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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第 1 章 緒 論
1.1選題的目的
離合器的設(shè)計(jì)要求是在任何條件下行駛，既能可靠的傳遞的發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲(chǔ)備,有能防止傳動(dòng)系過(guò)載，接合時(shí)要完全，平順，柔和，保證汽車起動(dòng)時(shí)沒有抖動(dòng)和沖擊，分離時(shí)要迅速，徹底，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕換擋時(shí)的變速器齒輪間的沖擊，便于換擋和減少同步器的磨損。應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)能力，以保證工作時(shí)的溫度不致過(guò)高，延長(zhǎng)其使用壽命。應(yīng)能避免和衰減傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)與振動(dòng)，并且具有吸收振動(dòng)，緩和沖擊和降低噪聲的能力。操縱輕便，準(zhǔn)確，以減輕駕駛員的疲勞。作用在從動(dòng)盤的總壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在離合器工作過(guò)程中變化要盡可能小，以保證有穩(wěn)定的工作性能。具有足夠的強(qiáng)度與動(dòng)態(tài)平衡，以保證其工作可靠，使用壽命長(zhǎng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，質(zhì)量小，制造工藝性好，拆裝，維修，調(diào)整方便等。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)的退市膜片彈簧離合器，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)。
1.2離合器國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
近年來(lái)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(lái)說(shuō)，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)相連接聽總成。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(lái)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]。
據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2009年我國(guó)汽車工業(yè)全年產(chǎn)量為1379.10萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)48.3%，其中，乘用車產(chǎn)量為1038.38萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)54.11%；商用車產(chǎn)量為340.72萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)33.02%。我國(guó)汽車產(chǎn)量基數(shù)已經(jīng)達(dá)到千萬(wàn)輛規(guī)模，在如此規(guī)模基數(shù)的情況下，可見2009年我國(guó)汽車銷售市場(chǎng)的火爆場(chǎng)面。由于汽車離合器的需求規(guī)模與整車產(chǎn)量關(guān)系密切，過(guò)去的一年也是我國(guó)汽車離合器總成行業(yè)發(fā)展最好的一年，一改我國(guó)汽車離合器行業(yè)增長(zhǎng)緩慢的局面。汽車產(chǎn)業(yè)振興政策帶動(dòng)了我國(guó)汽車零部件產(chǎn)業(yè)，從2008年9月美國(guó)爆發(fā)的金融危機(jī)迅速轉(zhuǎn)化為一場(chǎng)全球性的經(jīng)濟(jì)危機(jī)。汽車零部件產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展帶動(dòng)了我國(guó)離合器行業(yè)的發(fā)展，根據(jù)我們對(duì)主要汽車離合器企業(yè)的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)汽車離合器行業(yè)主要企業(yè)去年銷售收入總體增長(zhǎng)幅度達(dá)到16.2%，一些企業(yè)如長(zhǎng)安離合器、桂林福達(dá)、寧波宏協(xié)、榮成黃海、南京法雷奧等還投資擴(kuò)大生產(chǎn)能力以滿足國(guó)內(nèi)主機(jī)廠商不斷增長(zhǎng)的要求。由于自動(dòng)檔車型和手動(dòng)擋車型采用不同的傳動(dòng)部件，所以它們之間比重發(fā)生的變化也會(huì)影響到離合器與液力變矩器兩者產(chǎn)品市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的變化影響到我國(guó)傳統(tǒng)汽車離合器行業(yè)發(fā)展的前景。據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果顯示，我國(guó)乘用車上采用自動(dòng)變速器的俄車型覆蓋范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，這反映了近年來(lái)自動(dòng)檔轎車越來(lái)越被人們所接受和認(rèn)可的趨勢(shì)，整車廠商也力推自動(dòng)擋轎車。但根據(jù)中國(guó)汽車協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)自動(dòng)汽車產(chǎn)量比重在最近三年中比重卻在不斷下架，手動(dòng)檔汽車產(chǎn)量的比重卻在持續(xù)上升。首先固然是與目前國(guó)家實(shí)施的汽車產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整有關(guān)，但其次更深層次的原因是我們認(rèn)為當(dāng)前中國(guó)人均生活水平仍還處于比較低的情況下，汽車仍然是作為一種奢侈消費(fèi)品和投資的工具，因此在5-10年內(nèi)，我國(guó)汽車自動(dòng)檔仍難占據(jù)主流地位。
1.3離合器的概述
1.3.1 膜片彈簧離合器的概述
膜片彈簧離合器是用膜片彈簧代替了一般螺旋彈簧及分離杠桿機(jī)構(gòu)而做成的離合器，因?yàn)樗贾迷谥醒?，所以也可算中央彈簧離合器，其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。在離合器中采用膜片彈簧做壓簧有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離桿的作用，使零件數(shù)目減少，重量減輕；其次，離合器結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化并顯著地縮短了離合器的軸間尺寸；再者，膜片彈簧具有良好的非線性特性，設(shè)計(jì)合適，可使摩擦片磨損到極限，壓緊力仍能維持很少改變，且可減輕分離離合器時(shí)的踏板力，使操縱輕便。其工作特性見圖1-4。此外，膜片彈簧的安裝位置對(duì)離合器的旋轉(zhuǎn)軸線是完全對(duì)稱的，因此，它的壓緊力不會(huì)受離心力的影響，很適于高速旋轉(zhuǎn)。
離合器壓盤升程和分離軸承行程之間的關(guān)系，對(duì)膜片彈簧離合器工作性能好壞影響很大。從理論上說(shuō)，壓盤升程和分離軸承行程之間的關(guān)系為線性關(guān)系，見圖1-2。但實(shí)際上，由于離合器蓋等零件在外力作用下的變形和支承接觸處間隙的存在，在離合器分離過(guò)程中，壓盤的升程會(huì)有些滯后，如圖1-3所示。并且隨著使用時(shí)間的增加、作用次數(shù)的增多以及膜片彈簧安裝方法的不同，會(huì)使壓盤開始的升程更往后延。這實(shí)際上是減少了壓盤的升程，并有可能導(dǎo)致分離不徹底。
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
由于膜片彈簧離合器有上述一系列的優(yōu)點(diǎn)，并且制造膜片彈簧的工藝水平在不斷提高，因而這種離合器在汽車上用得越來(lái)越廣。但膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)、制造技術(shù)要求比周置螺旋彈簧離合器高，如設(shè)計(jì)、制造不當(dāng)，其使用性能可能還不如普通螺旋離合器。
要使膜片彈簧有好的特性，可以從以下兩個(gè)方面著手進(jìn)行：
（1） 優(yōu)選膜片彈簧有關(guān)幾何尺寸參數(shù)；
（2） 改善膜片彈簧與壓盤支撐表面接觸狀態(tài)。
圖1.2 理論曲線 圖1.3 實(shí)際曲線
圖1.4 膜片彈簧工作特性
1.3.2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)槿绻峭蝗坏膭傂赃B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(lái)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(lái)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。
1.3.3離合器的工作原理
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(guò)飛輪2和壓盤借摩擦作用傳給從動(dòng)盤3，在通過(guò)從動(dòng)軸傳給變速器。當(dāng)駕駛員踩下踏板時(shí)，通過(guò)拉桿，分離叉、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。
1.3.4拉式膜片彈簧離合器與推式的比較
拉式膜片彈簧離合器中的膜片彈簧安裝方向，與傳統(tǒng)的推式結(jié)構(gòu)相反，并將支承點(diǎn)移動(dòng)到膜片彈簧最大端附近。接合時(shí)，膜片彈簧的大端支承在離合器蓋上，以中部壓緊在壓盤上，將分離軸承向外拉離飛輪實(shí)現(xiàn)離合器的分離。
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(wú)論在接合狀態(tài)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)。
但是，拉式膜片彈簧的分離指是與分離軸承套筒總成嵌裝在一起的，需采用專門的分離軸承如圖1-5所示。結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，安裝拆卸較困難。由于拉式膜片彈簧離合器綜合性能優(yōu)越，目前在各種汽車中的應(yīng)用日趨廣泛。
表1.1 推式和拉式膜片彈簧優(yōu)缺點(diǎn)比較
項(xiàng)目
類型
離合器蓋變形
分離軸承
膜片彈簧外徑
彈簧
應(yīng)力
夾緊
載荷
支承
環(huán)數(shù)
設(shè)計(jì)
負(fù)荷
安裝
推式
大
簡(jiǎn)單
大
容易
相對(duì)小
相對(duì)大
相對(duì)小
2
拉式
小
復(fù)雜
小
較難
相對(duì)大
相對(duì)小
相對(duì)大
1
1-軸承內(nèi)圈 2-軸承外圈 3-軸承罩 4-波形彈簧
5-分離套筒 6-碟形彈簧 7-擋環(huán) 8-鎖環(huán)
圖1.5 拉式自動(dòng)調(diào)心式分離軸承裝置
1.4 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容
各種汽車廣泛采用的摩擦離合器是一種依靠主、從動(dòng)部分之間的摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力且能分離的裝置。它主要包括主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)等四部分。離合器的主要功用就是切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞，保證汽車起步時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順地接合，確保汽車平穩(wěn)起步。本章中主要介紹設(shè)計(jì)的拉式膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)、功用及其工作原理，并且與以往推式膜片彈簧相比較，突出了拉式膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn)。
第 2 章 離合器基本結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)的選擇
表2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
參數(shù)
項(xiàng)目
參數(shù)
項(xiàng)目
預(yù)選車型
比亞迪f0
主要尺寸
3588×1563×1533(m)
整車質(zhì)量
1270(Kg)
最大功率
48/5700(KW)
最高車速
140(Km/h)
最大扭矩
88/3500(N·m)
主減速器傳動(dòng)比
5.46
一檔傳動(dòng)比
3.40
2.1 離合器的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
2.1.1 從動(dòng)盤數(shù)的選擇
1. 單片離合器
對(duì)乘用車和最大總質(zhì)量小于6t的商用車而言，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩一般不大，在布置尺寸容許條件下，離合器通常只設(shè)有一遍從動(dòng)盤。單片離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向尺寸緊湊，散熱性良好，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，采用軸向有彈性的從動(dòng)盤可保證接合平順。
2. 雙片離合器
雙片離合器與單片離合器相比，由于摩擦因數(shù)增加一倍，因而傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大；接合更為平順、柔和；在傳遞相同轉(zhuǎn)矩的情況下，徑向尺寸較小，踏板力較小；中間壓盤通風(fēng)散熱性能差，容易引起摩擦片過(guò)熱，加快其磨損甚至燒壞；分離行程較大，不易分離徹底，。
3. 多片離合器
多片離合器多為濕式，具有接合更加平順、柔和，摩擦表面溫度較低，磨損較小，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
本次設(shè)計(jì)為單片離合器。
2.1.2 壓緊彈簧和布置形式的選擇
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）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)量小；
（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(lái)，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。
2.1.3 膜片彈簧的支撐形式
拉式膜片彈簧的支承結(jié)構(gòu)形式分為無(wú)支承環(huán)形式，將膜片彈簧的大端直接支承在離合器蓋中沖出的環(huán)形凸臺(tái)上；單支承環(huán)形式如圖2-1所示，將膜片彈簧大端支承在離合器蓋中的支承環(huán)上。
圖2.1 單支承環(huán)支承形式
2.2 離合器基本性能關(guān)系式
離合器的基本功能之一是傳遞轉(zhuǎn)矩，因此離合器轉(zhuǎn)矩容量是離合器最為基本的性能之一，但通常它只能用來(lái)初步定出離合器的原始參數(shù)、尺寸，它們是否適合最終取決于試驗(yàn)驗(yàn)證。
將離合器轉(zhuǎn)矩容量和發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩關(guān)系式：
(2.1)
2.3 基本結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)的選擇
2.3.1 摩擦片外徑D的確定
摩擦片外徑是離合器的基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命，它和離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小有一定關(guān)系。
當(dāng)按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩(N·m)來(lái)選定D時(shí)，有公式
(2.2)
A=47，小轎車。
表2.2 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
3.5
0.687
0.694
0.700
0.667
0.620
0.589
0.583
0.585
0.676
0.667
0.657
0.703
0.762
0.796
0.802
0.800
單面面積cm2
106
132
160
221
302
402
466
546
根據(jù)表2-1標(biāo)準(zhǔn)尺寸選取
D=180mm，d=125mm，h=3.5mm ，=0.667 ，a=132mm2 。
2.3.2 離合器后備參數(shù)β的確定
表2.3 離合器的后備參數(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
對(duì)小轎車離合器推薦的后備參數(shù)β取值為1.2。
2.3.3 單位壓力P的確定
1） 壓緊力F
F=3000β(D+d)/μZ(D2+Dd+d2)=2093.16~2378.59N （2.3）
石棉基材料μ=0.3，單片離合器Z=2。
摩擦片單位壓力P P=F/a=0.159~0.181MPa
2） 單位壓力P
當(dāng)摩擦片的外徑較大時(shí)，要適當(dāng)降低摩擦面上的單位壓力P，離合器使用頻繁，工作條件比較惡劣時(shí)，單位壓力P取較小的值為好，因此只有降低單位壓力P增大摩擦面積，加大容許的磨耗的體積，增加使用磨耗量，才能延長(zhǎng)使用時(shí)間。
對(duì)于采用有機(jī)材料為基礎(chǔ)的摩擦面F列數(shù)據(jù)可做參考。
小轎車D≤230mm時(shí)，P約為0.25MPa
= β=πμZPD3（1-C3） （2.4）
其中 β=1.2，μ=0.3。
P=12β/πμZPD3（1-C3）=0.173MPa （2.5）
表2.4 摩擦材料的摩擦因數(shù)的取值范圍
摩擦材料
摩擦因數(shù)
石棉基材料
模壓
0.20～0.25
編織
0.25～0.35
粉末冶金材料
銅基
0.25～0.35
鐵基
0.30～0.50
金屬陶瓷材料
0.4
表2.5 摩擦片單位壓力的取值范圍
摩擦片材料
單位壓力/MPa
石棉基材料
模壓
0.15~0.25
編織
0.25~0.35
粉末冶金材料
銅基
0.35~0.50
鐵基
金屬陶瓷材料
0.70~1.50
單位壓力P在容許范圍之內(nèi)，認(rèn)為所選離合器的尺寸、參數(shù)適合。
2.4 本章小結(jié)
如上一章所述，汽車上所用的摩擦離合器是拉式膜片彈簧離合器，又要靠它的滑磨來(lái)使汽車平穩(wěn)起步，工作條件甚為惡劣。因此在設(shè)計(jì)離合器時(shí)，不僅要求它在任何情況下都能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，而且還應(yīng)使它有足夠的使用壽命，本章提供了為以后設(shè)計(jì)離合器時(shí)重要的結(jié)構(gòu)尺寸和設(shè)計(jì)參數(shù)。
第 3 章 離合器零件的結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)計(jì)算
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:
（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(guò)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(lái)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)使從動(dòng)軸前軸承外圓與飛輪為過(guò)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(lái)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。
3.1從動(dòng)盤總成
從動(dòng)盤有兩種結(jié)構(gòu)型式：帶扭轉(zhuǎn)減振器的和不帶扭轉(zhuǎn)減振器的，帶扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。
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。
1，13-摩擦片 2，14，15-鉚釘 3-波形彈簧片 4-平衡塊 5-從動(dòng)片
6，9-減振摩擦片 7-限位銷 8-從動(dòng)盤轂 10-調(diào)整墊片 11-減振彈簧 12-減振盤
圖3.1 帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤
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）為了減少變速器換擋時(shí)輪齒間的沖擊，從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能小。
（2）為了保證汽車平穩(wěn)起步，摩擦面片上的壓力分布更均勻等，從動(dòng)盤應(yīng)具有軸向彈性。
（3）為了避免傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)共振以及緩和沖擊載荷，從動(dòng)盤中應(yīng)裝有扭轉(zhuǎn)減振器。
（4）要有足夠的抗爆裂強(qiáng)度。
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。
3.1.1 從動(dòng)片
（1）設(shè)計(jì)從動(dòng)片時(shí)， 要盡量減輕其質(zhì)量，并應(yīng)使其質(zhì)量的分布盡可能地靠近旋轉(zhuǎn)中心，已獲得最小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。通常是用1.3～2.0mm厚的鋼板沖壓而成，為了進(jìn)一步減小從動(dòng)片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，有時(shí)將從動(dòng)片外緣的盤形部分磨薄至0.65～1.0mm，使其質(zhì)量分布更加靠近旋轉(zhuǎn)中心。
（2）為了使離合器接合平順，保證汽車起步平穩(wěn)，單片離合器的從動(dòng)片一般都做成具有軸向彈性的結(jié)構(gòu)。對(duì)于單片離合器的乘用車而言，通常只設(shè)有一個(gè)從動(dòng)盤。
3.1.2 從動(dòng)盤轂
從動(dòng)盤數(shù)及干、濕式的選擇單片干式摩擦離合器，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，軸向尺寸緊湊，分離徹底，從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，散熱性能好，采用軸向有彈性的從動(dòng)盤時(shí)也能接順平和等優(yōu)點(diǎn)符合離合器的設(shè)計(jì)要求。
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是經(jīng)過(guò)從動(dòng)盤轂的花鍵孔輸出，變速器第Ⅰ軸花鍵軸就插在該花鍵孔內(nèi)，從動(dòng)盤轂和變速器第Ⅰ軸的花鍵接合方式。見下表。
表3.1 從動(dòng)盤轂花鍵尺寸系列
摩擦片
外徑
D/mm
發(fā)動(dòng)機(jī)的
最大轉(zhuǎn)矩
Temax/N·m
花鍵尺寸
擠壓應(yīng)力
σj/Mpa
齒數(shù)
N
外徑
D′/mm
內(nèi)徑
d′/mm
齒厚
b/mm
有效齒長(zhǎng)
l/mm
160
50
10
23
18
3
20
10
180
70
10
26
21
3
20
11.8
200
110
10
29
23
4
25
11.3
225
150
10
32
26
4
30
11.5
250
200
10
35
28
4
35
10.4
280
280
10
35
32
4
40
12.7
300
310
10
40
32
5
40
10.7
325
380
10
40
32
5
45
11.6
350
480
10
40
32
5
50
13.2
花鍵選取后應(yīng)進(jìn)行擠壓應(yīng)力σj（MPa）及剪切應(yīng)力τj（MPa）的強(qiáng)度校核：
（3.1）
P--花鍵的齒面?zhèn)让鎵毫?
（3.2）
（3.3）
式中，--分別為花鍵內(nèi)外徑；
h--花鍵的工作高度；
Z--從動(dòng)盤轂的數(shù)目
從動(dòng)盤轂一般由中碳鋼鍛造而成，并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，其擠壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)20MPa 合格。
3.1.3 從動(dòng)盤摩擦材料
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。
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??；有利于結(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)大約在0.3左右（0.25～0.5之間），其允許的單位壓力在0.2MPa左右。密度小，價(jià)格便宜，多年來(lái)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。
1） 摩擦片基本尺寸的確定
D=180mm ，d=125mm ，h=3.5mm。
2） 摩擦片的校核
（1）摩擦片外徑D的選擇應(yīng)使最大圓周率速度不超過(guò)65-70m/s。
（3.4）
（2）摩擦片的內(nèi)徑比C應(yīng)為0.53-0.70范圍內(nèi)。
（3）保證離合器可靠性地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，并防止傳動(dòng)系過(guò)載，β應(yīng)在1.2-4.0之間。
（4）為減少汽車起步過(guò)程中的離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過(guò)高而發(fā)生燒傷，離合器每一次接合的單位面積滑磨功應(yīng)小于其許用值
（3.5）
式（3.3）中，——汽車總質(zhì)量(Kg)；
——輪胎滾動(dòng)半徑（m）；
——汽車起步時(shí)所用變速器擋位的傳動(dòng)比；
——主減速器傳動(dòng)比；
——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min。
計(jì)算時(shí)乘用車取r/min，商用車取r/min。
其中： m Kg。
（3.6）
經(jīng)過(guò)校核可知，摩擦片的設(shè)計(jì)符合相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求
（5）為了保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝，摩擦片內(nèi)徑d必須大于減振器振器彈簧位置直徑約50mm，即mm
（6）為反映離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩并保護(hù)過(guò)載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于其許用值，即
（3.7）
表3.2 單位摩擦面積傳遞轉(zhuǎn)矩的許用值
離合器規(guī)格
0．28
0．30
0．35
0．40
為單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩(N.m/mm2)，可查表選取經(jīng)檢查,合格。
（7）離合器的接合升溫
°C （3.8）
式（3.10）中,t——壓盤溫升,不超過(guò)°C；
c——壓盤的比熱容，J/(Kg·°C)；
γ——傳到壓盤的熱量所占的比例，對(duì)單片離合器壓盤；。
——壓盤的質(zhì)量；Kg 。
將數(shù)據(jù)帶入（3.8）中得°C，合格。
3.2 壓盤設(shè)計(jì)
3.2.1 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：
（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(guò)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(guò)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。
傳力片在不同的離合器結(jié)構(gòu)中，起的作用不完全相同。在膜片彈簧離合器中的壓盤傳力片，除了要承擔(dān)傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩之外，還要依靠傳力片的彈性作用使壓盤分離。壓盤通過(guò)傳力片和離合器蓋相連而被驅(qū)動(dòng)。根據(jù)對(duì)傳力片的功能要求，決定了他的一端用鉚釘固定在壓盤上，另一端用螺釘與離合器蓋相連，它們沿圓周切向分布，一遍布置有3～4組，而每組由3～4個(gè)彈性薄片組成。片厚一般為1～1.2mm，保證其既有足夠的軸向彈性使壓盤容易分離，又有足夠的強(qiáng)度不至于因彎曲拉壓而斷裂。
3.2.2 壓盤的選材
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。
壓盤是離合器的主要部分，在傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)，它和飛輪一起帶動(dòng)從動(dòng)片轉(zhuǎn)動(dòng)，在單片離合器中的壓盤常采用凸臺(tái)式連接方式。
壓盤一般做的比較厚（一般不小于10mm）而且在內(nèi)緣做成一定錐度以彌補(bǔ)壓盤因受熱變形后內(nèi)緣的凸起。
壓盤設(shè)計(jì)時(shí)，在初步確定壓盤厚度以后，應(yīng)校核離合器接合一次時(shí)的溫升，它不應(yīng)超過(guò)8—10℃。
（3.9）
式中，——溫升；
L——滑磨功；
c——壓盤比熱容c=544.28J/Kg ；
—分配到壓盤上的滑磨功所占百分比； 單片離合器=0.50。
m—壓盤質(zhì)量 取3Kg。
帶入（3.9）中得，
℃ 合格。
壓盤形狀一般比較復(fù)雜而且還要求耐磨、傳熱性好，通常要灰鑄鐵鑄成硬度為HB170—227。
凸臺(tái)強(qiáng)度校核
（3.10）
式中，F(xiàn)—作用在每個(gè)凸臺(tái)的力
A—離合器蓋魚凸臺(tái)的接觸面積
（3.11）
單片離合器Z=1，=2。
（3.12）
凸臺(tái)擠壓應(yīng)力10—15MPa。
3.3 離合器蓋設(shè)計(jì)
離合器蓋與飛輪用螺栓固定在一起，通過(guò)它傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分轉(zhuǎn)矩給壓盤，此外它還是離合器壓緊彈簧和分離杠桿的支承殼體。
1.剛度問(wèn)題
離合器分離杠桿支承在離合器蓋上，如果蓋剛度不夠，則當(dāng)離合器分離時(shí)，可能會(huì)使蓋產(chǎn)生較大的變形。為了減輕重量和增加剛度，轎車的離合器蓋常用厚度約為3～5mm的低碳鋼板（如08鋼板）沖壓成比較復(fù)雜的形狀。
2. 通風(fēng)散熱問(wèn)題
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(guò)°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1000℃。過(guò)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。
3. 對(duì)中問(wèn)題
離合器蓋內(nèi)裝有壓盤、分離桿、壓緊彈簧等零件，因此它相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪曲軸中心線必須要有良好的定心對(duì)中，否則會(huì)破壞系統(tǒng)整體的平衡，嚴(yán)重影響離合器的正常工作。
3.4 扭轉(zhuǎn)減振器
3.4.1扭轉(zhuǎn)減振器的概述
扭轉(zhuǎn)減振器主要由彈性元件和阻尼元件等組成，彈性元件的主要作用是降低傳動(dòng)系的首段扭轉(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，使之盡可能避開發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵(lì)引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地散振動(dòng)能量。因此，扭轉(zhuǎn)減振器具有一下功能：
（1） 見底發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與傳動(dòng)系接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度，調(diào)諧傳動(dòng)系扭振固有頻率。
（2） 增加傳動(dòng)系扭振阻尼，抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)振幅，并衰減因沖擊產(chǎn)生的瞬間扭振。
（3） 控制動(dòng)力傳動(dòng)系總成怠速時(shí)離合器與變速器軸系的扭振，消減變速器怠速噪聲和主減速器與變速器的扭振及噪聲。
（4） 緩和非穩(wěn)定工況下傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)沖擊載荷，改善離合器的接合平順性。
3.4.2扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù)的選擇
減振器極轉(zhuǎn)矩: N·m
摩擦轉(zhuǎn)矩: N·m
預(yù)緊轉(zhuǎn)矩: N·m
極限轉(zhuǎn)角: °
圖3.2 帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤
3.4.3 減振彈簧的安裝位置
（3.13）
結(jié)合mm，得取40mm，則。
3.4.4 全部減振彈簧總的工作負(fù)荷
N （3.14）
3.4.5 單個(gè)減振彈簧的工作負(fù)荷
N （3.15）
式中：Z——減振彈簧的個(gè)數(shù)
根據(jù)表3-3選擇：取Z=6。
表3.3 減振彈簧個(gè)數(shù)的選取
摩擦片的外徑D/mm
225～250
250～325
325～350
〉350
Z
4～6
6～8
8～10
〉10
3.4.6 減振彈簧尺寸
（1）選擇材料，計(jì)算許用應(yīng)力
根據(jù)《機(jī)械原理與設(shè)計(jì)》(機(jī)械工業(yè)出版社)采用65Mn彈簧鋼絲， 設(shè)彈簧絲直徑mm,MPa,MPa。
（2）選擇旋繞比，計(jì)算曲度系數(shù)
根據(jù)下表3-4選擇旋繞比
表3.4 旋繞比的薦用范圍
d/mm
C
確定旋繞比，曲度系數(shù)
（3）強(qiáng)度計(jì)算
mm （3.16）
與原來(lái)的d接近，合格。
中徑： mm；外徑： mm。
（4）極限轉(zhuǎn)角°取 °，則mm
（5）剛度計(jì)算
彈簧剛度
mm （3.17）
其中，為最小工作力，。
彈簧的切變模量MPa，則彈簧的工作圈數(shù)
（3.18）
取，總?cè)?shù)為。
（6）彈簧的最小高度
mm
（7）減振彈簧的總變形量
mm
（8）減振彈簧的自由高度
mm
（9）減振彈簧預(yù)緊變形量
mm
（10）減振彈簧的安裝高度
mm
（11）定位鉚釘?shù)陌惭b位置
取mm，則°，mm，mm，，合格。
3.5 從動(dòng)軸的計(jì)算
3.5.1 選材
40Cr調(diào)質(zhì)鋼可用于載荷較大而無(wú)很大沖擊的重要軸，初選40Cr調(diào)質(zhì) 。
3.5.2 確定軸的直徑
（3.19）
式中：
A——由材料與受載情況決定的系數(shù)。
表3.5 軸常用幾種材料的及A值
軸的材料
Q235-A，20
Q275，35
（1Cr18Ni9Ti）
45
40Cr,35SiMn
38SiMnMo,3Cr13
15～25
20～35
25～45
35～56
A
149～126
135～112
126～103
112～97
取，n 為軸的轉(zhuǎn)速，r/min，則
mm，取mm。
3.6 本章小結(jié)
離合器是汽車傳動(dòng)系中的重要部件，他的構(gòu)造特性與發(fā)展和傳動(dòng)系緊密相關(guān)，因此首先必須了解汽車傳動(dòng)系的概貌以及離合器的主要結(jié)構(gòu)。汽車離合器雖然有摩擦式、液力式、電磁式三種類型，但摩擦式較為廣泛，所以本章系統(tǒng)介紹了膜片彈簧離合器的主要組成部件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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，并根據(jù)任務(wù)書中的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，主要有：離合器主要零部件的計(jì)算，包括從動(dòng)盤的設(shè)計(jì)計(jì)算；摩擦片主要參數(shù)的選擇、設(shè)計(jì)計(jì)算以及優(yōu)化；扭轉(zhuǎn)減振器與減震彈簧的計(jì)算。本章中最初的原始數(shù)據(jù)與比亞迪F0的數(shù)據(jù)類似，故設(shè)計(jì)中參考實(shí)際車型相比較，驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性。
第 4 章 膜片彈簧的設(shè)計(jì)
4.1 膜片彈簧的概述
從圖4-1中可以看出，膜片彈簧在結(jié)構(gòu)形狀上分為兩部分，一部分在膜片彈簧大端處，為一個(gè)完整的截錐體，膜片彈簧的另一部分就是 它的徑向開槽部分，像一圈伸出的手指，其作用是作為分離桿。離合器的分離正是利用這些徑向開槽部分作為“杠桿”，使其碟簧部分脫開與壓盤的接觸，故又稱它為分離指。分離指與碟簧部分交界處的徑向槽較寬，呈長(zhǎng)方形圓孔。
圖4.1 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/mm2。
4.2 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇
4.2.1 膜片彈簧主要參數(shù)的計(jì)算
1. 比較H/h的選擇
此值對(duì)膜片彈簧的彈性特性影響極大，分析載荷與變形1之間的函數(shù)關(guān)系可知，當(dāng)時(shí)，F(xiàn)2為增函數(shù)；時(shí)，F(xiàn)1有一極值，而該極值點(diǎn)又恰為拐點(diǎn)；時(shí)，F(xiàn)1有一極大值和極小值；當(dāng)時(shí)，F(xiàn)1極小值在橫坐標(biāo)上
圖4.2 膜片彈簧的彈性特性曲線
為保證離合器壓緊力變化不大和操縱方便，汽車離合器用膜片彈簧的H/h通常在1.5～2范圍內(nèi)選取。常用的膜片彈簧板厚為2～4mm，本設(shè)計(jì) ，h=2.5mm ，則H=5mm 。
2. R/r選擇
通過(guò)分析表明，R/r越小，應(yīng)力越高，彈簧越硬，彈性曲線受直徑誤差影響越大。汽車離合器膜片彈簧根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求，R/r常在1.2～1.3 的范圍內(nèi)取值。
本設(shè)計(jì)中取，摩擦片的平均半徑
mm （4.1）
取mm則mm 則。
3.圓錐底角
汽車膜片彈簧在自由狀態(tài)時(shí)，圓錐底角α一般在°范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)中
（4.2）
得°在°之間，合格。分離指數(shù)常取為18，大尺寸膜片彈簧有取24的，對(duì)于小尺寸膜片彈簧，也有取12的，本設(shè)計(jì)所取分離指數(shù)為18。
4.切槽寬度
mm，mm，取mm，mm，應(yīng)滿足的要求。
5. 壓盤加載點(diǎn)半徑和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑的確定
應(yīng)略大于且盡量接近r，應(yīng)略小于R且盡量接近R。本設(shè)計(jì)取mm，mm。膜片彈簧應(yīng)用優(yōu)質(zhì)高精度鋼板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。國(guó)內(nèi)常用的碟簧材料的為60Si2MnA，當(dāng)量應(yīng)力可取為1600～1700N/mm2。
6. 公差與精度
離合器蓋的膜片彈簧支承處，要具有大的剛度和高的尺寸精度，壓力盤高度（從承壓點(diǎn)到摩擦面的距離）公差要小，支承環(huán)和支承鉚釘安裝尺寸精度要高，耐磨性要好。
圖4.3 膜片彈簧尺寸符號(hào)示意圖
4.2.2 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)
（1）為了滿足離合器使用性能的要求，彈簧的與初始錐角
應(yīng)在一定范圍內(nèi)，即
（2）彈簧各部分有關(guān)尺寸的比值應(yīng)符合一定的范圍，即
（3）為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，推式膜片彈簧的壓盤加載點(diǎn)半徑（或拉式膜片彈簧的壓盤加載點(diǎn)半徑）應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，即
拉式：
（4）根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求，與，與之差應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即
（5）膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用，，因此杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即
拉式：
由（4）和（5）得mm，mm。
4.2.3 膜片彈簧的載荷與變形關(guān)系
碟形彈簧的形狀如圖3-2所示的錐型墊片，它具有獨(dú)特的彈性特征，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)中。膜片彈簧是具有特殊結(jié)構(gòu)的碟形彈簧，在碟簧的小端伸出許多由徑向槽隔開的掛狀部分——分離指。膜片彈簧的彈性特性與尺寸如其碟簧部分的碟形彈簧完全相同（當(dāng)加載點(diǎn)相同時(shí)）。因此，碟形彈簧有關(guān)設(shè)計(jì)公式對(duì)膜片彈簧也適用。通過(guò)支承環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的沿圓周分布的載荷，假象集中在支承點(diǎn)處，用F1表示，加載點(diǎn)間的相對(duì)變形（軸向）為λ1，則壓緊力F1與變形λ1之間的關(guān)系式為:
（4.3）
式中： E——彈性模量，對(duì)于鋼，；
μ——泊松比，對(duì)于鋼，μ=0.3；
H——膜片彈簧在自由狀態(tài)時(shí)，其碟簧部分的內(nèi)錐高度；
h——彈簧鋼板厚度；
R——彈簧自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的大端半徑；
r——彈簧自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的小端半徑；
R1——壓盤加載點(diǎn)半徑；
r1——支承環(huán)加載點(diǎn)半徑。
表4.1 膜片彈簧彈性特性所用到的系數(shù)
R
r
R1
r1
H
h
95
76
93
78
5
2.5
代入上式（4.3）得
（4.4）
對(duì)式（4.4）求一次導(dǎo)數(shù)，可解出λ1=F1的凹凸點(diǎn)，求二次導(dǎo)數(shù)可得拐點(diǎn)。
凸點(diǎn)：mm時(shí)，N
凹點(diǎn)：mm時(shí)，N
拐點(diǎn)：mm時(shí)，N
當(dāng)離合器分離時(shí)，膜片彈簧加載點(diǎn)發(fā)生變化。設(shè)分離軸承對(duì)膜片彈簧指所加的載荷為F2，對(duì)應(yīng)此載荷作用點(diǎn)的變形為λ2。
（4.5）
（4.6）
根據(jù)以上公式可求出下列表中數(shù)據(jù)：
表4.2 膜片彈簧工作點(diǎn)的數(shù)據(jù)
2.31
5.59
3.39
1.73
4.19
2.97
3678.88
2060.86
2868.86
1618.71
906.78
1262.30
膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇。從膜片彈簧的彈性特性曲線圖分析出，該曲線的拐點(diǎn)H對(duì)應(yīng)著膜片彈簧壓平位置，而。新離合器在接合狀態(tài)時(shí)，膜片彈簧工作點(diǎn)B一般取在凸點(diǎn)M和拐點(diǎn)H之間，且靠近或在H點(diǎn)處，一般,以保證摩擦片在最大磨損限度Δλ范圍內(nèi)壓緊力從F1B到F1A變化不大。當(dāng)分離時(shí)，膜片彈簧工作點(diǎn)從B變到C ，為最大限度地減小踏板力，C點(diǎn)應(yīng)盡量靠近N點(diǎn)。為了保證摩擦片磨損后仍能可靠的傳遞傳矩，并考慮摩擦因數(shù)的下降，摩擦片磨損后彈簧工作壓緊力應(yīng)大于或等于新摩擦片時(shí)的壓緊力
4.2.4 膜片彈簧的應(yīng)力計(jì)算
假定膜片彈簧在承載過(guò)程中其子午斷面剛性地繞此斷面上的某中性點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)。斷面在O點(diǎn)沿圓周方向的切向應(yīng)變?yōu)榱?，故該點(diǎn)的切向應(yīng)力為零，O點(diǎn)以外的點(diǎn)均存在切向應(yīng)變和切向應(yīng)力?，F(xiàn)選定坐標(biāo)于子午斷面，使坐標(biāo)原點(diǎn)位于中性點(diǎn)O。令X軸平行于子午斷面的上下邊，其方向如上圖所示，則斷面上任意點(diǎn)的切向應(yīng)力為：
（4.7）
圖4.4 膜片彈簧工作點(diǎn)位置
式中： φ——碟簧部分子午斷面的轉(zhuǎn)角（從自由狀態(tài)算起）；
α——碟簧部分子有狀態(tài)時(shí)的圓錐底角；
e ——碟簧部分子午斷面內(nèi)中性點(diǎn)的半徑；
e=（R-r）/In(R/r) （4.8）
為了分析斷面中斷向應(yīng)力的分布規(guī)律，將上式寫成Y與X軸的關(guān)系式：
（4.9）
圖4.5 切向應(yīng)力在子午斷面的分布
由式（4.9）可知，當(dāng)膜片彈簧變形位置φ一定時(shí)，一定的切向應(yīng)力αt在X-Y坐標(biāo)系里呈線性分布。
當(dāng)時(shí)，因?yàn)榈闹岛苄?，我們可以將看成，由上式可寫成。此式表明，?duì)于一定的零應(yīng)力分布在中性點(diǎn)O而與X軸承角的直線上?？梢钥闯霎?dāng)時(shí)無(wú)論取任何值，都有。顯然，零應(yīng)力直線為K點(diǎn)與O點(diǎn)的連線，在零應(yīng)力直線內(nèi)側(cè)為壓應(yīng)力區(qū)，外側(cè)位拉應(yīng)力區(qū)，等應(yīng)力直線離應(yīng)力直線越遠(yuǎn)，其應(yīng)力越高。由此可知，碟簧部分內(nèi)緣點(diǎn)B處切向壓應(yīng)力最大，A處切向拉應(yīng)力最大，分析表明，B點(diǎn)的切向應(yīng)力最大，計(jì)算膜片彈簧的應(yīng)力只需校核B處應(yīng)力就可以了，將B點(diǎn)的坐標(biāo)X=（e-r）和Y=h/2 代入（4.9）中有
（4.10）
令可以求出切向壓應(yīng)力達(dá)極大值的轉(zhuǎn)角
由于 mm
所以 ，N/mm2
B點(diǎn)作為分離指根部的一點(diǎn)，在分離軸承推力F2作用下還受有彎曲應(yīng)力：
（4.11）
式中： n——分離指數(shù)目; n=18
Br——單個(gè)分離指的根部寬;
mm （4.12）
因此 N/mm2
由于σrB是與切向壓應(yīng)力σtB垂直的拉應(yīng)力，所以根據(jù)最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論，B點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力為：
N/mm (4.13)
N/mm2
膜片彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力一般都稍高于材料的局限，為提高膜片彈簧的承載能力，一般要經(jīng)過(guò)以下工藝：先對(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，得到具有較高抗疲勞能力的回火索氏體，對(duì)膜片彈簧進(jìn)行強(qiáng)壓處理（將彈簧壓平并保持12～14h），使其高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應(yīng)力，對(duì)膜片彈簧的凹表面進(jìn)行噴丸處理，提高彈簧疲勞壽命，對(duì)分離指進(jìn)行局部高頻淬火或鍍鋁，以提高其耐磨性。
4.3本章小結(jié)
膜片彈簧的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，按照參考樣件或先期的經(jīng)驗(yàn)初步選定膜片彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸，然后對(duì)其工作彈性、應(yīng)力強(qiáng)度等作出分析，最終經(jīng)過(guò)優(yōu)選定出其合理的結(jié)構(gòu)尺寸。在本章中詳細(xì)對(duì)膜片彈簧進(jìn)行計(jì)算分析。
第 5 章 離合器操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5.1 操縱機(jī)構(gòu)
汽車離合器操縱機(jī)構(gòu)是駕駛員用來(lái)控制離合器分離又使之柔和接合的一套機(jī)構(gòu)。它始于離合器踏板，終止于離合器殼內(nèi)的分離軸承。由于離合器使用頻繁，因此離合器操縱機(jī)構(gòu)首先要求操作輕便。輕便性包括兩個(gè)方面，一是加在離合器踏板上的力不應(yīng)過(guò)大，另一方面是應(yīng)有踏板形成的校正機(jī)構(gòu)。離合器操縱機(jī)構(gòu)按分離時(shí)所需的能源不同可分為機(jī)械式、液壓式、彈簧助力式、氣壓助力機(jī)械式、氣壓助力液壓式等等。
離合器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足的要求是[3]：
（1）踏板力要小，轎車一般在80～150N范圍內(nèi)，貨車不大于150～200N；
（2）踏板行程對(duì)轎車一般在mm范圍內(nèi)，對(duì)貨車最大不超過(guò)180mm；
（3）踏板行程應(yīng)能調(diào)整，以保證摩擦片磨損后分離軸承的自由行程可復(fù)原；
（4）應(yīng)有對(duì)踏板行程進(jìn)行限位的裝置，以防止操縱機(jī)構(gòu)因受力過(guò)大而損壞；
（5）應(yīng)具有足夠的剛度；
（6）傳動(dòng)效率要高；
（7）發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)及車架和駕駛室的變形不會(huì)影響其正常工作。
機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)有杠系傳動(dòng)和繩索系兩種傳動(dòng)形式，杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，但是機(jī)械效率低，質(zhì)量大，車架和駕駛室的形變可影響其正常工作，遠(yuǎn)距離操縱桿系，布置困難，而繩索傳動(dòng)可消除上述缺點(diǎn)，但壽命短，機(jī)構(gòu)效率不高。