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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 輕型貨車離合器設(shè)計(jì) 院系名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 車輛工程 B07-8 班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： The Graduation Design for Bachelor's Degree Design of Vans Clutch Candidate：Zhang Qinglong Specialty ： Class ： Supervisor： Heilongjiang Institute of Technology 摘 要 汽車離合器位于發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間的飛輪殼內(nèi)，用螺釘將離合器總成固定在 飛輪的后平面上，離合器的輸出軸就是變速器的輸入軸。摩擦離合器作為一種典型 離合器為現(xiàn)代各類型汽車廣泛采用，實(shí)際上是一種依靠主、從動(dòng)部件間的摩擦來傳 遞動(dòng)力且能分離的機(jī)構(gòu)。 本次設(shè)計(jì)主要對(duì)輕型貨車的離合器進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過 CA1040 貨車的主要參數(shù)，結(jié) 合離合器設(shè)計(jì)相關(guān)理論，對(duì)應(yīng)用在該型汽車的離合器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。首先對(duì)離合器 進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，此離合器設(shè)計(jì)為膜片彈簧拉式離合器。結(jié)構(gòu)和方式選定后，通 過重新計(jì)算和校核，設(shè)計(jì)了摩擦片、膜片彈簧、扭轉(zhuǎn)減震器、壓盤、離合器蓋、傳 動(dòng)片等多個(gè)部件總成。此說明書說明了離合器配件總成的設(shè)計(jì)過程和方法，這些對(duì) 以后的離合器設(shè)計(jì)能夠起到參考作用。 關(guān)鍵詞: 離合器；膜片彈簧；壓盤；摩擦片；傳動(dòng)片 I ABSTRACT Clutch is in the flywheel between the engine and gearbox shell, and clutch assembly was fixed to the flywheel with screws behind the plane. The output shaft of clutch is the input shaft of transmission. As a typical clutch friction, clutch is widely used in various types of modern cars, and actually relies on the friction between the body and affiliate components the driving force. The present work mainly focuses on the redesign of clutch in light trucks, by the main parameters of CA1040 trucks and clutch design theory. The first one is the structure of the clutch, which is designed to be a diaphragm spring pull type. After structure and approach were selected, through the re-calculation and verification, the design of the friction disc, diaphragm spring, reverse the shock absorbers, pressure plate, clutch cover, transmission and other parts assembly sheet were completed. This manual descripts the design process and methods of clutch assembly, which can play a reference role for clutch design. Key Words: Clutch; Diaphragm spring; Pressure plate; Friction disc; transmission 目 錄 摘要 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????I Abstract???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????II 第 1 章 緒論 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1 選題的目的 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2 離合器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.3 離合器概述 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.3.1 離合器的功用 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.3.2 現(xiàn)代汽車離合器應(yīng)滿足的要求???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 1.3.3 離合器工作原理 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 1.3.4 拉式膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 1.4 設(shè)計(jì)的預(yù)期成果 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 第 2 章 離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 2.1 離合器結(jié)構(gòu)選擇與論證 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 2.1.1 摩擦片的選擇 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 2.1.2 壓緊彈簧布置形式的選擇 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 2.1.3 壓盤的驅(qū)動(dòng)方式 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 2.1.4 分離杠桿、分離軸承 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 2.1.5 離合器的散熱通風(fēng)???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 2.1.6 從動(dòng)盤總成 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 2.2 離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 2.3 離合器主要零件的設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 2.3.1 從動(dòng)盤 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 2.3.2 摩擦片???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 2.3.3 膜片彈簧 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 2.3.4 壓盤 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 2.3.5 離合器蓋 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 2.4 本章小結(jié) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 第 3 章 離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 3.1 離合器設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 3.2 摩擦片主要參數(shù)的選擇 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 3.3 摩擦片基本參數(shù)的優(yōu)化 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 3.4 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15 3.4.1 比較 H/h 的選擇?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15 3.4.2 R/r 選擇 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15 3.4.3 圓錐底角 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 3.4.4 切槽寬度 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 3.4.5 壓盤加載點(diǎn)和支承環(huán)加載點(diǎn)的確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 3.4.6 公差與精度 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 3.5 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????17 3.6 膜片彈簧的載荷與變形關(guān)系 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????17 3.7 膜片彈簧的應(yīng)力計(jì)算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 3.8 扭轉(zhuǎn)減震器設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 3.9 減振彈簧的設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 3.10 從動(dòng)盤轂 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24 3.11 從動(dòng)軸的計(jì)算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????26 3.12 分離軸承的壽命計(jì)算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????26 3.13 本章小結(jié) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????26 第 4 章 離合器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????28 4.1 離合器踏板行程計(jì)算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????29 4.2 踏板力的計(jì)算???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????29 4.3 本章小結(jié) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30 第 5 章 離合器的保養(yǎng)和維護(hù) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31 5.1 離合器踏板高度的測(cè)量和調(diào)整 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31 5.2 離合器踏板自由間隙的測(cè)量與調(diào)整 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31 5.3 液壓式離合器操作機(jī)構(gòu)的排空氣法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31 5.4 本章小結(jié) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31 結(jié)論 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33 參考文獻(xiàn) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34 致謝 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35 附錄 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36 0 第 1 章 緒 論 1.1 選題的目的 本次設(shè)計(jì)，我力爭(zhēng)把離合器設(shè)計(jì)系統(tǒng)化，為離合器設(shè)計(jì)者提供一定的參考價(jià)值。 拋棄傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器，設(shè)計(jì)新式的拉式膜片彈簧離合器是本次設(shè)計(jì)的主要 特點(diǎn)。了解貨車離合器的構(gòu)造，掌握輕型汽車離合器的工作原理。熟悉輕型汽車離合 器的工作原理。學(xué)會(huì)如何查找文獻(xiàn)資料、相關(guān)書藉，培養(yǎng)動(dòng)手設(shè)計(jì)項(xiàng)目、自學(xué)的能力， 掌握單獨(dú)設(shè)計(jì)課題和項(xiàng)目的方法。 1.2 離合器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 近年來各國(guó)政府都從資金、技術(shù)方面大力發(fā)展汽車工業(yè)，使其發(fā)展速度明顯比其 它工業(yè)要快的多，因此汽車工業(yè)迅速成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。 對(duì)于內(nèi)燃機(jī)汽車來說，離合器在機(jī)械傳動(dòng)系中作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在，它是 汽車傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的總成。目前，各種汽車廣泛采用的摩擦式離合器 主要依靠主、從動(dòng)部分之間的摩擦來傳遞動(dòng)力且能分離的裝置。 在早期研發(fā)的離合器中，錐形離合器最為成功?，F(xiàn)今所用的盤片式離合器的先驅(qū) 是多片盤式離合器，它是直到 1925 年以后才出現(xiàn)的。20 世紀(jì) 20 年代末，直到進(jìn)入 30 年代時(shí)，只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才采用多片離合器。多年的實(shí)踐 經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨向于首選單片干式離合器 [1]。 近來，人們對(duì)離合器的要求越來越高，傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)正逐步地 向拉式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)發(fā)展，傳統(tǒng)的操縱形式的操縱形式正向自動(dòng)操縱的形式發(fā) 展。因此，提高離合器的可靠性和延長(zhǎng)其使用壽命，適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速，增加離合 器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡(jiǎn)化操縱，已成為離合器的發(fā)展趨勢(shì)。 隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率不斷提高和汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)離合器 的要求越來越高。從提高離合器工作性能的角度出發(fā)，傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器結(jié) 構(gòu)正逐步地向拉式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)發(fā)展，傳統(tǒng)的操縱形式正向自動(dòng)操縱的形式發(fā) 展。因此，提高離合器的可靠性和延長(zhǎng)其使用壽命，適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速，增加離合 器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡(jiǎn)化操縱，已成為離合器的發(fā)展趨勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，設(shè)計(jì) 工作已從手工轉(zhuǎn)向電腦，包括計(jì)算、性能演示、計(jì)算機(jī)繪圖、制成后的故障統(tǒng)計(jì)等等。 1 1.3 離合器概述 按動(dòng)力傳遞順序來說，離合器應(yīng)是傳動(dòng)系中的第一個(gè)總成。顧名思義，離合器是 “離”與“合”矛盾的統(tǒng)一體。離合器的工作，就是受駕駛員操縱，或者分離，或者 接合，以完成其本身的任務(wù)。離合器是設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)， 其功用是能夠在必要時(shí)中斷動(dòng)力的傳遞，保證汽車平穩(wěn)地起步；保證傳動(dòng)系換檔時(shí)工 作平穩(wěn)；限制傳動(dòng)系所能承受的最大扭矩，防止傳動(dòng)系過載。為使離合器起到以上幾 個(gè)作用，目前汽車上廣泛采用彈簧壓緊的摩擦式離合器，摩擦離合器所能傳遞的最大 扭矩取決于摩擦面間的工作壓緊力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面狀況等。即主要 取決于離合器基本參數(shù)和主要尺寸。膜片彈簧離合器在技術(shù)上比較先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)性合理， 同時(shí)其性能良好，使用可靠性高壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，操作輕便，在保證可靠地 傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的前提下，有以下優(yōu)點(diǎn) [2]： （1）結(jié)合時(shí)平順、柔和，使汽車起步時(shí)不震動(dòng)、沖擊； （2）離合器分離徹底； （3）從動(dòng)部分慣量小，以減輕換檔時(shí)齒輪副的沖擊； （4）散熱性能好； （5）高速回轉(zhuǎn)時(shí)只有可靠強(qiáng)度； （6）避免汽車傳動(dòng)系共振，具有吸收震動(dòng)、沖擊和減小噪聲能力； （7）操縱輕便； （8）工作性能（最大摩擦力矩和后備系數(shù)保持穩(wěn)定） ； （9）使用壽命長(zhǎng)。 1.3.1 離合器的功用 離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸接合，保證汽車平穩(wěn)起步。如前所述，現(xiàn)代車用 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)不能帶負(fù)荷啟動(dòng)，它必須先在空負(fù)荷下啟動(dòng)，然后再逐漸加載。發(fā)動(dòng)機(jī) 啟動(dòng)后，得以穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速約為 300～500r/min，而汽車則只能由靜止開始起 步，一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī)，要帶一個(gè)靜止的傳動(dòng)系，是不能突然剛性接合的。因?yàn)槿?果是突然的剛性連接，就必然造成不是汽車猛烈攢動(dòng)，就是發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。所以離合器 可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸地柔和地接合在一起，使發(fā)動(dòng)機(jī)加給傳動(dòng)系的扭矩逐漸變大， 至足以克服行駛阻力時(shí)，汽車便由靜止開始緩慢地平穩(wěn)起步了。 雖然利用變速器的空檔，也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的分離。但變速器在空檔位 置時(shí)，變速器內(nèi)的主動(dòng)齒輪和發(fā)動(dòng)機(jī)還是連接的，要轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，就必須和變速器內(nèi) 的主動(dòng)齒輪一起拖轉(zhuǎn)，而變速器內(nèi)的齒輪浸在黏度較大的齒輪油中，拖轉(zhuǎn)它的阻力是 很大的。尤其在寒冷季節(jié)，如沒有離合器來分離發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)是很困 2 難的。所以離合器的第二個(gè)功用，就是暫時(shí)分開發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的聯(lián)系，以便于發(fā)動(dòng) 機(jī)起動(dòng)。 汽車行駛中變速器要經(jīng)常變換檔位，即變速器內(nèi)的齒輪副要經(jīng)常脫開嚙合和進(jìn)入 嚙合。如在脫檔時(shí)，由于原來嚙合的齒面壓力的存在，可能使脫檔困難，但如用離合 器暫時(shí)分離傳動(dòng)系，即能便利脫檔。同時(shí)在掛檔時(shí)，依靠駕駛員掌握，使待嚙合的齒 輪副圓周速度達(dá)到同步是較為困難的，待嚙合齒輪副圓周速度的差異將會(huì)造成掛檔沖 擊甚至掛不上檔，此時(shí)又需要離合器暫時(shí)分開傳動(dòng)系，以便使與離合器主動(dòng)齒輪聯(lián)結(jié) 的質(zhì)量減小，這樣即可以減少掛擋沖擊以便利換檔。 離合器所能傳遞的最大扭矩是有一定限制的，在汽車緊急制動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)系受到很 大的慣性負(fù)荷，此時(shí)由于離合器自動(dòng)打滑，可避免傳動(dòng)系零件超載損壞，起保護(hù)作用。 1.3.2 現(xiàn)代汽車離合器應(yīng)滿足的要求 根據(jù)離合器的功用，它應(yīng)滿足下列主要要求： （1）能在任何行駛情況下，可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩。為此，離合器的摩 擦力矩（ ）應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩（ ） ；cTmaxeT （2）接合平順、柔和。即要求離合器所傳遞的扭矩能緩和地增加，以免汽車起 步?jīng)_撞或抖動(dòng)； （3）分離迅速、徹底。換檔時(shí)若離合器分離不徹底，則飛輪上的力矩繼續(xù)有一 部份傳入變速器，會(huì)使換檔困難，引起齒輪的沖擊響聲； （4）從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。離合器分離時(shí)，和變速器主動(dòng)齒輪相連接的質(zhì)量就 只有離合器的從動(dòng)盤。減小從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，換檔時(shí)的沖擊即降低； （5）具有吸收振動(dòng)、噪聲和沖擊的能力； （6）散熱良好，以免摩擦零件因溫度過高而燒裂或因摩擦系數(shù)下降而打滑； （7）操縱輕便，以減少駕駛員的疲勞。尤其是對(duì)城市行駛的轎車和公共汽車， 非常重要； （8）摩擦式離合器，摩擦襯面要耐高溫、耐磨損，襯面磨損在一定范圍內(nèi)，要 能通過調(diào)整，使離合器正常工作。 1.3.3 離合器工作原理 如圖 1.1 所示，摩擦離合器一般是有主動(dòng)部分、從動(dòng)部分組成、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱 機(jī)構(gòu)四部分組成。 離合器在接合狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩自曲軸傳出，通過飛輪 2 和壓盤借摩擦作用傳 給從動(dòng)盤 3，在通過從動(dòng)軸傳給變速器。當(dāng)駕駛員踩下踏板時(shí)，通過拉桿，分離叉、 3 分離套筒和分離軸承 8，將分離杠桿的內(nèi)端推向右方，由于分離杠桿的中間是以離合 器蓋 5 上的支柱為支點(diǎn)，而外端與壓盤連接，所以能克服壓緊彈簧的力量拉動(dòng)壓盤向 左，這樣，從動(dòng)盤 3 兩面的壓力消失，因而摩擦力消失，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩就不再傳入變 速器，離合器處于分離狀態(tài)。當(dāng)放開踏板，回位彈簧克服各拉桿接頭和支承中的摩擦 力，使踏板返回原位。此時(shí)壓緊彈簧就推動(dòng)壓盤向右，仍將從動(dòng)盤 3 壓緊在飛輪上 2，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩又傳入變速器。 1-軸承 2-飛輪 3-從動(dòng)盤 4-壓盤 5-離合器蓋螺栓 6-離合器蓋 7-膜片彈簧 8-分離軸承 9-軸 圖 1.1 離合器總成 1.3.4 拉式膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn) 與推式相比，拉式膜片彈簧離合器具有許多優(yōu)點(diǎn)：取消了中間支承各零件，并不 用支承環(huán)或只用一個(gè)支承環(huán)，使其結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、緊湊，零件數(shù)目更少，質(zhì)量更少；拉 式膜片彈簧是中部與壓盤相壓在同樣壓盤尺寸的條件下可采用直徑較大的膜片彈簧， 提高了壓緊力與傳遞轉(zhuǎn)矩的能力，且并不增大踏板力，在傳遞相同的轉(zhuǎn)矩時(shí)，可采用 尺寸較小的結(jié)構(gòu)；在接合或分離狀態(tài)下，離合器蓋的變形量小，剛度大，分離效率更 高；拉式的杠桿比大于推式的杠桿比，且中間支承減少了摩擦損失，傳動(dòng)效率較高， 踏板操縱更輕便，拉式的踏板力比推式的一般可減少約 ；無論在接合狀態(tài)%30~25 或分離狀態(tài)，拉式結(jié)構(gòu)的膜片彈簧大端與離合器蓋支承始終保持接觸，在支承環(huán)磨損 后不會(huì)形成間隙而增大踏板自由行程，不會(huì)產(chǎn)生沖擊和哭聲；使用壽命更長(zhǎng)。 1.4 設(shè)計(jì)的預(yù)期成果 本次設(shè)計(jì)，我將取得如下成果：1、設(shè)計(jì)說明書：（1）離合器各零件的結(jié)構(gòu)； 4 （2）離合器主要參數(shù)的選擇與優(yōu)化；（3）膜片彈簧的計(jì)算與優(yōu)化；（4）扭轉(zhuǎn)減振 器的設(shè)計(jì)；（5）離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。2、圖紙有：扭轉(zhuǎn)減盤、摩擦片、膜片 彈簧、從動(dòng)盤、軸、壓盤、離合器、離合器蓋總成。 5 第 2 章 離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了達(dá)到計(jì)劃書所給的數(shù)據(jù)要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)車型的類別、使用要求、制造條 件，以及“系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化”的要求等，合理選擇離合器結(jié)構(gòu)。 2.1 離合器結(jié)構(gòu)選擇與論證 2.1.1 摩擦片的選擇 單片離合器因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，散熱良好，維修調(diào)整方便，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量小，在使用時(shí)能保證分離徹底接合平順，所以被廣泛使用于轎車和中、小型貨車， 因此該設(shè)計(jì)選擇單片離合器。摩擦片數(shù)為 2。 2.1.2 壓緊彈簧布置形式的選擇 離合器壓緊裝置可分為周布彈簧式、中央彈簧式、斜置彈簧式、膜片彈簧式等。 其中膜片彈簧的主要特點(diǎn)是用一個(gè)膜片彈簧代替螺旋彈簧和分離杠桿。膜片彈簧與其 他幾類相比又有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn) [1]： （1）由于膜片彈簧有理想的非線性特征,彈簧壓力在摩擦片磨損范圍內(nèi)能保證大 致不變，從而使離合器在使用中能保持其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力不變。當(dāng)離合器分離時(shí)，彈 簧壓力不像圓柱彈簧那樣升高，而是降低，從而降低踏板力； （2）膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺寸小， 零件數(shù)目少，質(zhì)量??； （3）高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；而圓柱彈簧壓緊力明顯下降； （4）由于膜片彈簧大斷面環(huán)形與壓盤接觸，故其壓力分布均勻，摩擦片磨損均 勻，可提高使用壽命； （5）易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長(zhǎng)； （6）平衡性好； （7）有利于大批量生產(chǎn)，降低制造成本。 但膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜，對(duì)材料質(zhì)量和尺寸精度要求高，其非線性特性在 生產(chǎn)中不易控制，開口處容易產(chǎn)生裂紋，端部容易磨損。近年來，由于材料性能的提 高，制造工藝和設(shè)計(jì)方法的逐步完善，膜片彈簧的制造已日趨成熟。因此，我選用膜 片彈簧式離合器。 6 2.1.3 壓盤的驅(qū)動(dòng)方式 在膜片彈簧離合器中，扭矩從離合器蓋傳遞到壓盤的方法有三種 [3]： （1）凸臺(tái)—窗孔式：它是將壓盤的背面凸起部分嵌入在離合器蓋上的窗孔內(nèi)， 通過二者的配合，將扭矩從離合器蓋傳到壓盤上，此方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多；缺點(diǎn)： 壓盤上凸臺(tái)在傳動(dòng)過程中存在滑動(dòng)摩擦，因而接觸部分容易產(chǎn)生分離不徹底。 （2）徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)式：這種方式使用彈簧剛制的徑向片將離合器蓋和壓盤連接 在一起，此傳動(dòng)的方式較上一種在結(jié)構(gòu)上稍顯復(fù)雜一些，但它沒有相對(duì)滑動(dòng)部分，因 而不存在磨損，同時(shí)踏板力也需要的小一些，操縱方便；另外，工作時(shí)壓盤和離合器 蓋徑向相對(duì)位置不發(fā)生變化，因此離合器蓋等旋轉(zhuǎn)物件不會(huì)失去平衡而產(chǎn)生異常振動(dòng) 和噪聲。 （3） 徑向傳動(dòng)片驅(qū)動(dòng)方式：它用彈簧鋼制的傳動(dòng)片將壓盤與離合器蓋連接在 一起，除傳動(dòng)片的布置方向是沿壓盤的弦向布置外，其他的結(jié)構(gòu)特征都與徑向傳動(dòng)驅(qū) 動(dòng)方式相同。經(jīng)比較，我選擇徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。 2.1.4 分離杠桿、分離軸承 分離杠桿的作用由膜片彈簧承擔(dān)，其作用是通過分離軸承克服離合器彈簧的推力 并推動(dòng)壓盤移動(dòng)，從而使壓盤與從動(dòng)盤和從動(dòng)盤與飛輪相互分離，截?cái)鄤?dòng)力的傳遞， 分離杠桿要具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受反復(fù)作用在其上面的彎曲應(yīng)力，分離軸承 的作用是通過分離叉的作用使分離軸承沿變速器前端蓋導(dǎo)向套作軸向移動(dòng)，推動(dòng)旋轉(zhuǎn) 中的膜片彈簧中部分離前端，使離合器起到分離作用。分離本次設(shè)計(jì)選用的是油封軸 承，它可以將潤(rùn)滑脂密封在軸承殼內(nèi)，使用中不需要增加潤(rùn)滑，相比供油式軸承則需 增加。 2.1.5 離合器的散熱通風(fēng) 試驗(yàn)表明，摩擦片的磨損是隨壓盤溫度的升高而增大的，當(dāng)壓盤工作表面超過 °C 時(shí)摩擦片磨損劇烈增加，正常使用條件的離合器盤，工作表面的瞬時(shí)溫20~18 度一般在 °C 以下。在特別頻繁的使用下，壓盤表面的瞬時(shí)溫度有可能達(dá)到 。過高的溫度能使壓盤受壓變形產(chǎn)生裂紋和碎裂。為使摩擦表面溫度不致過C? 高，除要求壓盤有足夠大的質(zhì)量以保證足夠的熱容量外，還要求散熱通風(fēng)好。改善離 合器散熱通風(fēng)結(jié)構(gòu)的措施有：在壓盤上設(shè)散熱筋，或鼓風(fēng)筋；在離合器中間壓盤內(nèi)鑄 通風(fēng)槽；將離合器蓋和壓桿制成特殊的葉輪形狀，用以鼓風(fēng)；在離合器外殼內(nèi)裝導(dǎo)流 罩。膜片彈簧式離合器本身構(gòu)造能良好實(shí)現(xiàn)通風(fēng)散熱效果，故不需作另外設(shè)置。 7 2.1.6 從動(dòng)盤總成 從動(dòng)盤總成由摩擦片，從動(dòng)片，減震器和從動(dòng)盤穀等組成。它雖然對(duì)離合器工作 性能影響很大的構(gòu)件，但是其工作壽命薄弱，因此在結(jié)構(gòu)和材料上的選擇是設(shè)計(jì)的重 點(diǎn)。從動(dòng)盤總成應(yīng)滿足如下設(shè)計(jì)要求： （1）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減小變速器換檔時(shí)輪齒簡(jiǎn)單沖擊； （2）應(yīng)具有軸向彈性，使離合器接合平順，便于起步，而且使摩擦面壓力均勻， 減小磨損。 （3）應(yīng)裝扭轉(zhuǎn)減振器，以避免傳動(dòng)系共振，并緩和沖擊。 1、摩擦片要求 摩擦系數(shù)穩(wěn)定、工作溫度、單位壓力的變化對(duì)其影響要小，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和 耐磨性；熱穩(wěn)定性好，磨合性好，密度?。挥欣诮Y(jié)合平順，長(zhǎng)期停放離合器摩擦片 不會(huì)粘著現(xiàn)象的。綜上所述，選擇石棉基材料。石棉基摩擦材料是由石棉或石棉織物、 粘結(jié)劑（樹脂或硅膠）和特種添加劑熱壓制成，其摩擦系數(shù)為 0.25～0.3，密度小， 價(jià)格便宜，多年來在汽車離合器上使用效果良好。同時(shí)，摩擦片從動(dòng)鋼片用鉚釘連接， 連接可靠，更換摩擦片方便，而且適宜在從動(dòng)鋼片上裝波形彈簧片以獲得軸向彈性。 2、從動(dòng)盤的軸向彈性 從動(dòng)盤的軸向彈性可改善離合器性能，使離合器接合柔和，摩擦面接觸均勻，磨 損較小。為使從動(dòng)盤有軸向彈性，單獨(dú)制造扇形波狀彈簧與從動(dòng)鋼片鉚接。波狀彈簧 可用比鋼片輕薄的材料制造，軸向彈性較好，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，適宜高速旋轉(zhuǎn)，且彈簧對(duì) 置分布，彈性好。因此設(shè)計(jì)中選用此類彈簧。 3、扭轉(zhuǎn)減震器 扭轉(zhuǎn)減震器幾乎是現(xiàn)代汽車離合器從動(dòng)盤上必備的部件，主要由彈性元件和阻尼 元件組成。彈性元件可降低傳動(dòng)系的首端扭轉(zhuǎn)剛度，從而降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階 固有頻率，改變系統(tǒng)的固有振型，使之盡可能避免由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵(lì)引起的共 振。但是,這種共振往往難以避免。汽車行駛在不平的道路上行駛阻力也會(huì)時(shí)刻變化。 當(dāng)由于路面不平引起的激力頻率與傳動(dòng)系的某階自振頻率重合時(shí)，也會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。 阻尼元件則可有效的耗散此時(shí)的振動(dòng)能量，因而扭轉(zhuǎn)減震器可有效地降低傳動(dòng)系共振 載荷與噪聲。 扭轉(zhuǎn)減震器的彈性特性，又線性和非線性兩種。彈性元件采用圓柱螺旋彈簧的減 震器，其彈性特點(diǎn)為線性。阻尼元件采用摩擦片通過碟形彈簧建立阻尼默片的正應(yīng)力， 其阻尼力矩比較穩(wěn)定。因此發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩實(shí)際上是通過一些彈性元件傳遞到傳動(dòng)系的。 摩擦式扭轉(zhuǎn)減震器工作原理：離合器工作時(shí)，扭矩從摩擦片傳給從動(dòng)鋼片再傳給 8 從動(dòng)盤轂，此時(shí)彈簧被壓縮，從動(dòng)鋼片相對(duì)從動(dòng)盤轂前移（從動(dòng)轂邊緣上的缺口控制 著鋼片與轂的最大位移） 。 2.2 離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn) 在進(jìn)行離合器的具體設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)保證傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩為前提，然后滿足 下列條件 [4]: （1）如前所述，扇形波狀彈簧對(duì)置分布鉚接在從動(dòng)鋼片上，并在從動(dòng)盤上設(shè)置 扭轉(zhuǎn)減震器保證離合器接合柔和，摩擦片制成一定錐度（從動(dòng)盤錐形量約為 0.5mm） 使其大端面向飛輪，這樣從動(dòng)盤轂在從動(dòng)軸（即變速器第一軸）花鍵上易于滑動(dòng)，有 利于離合器徹底分離。 （2）離合器主動(dòng)部分與從動(dòng)部分的連接和支撐形式，離合器的主動(dòng)部分包括飛 輪，離合器蓋與他們一起轉(zhuǎn)動(dòng)并能軸向移動(dòng)的壓盤，壓盤通過鋼片與離合器蓋相連， 離合器從動(dòng)部分有從動(dòng)盤，從動(dòng)軸，從動(dòng)軸裝在飛輪與壓盤之間，可在從動(dòng)軸花鍵上 滑動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)把離合器從動(dòng)軸的前軸承安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的中心孔內(nèi)。 （3）離合器從動(dòng)軸的軸向定位及軸承潤(rùn)滑，離合器從動(dòng)軸在安裝后應(yīng)保持軸向 定位，在拆卸時(shí)便于離合器中抽出來。因此，設(shè)計(jì)時(shí)使從動(dòng)軸前軸承外圓與飛輪為過 渡配合，而前軸承內(nèi)圈與從動(dòng)軸為間隙配合，離合器的從動(dòng)軸軸向定位是靠從動(dòng)軸后 軸承來保證的。離合器分離軸承靠注入黃油潤(rùn)滑的，而從動(dòng)軸前軸承靠油杯定期注入 潤(rùn)滑。 為防止?jié)櫥土鞯侥Σ烈r面，造成離合器打滑，除在軸承處安有自緊油封外， 還在飛輪上開泄油孔。 （4）離合器運(yùn)動(dòng)零件的限位，離合器處于接合時(shí)為使壓盤與摩擦片很好接合， 應(yīng)使分離彈簧與分離軸承之間保持一定間隙，這是分離軸承回位彈簧加以保證。分離 時(shí)，應(yīng)對(duì)踏板的最大行程加以限制。 2.3 離合器主要零件的設(shè)計(jì) 2.3.1 從動(dòng)盤 扇形波狀彈簧兩兩對(duì)置鉚接與從動(dòng)鋼片上，兩側(cè)在鉚接摩擦片，鉚釘都采用鋁制 埋頭鉚釘，摩擦襯面在鉚接后腰磨削加工，使其工作表面的不平度誤差小于 0.2mm，從動(dòng)盤本體采用 45 號(hào)鋼沖壓加工得到，為防止其彎曲變形而引起分離不徹 底，一般在從動(dòng)盤本體上設(shè)徑向切口。 2.3.2 摩擦片 摩擦片在性能上要滿足如下要求： （1）摩擦系數(shù)穩(wěn)定，工作溫度，滑磨速度，單位壓力的變化對(duì)其影響； 9 （2）具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性，熱穩(wěn)定性好； （3）有利于接合平順；長(zhǎng)期停放離合器摩擦面會(huì)發(fā)生粘著現(xiàn)象。 （4）摩擦片選用材料為石棉基摩擦材料，它是由石棉或石棉織物、粘結(jié)劑和特 種添加劑熱壓而成，其摩擦系數(shù)為 。石棉基摩擦材料密度小，工作溫度小35.0~2 于 180℃，價(jià)格便宜，使用效果良好，在汽車離合器中廣泛使用。 2.3.3 膜片彈簧 膜片彈簧使用優(yōu)質(zhì)高精質(zhì)鋼。其碟簧部分的尺寸精度要求高，碟簧材料為 60SiMnA。為了提高膜片彈簧的承載能力，要對(duì)膜片彈簧進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，得具有高抗 疲勞能力的回火索氏體。要防止膜片內(nèi)緣離開，同時(shí)對(duì)膜片彈簧進(jìn)行強(qiáng)壓處理（將彈 簧壓平并保持 小時(shí)） ，使其高壓力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應(yīng)力，對(duì)膜14~2 片彈簧的凹表面進(jìn)行噴丸處理，噴丸是 φ0.8 的白口鐵小丸， 可提高彈簧的疲勞壽 命。同時(shí)，為提高分離指的耐磨性，對(duì)其進(jìn)行局部高頻淬火式鍍鉻。采用乳白鍍鉻， 若膜片彈簧許用應(yīng)力可取為 1500～1700N/mm 2。 2.3.4 壓盤 壓盤的材料選用 HT20-40 鑄造制成。它要有一定的質(zhì)量和剛度，以保證足夠的熱 容量和防止溫度升高而產(chǎn)生的彎曲變形。壓盤應(yīng)與飛輪保持良好的對(duì)中，并進(jìn)行靜平 衡。壓盤的摩擦工作面需平整光滑，其端面粗糙不低于 0.8。壓盤殼用 M8×12mm 螺 栓將其一端固定在飛輪端面上，另一端固定在壓盤端面上。 2.3.5 離合器蓋 離合器蓋的膜片彈簧支撐處須具有較大的剛度和較高的尺寸精度，壓盤高度（叢 承壓點(diǎn)到摩擦面的距離）公差要小，支撐環(huán)和支撐鉚釘?shù)陌惭b尺寸精度要高，耐磨性 好，膜片彈簧的支撐形式采用鉚釘作支承時(shí)，如果分離軸承與曲軸中心線不同心，可 引起鉚釘?shù)倪^度磨損。提高鉚釘硬度的套筒和支承與曲軸中心線不同心，亦可引起鉚 釘?shù)倪^度。提高鉚釘硬度的套筒和支承圈是提高耐磨性的結(jié)構(gòu)措施，采用 10 鋼材材 料、HRc40-50。 2.4 本章小結(jié) 本章系統(tǒng)介紹了膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)以及選擇的理由，并講述了離合器各零件 的結(jié)構(gòu)和材料，以及各部分的連接關(guān)系，主要零件有摩擦片、膜片彈簧、壓盤、離合 器蓋。為了提高耐磨性，對(duì)有些零件還進(jìn)行了局部高頻淬火式鍍鉻。為下章離合器的 計(jì)算打下基礎(chǔ)。 10 第 3 章 離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 離合器設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù) 本次設(shè)計(jì)是輕型貨車離合器的設(shè)計(jì)，通過查找資料確定了參考車型，具體數(shù)據(jù)見 表 3.1。 表 3.1 CA1040 貨車離合器的數(shù)據(jù) 汽車的驅(qū)動(dòng)形式 4×2 汽車最大加載質(zhì)量 2000 kg 汽車的質(zhì)量 4325 kg 發(fā)動(dòng)機(jī)位置 前置 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 75kw 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速 4500r/min 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 196N.m 離合器形式 機(jī)械、干式、單片、膜片彈簧（壓式） 操縱形式 液壓人力操縱 摩擦片最大外徑 D=225mm 踏板行程 mm150~8 i0=6.17 ig1=5.913 ig2=2.659 ig3=1.775 ig4=1.000 汽車最大時(shí)速 ≥110 km/h 3.2 摩擦片主要參數(shù)的選擇 采用單片摩擦離合器是利用摩擦來傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的，為保證可靠度，離合器靜 摩擦力矩 應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩cTmaxeT 摩擦片的靜壓力： （3.1） maxeC??? 式中： 離合器后備系數(shù)（ ） ?1?? 發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩可由式: (3.2)peenPTmaxmax954? 11 式中： Kw, r/min。α 在 1.1～ 1.3 之間 ，取 α=1.16 ，則75max?eP450pn N.m196maxeT （1）后備系數(shù) β 是離合器的重要參數(shù)，反映離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的可靠 程度，選擇 β 時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：a. 摩擦片在使用中有一定磨損后，離合 器還能確保傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩；b. 防止離合器本身滑磨程度過大；c. 要求能夠防 止傳動(dòng)系過載。通常轎車和輕型貨車 β=1.2～1.75。結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)際情況，故選擇 β=1.5。 則有 β 可有表 3.2 查得 β＝1.5。 表 3.2 離合器后備系數(shù)的取值范圍 車型 后備系數(shù) β 乘用車及最大總質(zhì)量小于 6t 的商用車 1.20～1.75 最大總質(zhì)量為 6～14t 的商用車 1.50～2.25 掛車 1.80～4.00 摩擦片的外徑可有式: （3.3）maxeDTK? 為直徑系數(shù)，取值見表 3.3 取 得 D=221.11mm。DK16 表 3.3 直徑系數(shù)的取值范圍 車型 直徑系數(shù) DK 乘用車 14.6 16.0～18.5(單片離合器)最大總質(zhì)量為 1.8～14.0t 的商用車 13.5～15.0(雙片離合器) 最大總質(zhì)量大于 14.0t 的商用車 22.5～24.0 摩擦片的尺寸已系列化和標(biāo)準(zhǔn)化,標(biāo)準(zhǔn)如下表(部分): 表 3.4 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù) 外徑 D\mm 160 180 200 225 250 280 300 325 內(nèi)徑 d\mm 110 125 140 150 155 165 175 190 厚度/mm 3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.53'1C? 0.687 0.694 0.700 0.667 0.620 0.589 0.583 0.585Dd?' 0.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 12 單面面積 cm2 106 132 160 221 302 402 466 546 摩擦片的摩擦因數(shù) 取決于摩擦片所用的材料及基工作溫度、單位壓力和滑磨速f 度等因素?？捎杀?3.5 查得： 摩擦面數(shù) Z 為離合器從動(dòng)盤數(shù)的兩倍，決定于離合器所需傳遞轉(zhuǎn)矩的大小及其結(jié)構(gòu) 尺寸。本題目設(shè)計(jì)單片離合器，因此 Z=2。離合器間隙 Δt 是指離合器處于正常接合 狀態(tài)、分離套筒被回位彈簧拉到后極限位置時(shí)，為保證摩擦片正常磨損過程中離合 器仍能完全接合，在分離軸承和分離杠桿內(nèi)端之間留有的間隙。該間隙 Δt 一般為 3～4mm。取 Δt=4mm。 表 3.5 摩擦材料的摩擦因數(shù)的取值范圍 摩擦材料 摩擦因數(shù) f 模壓 0.20～0.25石棉基材料 編織 0.25～0.35 銅基 0.25～0.35粉末冶金材料 鐵基 0.30～0.50 金屬陶瓷材料 0.4 離合器的靜摩擦力矩為： ccfFZRT? （3.4） 與式（3.1）聯(lián)立得： ??3'max12CfzDTe??? （3.5） 代入數(shù)據(jù)得：?jiǎn)挝粔毫?MPa。.0?p 表 3.6 摩擦片單位壓力的取值范圍 摩擦片材料 單位壓力 /MPa0p 模壓 0.15～0.25石棉基材料 編織 0.25～0.35 模壓粉末冶金材料 編織 0.35～0.50 金屬陶瓷