精品K5汽车膜片弹簧离合器设计毕业论文.docx

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精品K5汽车膜片弹簧离合器设计毕业论文

第1章绪论

1.1概述

在以内燃机作为动力的机械传动汽车中，无论是AMT或MT,离合器都作为一个独立部件而存在，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依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。

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角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，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，适合发动机的高转速，增加离合器传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器发展趋势。

1.2汽车离合器结构的发展

在早期研发的离合器结构中，锥形离合器最为成功。

它的原形设计曾装在1889年德国戴姆勒公司生产的钢质车轮的小汽车上。

它是将发动机飞轮的内孔做成锥体作为离合器的主动件。

对当时来说锥形离合器的制造比较容易，摩擦面容易修复。

它的摩擦材料曾用过驼毛带、皮革带等。

那时也曾出现过蹄-鼓式离合器来代替锥形离合器。

但无论锥形离合器、还是蹄-鼓式离合器，都容易造成分离不彻底甚至出现主、从动件根本无法分离的自锁现象。

现在所有的盘片式离合器的先驱是多片盘式离合器，它是直到1925年以后才出现的。

多片离合器最主要的优点是，在汽车起步时离合器的结合比较平顺，无冲击。

早期的设计中，多片按成对布置设计，一个钢盘片对着一青铜盘片。

采用纯粹的金属对金属的摩擦副，把它们浸在油中工作，能达到更加满意的性能。

浸在油中的盘式离合器，盘子直径不能太大，以避免在高速时把油甩掉。

此外，油也容易把金属盘片粘住，不易分离。

但毕竟还是优点大于缺点。

因为在当时，许多其他离合器还在原创阶段，性能很不稳定。

石棉基摩擦材料的引入和改进，使得盘式离合器可以传递更大的转矩，能耐受更高的温度。

此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用较小的摩擦面积，因而可以减少摩擦片数，这是由多片离合器向单片离合器转变的关键。

20世纪20年代末，只到进入30年代时，只有工程车辆、赛车和大功率的轿车上才使用多片离合器。

实际上早在1920年就出现了单片式离合器，但由于当时技术设计上的缺陷，造成了单片离合器在结合时不够平顺等问题。

但是，单片干式离合器结构紧凑，散热良好，转动惯量小，所以以内燃机为动力的汽车经常采用它，尤其是成功地开发了价格便宜的冲压件离合器盖以后更是如此。

多年的实际经验和技术上的改进使人们逐渐趋向于首先单片干式摩擦离合器，因为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，而且由于在结构上采取一定措施，已能做到结合平顺，因此现在广泛用于大、中、小各类车型中。

如今单片干式摩擦离合器在结构设计方面相当完善。

采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的结合平顺性。

离合器从动盘总成中装有扭转减震器，防止了传动系统的扭转共振，减小了传动系统噪声和动载荷。

随着人们对汽车舒适性要求的提高，离合器在原有基础上得到不断该进，乘用车上愈来愈多采用双质量飞轮的扭转减振器，能更有效地降低传动系的噪声。

对于重型离合器，由于商用车趋于大型化，发动机功率不断加大，但离合器允许加大尺寸的空间有限（现离合器从动盘的直径已达430mm），离合器的使用条件日酷一日，增加离合器传扭能力，提高其使用寿命，简化操作，已成为重型离合器当前的发展趋势。

为了提高离合器的传扭能力，在重型汽车上可采用双片干式离合器。

从理论上讲，在相同径向尺寸下，双片离合器的传扭能力和使用寿命是单片的一倍，但受到其他客观因素的影响（如散热等），实际的效果要比理论值低一些。

结构上采用拉式膜片弹簧的离合器，其允许的传扭能力要比推式大。

从动盘采用金属陶瓷的离合器比一般有机片摩擦材料的离合器传扭能力要提高30%，而使用寿命至少提高70%以上。

近年来湿式离合器在技术上不断改进，在国外某些重型牵引汽车和自卸汽车上又开始采用多片湿式离合器。

与干式离合器相比，由于用油泵进行强制冷却的结构，摩擦表面温度较低（不超过93℃），因此，起步时长时间打滑也不致烧损摩擦片。

据报道，这种离合器有着良好的起步能力，其使用寿命可达干式离合器的5-6倍。

1.3国内外的技术差距

为了满足汽车配套的需要，上世纪80年代，几个厂家先后从国外引进了膜片弹簧设计与制造技术。

这些企业引进工作有力地促进国内汽车离合器行业的发展，为今后工作打下了一定的基础，但由于技术与资金的有限，缺乏长期高额投资的能力，形式不容乐观，与国外先进产家相比仍有相当大的差距。

●生产规模

●由于受汽车市场，制造工艺和装备的制约，我国的生产规模与国外先进厂家相差甚远。

试比较如下：

法国Valeo公司1992年离合器产量为1000万套，销售收入26.81亿法郎，而我国目前最大生产厂家上海离合器总厂今年产量预计40万套，相差几十倍。

●技术水平

●虽然国内各主要离合器厂家先后从国外引进生产技术，但由于引进产品品种比较窄，产品比较落后。

同时在技术消化、技术积蓄、技术发展等方面未作大的人力，物力投入，缺乏独立自主开发能力，不能形成系列化产品。

而国外各厂家不仅产品品种多，从160mm到430mm有几千种产品，而且深度上不断突破，如复合整体双飞轮及紧凑离合器系统、液力变矩器、电子控制离合器系统等均已商业化。

●生产管理

●由于国内离合器厂家大多数起点比较低，观念又未及时更新，生产管理很大程度上还停留在行政指令阶段，生产与销售市场脱节，盲目生产，生产线上紊乱无序，而国外大多推广精益生产方式，实行倒拉式生产，生产线始终保持均衡有序地流动。

●产品质量

●由于我国基础工业相对比较落后，原材料不能满足技术要求，同时由于各厂家生产纲领小，高效、高精度设备采用较少，如多工位压力机，高速精密冲床及热处理，机械加工自动化生产线等，量刃具精度也严重影响产品质量，使我国产品质量不能满足主机厂技术要求，而国外厂家仍在不断制定更严格标准来促进各厂家产品质量的提高。

通过以上几个方面比较，可以发现我国汽车离合器行业危机四伏，而随着我国加入世界贸易组织，汽车行业对零部件实行全球采购的流行，使得离合器大集团更能发

挥规模经济的优势，很可能不断扩大其在中国市场份额，将我国分散，各自为政的离合器厂家各个吞食。

这是一个摆在我们面前的严峻现实，必须引起我们高度重视和思考。

因此，国内离合器发展还有好一段长路要走，有待我们做出更大的贡献。

1.4研究方法及结构安排

根据汽车总体设计要求对离合器进行匹配设计。

本膜片弹簧离合器可以从以下几个步骤进行设计工作：

●汽车总体参数设计

●离合器选型

●离合器主要参数的选择

●膜片弹簧的设计

●离合器从动盘总体设计

●压盘和离合器盖设计

●扭转减振器设计

●离合器操纵机构设计

第2章汽车总体设计

2.1汽车形式的选择

给定参数为:

汽车最高车速202km；最大爬坡度0.7。

不同形式的汽车，主要体现在轴数、驱动形式以及布置形式上有区别。

（一）轴数

（二）汽车可以有两轴、三轴、四轴甚至更多的轴数。

影响选取轴数的因素主要有汽车的总质量、道路法规对轴载质量的限制和轮胎的负荷能力以及汽车的结构等。

根据有关部门规定：

公路允许车辆的单后轴负荷为130kN，双后轴负荷为240kN，双轴汽车前后轴总负荷一般不大于190kN，而三轴式汽车前后轴总负荷不超320kN。

所以根据给定的汽车装载质量选择汽车的轴数为：

两轴。

（三）驱动形式

（四）汽车驱动形式有4x2、4x4、6x2、6x4、6x6、8x4、8x8等。

汽车的用途、总质量和对车辆通过性能的要求等，是影响选择驱动形式的主要因素。

增加驱动轮数能够提高汽车的通过能力，驱动轮数越多，汽车的结构越复杂，整备质量和制造成本也随之增加，同时也使汽车的总体布置工作变得困难。

乘用车和总质量小些的商用车，多采用结构简单，制造成本低的4x2驱动形式。

所以选择汽车驱动形式为：

4x2式。

（五）布置形式

（六）汽车可以按照驾驶室与发动机相对位置不同，分为平头式、短头时、长头式和偏置式四种。

汽车又可以根据发动机位置不同，分为发动机前置、中置、和后置三种布置形式。

（七）针对轻型汽车选择平头式，采用平头式货车的主要优点如下：

汽车总长和轴距尺寸短；最小转弯直径小，机动性能好；不需要发动机罩和翼子板，加上总长缩短等因素的影响，汽车整备质量减少；驾驶员视野得到明显改善；采用翻转式驾驶室时能改善发动机及其附件的接近性；面积利用率高。

2.2汽车主要参数的选择

（一）汽车主要尺寸的确定

（二）汽车的主要尺寸参数有外廓尺寸、轴距、轮距、前悬、后悬、货车车头长度和车厢尺寸等。

1.外廓尺寸

2.汽车的长、宽、高称为汽车外廓尺寸。

各国对公路运输车辆的外廓尺寸均有法规应超过6m；包括后视镜，汽车宽不超过2.5mm；空载、顶窗关闭状态下，汽车高不超过4m；具体选择何种外廓尺寸，应根据汽车的用途。

道路条件、外形设计和结构布置等因素来确定。

汽车的尺寸一般随吨位而一起增大，同一吨位轴数多的汽车，其宽度、高度要比轴数少的汽车小一些。

在保证汽车主要性能条件下应力求减小外廓尺寸，以便减轻汽车的质量，降低成本和改善经济性。

3.所以，确定汽车的外廓尺寸为：

4845mm1830mm1460mm

4.轴距L

5.轴距对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径等有影响。

当轴距短时，上述各项指标减少。

此外，轴距对轴荷分配、传动轴夹角有影响。

原则上对发动机排量大的乘用车、载质量或载客多的货车或客车，轴距取得长。

对机动性要求高的汽车，轴距宜取短些。

根据表2-1提供的数据，总质量在1.4-5.0t的轿车，轴距宜取在2500mm-2860mm之间。

6.所以汽车轴距L:

L=2795mm

7.前、后轮距和

8.轮距大些，对增大车厢宽度与提高车身横向稳定性有利；但轮距过大，使汽车总宽和总质量增大，并导致汽车的比功率、比转矩指标下降，机动性变坏。

9.在选定的前轮距范围内，应能布置下发动机、车架、前悬架和前轮，并保证前轮有足够的转向空间，同时转向杆系与车架、车轮之间有足够的运动间隙。

在确定后轮距时，应考虑车架两纵梁之间的宽度、悬架宽度和轮胎宽度及它们之间应留有必要的间隙。

根据表2-1提供数据，总质量在1.4-5.0t的轿车，轮距宜取

1300mm-15000mm之间。

所以前、后轮距和：

==1400mm

表2-1各种汽车的轴距和轮距

车型

类别

轴距Lmm

轮距Bmm

轿车

微型车

2000～2200

1100～1380

普通级

2100～2540

1150～1500

中级

2500～2860

1300～1500

中、高级

2850～3400

1400～1580

高级

2900～3900

1560～1620

4×2货车

微型

1700～2900

1150～1350

轻型

2300～3600

1300～1650

中型

3600～5500

1700～2000

重型

4500～5600

1840～2000

矿用自卸车

总质量

<60

3200～4200

2000～4000

>60

3900～4800

大客车

城市大客车（单车）

4500～5000

1740～2050

长途大客车（单车）

5000～6500

10.前悬和

11.前悬尺寸对汽车通过性、碰撞安全性、驾驶员视野、前钢板弹簧长度、上车和下车的方便性以及汽车造型等均有影响。

增加前悬尺寸，减少了汽车的接近角，使汽车通过性降低，并使驾驶员视野变坏。

后悬尺寸对汽车通过性、汽车追尾时的安全性、货箱长度或行李箱长度、汽车造型等有影响，并取决于轴距和轴荷分配的要求。

后悬长，则汽车离去角减小，使通过性降低。

总质量在1.4-5.0t的轿车后悬一般在1000mm-1800mm之间。

12.取前悬=520mm,后悬=920mm。

（二）汽车质量参数的确定

数包括整车整备质量、载客量、装载质量、质量系数、汽车总质量、轴荷分配等。

13.汽车的载质量

14.汽车载质量是指在硬质良好的路面上行驶时所允许的额定载质量。

载质量由设计要求给出。

=1.4t

15.质量系数

16.质量系数是指汽车载质量与整车整备质量的比值，即=。

该系数反映了汽车的设计水平和工艺水平，值越大，说明该汽车的结构和制造工艺越先进。

在参考同类汽车选定（表2-2），取=0.8。

17.表2-2货车的质量系数

车型参数

总质量t

轿车

1.2—3.0

0.40～0.80

3.0—6.0

1.10～1.35

≥6.0

1.20～1.50

18.整车整备质量

19.质量是指车上带有全部装备（包括随车工具、备胎等），加满燃料、水，但没有装货和载人时的整车质量。

20.根据选定质量系数，求整车整备质量

21.由于（2-1）

22.所以==1.4t0.8=1.75t

4轴荷分配

荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支撑平面的垂直负荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。

轴荷分配对轮胎寿命和汽车的许多使用性能有影响。

各使用性能要求是相互矛盾的，这就要求设计时应根据整车的性能要求。

使用条件等，合理地选取轴荷分配。

各类汽车的轴荷分配见表2-3

根据表2-3，满载时，

前轴轴荷分配取60%即175060％≤1050kg

后轴轴荷分配取53%即175053％≤927.5kg

表2-3各类汽车的轴荷分配

车型

满载

空载

前轴

后轴

前轴

后轴

轿车

发动机前置前轮驱动

47%～60%

40%～53%

56%～66%

34%～44%

发动机前置后轮驱动

45%～50%

50%～55%

51%～56%

44%～49%

发动机后置后轮驱动

40%～46%

54%～60%

38%～50%

50%～62%

货车

4×2后轮单胎

32%～40%

60%～68%

50%～59%

41%～50%

4×2后轮双胎，长、短头式

25%～27%

73%～75%

44%～49%

51%～56%

4×2后轮双胎，平头式

30%～35%

65%～70%

48%～54%

46%～52%

6×4后轮双胎

19%～25%

75%～81%

31%～37%

63%～69%

（三）汽车性能参数的确定

1.动力性参数

汽车动力参数包括最大动力因数、最高车速、加速时间t、商品能力、比功率和比转矩等。

（一）最大动力因数

直接挡大动力因数和一挡最大动力因数，的选择主要考虑对汽车加速性和燃料经济性的要求，并视汽车类型和道路条件而异，各车的动力因数可参考表2-4来选择。

根据表2-4，直接档最大动力因数=0.12，一挡最大动力因数=0.40。

表2-4汽车动力性能参数范围

汽车类别

直接挡最大动力因数

一挡最大动力因数

比功率

比转矩

轿车

微型级

0.07～0.10

0.30～0.40

30～60

50～110

普通级

0.08～0.12

0.30～0.40

35～65

80～110

中级

0.10～0.15

0.30～0.50

40～70

90～130

高级

0.14～0.20

0.30～0.50

60～110

100～180

货车

微型

0.1～0.14

0.30～0.40

16～28

30～44

轻型

0.06～0.10

0.30～0.40

15～25

38～44

中型

0.04～0.06

0.30～0.35

10～20

33～47

重型

0.04～0.06

0.30～0.35

6～20

29～50

（1）最高车速

最大车速由设计要求给出，=202km）来评价。

该值越小燃油经济性越好。

汽车用单位质量的百公里油耗量来评价（表2-5）。

表2-5汽车单位质量百公里燃油消耗量[]

总质量mat

汽油机

柴油机

总质量mat

汽油机

柴油机

<2

2.0～3.0

1.5～2.1

4～8

2.18～2.42

1.15～1.36

2～4

1.5～1.8

1.4～1.8

>8

2.50～2.60

1.43～1.53

该中级轿车车选择高速汽油机作为动力来源，由表2-5数据，取q=2.0,所以百公里油耗为2.8L

3.汽车最小转弯直径

转向盘转至极限位置时，汽车前外转向轮轮辙中心在支撑平面上的轨迹圆的直径，称为汽车最小转弯直径。

用来描述汽车转向的机动性，是汽车转向能力和转向安全性能的一项重要指标。

由给定参数=12.5m。

4.通过性几何参数

总体设计要确定的通过性几何参数有：

最小离地间隙，接近角，离去角，纵向通过半径等。

其范围见表2-6。

取：

●最小离地间隙=122mm

●接近角≤25°

●离去角≤20°

●纵向通过半径ρ≤5.5m

表2-6汽车通过性的几何参数

车型

mm

（°）

β（°）

ρm

4×2轿车

150～220

20～30

15～22

3.0～8.3

4×4轿车

210

45～50

35～40

1.7～3.6

4×2货车

250～300

40～60

25～45

2.3～6.0

4×4货车、6×6货车

260～350

45～60

35～45

1.9～3.6

4×2客车、6×4客车

220～370

10～40

6～20

4.0～9.0

5.操纵稳定性参数

（1）转向特性参数

为了保证有良好的操纵稳定性，汽车应具有一定程度的不足转向。

通常用汽车以0.4g的向心加速度沿定圆转向时，前、后轮侧偏角之差作为评价参数。

此参数在为宜。

取=

（2）车身侧倾角

汽车以0.4g的向心加速度沿定圆等速行驶时，车身侧倾角控制在以内较好，最大不允许超过。

取=

（3）制动前俯角

为了不影响乘坐舒适性，要求汽车以0.4g的减速度制动时，车身的前俯角不大于。

6.汽车平顺性参数

保证汽车有良好的行驶平顺性，汽车有较低的振动频率，乘员在轴承受的振动加

7.汽车制动性参数

汽车在制动时，能在尽可能短的距离内停车且保持方向稳定，下长坡时能维持较低的安全车速并有在一定坡道上长期驻车的能力。

常用制动距离和制动减速度作为制动性能的评价参数和设计指标。

第3章离合器初步结构设计

3.1离合器功用原理及设计要求

（一）离合器的功用

（二）离合器是汽车传动系统中直接与发动机相联系的部件。

其功能如下：

1.保证汽车平稳起步

2.发动机起动后，汽车起步之前，驾驶员先踩下离合器踏板，将离合器分离，使发动机与传动系脱开，再将变速器挂上挡，然后逐渐松开离合器踏板，使离合器逐渐结合。

在离合器逐渐结合的过程中，发动机所受阻力矩也逐渐增加，故应同时踩下加速踏板，即逐步增加对发动机的燃油供给量，使发动机的转速始终保存在最低稳定转速以上，不致熄火。

由于离合器的结合紧密程度逐渐增大，发动机经传动系统传给驱动车轮的转矩便逐渐地增加，到驱动力足以克服起步阻力时，汽车即从静止开始运动并逐步加速。

因此保证了汽车能平稳起步。

3.保证传动系统换挡时工作平顺

4.在汽车形式过程中，为了适应不断变化的形式条件，传动系统经常要换用不同挡位工作。

实现齿轮式变速器的换挡，一般是拨动齿轮或其他挂挡机构，使原有挡位的某一齿轮副推出传动，再使另一挡位的齿轮副进入工作。

在换挡前也必须踩下离合器踏板，中断动力传递，便于是原有挡位的啮合副脱开，同时有可能使新挡位啮合副的啮合部位的速度逐渐趋向相等，这样，进入啮合时的冲击可以大为减轻，使换挡时工作平顺。

5.防止传动系统过载

6.当汽车进行紧急制动时，若没有离合器，则发动机将因和传动系统刚性相连而急剧降低转速，因而其中所有运动件将产生很大的惯性力矩（数值可能大大超过发动机正常工作时所发出的最大转矩），对传动系统造成超过其承载能力的载荷，而使其机件损坏。

有了离合器，便可依靠离合器主动部分和从动部分之间可能产生的相对运动以消除这一危险。

因此，离合器的这一功用是限制传动系统所承受的最大转矩，防止

传动系统过载。

由上述可知，欲使离合器起到以上几个作用，离合器应该是这样的一个传动机构：

其主动部分和从动部分可以暂时分离，又可以逐渐结合，并且在传动过程中还要有可能相对转动。

所以，离合器的主动件与从动件之间不可采用刚性联接，而是借二者接触面之间的摩擦作用来传递转矩（摩擦离合器）,或是利用液体作为传动的介质（液力耦合器），或是利用磁力传动（电磁离合器）。

在摩擦离合器中，为产生摩擦所需的压紧力，可以是弹簧力、液压作用力或电磁吸力。

但目前汽车上采用比较广泛的是弹簧压紧的摩擦离合器。

（三）膜片弹簧离合器的工作原理

（四）图3-1所示为膜片弹簧离合器结构状态示意图。

图3-1离合器的工作原理和构造示意图

1-轴承；2-飞轮；3-从动盘；4-压盘；5-离合器盖螺栓；6-离合器盖；7-膜片弹簧；8-分离轴承；9-轴

由图3-1可知，离合器盖6与发动机飞轮用螺栓5紧固在一起，当膜片弹簧7被预加压紧，离合器处于接合位置时，由于膜片弹簧大端对压盘4的压紧力，使得压盘与从动盘3互相压紧，发动机的转矩经飞轮及压盘通过摩擦面的摩擦力矩传至从动盘。

要分

离离合器时，踩下踏板，套在从动盘毂滑槽中的拨叉，便推动从动盘克服膜片弹簧弹簧的压力右移而与飞轮分离，压紧力消失，从而中断了动力传动。

（三）对膜片弹簧离合器的基本性能要求

为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足如下基本要求：

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）分离时要迅速、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。

3.2离合器结构方案的分析

（一）从动盘数的选择

（二）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结合平顺。

对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，离合器通常只设一片从动盘。

（三）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；接合更为平顺、柔和；在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力较小；中间压盘通风散热性差，容易引起摩擦片过热，加快其磨损甚至烧坏；分离行程大，不易分离彻底，轴向尺寸较大，结构复杂；从动部分的转动惯量较大。

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。

（四）多片离合器多为湿式，具有接合更加平顺、柔和、摩擦表面温度较低，磨损较小，使用寿命长等优点。

但分离形成大，分离不彻底，轴向尺寸和从动部分转动惯量大，主要应用与最大总质量大于14t的商用车的行星齿轮变速器换挡机构中。

（五）

因此，该轻型货车选用单片式离合器。

（六）膜片弹簧离合器优点

（七）该轻型货车采用推式膜片弹簧离合器。

膜片弹簧是一种由弹簧钢制