摩擦片离合器汽车专业毕业设计论文.docx
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摩擦片离合器汽车专业毕业设计论文
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沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文）
摘要
离合器是汽车传动系中的重要部件，主要功用是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车平稳起步，保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动系统所承受的最大转矩，防止传动系统过载，有效的降低传动系统中的振动和噪声。
膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型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，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。
离合器在机械传动系统中是作为一个独立的总成而存在的，它是汽车传动系统中直接与发动机相连的总成。
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。
此设计说明书详细的说明了带摩擦片厚度报警器的轻型汽车拉式膜片弹簧离合器的结构形式，参数选择以及计算过程。
根据拉式膜片弹簧离合器工作原理和使用要求，采用传统化设计方法，把离合器分为主动部分、从动部分、操纵机构，通过对各个部分设计方案的原理阐释和优缺点的比较，确定了相关部分的基本结构及其零部件的制造材料。
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，主要进行了以下工作：
选择相关设计参数主要为摩擦片外径
D的确定，离合器后备系数β的确定，单位压力Ρ的确定，并进行了总成设计主
要为：
压盘的设计，以及从动盘设计（从动盘毂的设计）和膜片弹簧的设计等。
关键字：
离合器；膜片弹簧；从动盘；压盘；摩擦片
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Abstract
Theclutchisanimportantcomponentofthecartransmissionandmainfunctionistocutandrealizeenginepowertransmissionsystem,ensurethesmoothstart,cartransmissionsystemshiftworksmoothlyandlimitwhenthemaximumtransmissionsystemtopreventtransmissiontorque,overload,Reducingeffectivelythetransmissionofthevibrationandnoise.Diaphragmspringclutchisinrecentyearsincarsandlightbuswidelyadoptedaclutch,itslargecapacityoftorqueandstability,convenientoperation,symmetrical,alsocanproduce,foritmechanicaltransmissionisasanindependentassemblyandexist,itisthecartransmissiondirectlyconnectedwiththeengineoftheassembly.Atpresent,allkindsofautomotivefrictionclutchiswidelyusedonamovingpartofthefrictionbetweenthesubordinatetotransferpowerandcanseparatedevices.Itmainlyincludesactivepart,afollower,compactioninstitutions,andmanipulateagenciesfourparts.Thisdesignspecificationdetaileddescriptionsofthediaphragmspringclutchlightautostructureform,andcalculatetheparameterselectionprocesswiththeannunciatorofthefrictiondiskthickness.Accordingtopullthediaphragmspringclutchworkingprincipleandusebysystematicdesignmethod,theclutchisdividedintoactivepart,andcontrolmechanisms,drivenpart.Basedontheprincipleofeachpartdesignschemeandtheadvantagesanddisadvantagesofcomparison,therelevantpartsofthebasicstructureanditspartsmanufacturingmaterials.Accordingtotheusingconditionsandparametersofvehicles,vehicleinaccordancewiththeclutchsystemdesignstepsandrequirement,thefollowingmaindesignparametersrelatedwork:
choiceforfrictionslicesofdiameterD,clutchbackupcoefficientofbetaβ,unitofpressureΡ.Andtheassemblydesignmainlyfor:
thepressureplatedesign,anddrivenplatedesign（platen）andthediaphragmspringdesignetc.
Keywords:
clutch;Diaphragmspring;Platen;Thepressureplate;Frictionslices
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目录
摘要……IAbstract……II目录……III第1章绪论……11.1离合器概述……11.2离合器的功用……11.3离合器的工作原理……21.4膜片弹簧离合器概述……31.5拉式膜片弹簧离合器的优点……4第2章离合器结构方案选取……12.1离合器车型的选定……12.2离合器设计的基本要求……12.3离合器结构设计……12.3.1摩擦片的选择……12.3.2压紧弹簧布置形式的选择……22.3.3压盘的驱动方式……22.3.4离合器的散热通风……32.4摩擦片厚度报警器……3第3章离合器基本结构参数的确定……43.1摩擦片主要参数的选择……43.2离合器后备系数β的确定……53.3单位压力Ρ的确定……53.4摩擦片基本参数的优化……6第4章离合器从动盘设计……94.1从动盘结构介绍……94.2从动盘设计……104.2.1从动片的选择和设计……104.2.2从动盘毂的设计……114.2.3摩擦片的材料选取及与从动片的紧固方式……12
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第5章离合器压盘设计……135.1压盘的传力方式的选择……135.2压盘的几何尺寸的确定……135.3压盘传动片的材料选择……135.4离合器盖的设计……145.5传力片的设计及强度校核……14第6章离合器分离装置设计……166.1分离杆的设计……166.2离合器分离套筒和分离轴承的设计……16第7章离合器膜片弹簧设计……187.1膜片弹簧的结构特点……187.2膜片弹簧的变形特性和加载方式……187.3膜片弹簧的参数尺寸确定……197.3.1H、切槽宽δ1、窗孔槽宽δ2及半径rε……207.3.6压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定……217.3.7公差与精度……217.4膜片弹簧的优化设计……21第8章扭转减震器设计……258.1扭转减震器概述……258.2扭转减震器参数……25结论……29致谢……30参考文献……31
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第1章绪论
1.1离合器概述
离合器是汽车传动系统中直接与发动机相连接的部件。
按动力传递顺序来说，离合器应是传动系中的第一总成。
顾名思义，离合器是“离”与“合”矛盾的统一体。
离合器的工作，就是受驾驶员操纵，或者分离，或者接合，以完成其本身的任务。
离合器是设置在发动机与变速器之间的动力传递机构，其功用是能够在必要时中断动力的传递，保证汽车平稳地起步；保证传动系换档时工作平稳；限制传动系所能承受的最大扭矩，防止传动系过载。
为使离合器起到以上几个作用，目前汽车上广泛采用弹簧压紧的摩擦式离合器，摩擦离合器所能传递的最大扭矩取决于摩擦面间的工作压紧力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面状况等，即主要取决于离合器基本参数和主要尺寸[1]。
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。
1.2离合器的功用
离合器可使发动机与传动系逐渐接合，保证汽车平稳起步。
现代车用活塞式发动机不能带负荷启动，它必须先在空负荷下启动，然后再逐渐加载。
发动机启动后，得以稳定运转的最低转速约为300～500rmin,而汽车则只能由静止开始
起步，一个运转着的发动机要带一个静止的传动系，是不能突然刚性接合的。
因为如果是突然的刚性连接，就必然造成不是汽车猛烈攒动，就是发动机熄火。
所以离合器可使发动机与传动系逐渐地柔和地接合在一起，使发动机加给传动系的扭矩逐渐变大，至足以克服行驶阻力时，汽车便由静止开始缓慢地平稳起步了。
虽然利用变速器的空档，也可以实现发动机与传动系的分离。
但变速器在空档位置时，变速器内的主动齿轮和发动机还是连接的，要转动发动机，就必须和变速器内的主动齿轮一起拖转，而变速器内的齿轮浸在黏度较大的齿轮油中，拖转它的阻力是很大的。
尤其在寒冷季节，如果没有离合器来分离发动机和传动系，发动机起动是很困难的。
所以离合器的第二个功能就是暂时分开发动机和传动系的联系，以便于发动机起动。
汽车行驶中变速器要经常变换档位，即变速器内的齿轮副要经常脱开啮合和
[2]
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进入啮合。
如在脱档时，由于原来啮合的齿面压力的存在，可能使脱档困难，但如果用离合器暂时分离传动系，即能便利脱档。
同时在挂档时，依靠驾驶员掌握，使待啮合的齿轮副圆周速度达到同步是较为困难的，待啮合齿轮副圆周速度的差异将会造成挂档冲击甚至挂不上档，此时又需要离合器暂时分开传动系，以便使与离合器主动齿轮联结的质量减小，这样即可以减小挂档冲击以便于换档。
离合器所能传递的最大扭矩是有一定限制的，在汽车紧急制动时，传动系受到很大的惯性负荷，此时由于离合器自动打滑，可避免传动系零件超载损坏，起保护作用。
1.3离合器的工作原理
如图1.1所示，摩擦离合器一般是有主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。
图1.1离合器总成
离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮3和压盘14借摩擦作用传给从动盘，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17和分离轴承16，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20上的支柱为支点，而外端与压盘14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
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向右，仍将从动盘压紧在飞轮上，这样发动机的扭矩又传入变速器。
1.4膜片弹簧离合器概述
膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型载货汽车上广泛采用的一种离合器。
因其作为压簧，可以同时兼起分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，质量减小，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。
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，而周布置弹簧离合器在高速时，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，那么可以看出，对于轻型车膜片弹簧
[3]离合器的设计研究对于改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义。
作为压紧弹簧的所有膜片弹簧，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，而且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，甚至膜片弹簧几乎扁平。
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后移使离合器分离。
膜片弹簧离合器具有很多优点：
首先，由于膜片弹簧具有非线性特性，因此设计摩擦片磨损后，弹簧压力几乎不变，且可以减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便；其次，膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对称的，因此其压紧力实际上不受离心力的影响，性能稳定，平衡性也好；再者，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，零件数目减小，质量减小并显著缩短了轴向尺寸；另外，由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片的接触良好，摩擦均匀，也易于实现良好的通风散热等。
由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点，并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平在不断提高，因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用，而
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且正大力扩展到载货汽车和重型汽车上，国外已经设计出了传递转矩为80～2000N?
m、最大摩擦片外径达420的膜片弹簧离合器系列，广泛用于轿车、客车、轻型和中型货车上。
甚至某些总质量达28～32t的重型汽车也有采用膜片弹簧离合器的，但膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高。
膜片弹簧离合器的操纵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，并将支承圈移到膜片弹簧的大端附近，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。
1.5拉式膜片弹簧离合器的优点
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，质量更少；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，且中间支承减小了摩擦损失，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，不会产生冲击和哭声；使用寿命更长[4]。
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第2章离合器结构方案选取
2.1离合器车型的选定
基本参数如下：
整车质量（ma）1245）：
（kg
最大转矩（Τemax）51.（N?
m）：
5
最高转速（n）3750rmin：
：
一档传动比（i1）3.428主减速比（i0）5.142：
轮胎规格：
4.5?
12?
8PR
2.2离合器设计的基本要求
为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足以下要求：
1）在任何行驶条件下，都能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载。
2）接合时要完全、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）具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，并具有吸收振动、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离合器和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化尽可能小，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）结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。
[5]
2.3离合器结构设计
2.3.1摩擦片的选择
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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，所以被广泛使用与轿车和中、小型货车。
因此本设计选择单片离合器。
2.3.2压紧弹簧布置形式的选择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。
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）由于膜片弹簧大端面环形与压盘接触，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，膜片弹簧的执照已日趋成熟[6]。
因此，我选用膜片弹簧式离合器，材料选取为60Si2MnA。
2.3.3压盘的驱动方式压盘的驱动形式主要有凸块－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形式，沿圆周切向布置得三组或四组薄弹簧传动片两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺钉联结，传动片的弹性允许其轴向移动。
当发
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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。
压盘形状较复杂，要求传热性好，具有较高的摩擦因数，通常采用灰铸铁，一般采用HT200、HT250、HT300，硬度为170～227HBS。
也有少数采用合金压铸件。
故而，压盘的驱动方式选择弹性传动片式，材料选用HT200。
2.3.4离合器的散热通风试验表明，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180～200°C时摩擦片磨损剧烈增加，正常使用条件的离合器压盘工作表面的瞬时温度一般在180°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1000°C。
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：
在压盘上设置散热筋，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。
[7]
2.4摩擦片厚度报警器
离合器是靠摩擦力来传递动力的。
离合器的摩擦片也由于摩擦而不断磨损，当摩擦片磨损到一定程度后，就需要对其进行处理或更换摩擦片。
但是摩擦片是安装在离合器内的，很难及时处理或更换已磨损了的摩擦片。
所以需要一个报警器来及时提醒驾驶员更换已磨损到了一定程度的摩擦片。
鉴于以上情况，应该在离合器内安装摩擦片厚度报警器。
摩擦片厚度报警器的工作原理很简单，当摩擦片被磨薄到一定程度的时候，压盘会向飞轮方向移动，在压盘上安装的传动片会随着压盘向飞轮方向移动，进而与报警器上的钩子挤压，钩子与感应触手23接合在一起，当钩子被挤压时，感应触手会因拉紧弹簧25的原因被拉起，与传感器24接触，进而实施报警，使驾驶员及时更换摩擦片。
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毕业设计（论文）
第3章离合器基本结构参数的确定
3.1摩擦片主要参数的选择
摩擦片外径是离合器的主要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。
当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩已知，适当选取后备系数β和单位压力Ρ0，可估算出摩擦片外径。
摩擦片外径D（mm）也可以根据发动机最大转矩Temax（N?
m）按如下经验公式选用D=KDTemax··············（3－1）··············式中：
KD直径系数取值范围见表3.1
表3.1直径系数KD的取值范围车乘用车最大总质量为1.8～14.0t的商用车13.5～15.
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