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摘 要
離合器在機(jī)械傳動(dòng)系中是作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在的，它是汽車(chē)傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的總成。汽車(chē)從啟動(dòng)到行駛的整個(gè)過(guò)程中，經(jīng)常需要使用離合器。它的作用是使發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的組件接合，從而保證汽車(chē)平穩(wěn)起步；暫時(shí)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的聯(lián)系，以便于換擋和減少換擋的沖擊；當(dāng)汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)能起到分離的作用，防止變速器等傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)載，起到一定的保護(hù)作用。
本次所設(shè)計(jì)的離合器是膜片彈簧離合器，此設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)以SF2310-4時(shí)風(fēng)低速貨車(chē)為本次設(shè)計(jì)的參照車(chē)型。說(shuō)明了輕型貨車(chē)膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)形式，參數(shù)以及計(jì)算過(guò)程，按照離合器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和要求，對(duì)摩擦片外徑D進(jìn)行確定，離合器后備系數(shù)β進(jìn)行確定，單位壓力P0進(jìn)行確定，以及從動(dòng)盤(pán)設(shè)計(jì)，包括從動(dòng)片設(shè)計(jì)和從動(dòng)盤(pán)轂進(jìn)行設(shè)計(jì)，主動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，包括壓盤(pán)、離合器蓋設(shè)計(jì)、彈性從動(dòng)片設(shè)計(jì)，其中離合器蓋的設(shè)計(jì)只是簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是大體上計(jì)算出踏板的行程、踏板力是否符合人體工程學(xué)要求。
關(guān)鍵詞：離合器；設(shè)計(jì)；膜片彈簧；從動(dòng)盤(pán)；壓盤(pán)；摩擦片
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Abstract
The clutch is present as a separate assembly in the mechanical drive train, which is the assembly directly connected to the engine in the driveline. Car from the start to the entire process of driving, often need to use the clutch. Its role is to make the engine and the transmission between the components can be connected to ensure a smooth start of the car; temporarily cut off the connection between the engine and the transmission in order to shift and reduce the impact of the shift; when the car can play an emergency brake The role of separation, to prevent transmission and other transmission system overload, play a protective role.
This design of the clutch is a diaphragm spring clutch, this design to SF2310-4 when the wind low-speed truck for the design of the reference model. The structure, parameters and calculation process of the light truck diaphragm spring clutch are described. The outer diameter D of the friction plate is determined according to the design steps and requirements of the clutch system. The clutch backup coefficient β is determined and the unit pressure P0 is determined. The design of the drive plate, including the design of the driven plate and the driven plate hub, the design of the active part, including the pressure plate, the clutch cover design, the elastic follower design, in which the design of the clutch cover is simply designed, the design of the steering mechanism Is to calculate the pedal of the trip, pedal force is ergonomic requirements.
Key words: Clutch; Design; Diaphragm spring; Driven plate; Pressure plate; Friction plate
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目 錄
摘 要 II
Abstract III
1 緒 論 4
1.1 時(shí)風(fēng)低速貨車(chē)離合器的工作原理和作用 4
1.2 時(shí)風(fēng)低速貨車(chē)離合器的設(shè)計(jì)要求 4
1.3 離合器的發(fā)展歷史和發(fā)展方向 4
2 離合器的結(jié)構(gòu)方案分析 6
2.1 離合器結(jié)構(gòu)方案分析 6
2.2 從動(dòng)盤(pán)數(shù)的選擇 6
2.3 壓緊彈簧和布置形式的選擇 7
2.4 膜片彈簧的支承形式 9
2.5 壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式 9
3 離合器基本參數(shù)和主要尺寸選擇 10
3.1 離合器基本參數(shù)計(jì)算 11
3.2 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇 13
3.3 扭轉(zhuǎn)減震器的設(shè)計(jì) 14
3.4 離合器壓盤(pán)的設(shè)計(jì) 17
3.5 對(duì)離合器的從動(dòng)盤(pán)轂花鍵進(jìn)行強(qiáng)度校核 19
4 設(shè)計(jì)計(jì)算離合器的操縱機(jī)構(gòu) 20
4.1 對(duì)操縱機(jī)構(gòu)的要求 20
4.2 選擇操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的形式 20
4.3 離合器操縱機(jī)構(gòu)的主要計(jì)算 21
5 結(jié) 論 23
參考文獻(xiàn) 24
致 謝 25
II
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1 緒 論
1.1 時(shí)風(fēng)低速貨車(chē)離合器的工作原理和作用
在汽車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)之中，離合器是獨(dú)立存在的總成，本次設(shè)計(jì)的低速貨車(chē)也是如此。離合器的主要用途是在適當(dāng)時(shí)候切斷兩者之間的動(dòng)力傳遞，在松開(kāi)離合器的時(shí)候，完成發(fā)動(dòng)機(jī)和離合器之間的動(dòng)力傳遞。如果沒(méi)有離合器的存在，發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系無(wú)法平順的連接，會(huì)很?chē)?yán)重的損壞兩者器械。在換檔的時(shí)候，踩下離合器時(shí)，傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)之間立即沒(méi)有了動(dòng)力的傳輸，就可以進(jìn)行換擋的操作。有時(shí)候油門(mén)踩的太深，給油太多，動(dòng)載荷過(guò)大，離合器踩下的時(shí)候，可以明顯地減少加在變速器齒輪上的壓力，這樣可以延長(zhǎng)零部件的壽命，還能降低在開(kāi)車(chē)時(shí)換擋的時(shí)候所發(fā)出的噪音以及些許阻力。
1.2 時(shí)風(fēng)低速貨車(chē)離合器的設(shè)計(jì)要求
1．能在各種車(chē)況下，將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳到車(chē)輪上。所以發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩必須要比設(shè)計(jì)的離合器的摩擦力矩要小。
2．零部件之間連接平滑。離合器傳遞扭矩能夠在各種情況下慢慢而不急速的增加，這樣可以防止汽車(chē)起步或者換擋時(shí)車(chē)身有抖動(dòng)感。
3．分離時(shí)要迅速、徹底。
4．離合器從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕換擋時(shí)變速器齒輪間的沖擊，便于換擋和減小同步器的磨損。
5．各零部件要有吸收噪聲以及沖擊的本領(lǐng)。
6．為了防止需要摩擦的零部件不會(huì)因?yàn)槟Σ林鬁囟冗^(guò)高而開(kāi)裂或者打滑，它的散熱效果要佳。
7．操縱輕便、準(zhǔn)確，以減輕駕駛員的疲勞。
摩擦離合器主要由主動(dòng)部分(發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪、離合器蓋和壓盤(pán)等)、從動(dòng)部分(從動(dòng)盤(pán))、壓緊機(jī)構(gòu)(壓緊彈簧)和操縱機(jī)構(gòu)(分離叉、分離軸承、離合器踏板及傳動(dòng)部件等)四部分組成。主、從動(dòng)部分和壓緊機(jī)構(gòu)是保證離合器處于接合狀態(tài)并能傳遞動(dòng)力的基本結(jié)構(gòu)，操縱機(jī)構(gòu)是使離合器主、從動(dòng)部分分離的裝置。
隨著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和功率的不斷提高、汽車(chē)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使用壽命，適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，增加傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡(jiǎn)化操縱，已成為離合器的發(fā)展趨勢(shì)。
1.3 離合器的發(fā)展歷史和發(fā)展方向
離合器通過(guò)腳踏板來(lái)工作。踩下離合器踏板，通過(guò)分離撥叉拉回錐形座圈，釋放彈簧，從而使離合器分離。在1889年，戴姆勒的鋼輪汽車(chē)已使用這種設(shè)計(jì)原理的基本形式：配備了一個(gè)錐形/斜面摩擦離合器。最初使用駝毛做為錐形盤(pán)摩擦面的材料，但很快被皮革取代。若干年后，單盤(pán)離合器就淘汰了錐形盤(pán)離合器。隨著Ferodo石棉摩擦片的出現(xiàn)，離合器技術(shù)取得了一大進(jìn)步。石棉摩擦片大概從1920年代起一直使用到當(dāng)代，直到其被非石棉摩擦片取代。單盤(pán)干式離合器的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的：較低的從動(dòng)盤(pán)質(zhì)量使其分離后可更快地停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使換檔更容易——徹底告別了變速器制動(dòng)結(jié)構(gòu)。然而隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不斷增加，離合器變得越來(lái)越重。除此以外，用來(lái)作用于分離杠桿的分離軸承一直處在受壓狀態(tài)下，使其和離合器外罩很容易發(fā)生磨損，尤其是在發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)換檔，會(huì)很快地磨損。為了解決上述這些系統(tǒng)性的不足，人們便開(kāi)發(fā)出了膜片彈簧離合器。由于膜片彈簧離合器能夠均衡、對(duì)稱(chēng)地轉(zhuǎn)動(dòng)，因而不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。1960年代末至今，幾乎所有的汽車(chē)制造商都采用膜片彈簧離合器。在采用離合器的傳動(dòng)系統(tǒng)中，早期離合器的結(jié)果形式是錐形摩擦離合器，次后，在油中工作的所謂濕式的多片離合器逐漸取代了錐形摩擦離合器，但是多片濕式摩擦離合器的片與片之間容易被油粘住，尤其是在冷天油液變濃時(shí)更容易發(fā)生，導(dǎo)致分離不徹底，造成換擋困難。所以它又被干式所取代。多片干式摩擦離合器的主要優(yōu)點(diǎn)是由于接觸面數(shù)多，故接合平順柔和，保證了汽車(chē)的平穩(wěn)起步。但因片數(shù)較多，從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，還是感到換擋不夠容易。另外，中間壓盤(pán)的通風(fēng)散熱不良，易引起過(guò)熱，加快了摩擦片的磨損甚至燒傷和破裂。如果調(diào)整不當(dāng)還可能引起離合器分離不徹底。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)使人們逐漸趨向于采用單片干式摩擦離合器。它具有從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，散熱性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，尺寸緊湊，分離徹底等優(yōu)點(diǎn)。而且只要在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，也能使其接合平順。因此，它得到了極為廣泛的應(yīng)用。
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第2章 離合器的結(jié)構(gòu)方案分析
2 離合器的結(jié)構(gòu)方案分析
2.1 離合器結(jié)構(gòu)方案分析
本次設(shè)計(jì)的課題為：時(shí)風(fēng)低速貨車(chē)離合器的設(shè)計(jì)。以SF2310-4時(shí)風(fēng)低速貨車(chē)為設(shè)計(jì)原型，以下是對(duì)離合器的功用和方案的分析。
在設(shè)計(jì)離合器時(shí)，主要根據(jù)車(chē)型的類(lèi)別、使用要求、制造條件以及“三化”（系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化）要求等，合理選擇離合器的結(jié)構(gòu)。
汽車(chē)離合器大多是盤(pán)形摩擦離合器，按其從動(dòng)盤(pán)的數(shù)目可分為單片、雙片和多片三類(lèi)；
根據(jù)壓緊彈簧布置形式不同，可分為圓周布置、中央布置和斜向布置等形式；根據(jù)使用的壓緊彈簧不同，可分為圓柱螺旋彈簧、圓錐螺旋彈簧和膜片彈簧離合器；根據(jù)分離時(shí)所受作用力的方向不同，又可分為拉式和推式兩種形式。
圖2－１ 單片離合器
2.2 從動(dòng)盤(pán)數(shù)的選擇
根據(jù)要設(shè)計(jì)的車(chē)型，像時(shí)風(fēng)SF2310-4這樣的輕型貨車(chē)，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不大。在布置尺寸允許的條件下，離合器通常只設(shè)有一片從動(dòng)盤(pán)。單片離合器(圖2-1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，散熱良好，用時(shí)能保證分離徹底、接合平順。
雙片離合器(圖2-2)它有兩片摩擦片，因?yàn)槟Σ疗脑黾樱哪Σ撩婢褪?面，接觸面較之更多，所以它能傳遞更大的動(dòng)力。假設(shè)在同一發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，所要傳遞的動(dòng)力相同這種情況下，因?yàn)檫@個(gè)結(jié)構(gòu)，它的離合器盤(pán)直徑相比之下要更小，踩下踏板的阻力也更小。只不過(guò)零部件連接太緊湊，所以散熱性能不怎么好。
圖2-2 雙片離合器
多片離合器多為濕式，它有分離不徹底、軸向尺寸和質(zhì)量大等缺點(diǎn)，以往主要用于行星齒輪變速器換擋機(jī)構(gòu)中。但它具有接合平順柔和、摩擦表面溫度較低、磨損較小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于重型牽引車(chē)和自卸車(chē)上。
因時(shí)風(fēng)低速貨車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不高，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力的要求不是很高，所以選擇設(shè)計(jì)單片離合器。
2.3 壓緊彈簧和布置形式的選擇
周置彈簧離合器的壓緊彈簧大多用的是圓柱螺旋彈簧(圖2—1)。一般離合器上用的都是這個(gè)彈簧，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工簡(jiǎn)單。中央彈簧離合器一般布置在其離合器的正中心，它的壓緊彈簧的采用一般分為兩種情況，一是采用圓柱螺旋彈簧，二是采用圓錐彈簧，兩者只是在采用彈簧數(shù)量上有區(qū)別而已。中央彈簧離合器直徑很大，而且杠桿比可以設(shè)計(jì)的大一點(diǎn)，所以壓緊力一般很大，所以踩下踏板所要用的力不用很大。斜置彈簧離合器顧名思義，它的安裝方式就是斜著安裝的，所以它的彈簧壓力是斜向作用在與它相接觸的傳力盤(pán)上，然后另一邊以壓桿為媒介傳遞力矩到壓盤(pán)上。因?yàn)殡x合器并不是直接作用于壓盤(pán)上，所以當(dāng)遇到一些小問(wèn)題比如摩擦片磨損了，或者在正常分離離合器的時(shí)候，作用在壓盤(pán)上的壓緊力大小幾乎不會(huì)受什么影響。膜片彈簧離合器(圖2-3)中的膜片彈簧是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的碟形彈簧，主要由碟簧部分和分離指組成，它與其它形式的離合器相比具有如下一系列優(yōu)點(diǎn)：
1)膜片彈簧具有較理想的非線性特性
如圖2-1所示，彈簧壓力在摩擦片允許磨損范圍內(nèi)基本不變(從安裝時(shí)工作點(diǎn)B變化
圖2-３ 膜片彈簧離合器
到A點(diǎn))，因而離合器工作中能保持傳遞的轉(zhuǎn)矩大致不變；對(duì)于圓柱螺旋彈簧，其壓力大大下降(從B點(diǎn)變化到A’點(diǎn))。離合器分離時(shí)，彈簧壓力有所下降(從B點(diǎn)變化到C點(diǎn))，從而降低了踏板力；對(duì)于圓柱螺旋彈簧，壓力則大大增加(從B點(diǎn)變化到C’點(diǎn))。
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)，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；而圓柱螺旋彈簧壓緊力則明顯下降。
4)因?yàn)閺椈傻沫h(huán)形斷面直接和離合器壓盤(pán)有相互力的作用，他們表面所受的應(yīng)力一樣。兩零部件的磨損就不會(huì)變的那么嚴(yán)重。
5)散熱性能好。
6)兩者平衡的性能佳。
7)制造簡(jiǎn)單，可以大規(guī)模生產(chǎn)。
但膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜，對(duì)材質(zhì)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，膜片彈簧離合器不僅在轎車(chē)上被大量采用，而且在輕、中、重型貨車(chē)以及客車(chē)上也被廣泛采用。
2.4 膜片彈簧的支承形式
推式膜片彈簧支承結(jié)構(gòu)按支承環(huán)數(shù)目不同分為三種。圖2-4為雙支承環(huán)形式，其中圖2-4a用臺(tái)肩式鉚釘將膜片彈簧、兩個(gè)支承，圖2-4b在鉚釘上裝硬化襯套和剛性擋環(huán)，可提高耐磨性和使用壽命，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；圖2-4c取消了鉚釘，在離合器蓋內(nèi)邊緣上伸出許多舌片，將膜片彈簧、兩個(gè)支承環(huán)與離合器蓋彎合在一起，使結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)化、耐久性良好，因此其應(yīng)用日益廣泛。
圖2-5:單支承環(huán)形式。圖2-5a在用一個(gè)環(huán)形凸臺(tái)來(lái)作支承作用，用彈性擋環(huán)來(lái)起支承作用(圖2-5b)。這樣彈簧和支承環(huán)之間的間隙就沒(méi)有了。綜上比較，我選擇設(shè)計(jì)推式膜片彈簧。
圖2-４推式膜片彈簧雙支撐形式 圖2-５推式膜片彈簧單支撐形式
2.5 壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式
壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式有以下幾種：
（1）凸臺(tái)窗孔式
（2）徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)式
（3）徑向傳動(dòng)片驅(qū)動(dòng)式
前兩種，連接件之間都存在著間隙，離合器工作時(shí)就會(huì)產(chǎn)生噪音，零部件也會(huì)有磨損的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)研究對(duì)比，我決定設(shè)計(jì)最后一種驅(qū)動(dòng)方式，它多了個(gè)傳動(dòng)片作為中間媒介，連接離合器與壓盤(pán)。不過(guò)傳動(dòng)片的材料一定要好，一般用高碳鋼作為它的制作材料。
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第3章 基本參數(shù)和主要尺寸選擇
3 離合器基本參數(shù)和主要尺寸選擇
我本次我要設(shè)計(jì)車(chē)型為時(shí)風(fēng)牌SF2310-4，設(shè)計(jì)參數(shù)要求：主要技術(shù)要求：發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速下功率29kw/3000(r/min) ；發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩104Nm/2100(r/min)；額定載質(zhì)量1000kg；總質(zhì)量2510kg；最高車(chē)速68kM/h。
摩擦離合器，顧名思義，它是靠相關(guān)零部件之間的摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力的。為了應(yīng)變各種工況，離合器都能不受影響的傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，在設(shè)計(jì)時(shí)，要注意一定要求發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax要小于離合器的靜摩擦力矩Tc。
Tc= βTemax (3-1)
Temax：發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩
β：后備系數(shù)
要求：β>1
還有另一種表達(dá)公式：
Tc=fFZRc (3-2)
f：靜摩擦因素 f取值范圍為[0.25，0.30]
F：壓盤(pán)對(duì)摩擦盤(pán)的作用力
R：摩擦片的半徑
Z：摩擦面數(shù)
如果摩擦片受力均勻時(shí)，則有以下公式：
(3-3)
(3-4)
P0：摩擦面單位壓力
A：摩擦面面積
D：摩擦片大直徑
當(dāng)d／D≥0.6時(shí)，可得：
(3-5)
結(jié)合公式(3-3)與(3-4)
代入Tc=fFZRc
得：
(3-6)
C：摩擦片內(nèi)外徑比值 ，另外C=d/D，C[0.53，0.70]
3.1 離合器基本參數(shù)計(jì)算
3.1.1 選取后備系數(shù)β
后備系數(shù)β的意思是離合器能傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度。在選取該值時(shí)，應(yīng)兼顧以下要求：
（1）摩擦片因?yàn)樽陨頊囟冗^(guò)高或者其他原因?qū)е伦陨砟p，還可以可靠平順的傳遞動(dòng)力。
（2）能在傳動(dòng)系承受應(yīng)力過(guò)大時(shí)，避免它過(guò)載。
（3）系數(shù)選擇能讓離合器避免滑磨的現(xiàn)象
如果β值取值太小的話，估計(jì)離合器就無(wú)法有效傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)所給的動(dòng)力。如果β值取值太大的話，離合器尺寸就會(huì)變得過(guò)大，傳動(dòng)系很有可能在工作中過(guò)載，而且操縱也顯得不太輕便。膜片彈簧離合器的β值可以選取的相比螺旋彈簧離合器的小一些，原因是因?yàn)槠淠Σ撩娼佑|均勻受力均勻，在摩擦片磨損之后壓力也保持的比較穩(wěn)定。
不同類(lèi)型車(chē)輛的β值參考：
輕型低速貨車(chē) β=1.20～1.75
重型載重貨車(chē) β=1.50～2.25
越野車(chē)或牽引車(chē) β=1.80～4.00
這次我設(shè)計(jì)的車(chē)子為時(shí)風(fēng)輕型低速貨車(chē)，我查閱了該車(chē)型的參數(shù)，思考后決定β=1.6；那么Tc=1851.6=296(N·m)
z=2
f=0.27
c=0.6
3.1.2 選取單位壓力P0
離合器的工作性能以及使用壽命很大程度上與其單位壓力P0有關(guān)。P0取值應(yīng)受這些條件限制：
（1）后備系數(shù)β
（2）離合器材料及其質(zhì)量
（3）摩擦片的尺寸
（4）離合器的各種工況
（5）發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率
離合器使用頻繁，發(fā)動(dòng)機(jī)后備系數(shù)較小時(shí)，加應(yīng)取小些；當(dāng)摩擦片外徑較大時(shí)，為了降低摩擦片外緣處的熱負(fù)荷，P0應(yīng)取小些；后備系數(shù)較大時(shí)，可適當(dāng)增大P0。
當(dāng)摩擦片采用不同材料時(shí)，P0按下列范圍選?。?
石棉基材料 P0=0.10～0.35Mpa
粉末冶金材料 P0=0.35～0.60Mpa
金屬陶瓷材料 P0=0.70～1.50Mpa
因?yàn)閐/D≧0.6 ，由（3-5）得
101.25mm
Tc =166.4(N·m)
根據(jù)公式（3-2）得
F==3043.55
P0=4F/3.14(D2-d2)=0.179
根據(jù)算到的P0值大小，決定使用石棉基作為摩擦片的材料，P0取0.25Mpa
接下來(lái)計(jì)算摩擦片的外徑，參閱書(shū)本有一下公式：
D=KD （3-7）
代入數(shù)據(jù)得
173.37(mm)
接下來(lái)計(jì)算直徑系數(shù)，不過(guò)不同車(chē)型該系數(shù)是不一樣的
小汽車(chē)： KD=14.5；
輕型貨車(chē)： 單片KD=16.0～18.5；
雙片KD=13.5～15.0；
重型載重車(chē)： KD=22.5～24.0。
綜上所述后得：外徑D=250(mm) 內(nèi)徑d=155(mm)
厚度b=3.5(mm)
內(nèi)外徑比值d/D=0.62
摩擦片的外徑的選取應(yīng)使最大圓周速度VD不超過(guò)65—70m/s，那么：
（3-8）
代入數(shù)據(jù)得：
vD=50m/s≦65~70m/s
如果按照這種設(shè)計(jì)，摩擦片是不會(huì)互相分離的，又因?yàn)閐/D=0.62<0.7，所以這樣選擇是可以的，這樣就可以預(yù)防摩擦片之因?yàn)槟p不均而引起摩擦片表面溫度上升而產(chǎn)生翹起彎曲的現(xiàn)象。
3.2 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇
3.2.1 選擇H／h和h的值
一般汽車(chē)所用的膜片彈簧的H/h值要求在1.6—2.2之間，板厚h值要求在2—4mm之間，這樣才能使離合器在工作時(shí)壓緊力的變化不那么大，操縱起來(lái)更為輕便順滑。
3.2.2 選擇R／r和R、r的值
根據(jù)以前相關(guān)的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)研究表面，如果R/r值越大，那么表明彈簧的剛度越大，那么這個(gè)彈簧的利用率肯定高不起來(lái)，而且如果直徑上偏差很大的話，是萬(wàn)萬(wàn)不行的，這樣會(huì)影響到它的彈性特性曲線，這樣加在彈簧上的作用力會(huì)變很高。我們根據(jù)所要設(shè)計(jì)的離合器的結(jié)構(gòu)和壓緊力的要求，R/r[1.20—1.35]。所以只有所選的推式膜片彈簧的R取值≧摩擦片的平均半徑RC，我們才能達(dá)到使摩擦片表面各點(diǎn)受力均勻這個(gè)目的。最后思考比較之后取R／r＝1.2。
3.2.3 確定彈簧小端半徑ri與分離軸承半徑rf的關(guān)系
膜片彈簧較小那端面半徑值為ri，ri應(yīng)該大于變速器第一軸花鍵的外徑。而且還要滿足膜片彈簧小端面的半徑小于分離軸承的作用半徑。即：ri
350
減震彈簧數(shù)目
4～6
6～8
8～10
>10
取Z=6
3.3.7 計(jì)算減振彈簧總壓力FΣ
(3-14)
代入數(shù)據(jù)得：
5873N
查閱上表，可以得到：
978.8N (3-15)
所以
978.8N
3.3.8 確定減震彈簧的尺寸
1）彈簧尺寸公式：
（3-16）
d=3.1mm
D2=20 τp=1000
經(jīng)過(guò)比較選取d=3.6(mm)
減震器彈簧內(nèi)徑D1=20-3.6=16.4(mm)
減震器彈簧中徑D2=20(mm)
減震器彈簧外徑D3=20+3.6=23.6(mm)
3.3.9 確定減震彈簧的剛度T
(3-17)
代入數(shù)據(jù)：
250（N/mm）
3.3.10確定減震彈簧的工作圈數(shù)i
(3-18)
代入數(shù)據(jù)：
G:扭轉(zhuǎn)彈性模量 鋼G=8.3×103
3.3.11 確定減震彈簧的總?cè)?shù)n
n=i+2 (3-19)
代入數(shù)據(jù)：
n=i+2=6圈
3.3.12 計(jì)算極限負(fù)荷下的彈簧長(zhǎng)度Lmin
Lmin=n(d+s) (3-20)
代入數(shù)據(jù)：
Lmin=11dn=23.76mm
s=0.1 d=0.36（彈簧圈間隙）
3.3.13 計(jì)算減震彈簧總變形量ΔL
ΔL=F/K (3-21)
代入數(shù)據(jù)：
ΔL=3.9（mm）
3.3.14 減震彈簧自由高度H0
(3-22)
代入數(shù)據(jù)：
H0 =3.9+23.76=27.66（mm）
3.3.15 減震彈簧預(yù)變形量Δf
(3-23)
代入數(shù)據(jù)：
0.137(mm)
最后得安裝后的高度H為：
（3-24）
27.6-0.245=27.355(mm)
3.4 離合器壓盤(pán)的設(shè)計(jì)
3.4.1 相關(guān)設(shè)計(jì)要求
1)壓盤(pán)因?yàn)槟Σ疗c其直接接觸，所以它的散熱通風(fēng)性能必須要很好。而且壓片的質(zhì)量要大，這樣才可以增大熱容量，減少溫度上升的速度，這樣的話壓盤(pán)就不容易產(chǎn)生裂紋，不容易破碎。我們可以設(shè)計(jì)壓盤(pán)的材料為鋁合金或者其他傳熱系數(shù)比較大的金屬。
2)由于摩擦片和壓盤(pán)直接接觸，為了保證壓緊力在摩擦面上均勻分布，防止壓盤(pán)在受熱后翹起彎曲變形。能夠讓摩擦片和壓盤(pán)壓緊的均勻，在離合器分離的時(shí)候徹底，壓盤(pán)的硬度要大。
3)和飛輪的中心一定要正對(duì)，而且在不工作的情況下，也就是靜止的狀態(tài)下，兩者要能呈平衡狀態(tài)。
4)壓盤(pán)的受力點(diǎn)和摩擦面的垂直距離最好要小。
3.4.2 離合器壓盤(pán)的主要計(jì)算
上文說(shuō)到壓盤(pán)對(duì)自身的散熱通風(fēng)性能要求很高，因?yàn)橹苯优c摩擦片接觸摩擦，所以對(duì)自身的摩擦系數(shù)和耐磨性要求也很高。用來(lái)鑄造壓盤(pán)的材料一般是灰鑄鐵HT200，金相組織呈珠光體結(jié)構(gòu),硬度HB170-227。另外材料中可以添加其他剛性比之強(qiáng)的金屬元素，但不可以太多。根據(jù)摩擦片的內(nèi)外徑，可以進(jìn)一步確定壓盤(pán)的內(nèi)外徑。壓盤(pán)的外徑要比摩擦片外徑大一點(diǎn)，內(nèi)徑比它小一點(diǎn)。綜上述，壓盤(pán)的外徑內(nèi)徑分別設(shè)計(jì)為：
D=250+5=255(mm)
d=155-5=150(mm)
1)壓盤(pán)的工作壓力F
（3-25）
代入數(shù)據(jù)：
6573.83N
2)壓盤(pán)的滑磨功ωmax
（3-26）
代入數(shù)據(jù)：
54982.9(J)
3)壓盤(pán)的質(zhì)量m
我們要求，壓盤(pán)和離合器第一次接觸的時(shí)候，兩零部件之間的溫度不能大于十?dāng)z氏度，那么要求壓盤(pán)溫升是八攝氏度:
（3-27）
代入數(shù)據(jù)：
7.14(kg)
C:比熱容 鑄鐵C=481.4J/kg·℃
那么要求M≧7.14kg
4)計(jì)算壓盤(pán)的厚度h
ρ鑄鐵=7.8×103kg/m3
（3-28）
代入數(shù)據(jù)：
0.022m=22mm
根據(jù)公式（3-27）：
7.14(kg)
我們得到結(jié)果，壓盤(pán)的厚度h≧22mm
3.5 對(duì)離合器的從動(dòng)盤(pán)轂花鍵進(jìn)行強(qiáng)度校核
從動(dòng)盤(pán)轂花鍵的內(nèi)徑為28毫米,外徑為35毫米,花鍵的有效長(zhǎng)度為35毫米,鍵齒寬4毫米。
強(qiáng)度校核花鍵的擠壓應(yīng)力:
（3-29）
代入數(shù)據(jù)得：
強(qiáng)度校核花鍵的剪切應(yīng)力:
（3-30）
代入數(shù)據(jù)得：
15Mpa
計(jì)算得最后結(jié)果：我設(shè)計(jì)選用的花鍵能滿足要求。
第4章 設(shè)計(jì)計(jì)算離合器的操縱機(jī)構(gòu)
4 設(shè)計(jì)計(jì)算離合器的操縱機(jī)構(gòu)
離合器操縱系統(tǒng)的功能是，把駕駛員對(duì)離合器踏板得輸入變成在分離軸承上的輸出，來(lái)控制離合器得分離和接合，從而完成對(duì)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)得動(dòng)力切斷或傳遞。因此，離合器踏板得布置位置、相關(guān)尺寸、作用力以及行程大小都要符合人體工程學(xué)的要求。總體來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)離合器操縱系統(tǒng)時(shí)要考慮如下因素：
4.1 對(duì)操縱機(jī)構(gòu)的要求
(1)踏板力要小，轎車(chē)一般在80～150N范圍內(nèi)，貨車(chē)不大于150～200N。
(2)踏板行程對(duì)轎車(chē)一般在80～150mm范圍內(nèi)，對(duì)貨車(chē)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以復(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(chē)架和駕駛室的變形不會(huì)影響其正常工作。
4.2 選擇操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的形式
（1）機(jī)械式；
（2）液壓式。
機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)分別有桿系和繩索兩種?，F(xiàn)在各種車(chē)型一般都運(yùn)用的是桿系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠一般不會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題。但是它的缺點(diǎn)是自身重量大，工況穩(wěn)定但是工作效率卻不高。反觀另一種操縱機(jī)構(gòu)，繩索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)就沒(méi)有這些缺點(diǎn)，因?yàn)樗陨淼慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，踏板可以采用吊掛的安裝方式。不過(guò)他的使用年限短，工作效率仍然低。
液壓式操縱機(jī)構(gòu)主要由以下幾個(gè)部分組成：
（1）主缸；
（2）工作缸；
（3）管路。
他的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)效率高，自身重量小，可以用獨(dú)特的吊掛的安裝方式來(lái)設(shè)置離合器踏板。離合器之間的結(jié)合也沒(méi)那么剛硬，很平順柔和。此形式廣泛應(yīng)用于各種形式的汽車(chē)中。
接下來(lái)我們來(lái)確定工作缸的直徑d2，它和所采用的液壓系統(tǒng)的最大油壓有關(guān)?？紤]接口處的密封要求，最大允許油壓一般在7MPa左右。
圖4.6 液壓式操縱機(jī)構(gòu)示意圖
4.3 離合器操縱機(jī)構(gòu)的主要計(jì)算
液壓式操縱機(jī)構(gòu)如圖4.6自由行程S1和工作行程S2兩部分組成了踏板行程S：
（3-31）
在這公式中：
S0f為分離軸承自由行程，一般為1．5～3．0mm，本設(shè)計(jì)S0f =3.0mm 然后到踏板上的自由行程,S1一般為20～30mm；d1、d2分別為主缸和工作缸的直徑；本設(shè)計(jì)中主缸直徑為28mm,工作缸直徑為30mm.Z為摩擦面面數(shù)；ΔS為離合器分離時(shí)對(duì)偶摩擦面間的間隙，單片：ΔS=0．85～1．30mm，雙片：ΔS=0.75～0．90mm杠桿尺寸分別記作a1、a2、bl、b2、c1、c2。
其取值分別為a1=50mm、a2=260mm、b1=80mm、b2=90mm、c1=60mm、c2=305mm.
將以上數(shù)據(jù)代入(3-31）,可得到離合器踏板行程值S=91.3mm，經(jīng)過(guò)比較滿足我們的設(shè)計(jì)要求。
踏板力Ff公式：
(3-32）
式中，F(xiàn)是彈簧對(duì)壓盤(pán)的總壓力數(shù)值； 本設(shè)計(jì)中壓緊彈簧對(duì)壓盤(pán)的總壓力為1860N
iΣ為操縱機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比，
=； (3-33)
代入數(shù)據(jù):
iΣ=20.07
η為機(jī)械效率：η=80％～90％ ，機(jī)械式：η=70％～80％
本設(shè)計(jì)中采用液壓式操縱機(jī)構(gòu),η=85％。
把數(shù)據(jù)代入公式(3-32),可得Ff =109N，滿足踏板力小于180N的設(shè)計(jì)要求。Fs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。
由以上計(jì)算得設(shè)計(jì)離合器的時(shí)候應(yīng)該考慮我們駕駛車(chē)輛時(shí)會(huì)遇到的各種情況，綜合考慮，使我們?cè)O(shè)計(jì)的離合器更為輕便，結(jié)構(gòu)更為合理，能保證汽車(chē)的平穩(wěn)起步，行駛時(shí)換擋平順阻力小。
第5章 結(jié)論
5 結(jié) 論
本次設(shè)計(jì)的是低速貨車(chē)離合器，以時(shí)風(fēng)牌為例。經(jīng)過(guò)反復(fù)比較計(jì)算之后，我選擇設(shè)計(jì)干式單片液壓操縱的推式膜片彈簧離合器。
但是，由于條件限制，沒(méi)法對(duì)自己設(shè)計(jì)出來(lái)的離合器進(jìn)行試驗(yàn)等等，再由于我的知識(shí)水平不高，我只能按照專(zhuān)業(yè)課本上的方法，跟著書(shū)本走，運(yùn)用所給的公式進(jìn)行運(yùn)算。只通過(guò)書(shū)本計(jì)算沒(méi)法現(xiàn)實(shí)驗(yàn)證，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的各零部件的尺寸，難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。離合器發(fā)展到現(xiàn)在，我選用的是推式膜片彈簧離合器，它相比于拉式有自身的優(yōu)點(diǎn)，同樣相比拉式也有很多比不上的地方。拉式的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，零件數(shù)目更小，自身重量更小。因?yàn)槠淠て瑥椈傻陌惭b方式的特點(diǎn)決定了它的轉(zhuǎn)動(dòng)與分離效率更高。因?yàn)闀r(shí)間原因，我只能對(duì)其中一種形式離合器進(jìn)行設(shè)計(jì)。
因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)有太多的局限性，所以有很多的不足。此次設(shè)計(jì)并沒(méi)有告一段落，在日后，我還得對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的研究和改進(jìn)，最好以后能夠有條件拿自己的設(shè)計(jì)去實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。只有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木?，我才能設(shè)計(jì)出更為簡(jiǎn)單輕便更符合今后汽車(chē)離合器發(fā)展的離合器。
參考文獻(xiàn)
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致謝
致 謝
時(shí)間過(guò)的很快，轉(zhuǎn)眼已是五月份，還有不到半個(gè)月的時(shí)間，大學(xué)四年生活便已結(jié)束，在這四年里，無(wú)論是學(xué)習(xí)還是生活上，我學(xué)到了很多，而這些都和我的老師、身邊的同學(xué)都有莫大關(guān)系。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年來(lái)學(xué)習(xí)成果的檢驗(yàn)，提高了我查閱文獻(xiàn)的能力、數(shù)據(jù)分析能力以及和同學(xué)團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力等。我選擇的題目是轎車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析，在我的導(dǎo)師黃大宇教授的指導(dǎo)下順利完成。首先我很感謝盧老師能夠?qū)ξ蚁ば闹笇?dǎo)，遇到問(wèn)題能夠耐心的回答；此外，黃大宇作為車(chē)輛工程系的一名教授，大學(xué)四年教過(guò)我們機(jī)械制圖等專(zhuān)業(yè)課程，其淵博的知識(shí)讓我們敬佩，其嚴(yán)嚴(yán)緊緊的工作態(tài)度一直激勵(lì)著我們，其和藹可親的態(tài)度讓師生關(guān)系更加融洽，很高興在這四年里能夠與黃老師相識(shí)，并很榮幸的成為黃老師的學(xué)生，此外我要感謝所有授課老師，謝謝你們?cè)谌咧v臺(tái)上辛辛苦苦的付出。其次，我要感謝班級(jí)輔導(dǎo)員兼班主任王菲菲老師，我很感謝王老師在學(xué)習(xí)、生活上對(duì)我的幫助，教會(huì)了我很多道理，必將使我終身受益；另外，我要感謝我身邊的同學(xué)們，他們?yōu)槲覙?shù)立了很好的榜樣，讓我有了奮斗、追趕的目標(biāo)。
好在在最后的規(guī)定時(shí)間內(nèi)，我完成了自己所要設(shè)計(jì)的離合器。但是由于本人能力有限，還是存在有許多錯(cuò)誤，敬請(qǐng)各位老師、同學(xué)提出寶貴意見(jiàn)，批評(píng)指正，我一定會(huì)汲取教訓(xùn)，加以改正。