹性从动片），从动片通常在1.3～2.0mm厚的钢板冲压而成。
将其外缘的盘形部分磨薄至0.65～1.0mm，以减小其转动惯量。
整体式弹性从动片一般用高碳钢（如50）或65Mn钢板，热处理硬度38～48HRC。
从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它装在变速器输入轴前端的花键上，一般采用齿侧定心的矩形花键，花键轴与孔采用动配合。
花键毂轴向长度不宜过小，以免在花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底，一般取1．0～1．4倍的花键轴直径。
花键毂一般采用锻钢（如45钢，40Cr等），表面和心部硬度一般在26～32HRC。
为提高花键内孔表面硬度和耐磨性，可采用镀铬工艺，对减振弹簧窗口及与从动片配合处应进行高频处理。
减震弹簧常采用60Si2MnA、65Mn等弹簧钢丝。
花键的尺寸可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩T
由表5-1选取。
表5-1从动盘毂花键的尺寸
摩擦片外径D/mm
发动机最大转矩T
/（N·m）
花键尺寸
挤压应力
/MPa
齿数n
外径D’/mm
内径d’/mm
齿厚t/mm
有效尺长l/mm
160
49
10
23
18
3
20
9.8
180
69
10
26
21
3
20
11.6
200
108
10
29
23
4
25
11.1
225
147
10
32
26
4
30
11.3
250
196
10
35
28
4
35
10.2
280
275
10
35
32
4
40
12.5
300
304
10
40
32
5
40
10.5
325
373
10
40
32
5
45
11.4
350
471
10
40
32
5
50
13.0
本次设计D=325mm，T
=374.4N·m故选择花键类型为：
表5-2所选从动盘毂花键参数
摩擦片外径D/mm
发动机最大转矩T
/（N·m）
花键尺寸
挤压应力
/MPa
齿数n
外径D’/mm
内径d’/mm
齿厚t/mm
有效尺长l/mm
325
374.4
10
40
32
5
40
11.4
4.2离合器盖总成设计
第5章离合器的操纵机构
5.1操纵机构的要求
1）踏板力要小，轿车：
80～150N，货车：
小于150～200N。
2）踏板行程在一定的范围内，轿车：
80～150mm，货车：
小于180mm。
3）摩擦片磨损后，踏板行程应能调整复原。
4）有对踏板行程进行限位的装置，防止操纵机构因受力过大而损
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