推式膜片弹簧离合器最终版.docx
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推式膜片弹簧离合器最终版
引言
现代汽车工业具有世界性，是开发型的综合工业，竞争也越来越激烈。
我国自1953年创建第一汽车制造厂至今，已有130多家汽车制造厂，700多家汽车改装厂。
随着我国国民经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，对汽车的使用功能不断提出新的要求。
目前大部分汽车采用离合器作为汽车的动力传递机构。
多年的实践经验使人们逐渐趋向于采用单片干式摩擦离合器。
它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。
而且只要在结构上采取一定措施，也能使其接合平顺。
如今，单片干式摩擦离合器在结构设计方面也相当完善：
采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的接合平顺性；离合器中装有扭转减振器，防止了传动系统的共振，减少了噪音；以及采用了摩擦较小的分离杆机构等。
另外，采用了膜片弹簧作为压簧，可同时兼起到分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。
膜片弹簧和压盘的环行接触，可保证压盘上的压力均匀。
由于膜片弹簧本身的特性，当摩擦片磨损时，弹簧的压力几乎没有改变，且可减轻分离离合器时所需要的踏板力。
为了提高离合器的传扭能力，在重型汽车上多采用多片干式离合器。
此外，近年来由于多片湿式离合器在技术上的不段改善，在国外的某些重型牵引汽车和自卸车上又开始采用多片湿式离合器，并有不断增加的倾向。
与干式离合器相比，由于用油泵进行强制制冷的结果，摩擦表面的温度较低（不超过93℃）。
因此，允许起步时长时间地打滑或用高档起步而不致烧损摩擦片，具有良好的起步能力。
据说这种离合器的使用寿命可达干式离合器的五、六倍。
为了实现离合器的自动操纵，有自动离合器。
采用自动离合器时可以省去离合器踏板，实现汽车的“双踏板”操纵。
与其他自动传动系统（如液力传动）相比，它具有结构简单，成本低廉及传动效率高的优点。
因此，在欧洲小排量汽车上曾得到广泛的应用。
但是在现有自动离合器的各种结构中，离合器的摩擦力矩的力矩调节特性还不够理想，使用性能不尽完善。
例如，汽车以高档低速上坡时，离合器往往容易打滑。
因此必须提前换如低档以防止摩擦片的早期磨损以至烧坏。
这些都需要进一步改善。
随着汽车运输的发展，离合器还要在原有的基础上不断改进和提高，以适应新的使用条件。
从国外的发展动向来看，近年来汽车的性能在向高速发展，发动机的功率和转速不断提高，载重汽车趋向大型化，国内也有类似的情况。
此外，对离合器的使用要求也越来越高。
所以，增加离合器的传扭能力，提高其使用寿命，简化操作，已经成为目前离合器的发展趋势。
1汽车离合器简介
1.1离合器的工作原理
摩擦离合器一般是有主动部分、从动部分组成、压紧机构和操纵机构四部分组成。
离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮1和压盘借摩擦作用传给从动盘2，在通过从动轴传给变速器。
当驾驶员踩下踏板时，通过拉杆，分离叉、分离套筒和分离轴承，将分离杠杆的内端推向右方，由于分离杠杆的中间是以离合器盖上的支柱为支点，而外端与压盘连接，所以能克服压紧弹簧的力量拉动压盘向左，这样，从动盘2两面的压力消失，因而摩擦力消失，发动机的扭矩就不再传入变速器，离合器处于分离状态。
当放开踏板，回位弹簧克服各拉杆接头和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。
此时压紧弹簧就推动压盘向右，仍将从动盘2压紧在飞轮上1，这样发动机的扭矩又传入变速器.
图1.1离合器工作原理图
1—飞轮；2—从动盘；3—离合器踏板；4—压紧弹簧；5—变速器第一轴；6—从动盘毂
1.2离合器的功用
离合器的主要功能是切断和实现对传动系的动力传递。
其主要作用：
1）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；
2）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；
3）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；
4）有效地降低传动系中的振动和噪声。
1.3汽车离合器设计的基本要求
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）在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止过载。
2）接合时要完全、平顺、柔和，保证起初起步时没有抖动和冲击。
3）分离时要迅速、彻底。
4）从动部分转动惯量要小，以减轻换档时变速器齿轮间的冲击，便于换档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效果，以保证工作温度不致过高，延长寿命。
6）避免传动系产生扭转共振，具有吸收振动、缓和冲击的能力。
7）操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。
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，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，一保证其工作可靠、使用寿命长。
10）结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。
2离合器主要参数的选择
2.1初选摩擦片外径D、内径d、厚度b
摩擦片外径是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和使用寿命。
它和离合器所需传递的转矩大小有一定的关系。
显然，传递大的转矩，就需要大的尺寸。
发动机转矩是重要的参数，当按发动机最大转矩
（N·m）来选定
时，根据《汽车设计》（王望予编著，机械工业出版社出版）式2-9，有公式
式中
——摩擦片外径，mm
——发动机最大转矩，N·m
——为直径系数，乘用车取14.6
则
=177.62mm，根据《汽车离合器》（徐石安，江发潮编著，清华大学出版社出版）表3.2.1可知，取D=200mm,d=140mm,b=3.5mm
2.2后备系数β
由于所设计的离合器为膜片弹簧离合器，在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小（开始时还有些增加），再加上车用车的后备功率比较大，使用条件较好，故取β＝1.5。
2.3摩擦因数f、离合器间隙Δt
摩擦因数f=0.25
离合器间隙Δt=3mm
摩擦面数Z=2
2.4单位压力
根据《汽车离合器》（徐石安，江发潮编著，清华大学出版社出版）表3.2.1可知
由Tc=
Tc=β
得
=0.233Mpa
故根据根据《汽车设计》（王望予编著，机械工业出版社出版）表2－2可知
当0.25Mpa<
<0.35Mpa时，摩擦片材料选择石棉基材料,取
=0.25Mpa,摩擦系数f为0.3。
2.5压紧弹簧和布置形式的选择
膜片弹簧是一种由弹簧钢制成的具有特殊结构的碟形弹簧，主要由碟簧部分和分离指部分组成。
2.5.1膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比，有如下优点
1）具有较理想的非线性弹性特性。
2）兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用。
3）高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定。
4）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）通风散热良好，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。
2.5.2膜片弹簧的支撑形式
选择:
推式膜片弹簧离合器
2.5.3压盘传动方式的选择
由于传统的凸台式连接方式、键式连接方式、销式连接方式存在传力处之间有间隙的缺点，故选择已被广泛采用的传动片传动方式。
3离合器基本参数的优化
3.1设计变量
后备系数β取决于离合器工作压力F和离合器的主要尺寸参数D和d。
单位压力P也取决于离合器工作压力F和离合器的主要尺寸参数D和d。
因此，离合器基本参数的优化设计变量选为：
3.2目标函数
离合器基本参数优化设计追求的目标，是在保证离合器性能要求的条件下使其结构尺寸尽可能小，即目标函数为
3.3约束条件
3.3.1最大圆周速度
根据《汽车设计》（王望予编著，机械工业出版社出版）式（2－10）知，
式中，
为摩擦片最大圆周速度（m/s）;
为发动机最高转速（r/min）
所以，
=3.14／60×5100×0.20=53.4m/s≤65故符合条件。
3.3.2摩擦片内、外径之比c
c=d/D=0.700，满足0.53≤c≤0.70的条件范围。
3.3.3后备系数β
初选后备系数β＝1.3,满足1.2≤β≤4.0
3.3.4扭转减振器的优化
对于摩擦片内径d=140mm,而减振器弹簧位置半径：
R0＝（0.6-0.75）d/2＝42-52.5（mm），
同时R0应满足d>2R0+50mm
故取R0为45mm。
3.3.5单位压力
为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，选取单位压力
的最大范围为0.1Mpa—1.5Mpa
由公式Tc=
Tc=β
得
=0.233Mpa在规定范围内，故满足要求
3.3.6总摩擦功w
根据《汽车设计》（王望予编著，机械工业出版社出版）式（2－13）为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面过高而发生烧伤，离合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值，即：
，其中W=
为轮胎轨动半径0.3084m，
为一档传动比3.46,
为主减速比4.25,汽车总质量
=1240kg
W=
=11962.1J
符合要求。
3.3.7单位摩擦面积传递的转矩
为反映离合器传递的转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即
式中，
为单位摩擦面积传递的转矩
；
为其允许值
，按表3-1选取。
表3-1单位摩擦面积传递转矩的允许值
离合器规D/mm
0.28
0.30
0.35
0.40
其中Tc=β
=1.3x148=192.4
代入数据
=0.006004<0.28符合要求
4膜片弹簧的设计
4.1膜片弹簧的基本参数的选择
4.1.1比值
和h的选择
为了保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的
一般
为1.5～2.0，板厚h为2～4mm
故初选h=2.5mm,
=1.6则H=4.0mm.
图4.1
4.1.2
比值和R、r的选择
比值R/r对弹簧的载荷及应力特性都有影响，从材料利用率的角度，比值在1.2～1.35时，碟形弹簧储存弹性的能力为最大，就是说弹簧的质量利用率和好。
因此设计用来缓和冲击，吸收振动等需要储存大量弹性能时的碟簧时选用。
对于汽车离合器的膜片弹簧，设计上并不需要储存大量的弹性能，而是根据结构布置与分离的需要来决定，一般R/r取值为1.2～1.3.对于R,膜片弹簧大端外径R应满足结构上的要求和摩擦片的外径相适应，大于摩擦片内径，近于摩擦片外径。
此外，当H，h及R/r等不变时，增加R有利于膜片弹簧应力的下降。
由于摩擦片平均半径Rc=（D+d）/4=（200+140）/4=85mm，
对于推式膜片弹簧的R应大于或等于Rc值,
故取R=90mm,再结合实际情况取R/r=1.25,则r=72mm。
4.1.3α的选择
α＝arctanH/（R-r）=arctan4.0/（90-72）≈12.53°，满足7°～15°的范围。
4.1.4分离指数目n的选取
根据实际情况通常为18。
4.1.5膜片弹簧小端内半径
以及分离轴承作用半径
p
根据《汽车设计》（王望予编著，机械工业出版社出版）式（2－28）
推式：
（D+d）/4
r
D/2
1
R-
7
0
6
由离合器的结构决定，其最小值应大于变速器第一轴花键的外径。
根据《汽车离合器》（徐石安，江发潮编著，清华大学出版社出版）表4.2.1初选
=35mm,
p=38mm.
4.1.6膜片弹簧工作点位置的选择
图4.2
膜片弹簧工作点如图所示，该曲线的拐点H对应着膜片
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