膜片彈簧離合器設(shè)計說明書概述

1、武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院 2012屆車輛工程專業(yè)課程設(shè)計說明書 摘要 了解轎車離合器的構(gòu)造， 掌握轎車離合器的工作原理。了解從動盤總成的結(jié)構(gòu)，掌握從動盤總 成的設(shè)計方法，了解壓盤和膜片彈簧的結(jié)構(gòu)，掌握壓盤和膜片彈簧的設(shè)計方法，通過對以上幾方面 的了解，從而熟悉轎車離合器的工作原理。學(xué)會如何查找文獻資料、相關(guān)書籍，培養(yǎng)學(xué)生動手設(shè)計 項目自學(xué)的能力，掌握單獨設(shè)計課題和項目的方法，設(shè)計出滿足整車要求并符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、具有 良好的制造工藝性且結(jié)構(gòu)簡單、便于維護的轎車離合器，為以后從事汽車方面的工作或工作中設(shè)計 其它項目奠定良好的基礎(chǔ)。通過這次課程設(shè)計，使學(xué)生充分地認識到設(shè)計一個工程項目所需經(jīng)歷的 步驟，以及

2、身為一個工程技術(shù)人員所需具備的素質(zhì)和所應(yīng)當(dāng)完成的工作，為即將進入社會提供了一 個良好的學(xué)習(xí)機會，對于由學(xué)生向工程技術(shù)人員轉(zhuǎn)變有著重大的實際意義。 本次設(shè)計主要是對上海通用君威3.0豪華版的離合器設(shè)計，主要采用單片膜片彈簧離合器，主 要對離合器的膜片彈簧，從動盤，離合器外殼，壓盤等離合器零件來進行設(shè)計 關(guān)鍵詞：離合器，膜片彈簧，從動盤，壓盤,摩擦片 1、緒言 對各種離合器結(jié)構(gòu)分析 離合器主要有以下幾種： 1）周置彈簧離合器 周置彈簧離合器采用圓柱螺旋彈簧，這種壓緊方式結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但是當(dāng)高轉(zhuǎn)速時，周 置彈簧離合器，收理性了較大，容易產(chǎn)生較大的彎曲， 從而是壓緊力降低，所以不適合高速發(fā)動機。

3、 2）中央彈簧離合器 中央彈簧離合器的壓緊彈簧于從動盤軸線相同，采用較小剛度的彈簧就可以獲得較大的壓緊 力，有利于減輕踏板力，彈簧不與壓盤接觸，彈簧不受退火影響，主要用在重型汽車上。 3）膜片彈簧離合器 膜片彈簧離合器能使得離合器結(jié)構(gòu)大大簡化，質(zhì)量小，通風(fēng)好，同時起到壓緊彈簧和分離杠桿的作 用，摩擦片磨損時，彈簧的力變化不大，工作穩(wěn)定。 4）雙片離合器 雙片離合器有兩個從動盤，魚單片相比，摩擦面積增多，因而傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大，但是中間 壓盤通風(fēng)散熱不良，外形尺寸大。 5）斜置彈簧離合器 斜置彈簧離合器是指彈簧軸線與離合器軸線成一個夾角，其工作穩(wěn)定，踏板力較小。 圖1-1離合器的工作原理圖 其離

4、合器的基本功用： 離合器通常裝在發(fā)動機與變速器之間，其主動部分與發(fā)動機飛輪相連，從動部分與變速器相連。 為各類型汽車所廣泛采用的摩擦離合器，實際上是一種依靠其主、從動部分間的摩擦來傳遞動力且 能分離的機構(gòu)。離合器的主要功用是切斷和實現(xiàn)發(fā)動機與傳動系平順的接合，確保汽車平穩(wěn)起步； 在換擋時將發(fā)動機與傳動系分離，減少變速器中換檔齒輪間的沖擊；在工作中受到較大的動載荷時， 能限制傳動系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，以防止傳動系個零部件因過載而損壞；有效地降低傳動系中的振 動和噪音。 2、模片彈簧離合器概述 膜片彈簧離合器總成由膜片彈簧、離合器蓋、壓盤、傳動片和分離軸承總成等部分組成。 圖2-1膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)

5、 1) 離合器蓋 離合器蓋一般為120或90旋轉(zhuǎn)對稱的板殼沖壓結(jié)構(gòu)，通過螺栓與飛輪聯(lián)結(jié)在一起。離合器 蓋是離合器中結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜的承載構(gòu)件，壓緊彈簧的壓緊力最終都要由它來承受。 2) 膜片彈簧 膜片彈簧是離合器中重要的壓緊元件，在其內(nèi)孔圓周表面上開有許多均布的長徑向槽，在槽的 根部制成較大的長圓形或矩形窗孔，可以穿過支承鉚釘，這部分稱之為分離指；從窗孔底部至彈簧 外圓周的部分形狀像一個無底寬邊碟子，其截面為截圓錐形，稱之為碟簧部分。 3) 壓盤 壓盤的結(jié)構(gòu)一般是環(huán)形盤狀鑄件，離合器通過壓盤與發(fā)動機緊密相連。壓盤靠近外圓周處有斷 續(xù)的環(huán)狀支承凸臺，最外緣均布有三個或四個傳力凸耳。 4) 傳力片

6、 離合器接合時，飛輪驅(qū)動離合器蓋帶動壓盤一起轉(zhuǎn)動，并通過壓盤與從動盤摩擦片之間的摩擦 力使從動盤轉(zhuǎn)動；在離合器分離時，壓盤相對于離合器蓋作自由軸向移動，使從動盤松開。這些動 作均由傳動片完成。傳動片的兩端分別與離合器蓋和壓盤以鉚釘或螺栓聯(lián)接，一般采用周向布置。 在離合器接合時， 離合器蓋通過它來驅(qū)動壓盤共同旋轉(zhuǎn)；在離合器分離時，可利用它的彈性恢復(fù)力 來牽動壓盤軸向分離并使操縱力減小。 3 膜片式離合器總成設(shè)計 5) 分離軸承總成 分離軸承總成由分離軸承、分離套筒等組成。分離軸承在工作時主要承受軸向分離力，同時還 承受在高速旋轉(zhuǎn)時離心力作用下的徑向力。目前國產(chǎn)的汽車中多使用角接觸推力球軸承，采用

7、全密 封結(jié)構(gòu)和高溫鏗基潤滑脂， 其端面形狀與分離指舌尖部形狀相配合，舌尖部為平面時采用球形端面， 舌尖部為弧形面時采用平端面或凹弧形端面。 3、離合器結(jié)構(gòu)方案選取 設(shè)計參數(shù)如下： 車型：上海通用君威 GL3.0豪華版 整車質(zhì)量(kg)： 1579 最大扭矩 /轉(zhuǎn)速(N m/rpm): 256/4400 3、1離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須綜合考慮因素 離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須考慮的因素有以下五點: (1) 保證離合器結(jié)合平順和分離徹底 (2) 離合器從動部分和主動部分各自的連接形式和支承 (3) 離合器的軸向定位和軸承潤滑 (4) 運動零件的限位 (5) 離合器的調(diào)整 3、2結(jié)構(gòu)設(shè)計 3、2、1從動盤數(shù)

8、選取 對于乘用車和最大總質(zhì)量小于6t的商用車而言，發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩一般不大，在布置容許條 件下，離合器通常只設(shè)有一個從動盤，同時單片離合器結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸緊湊，散熱良好，維修 調(diào)整方便，從動部分轉(zhuǎn)動質(zhì)量小，在使用時能保證分離徹底由于所設(shè)計離合器為小轎車，整車質(zhì)量 又比較小，傳動轉(zhuǎn)矩不是很大，轉(zhuǎn)速又比較高，故采用單片離合器。 從從動盤數(shù)的的選?。簡纹x合器 3、2、2壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)形式及布置 ff At AK 動 3 甩.力 準(zhǔn)式藤片禪黃鳶負恭 M力 擔(dān)式毎片弾叢離合祚 推式膜片弾黃離臺器和拉式膜片彈簧離合器 圖3-1膜片彈簧布置模式 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院 2012屆車輛工程專業(yè)課程設(shè)計說明書

9、 壓緊彈簧結(jié)構(gòu)形式和布置：采用膜片拉式彈簧離合器 因為膜片彈簧離合器于其他形式的離合器相比，具有以下六點優(yōu)點： （1）具有理想的非線性彈性特性 （2）兼起到壓緊彈簧和分離杠桿的作用 （3）高速旋轉(zhuǎn)時，彈簧的壓緊力降低很少，性能比較穩(wěn)定 （4）以整個圓周與壓盤接觸，使壓力分布均勻，摩擦片接觸良好，磨損均勻 （5）通風(fēng)散熱良好，使用壽命長 （6）膜片彈簧中心，與離合器中心重合，平衡性好 又因為為小轎車，所以舒適性比較重要，采用拉式的膜片彈簧離合器，踏板力比推式的減少 25%30%同時在支承環(huán)磨損后不會形成間隙而增大踏板自由行程，不會產(chǎn)生沖擊和噪聲，使用壽 命長。 3、2、3壓盤的驅(qū)動方式 圖3-2

10、 壓盤驅(qū)動方式 因為凸塊-窗口式、傳力銷式、鍵塊式的驅(qū)動方式在連接件之間都有間隙，當(dāng)轉(zhuǎn)速過大時，在 傳動中將產(chǎn)生沖擊和噪聲，而且在零件相對滑動中有摩擦和磨損，降低了離合器的傳動效率，所要 求設(shè)計任務(wù)的車型的發(fā)動機轉(zhuǎn)速為4400rpm，轉(zhuǎn)速比較大，所以采用彈性傳動片的壓盤驅(qū)動方式。 3、2、4分離軸承的類型 分離軸承采用有徑向止推軸承，因為有徑向止推軸承使用于高轉(zhuǎn)速、低軸向負荷的情況下，設(shè) 計任務(wù)中所需要設(shè)計的離合器符合這情況，采用有徑向止推軸承。 3、2、5離合器的通風(fēng)散熱措施 在壓盤上設(shè)置散熱筋，在離合器蓋上開較大的通風(fēng)窗，在離合器外殼上換裝導(dǎo)流罩。 4、離合器基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 4、1摩擦

11、片外徑及其它尺寸的確定 摩擦片外徑是離合器基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和壽命，它和離合器所需傳遞轉(zhuǎn)矩 大小有一定關(guān)系。 D=100 Temax =100. 256mm = 233.4mm V A 47 式中Temax為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，取 Jax = 256N m，D為摩擦片外徑，A為不同結(jié)構(gòu)和使 用條件對D的影響系數(shù)，對于小轎車取A=47。 表4-1離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)表1 外徑D/mm 160 180 200 225 250 280 300 325 350 380 405 430 內(nèi)徑d/mm 110 125 140 150 155 165 175 190 195 205 220

12、 230 厚度b/mm 3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 4 4 4 4 c=d/D 0.687 0.694 0.700 0.667 0.620 0.589 0.583 0.585 0.557 0.540 0.543 0.535 1- c3 0.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 0.827 0.843 0.840 0.847 單位面積 106 132 160 221 302 402 466 546 678 729 908 1037 通過結(jié)合離合器粗算尺寸和標(biāo)準(zhǔn)尺寸表對比，查得應(yīng)選用 D =300mm,d =

13、175mm b = 3.5mm c = 0.583。 4、2離合器后備系數(shù)的確定 后備系數(shù)保證了離合器能可靠地傳遞發(fā)動機扭矩，同時它有助于減少汽車起步時的滑磨，提高 了離合器的使用壽命。但為了離合器的尺寸不致過大，減少傳遞系的過載，使操縱輕便等，后備系 數(shù)又不宜過大。由于所設(shè)計的離合器為膜片彈簧離合器，在使用過程中其摩擦片的磨損工作壓力幾 乎不會變?。ㄩ_始時還有些增加），再加上小轎車的后備功率比較大，使用條件較好，宜取較小值， 故初取3 =1.2。 Tc= -Temax =1.2 256 =307.2N m 4、3單位壓力P的確定 摩擦面上的單位壓力 P的值和離合器本身的工作條件 ，摩擦片的直

14、徑大小，后備系數(shù)，摩擦片材 料及質(zhì)量等有關(guān)。 離合器使用頻繁，工作條件比較惡劣單位壓力P較小為好。當(dāng)摩擦片的外徑較大時也要適當(dāng)降 低摩擦片摩擦面上的單位壓力P。因為在其它條件不變的情況下，由于摩擦片外徑的增加，摩擦片 外緣的線速度大，滑磨時發(fā)熱厲害，再加上因整個零件較大，零件的溫度梯度也大，零件受熱不均 勻，為了避免這些不利因素， 單位壓力P應(yīng)隨摩擦片外徑的增加而降低。選取時應(yīng)考慮離合器的工 作條件、發(fā)動機后備功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。 摩擦因數(shù)f的確定：因為為轎車，根據(jù)其工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素，采用粉末冶 金材料的銅基摩擦片，查汽車設(shè)計課本表 2-4摩

15、擦材料的摩擦因素f的取值范圍，可得粉末冶 金材料的銅基摩擦片的摩擦因素取值范圍為0.250.35，故取f=0.3 摩擦面數(shù)Z的確定：因為前面結(jié)構(gòu)設(shè)計為單片離合器，所以摩擦面數(shù)Z=2。 33 Tcfp0ZD (尸 Po 12 Tc r： ZD 3 (1 - c3) 12 沃 307.2 0.3 二 2 0.331 -0.5833 =0.098MPa 4、4離合器基本參數(shù)的校核 3、4、1最大圓周速度 Vd 兀 60 n emax D 10” 5200 300 10: 82m/s 60 式中，Vd為摩擦片最大圓周速度（ 徑取300mm m/s）;為發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速取 5200r/min , d為摩擦

16、片外徑 15 3、4、2 單，Tc0 Tc0 4Tc 2 2 Z(D -d2) 4 漢 307.2 :23002 -1752 =0.0032 N m mm2 2 2 當(dāng)摩擦片外徑 D 250 325 , Tc0 =0.0035 N m / mm 0.0032 N m / mm 5、離合器從動盤設(shè)計 5、1從動盤結(jié)構(gòu)簡要介紹 從動盤由摩擦片、從動鋼片、扭轉(zhuǎn)減震器和花鍵穀、波形彈簧鋼片、摩擦襯片等組成。 5、2從動盤設(shè)計 5、2、1從動片的選擇和設(shè)計 從動片有整體式彈性從動片、分開式彈性從動片、組合式彈性從動片三種，因為組合式彈性從 動片主要運用于貨車的中，所以不考慮，本次設(shè)計采用整體式彈性從動片

17、。 1-5義體式?jīng)_性從功片 1一乩動片丫 2當(dāng)片“一樽幻 圖5-1整體式從動片 5、2、2從動盤轂的設(shè)計(根據(jù)從動盤外徑和發(fā)動機扭矩來選取從動盤花鍵轂花鍵的有關(guān)尺寸 /花鍵擠壓應(yīng)力校核) 從動盤轂是離合器中承受載荷最大的零件， 它幾乎承受由發(fā)動機傳來的全部轉(zhuǎn)矩。 它一般采用 齒側(cè)對中的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上， 花鍵的遲鈍可根據(jù)摩擦片的外徑 D與發(fā)動機的最大 轉(zhuǎn)矩Temax 表5-1從動盤轂花鍵尺寸 從動盤外徑 發(fā)動機轉(zhuǎn)矩 花鍵齒 花鍵外徑 花鍵內(nèi)徑 齒厚 有效齒長 擠壓應(yīng)力 D/mm Tn/N m 數(shù)n D/mm d ?mm b mm l/mm b/MPa 300 256 10 40

18、32 5 40 8.89 由于花鍵主要損壞形式是由于表面受擠壓過大而破壞，所以花鍵要進行擠壓應(yīng)力計算 花鍵側(cè)面壓力P公式如下 4Temax4 匯 256 Pemax14222N (D +d 憶(0.04 +0.0321 式中D , d 為花鍵內(nèi)外徑，m , Z為從動盤轂的數(shù)目，Temax為發(fā)動機的最大扭矩，N m 擠壓應(yīng)力公式如下： P ,.14222 -擠壓MPa8.89MPa nhl10 0.004 0.04 式中n為花鍵齒數(shù)，h為花鍵齒工作高度 h = D-d2， m，l為有效齒長，m 從動盤轂由中碳鋼鍛造而成，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，許用擠壓應(yīng)力為20MPa所以符合強度要求。 5、2、3摩擦片

19、的材料選取及與從動片的固緊方式 摩擦片需要滿足以下幾點： （1）在工作時有相對較高的摩擦系數(shù) （2）在整個工作壽命期內(nèi)應(yīng)維持其摩擦特性，不希望出現(xiàn)摩擦衰退的現(xiàn)象 （3）在短時間內(nèi)能吸收相對較高的能量，具有好的耐磨性能 （4）能承受較高的壓盤載荷作用，在離合器接合過程中表現(xiàn)出良好的性能 （5）能抵抗高的轉(zhuǎn)速下大的離心力載荷而不破壞 （6）在傳遞發(fā)動機轉(zhuǎn)矩時，有足夠的剪切強度 （7）具有小的轉(zhuǎn)動慣量，材料加工性能良好 （8）在整個正常工作溫度范圍內(nèi)，和對偶材料壓盤、飛輪（都是鑄鐵件）等有良好的兼容 摩擦性能 （9）摩擦副對偶面有高度的容污性能，不易影響它們的摩擦作用 （10）具有優(yōu)良的性能/價格比

20、，不會污染環(huán)境 離合器摩擦片所采用的材料主要有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金屬陶瓷摩擦材料。 石棉基摩擦材料具有摩擦因數(shù)較高、密度較小、制造容易、價格低廉等優(yōu)點。但它性能不夠穩(wěn)定， 摩擦因數(shù)受工作溫度、單位壓力、滑膜速度的影響大，故目前主要應(yīng)用于中、輕載荷下工作。由于 石棉在生產(chǎn)和使用過程中對環(huán)境有污染，對人體有害，故以玻璃纖維、金屬纖維等來替代石棉纖維。 粉末冶金和金屬陶瓷摩擦材料具有傳熱性好、熱穩(wěn)定性與耐磨性好、摩擦因數(shù)較高且穩(wěn)定、能承受 的單位壓力較高以及壽命較長等優(yōu)點，但是價格較貴，密度較大，接合平順性較差，主要應(yīng)用于載 質(zhì)量較大的商用車上。 摩擦片和從動盤的連接方式主要有鉚接和

21、粘接兩種。鉚接方式連接可靠，跟換摩擦片方便，適 宜在從動盤上安裝波形片，但其摩擦面積利用率小，使用壽命短。粘接方式可以增大實際摩擦面積， 摩擦片厚度利用率高， 具有較高抗離心力和切向力的能力，但更換摩擦片困難， 且使從動盤難以安 裝波形片，無軸向彈性，可靠性低。 本設(shè)計主要采用粉末冶金材料的銅基摩擦片，鉚接固定方式，能滿足以上所有需求。 6、壓盤的設(shè)計 6、1壓盤傳力方式的選擇 壓盤是離合器的主動部分，在傳遞發(fā)動機轉(zhuǎn)矩時，它和飛輪一起帶動從動盤轉(zhuǎn)動，壓盤應(yīng)在離 合器分離時能自由地軸向運動，使壓盤和從動盤脫離接觸。，其他驅(qū)動方式都有間隙，容易產(chǎn)生噪 聲，所要求設(shè)計任務(wù)的車型的發(fā)動機轉(zhuǎn)速為 440

22、0rpm，轉(zhuǎn)速比較大，所以采用彈性傳動片的壓盤驅(qū) 動方式。 6、2壓盤的幾何尺寸的確定 壓盤應(yīng)具有足夠大的剛度和合理的結(jié)構(gòu)形狀，以保證在受熱時不發(fā)生翹曲。所以壓盤通常做的 比較厚，一般不小于 10mm本次設(shè)計采用12mm 6、3壓盤和傳動片的材料選擇 由于壓盤需要較好的耐磨性能、散熱性能和比較理想的摩擦性能，所以通常使用灰鑄鐵，本次 設(shè)計也采用灰鑄鐵進行制造壓盤。 由于彈性傳動片的壓盤驅(qū)動方式反向承載能力差，汽車反拖時易折斷傳動片，故材料要求比較 高，一般采用高碳鋼，本次設(shè)計也采用高碳鋼進行制造。 6、4離合器蓋的設(shè)計 離合器蓋設(shè)計的要點： 1）應(yīng)具有足夠的剛度，否則影響離合器的工作特性， 增

23、大操縱時的分離行程， 減小壓盤升程, 嚴(yán)重時使摩擦面不能徹底分離。 2）應(yīng)與飛輪保持良好的對中，以免影響總成的平衡和正常的工作。 3）蓋的膜片彈簧支承處應(yīng)具有高的尺寸精度。 4）為了便于通風(fēng)散熱，防止摩擦表面溫度過高，可在離合器蓋上開較大的通風(fēng)窗孔，或在蓋 上加設(shè)通風(fēng)扇片等。 乘用車離合器蓋一般用 08、10鋼等低碳鋼板。本次設(shè)計初選08鋼板厚度為3mm 7、離合器分離裝置的設(shè)計 7、1分離桿的設(shè)計 (bl (c) 圖7-1幾種分離軸承 分離桿設(shè)計需要滿足下列幾點 1）分離桿應(yīng)具有足夠的剛度 2）分離桿的鉸接處應(yīng)該避免運動上的干涉 3）分離桿的高度內(nèi)端可以調(diào)整 4）分離桿的鉸接處應(yīng)該用滾針軸承或則刀口支承 綜上所述，本次設(shè)計中分離桿采用中碳鋼鍛造。表面氰化處理，提高耐磨性能。 7、2離合器分離套筒和分離軸承的設(shè)計 本次設(shè)計為膜片彈簧離合器，所以為了保證分離離合器時分離軸承能夠均勻地壓緊膜片彈簧內(nèi) 端，采用自動調(diào)心的分離軸承。同時為高速、低負荷的工作狀態(tài)，所以采用徑向推力累軸承。 分離套筒采用尼龍和玻璃纖維纖維模壓成型，為了減輕摩擦磨損，在制作過程中加入1%二硫 化鉬，從而起到自潤滑的作用 一笙_2越卜謬 0.514 2J182182 丿 (18 18丿 18 一 解得：-2 -1