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車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
第一章 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)新式的推式膜片彈簧離合器是本次設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。
1.2離合器發(fā)展歷史
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(tīng)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]。
近來(lái)，人們對(duì)離合器的要求越來(lái)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(lái)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。
1.3離合器概述
按動(dòng)力傳遞順序來(lái)說(shuō)，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(guò)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(kāi)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(kāi)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(méi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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；
（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(guò)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(guò)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(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(kāi)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 推式膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn)
與拉式膜片彈簧式離合器相比，拉式膜片彈簧離合器具有以下不足：
拉式膜片彈簧離合器的分離指是與分離軸承套筒總成嵌裝在一起，需要使用專門的分離軸承，使結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，安裝和拆卸維修都較困難，而且分離時(shí)的行程大于推式膜片彈簧離合器。
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(shuō)明書(shū)：
（1）離合器各零件的結(jié)構(gòu)；
（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)減振器、摩擦片、膜片彈簧、從動(dòng)盤、軸、壓盤、離合器總成。
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第二章 離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了達(dá)到計(jì)劃書(shū)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)[9]：
（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(kāi)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 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[9]：
（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(méi)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(guò)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(guò)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(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。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致過(guò)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。
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，密度小；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(shù)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(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。
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(guò)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(guò)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[15]:
（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(kāi)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；
（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；4.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(kāi)，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。
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^(guò)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^(guò)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)，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，為下章離合器的計(jì)算打下基礎(chǔ)。
第三章 離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明
3.1 離合器設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù)
表3-1 離合器原始數(shù)據(jù)
汽車的驅(qū)動(dòng)形式
4×2
汽車最大加載質(zhì)量
760 kg
汽車的質(zhì)量
880 kg
發(fā)動(dòng)機(jī)位置
前置
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率
29KW
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速
5500r/min
發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩
≥72N.m
離合器形式
機(jī)械、干式、單片、膜片彈簧（推式）
操縱形式
拉索式人力操縱
摩擦片最大外徑
D=200mm
踏板行程
mm
ig1=3.613 ig2=2.354 ig3=1.534 ig4=1.000
汽車最大時(shí)速
≥95km/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(lái)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。
3.2.1后備系數(shù)β
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(guò)大；
c. 要求能夠防止傳動(dòng)系過(guò)載。通常轎車和輕型貨車β=1.2～1.75。
結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)際情況由表3-2，選擇β=1.75。
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
表3-3 直徑系數(shù)的取值范圍
車型
直徑系數(shù)
乘用車
14.6
最大總質(zhì)量為1.8～14.0t的商用車
16.0～18.5(單片離合器)
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
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
3.5
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
3.2.2摩擦片的外徑
摩擦片的外徑可有式:
（3-1）
為直徑系數(shù)， 取，見(jiàn)表3-3 。
f=0.23 p=0.2 c=0.6。
代入，得D=188.20mm，所以查表取D=200mm。
摩擦片的尺寸已系列化和標(biāo)準(zhǔn)化,標(biāo)準(zhǔn)如表3-4。
3.2.3摩擦片的摩擦因數(shù)
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、單位壓力和滑磨速度等因素。可由表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(guò)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)
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
參表3-5，摩擦片材料選為石棉基材料（模壓）。
3.2.4 單位壓力
（3-2）
代入數(shù)據(jù)：?jiǎn)挝粔毫Pa。
符合表3-6。
表3-6 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
模壓
0.35~0.50
編織
金屬陶瓷材料
0.70~1.50
3.3 摩擦片基本參數(shù)的優(yōu)化
（1）摩擦片外徑D（mm）的選取應(yīng)使最大圓周速度不超過(guò)65～70m/s，即
m/sm/s
式中：為摩擦片最大圓周速度（m/s）；
為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速(r/min)。
（2）摩擦片的內(nèi)、外徑比應(yīng)在0.53～0.70范圍內(nèi)，即
（3）為了保證離合器可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，并防止傳動(dòng)系過(guò)載，不同車型的β值應(yīng)在一定范圍內(nèi)，最大范圍為1.2～4.0。
（4）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
（5）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
（3-3）
式中，為單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩(N.m/mm2)，可按表3.6選取。
經(jīng)檢查,合格。
表3.7 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
（6）為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，對(duì)于不同車型，單位壓力的最大范圍為0.11～1.50MPa,即
MPaMPaMPa
（7）為了減少汽車起步過(guò)程中離合器的滑磨，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摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其許用值,即
（3-4）
式中,為單位摩擦面積滑磨(J/mm2)；
為其許用值(J/mm2)，對(duì)于最大總質(zhì)量小于6.0t的商用車：J/mm，
W為汽車起步時(shí)離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功（J），可根據(jù)下式計(jì)算
（3-5）
式中：
為汽車總質(zhì)量(Kg)；
為輪胎滾動(dòng)半徑（m）；
為汽車起步時(shí)所用變速器擋位的傳動(dòng)比；
為主減速器傳動(dòng)比；
為發(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
代入式（3-5）得
J，
代入式（3-4）得
，合格。
，合格。
（8）離合器接合的溫升
（3-6）
式中,t為壓盤溫升,不超過(guò)°C；
c為壓盤的比熱容，J/(Kg·°C)；
γ為傳到壓盤的熱量所占的比例，對(duì)單片離合器壓盤；，為壓盤的質(zhì)量Kg。
代入數(shù)據(jù)得，,合格。
3.4 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇
3.4.1. 比較H/h的選擇
此值對(duì)膜片彈簧的彈性特性影響極大，分析式（3-10）中載荷與變形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，見(jiàn)圖3-1。
1- 2- 3-
4- 5-
圖3.1 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=3mm ，則H=6mm 。
3.4.2. 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， 取mm則mm 則。
3.4.3.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 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。
3.4.4.切槽寬度
mm，mm，取mm，mm，應(yīng)滿足的要求。
3.4.5. 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60SizMnA，當(dāng)量應(yīng)力可取為1600～1700N/mm2。
3.4.6. 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。
3.5 扭轉(zhuǎn)減振器設(shè)計(jì)
減震器極轉(zhuǎn)矩 N·m
摩擦轉(zhuǎn)矩 N·m
預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 N·m
極限轉(zhuǎn)角 °
3.6 減振彈簧的設(shè)計(jì)
1．減振彈簧的安裝位置
結(jié)合mm，得取43mm，則。
2．全部減振彈簧總的工作負(fù)荷
3．單個(gè)減振彈簧的工作負(fù)荷
式中：Z為減振彈簧的個(gè)數(shù)，按表3.8選擇：
取Z=4
表3-8 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
圖3-2 扭轉(zhuǎn)減振器
4．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)下表選擇旋繞比。
確定旋繞比，曲度系數(shù)
表3-11 旋繞比的薦用范圍
d/mm
C
（3）強(qiáng)度計(jì)算
mm，
與原來(lái)的d接近，取d=4mm。
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
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)
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
3.7操縱機(jī)構(gòu)形式選擇
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。
本次設(shè)計(jì)的普通輪型離合器操縱機(jī)構(gòu)，采用拉索式操縱機(jī)構(gòu)。
3.8 離合器踏板行程計(jì)算
踏板行程由自由行程和工作行程組成：
（3-7）
式中，為分離軸承的自由行程，一般為mm，取mm；反映到踏板上的自由行程一般為mm； Z為摩擦片面數(shù)；
為離合器分離時(shí)對(duì)偶摩擦面間的間隙，單片：mm，取mm；
、、、，為杠桿尺寸，參圖3-6。
計(jì)算得：mm，mm，合格。
圖3-3 拉索式操縱機(jī)構(gòu)示意圖
3.9踏板力的計(jì)算
踏板力為
（3-8）
式中，為離合器分離時(shí)，壓緊彈簧對(duì)壓盤的總壓力；
為操縱機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比，；
為機(jī)械效率，機(jī)械式：%；
為克服回位彈簧1、2的拉力所需的踏板力，在初步設(shè)計(jì)時(shí)，可忽略之。
N，，%；則
N，合格。
3.10 從動(dòng)盤總成
3.10.1．從動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)組成與選型
從動(dòng)盤有兩種結(jié)構(gòu)型式：不帶扭轉(zhuǎn)減振器的和帶扭轉(zhuǎn)減振器的，如圖3-4和圖3-6所示。
不帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量較輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，主要使用在早期和多片離合器的載貨汽車上。帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤，可以避免汽車傳動(dòng)系的共振，緩和沖擊，減少噪聲，提高傳動(dòng)系零件的壽命，改善汽車行駛的舒適性，并使汽車起步平穩(wěn)，已被現(xiàn)代汽車廣泛采用。
由圖3-4和圖3-6可以看出，不論從動(dòng)盤是否帶有減振器，它們都有從動(dòng)盤鋼片、摩擦片和從動(dòng)盤轂等3個(gè)基本組成部分。兩者不同之處在于，不帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤中從動(dòng)盤鋼片直接鉚在從動(dòng)盤轂上；而在帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤中，其從動(dòng)盤鋼片和從動(dòng)盤轂之間是通過(guò)減振彈簧彈性地連接在一起。
無(wú)論選擇什么類型的從動(dòng)盤，它都應(yīng)該滿足以下要求：
（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）要有足夠的抗爆裂強(qiáng)度。
（4）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)盡量選裝扭轉(zhuǎn)減振器。
根據(jù)上述分析，結(jié)合所設(shè)計(jì)離合器的使用情況，確定從動(dòng)盤總成的結(jié)構(gòu)。
3.10.2．從動(dòng)盤總成設(shè)計(jì)
下面分別敘述從動(dòng)盤鋼片、從動(dòng)盤轂和摩擦片等零件的結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計(jì)：
（1）從動(dòng)盤鋼片
所設(shè)計(jì)的從動(dòng)盤鋼片應(yīng)達(dá)到以下幾個(gè)方面的要求：
1） 盡量小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
設(shè)計(jì)從動(dòng)盤鋼片時(shí)，要盡量減輕其重量，并應(yīng)使其質(zhì)量的分布盡可能地靠近旋轉(zhuǎn)中心，以獲得最小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。從動(dòng)盤鋼片一般都比較薄，通常是用 1.3 ~2.0 ㎜ 厚的鋼板沖制而成。為了進(jìn)一步減小從動(dòng)盤鋼片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，有時(shí)將從動(dòng)盤鋼片外緣的盤形部分磨薄至0.65～1.0㎜，使其質(zhì)量分布更加靠近旋轉(zhuǎn)中心。
2） 具有軸向彈性結(jié)構(gòu)
為了使離合器接合平順，保證汽車平穩(wěn)起步，單片離合器的從動(dòng)盤鋼片一般都做成具有軸向彈性的結(jié)構(gòu)。這樣，在離合器盤接合過(guò)程中，主動(dòng)盤和從動(dòng)盤之間的壓力是逐漸增加的。
現(xiàn)代常用的具有軸向彈性的從動(dòng)盤鋼片，主要有以下3種結(jié)構(gòu)類型。
①整體式彈性從動(dòng)盤鋼片
整體式彈性從動(dòng)盤鋼片的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。為使具有軸向彈性，將鋼片沿半徑方向開(kāi)槽，將鋼片外緣部分分割成許多扇形，并將扇形部分沖壓成依次向不同方向彎曲的波浪形，兩邊的摩擦片則分別鉚在扇形片上。在離合器接合時(shí)，從動(dòng)盤鋼片被壓緊，彎曲的波浪形扇形部分逐漸被壓平，從動(dòng)盤摩擦面片所傳遞的轉(zhuǎn)矩逐漸增大，使接合過(guò)程（即轉(zhuǎn)矩增長(zhǎng)過(guò)程）較平順、柔和。
圖3-4整體式彈性從動(dòng)盤鋼片
1-從動(dòng)盤鋼片，2-摩擦片，3-鉚釘
根據(jù)從動(dòng)盤鋼片尺寸的大小可制成6 ~ 12個(gè)切槽。這種切槽還有利于減少?gòu)膭?dòng)盤鋼片的翹曲。為了進(jìn)一步減小從動(dòng)盤鋼片的剛度，增加其彈性，減少應(yīng)力集中，常常將切槽的跟部切成T形。
②分開(kāi)式彈性從動(dòng)盤鋼片
它是將剛片沿半徑尺寸方向分開(kāi)，裝配后才能達(dá)到剛片的使用尺寸，結(jié)構(gòu)組成見(jiàn)圖3.5。優(yōu)點(diǎn)是具有更小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因?yàn)椴ㄐ螐椈善^薄，且位于從動(dòng)盤鋼片的最大半徑上，從動(dòng)盤鋼片的尺寸較大，但它在旋轉(zhuǎn)中心。
圖3-5分開(kāi)式彈性從動(dòng)盤鋼片
（a）-分開(kāi)式彈性從動(dòng)盤總成 （b）-波形彈簧片
1-波形彈簧片，2、6-摩擦片，3-摩擦片鉚釘，4-從動(dòng)盤鋼片，5-波形彈簧片鉚釘
③組合式彈性從動(dòng)盤鋼片
前面兩種結(jié)構(gòu)的從動(dòng)盤鋼片都屬于雙向軸向彈性，在傳動(dòng)負(fù)荷不太大的小型車上廣泛采用，它們工作的特點(diǎn)是，在離合器分離與結(jié)合的過(guò)程當(dāng)中，兩邊的摩擦片都要產(chǎn)生變形，引起從動(dòng)盤轂沿變速器第一軸軸向移動(dòng)，有可能造成從動(dòng)盤在飛輪一側(cè)分離不徹底（從動(dòng)盤轂花鍵滑動(dòng)阻力較大時(shí)），影響變速器掛擋性能。因此在載貨汽車上常采用另一種所謂組合式的從動(dòng)盤鋼片3-6。所謂組合式彈性從動(dòng)盤鋼片，就是將從動(dòng)盤鋼片沿軸向分開(kāi)，在從動(dòng)盤鋼片上附加一些波形彈簧片。設(shè)計(jì)和裝配時(shí)一定要注意使靠近飛輪的一側(cè)無(wú)波形彈簧片，否則，這種結(jié)構(gòu)失去它的意義。顯然，這種組合式從動(dòng)盤鋼片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比前兩種的大，但對(duì)于要求剛度較高、傳動(dòng)負(fù)荷比較大的大型從動(dòng)盤鋼片來(lái)說(shuō)，這個(gè)缺點(diǎn)是可以容忍的。圖3-4的從動(dòng)盤鋼片結(jié)構(gòu)也屬于此類。
圖3-6組合式彈性從動(dòng)盤鋼片
1-從動(dòng)盤鋼片，2-摩擦片鉚釘，3-波形彈簧片鉚釘，4-摩擦片，5-波形彈簧片
在設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證從動(dòng)盤鋼片的彈性作用，波形彈簧片的壓縮行程可取為0.8 ~1.1 ㎜之間，至少不應(yīng)小于0.6㎜。從動(dòng)盤鋼片軸向彈性變化規(guī)律（即軸向加載與其變形的關(guān)系）的大致趨勢(shì)是拋物線形，即在開(kāi)始變形時(shí)力較小，而后隨著變形的增加，力的增長(zhǎng)很快，最后被壓平。
采用具有軸向彈性的從動(dòng)盤鋼片結(jié)構(gòu)將比較復(fù)雜，此外由于軸向彈性需要增加分離行程才能保證離合器的徹底分離。因此某些特殊情況下（如雙片離合器），從動(dòng)盤鋼片采用剛性的更有利。
從動(dòng)盤鋼片的材料與所采用的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)，不帶波形彈簧片的從動(dòng)盤鋼片（即整體式）一般用高碳鋼板或彈簧鋼板沖壓而成，經(jīng)熱處理后達(dá)到所要求的硬度。采用波形彈簧片時(shí)（即分開(kāi)式或組合式），從動(dòng)盤鋼片可用低碳鋼板，波形彈簧片用彈簧鋼板。
無(wú)論何種從動(dòng)盤鋼片都要保證其結(jié)構(gòu)形狀的熱穩(wěn)定性，防止翹曲變形，以免摩擦面片壓力不勻。
（2） 從動(dòng)盤轂
從動(dòng)盤轂結(jié)構(gòu)形狀如圖3-7，需要確定的主要參數(shù)有：扭轉(zhuǎn)減振器彈簧裝配窗孔半徑；花鍵相關(guān)尺寸等。扭轉(zhuǎn)減振器彈簧裝配窗孔半徑尺寸受到摩擦片內(nèi)徑的限制，在結(jié)構(gòu)條件允許的情況下，該尺寸盡可能大一點(diǎn)。從動(dòng)盤轂的花鍵孔與變速器第1軸的花鍵軸配合，目前大都采用齒側(cè)定心的矩形花鍵，花鍵副之間為動(dòng)配合，目的是在離合器分離和接合過(guò)程中，從動(dòng)盤轂?zāi)茉诨ㄦI軸上自由滑動(dòng)。花鍵相關(guān)尺寸包含兩個(gè)方面：
花鍵形狀尺寸
花鍵形狀尺寸可以采用兩種結(jié)構(gòu)形式：
①采用SAE（美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3-7，有關(guān)尺寸見(jiàn)表3-12。
圖3-7從動(dòng)盤轂結(jié)構(gòu)
1-扭轉(zhuǎn)減振器彈簧裝配窗孔
圖3-8從動(dòng)盤轂花鍵結(jié)構(gòu)
（a）-花鍵孔，（b）-花鍵軸
②按表3-5選取花鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，花鍵結(jié)構(gòu)尺寸的選擇依據(jù)是從動(dòng)盤外徑和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，更詳細(xì)的內(nèi)容請(qǐng)參閱GB1144-2001。
表3-12 SAE矩形花鍵尺寸系列 ㎜
SAE標(biāo)記
D
D1
L1
D2
D3
L2
18.5
20.4
1
23
1
25.5
1
28.2
1
30.75
1
33.2
1
38.05
1
35.8
2
40.8
花鍵轂軸向工作長(zhǎng)度應(yīng)滿足以下兩個(gè)方面的要求：
①導(dǎo)向要求 為了保證從動(dòng)盤轂在變速器第1軸上滑動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生自鎖，花鍵轂的軸向長(zhǎng)度不宜過(guò)小，一般應(yīng)與花鍵外徑大小相同，對(duì)于工作條件惡劣的離合器，其盤轂的長(zhǎng)度更大，可達(dá)花鍵外徑的1.4倍。
表3.13從動(dòng)盤轂花鍵尺寸系列
從動(dòng)盤外徑
D/㎜
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩
Te／N·m
花鍵齒數(shù)n:
花鍵外徑D'/㎜
花鍵內(nèi)徑d'/㎜
齒厚b/㎜
有效齒長(zhǎng)/㎜
擠壓應(yīng)力/MPa
160
180
200
225
250
280
300
325
350
380
410
430
450
50
70
110
150
200
280
310
380
480
600
720
800
950
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
23
26
29
32
35
35
40
40
40
40
45
45
52
18
21
23
26
28
32
32
32
32
32
36
36
41
3
3
4
4
4
4
5
5
5
5
5
5
6
20
20
25
30
35
40
40
45
50
55
60
65
65
10
11.8
11.3
11.5
10.4
12.7
10.7
11.6
13.2
15.2
13.1
13.5
12.5
②強(qiáng)度要求 花鍵尺寸選定后應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核。由于花鍵損壞的主要形式是由于表面受擠壓過(guò)大而破壞，所以花鍵要進(jìn)行擠壓應(yīng)力計(jì)算，當(dāng)應(yīng)力偏大時(shí)可適當(dāng)增加花鍵轂的軸向長(zhǎng)度。
擠壓應(yīng)力的計(jì)算公式如下：
（3-9）
式中，P——花鍵的齒側(cè)面壓力， N。它由下式確定：
（3-10）
d'，D'—分別為花鍵的內(nèi)外直徑，m；
Z—從動(dòng)盤轂的數(shù)目；
Temax——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)炬，N·m；
n—花鍵齒數(shù)；
h—花鍵齒工作高度，m；h=（ D'- d'）/2；
l —花鍵有效長(zhǎng)度，m。
從動(dòng)盤轂一般都由中碳鋼鍛造而成，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其擠壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)20MPa。
3.11 本章小結(jié)
本章講述了離合器的計(jì)算，包括摩擦片主要參數(shù)的選擇與優(yōu)化、膜片彈簧主要參數(shù)的選擇與優(yōu)化、通過(guò)膜片彈簧載荷與變形的關(guān)系計(jì)算離合器的壓緊力與膜片彈簧的應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)減振器與減振彈簧的計(jì)算、操縱機(jī)構(gòu)與輸出軸的計(jì)算、選取從動(dòng)盤轂，最后計(jì)算分離軸承的壽命。本章所用數(shù)據(jù)參考長(zhǎng)安SC1022BB23D車型的數(shù)據(jù)。
第四章 結(jié) 論
1 本次設(shè)計(jì)為四座客貨兩用微型車離合器設(shè)計(jì)。在離合器形式方面，由于膜片彈簧與壓盤以整個(gè)圓周接觸，壓力分布均勻與摩擦片接觸良好，磨損均勻，摩擦片是有壽命長(zhǎng)；此外，膜片彈簧的安裝位置對(duì)離合器軸的中心線是對(duì)稱的，其壓力不受離心力影響，具有高速性好、平衡性好、操縱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)沖擊和噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，故本次設(shè)計(jì)選用膜片彈簧離合器。
2在本次設(shè)計(jì)中由于發(fā)動(dòng)機(jī)不大,最大轉(zhuǎn)矩有限,所以選擇單片離合器,雙片離合器雖然可以提高離合器的最大轉(zhuǎn)矩,但是它散熱性差,分離不徹底,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在對(duì)尺寸要求允許范圍較小時(shí)常采用,而在本次設(shè)計(jì)中,尺寸允許,所以最終選擇單片離合器。
3離合器的主要參數(shù)；后備系數(shù)；摩擦片單位壓力；和摩擦片的內(nèi)外半徑之比；均在允許范圍內(nèi)。
如后備系數(shù)；
摩擦片的單位壓力
摩擦片的內(nèi)外半徑比
4離合器的各主要零件的強(qiáng)度是足夠的。
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致 謝
首先我要感謝我的母校--河南科技大學(xué)，是母校給了我這樣一個(gè)機(jī)會(huì)，讓我從一名普通的學(xué)生變成了一名具有初步專業(yè)技能的工程技術(shù)人員；是母校用四年的時(shí)間，培養(yǎng)了我各種能力，讓我的綜合素質(zhì)得到了質(zhì)的飛躍。
我還要感謝我們汽拖試驗(yàn)室、圖書(shū)館等，是他們?yōu)槲覀儺厴I(yè)設(shè)計(jì)提供了所需的各方面的條件。從畢業(yè)設(shè)計(jì)的教室到圖板、丁字尺及其它所需的各方面的圖書(shū)、期刊等資料。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，他們及時(shí)了解我們的需要，盡最大可能的幫助我們解決我們?cè)诋厴I(yè)設(shè)計(jì)中所遇到的各種問(wèn)題，讓我們擁有一個(gè)干凈、舒心的設(shè)計(jì)環(huán)境，為我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的成功打下了一個(gè)良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。
當(dāng)然最讓我感謝的應(yīng)該是我的指導(dǎo)教師李水良老師和其他給過(guò)我?guī)椭睦蠋?。李老師作為我的指?dǎo)教師，在我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)工程中，適時(shí)的給我們以指導(dǎo)，及時(shí)的解答我們?cè)诋厴I(yè)設(shè)計(jì)中所遇到的各種問(wèn)題，是我們畢業(yè)設(shè)計(jì)中技術(shù)上的一位好“參謀”。他盡心盡力地幫助我，總在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候給我建議，就像迷霧遠(yuǎn)航中指向前路的燈塔，在此我表示由衷的感謝。