【正文】 1 第 1 章 緒 論 離合器的發(fā)展 在早期研發(fā)的離合器結構中，錐形離合器最為成功。它的原型設計曾裝在 1889年德國戴姆勒公司生產(chǎn)的鋼制車輪的小汽車上。它是將發(fā)動機飛輪的內孔做成錐體作為離合器的主動件。采用錐形離合器的方案一直延續(xù)到 20 世紀 20 年代中葉，對當時來說，錐形離合器的制造比較簡單，摩擦面容易修復。它的摩擦材料曾用過駱毛帶、皮革帶等。那時曾出現(xiàn)過蹄 鼓式離合器，其結構有利于在離心力作用下使蹄緊貼鼓面。蹄 鼓式離合器用的摩擦元件是木塊、皮革帶等，蹄 鼓式離合器的重量較錐形離合器輕。無論錐形離合器或 蹄 鼓式離合器，都容易造成分離不徹底甚至出現(xiàn)主、從動件根本無法分離的自鎖現(xiàn)象。 現(xiàn)今所用的盤式離合器的先驅是多片盤式離合器，它是直到 1925 年以后才出現(xiàn)的。多片離合器最主要的優(yōu)點是，汽車起步時離合器的接合比較平順，無沖擊。早期的設計中，多片按成對布置設計，一個鋼盤片對著一青銅盤片。采用純粹的金屬的摩擦副，把它們浸在油中工作，能達到更為滿意的性能。 浸在油中的盤片式離合器，盤子直徑不能太大，以避免在高速時把油甩掉。此外，油也容易把金屬盤片粘住，不易分離。但畢竟還是優(yōu)點大于缺點。因為在當時，許多其他離合器還在原 創(chuàng)階段，性能很不穩(wěn)定。 石棉基摩擦材料的引入和改進，使得盤片式離合器可以傳遞更大的轉矩，能耐受更高的溫度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用較小的摩擦面積，因而可以減少摩擦片數(shù)，這是由多片離合器向單片離合器轉變的關鍵。 20 世紀 20 年代末，直到進入 30 年代時，只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才使用多片離合器。 早期的單片干式離合器由與錐形離合器相似的問題，即離合器接合時不夠平順。但是，由于單片干式離合器結構緊湊，散熱良好，轉動慣量小，所以以內燃機為動力的汽車經(jīng)常采用它，尤其是成功地開發(fā)了價格便宜的沖壓件離合 器蓋以后更是如此。 實際上早在 1920 年就出現(xiàn)了單片干式離合器，這和前面提到的發(fā)明了石棉基的摩擦面片有關。但在那時相當一段時間內，由于技術設計上的缺陷，造成了單片離合器在接合時不夠平順的問題。第一次世界大戰(zhàn)后初期，單片離合器的從動盤金屬片上是沒有摩擦面片的，摩擦面片是貼附在主動件飛輪和壓盤上的，彈簧布置在中央，通過杠桿放大后作用在壓盤上。后來改用多個直徑較小的彈簧，沿著圓周布置直接壓在壓 2 盤上，成為現(xiàn)今最為通用的螺旋彈簧布置方法。這種布置在設計上帶來了實實在在的好處，使壓盤上的彈簧的工作壓力分布更均勻，并減小 了軸向尺寸。 多年的實踐經(jīng)驗和技術上的改進使人們逐漸趨向于首選單片干式摩擦離合器，因為它具有從動部分轉動慣量小、散熱性好、結構簡單、調整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點，而且由于在結構上采取一定措施，已能做到接合盤式平順，因此現(xiàn)在廣泛采用于大、中、小各類車型中。 如今單片干式離合器在結構設計方面相當完善。采用具有軸向彈性的從動盤，提高了離合器的接合平順性。離合器從動盤總成中裝有扭轉減振器，防止了傳動系統(tǒng)的扭轉共振，減小了傳動系統(tǒng)噪聲和載荷。 隨著人們對汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎上得到不斷改進，乘 用車上愈來愈多地采用具有雙質量飛輪的扭轉減振器，能更好地降低傳動系的噪聲。 對于重型離合器，由于商用車趨于大型化，發(fā)動機功率不斷加大，但離合器允許加大尺寸的空間有限，離合器的使用條件日酷一日，增加離合器傳扭能力，提高使用壽命，簡化操作，已成為重型離合器當前的發(fā)展趨勢。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上可采用雙片干式離合器。從理論上講，在相同的徑向尺寸下，雙片離合器的傳扭能力和使用壽命是單片的 2 倍。但受到其他客觀因素的影響，實際的效果要比理論值低一些。 近年來濕式離合器在技術上不斷改進，在國外某些重型車上 又開始采用多片濕式離合器的設計。與干式離合器相比，由于用油泵進行強制冷卻的結果，摩擦表面溫度較低 (不超過 93℃ )，因此，起步時長時間打滑也不致燒損摩擦片。查閱國內外資料獲知，這種離合器的使用壽命可達干式離合器的 56 倍，但濕式離合器優(yōu)點的發(fā)揮是一定要在某溫度范圍內才能實現(xiàn)的，超過這一溫度范圍將起負面效應。目前此技術尚不夠完善。 3 圖 離合器工作原理圖 研究現(xiàn)狀 膜片彈簧離合器是近年來在轎車和輕型載貨汽車上廣泛采用的一種離合器。因其作為壓簧，可以同時兼起分離 杠桿的作用，使離合器的結構大為簡化，質量減少，并顯著地縮短了離合器的軸向尺寸。其次，由于膜片彈簧與壓盤以整個圓周接觸，使壓力分布均勻。另外由于膜片彈簧具有非線性彈性特性，故能在從動盤摩擦片磨損后，彈簧仍能可靠的傳遞發(fā)動機的轉矩，而不致產(chǎn)生滑離。離合器分離時，使離合器踏板操縱輕便，減輕駕駛員的勞動強度。此外，因膜片彈簧是一種對稱零件，平衡性好，在高速下，其壓緊力降低很少，而周布置彈離合器在高速時，因受離心力作用會產(chǎn)生橫向撓曲，彈簧嚴重鼓出，從而降低了對壓盤的壓緊力，從而引起離合器傳遞轉矩能力下降。那么可以看出 ，對于 微 型車膜片彈簧離合器的設計研究在改善汽車離合器各方面的性能具有十分重要的意義 [2]。 由于膜片彈簧離合器具有上述一系列優(yōu)點，并且制造膜片彈簧離合器的工藝水平在不斷提高，因此這種離合器在轎車及微型、輕型客車上得到廣泛運用，而且正大力擴展到載貨汽車和重型汽車上，國外已經(jīng)設計出了傳遞轉矩為 80~、最大摩擦片外徑達 420 的膜片彈簧離合器系列，廣泛用于轎車、客車、輕型和中型貨車上。甚至某些總質量達 28~32t 的重型汽車也有采用膜片彈簧離合器的，但膜片彈簧的制造成本比圓柱螺旋彈簧要高。膜片彈簧離合器 的操縱曾經(jīng)都采用壓式機構，即離合器分離時膜片彈簧彈性杠壓桿內端的分離指處是承受壓力。當前膜片彈簧離合器的操縱機構(a) (b) 4 已經(jīng)為拉式操縱機構所取代。后者的膜片彈簧為反裝，并將支承圈移到膜片彈簧的大端附近，使結構簡化，零件減少、裝拆方便；膜片彈簧的應力分布也得到改善，最大應力下降；支承圈磨損后仍保持與膜片的接觸使離合器踏板的自由行程不受影響。而在壓式結構中支承圈的磨損會形成間隙而增大踏板的自由行程。 近年來濕式離合器在技術上不斷改進，在國外某些重型車上又開始采用多片濕式離合器。與干式離合器相比，由于用油泵進行強制冷卻的 結果，摩擦表面溫度較低 (不超過 93℃ )，因此，起步時長時間打滑也不致燒損摩擦片。查閱國內外資料獲知，這種離合器的使用壽命可達干式離合器的 56 倍，但濕式離合器優(yōu)點的發(fā)揮是一定要在某溫度范圍內才能實現(xiàn)的，超過這一溫度范圍將起負面效應。目前此技術尚不夠完善。 研究內容 早期的離合器結構尺寸大，從動部分轉動慣量大，引起變速器換檔困難，而且這種離合器在結合時也不夠柔和，容易卡住，散熱性差，操縱也不方便，平衡性能也欠佳。本次設計的目的是克服上述困難，使離合器的尺寸減小，便于安裝盒布置；減小從動部分的轉動慣量， 保證換擋容易，使用起來效果更好，而且具有穩(wěn)定性好、操縱方便等優(yōu)點。膜片彈簧離合器，它的轉矩容量大且較穩(wěn)定，操縱輕便，平衡性好，也能大量生產(chǎn)，對于它的研究已經(jīng)變得越來越重要。 本設計就是設計膜片彈簧離合器，在設計中對各種離合器類型進行分析，確定出結構方案，再對離合器的各基本參數(shù)進行選擇計算，設計出個零件，最終 設計出適用于 微型 車的車用離合器。 5 第 2 章 離合器結構方案選取 現(xiàn)在 汽車 上應用最廣泛的離合器主要是干式摩擦式 離合器，本次設計也是采用摩擦式，要根據(jù)選定車型的參數(shù)進行機構方案的選 擇。 設計 參數(shù)和結構要求 選定車型的參數(shù)在表 中有詳細描述。 表 選定車型的參數(shù) 名稱 參數(shù) 發(fā)動機最大功率及轉速 發(fā)動 轉 矩及轉速 74 整備質量 870kg 最大車速 120km/h 最小離地間隙 180mm 輪胎型號 12 英寸 為了保證離合器具有良好的工作性能，設計離合器應滿足以下要求 [1]： (1) 在任何行駛條件下，都能可靠地傳遞發(fā)動機的最大轉矩，并有適當?shù)霓D矩儲備， 又能防止傳動系過載。 (2) 接合時要完全 、平順、柔和，保證汽車起步時沒有抖動和沖擊。 (3) 分離要迅速、徹底。 (4) 從動部分轉動慣量要小，以減輕換擋時變速器齒輪間的沖擊，便于換擋和減小同步器的磨損。 (5) 具有足夠的吸熱能力和良好的通風散熱效果，以保證工作溫度不致過高，延長其使用壽命。 (6) 應能避免和衰減傳動系的扭轉振動，并具有吸收振動、緩和沖擊和降低噪聲的能力。 (7) 操縱輕便、準確，以減輕駕駛員的疲勞。 (8) 作用在從動盤上的總壓力和摩擦離合器和摩擦材料的摩擦因數(shù)在離合器工作過程中變化要盡可能小，以保證有穩(wěn)定的工作 性能。 (9) 具有足夠的強度和良好的動平衡，以保證其工作可靠、使用壽命長。 (10) 結構應簡單、緊湊，質量小，制造工藝性好，拆裝、維修、調整方便。 6 離合器結構設計 結構設計的各項要求，在本設計中都將全面的考慮，并采用相應的措施予以實現(xiàn)。 摩擦片的選擇 單片離合器因為結構簡單，尺寸緊湊，散熱良好，維修調整方便，從動部分轉動慣量小，在使用時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，因此該設計選擇單片離合器。 壓緊彈簧的結構形式及布置 離合器的壓緊彈 簧的結構形式有：圓柱螺旋彈簧、矩形斷面的圓錐螺旋彈簧和膜片彈簧等?？刹捎醚貓A周布置、中央布置、和斜置等布置形式。根據(jù)本所設計的離合器的已知系數(shù)和使用條件選取膜片彈簧離合器比較合適。 片彈簧與其他幾類相比又有以下幾個優(yōu)點 [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能保證大致不變，從而使離合器在使用中能保持其傳遞轉矩的能力不變。當離合器分離時，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，使結構簡單緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少 ，質量??； （ 3） 高速旋轉時，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） 易于實現(xiàn)良好的通風散熱，使用壽命長； （ 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雜，對材料質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，制造工藝和設計方法的逐步完善，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 。 圖 描述了膜片彈簧離合器的工作原理，同時在膜片彈簧的大端對壓盤產(chǎn)生壓緊力使離合器處于結合狀態(tài)。當離合器分離時，分離軸承前移膜片彈簧壓前支承圈并以其作為支點發(fā)生反錐形的轉變，使膜片彈簧大端后移，并通過分離鉤拉動壓盤移到膜后移使離合器分離。 7 （ a）自由狀態(tài)； （ b）壓緊狀態(tài)； （ c）分離狀態(tài) 圖 膜片彈簧離合器的工作原理圖 壓盤的驅動方式 壓盤是離合器的主動部分，在傳遞發(fā)動機轉矩時它和飛輪一起帶動從動盤轉動，在不傳 遞扭矩時，又應能夠與從動盤脫離接觸，所以這種連接應允許壓盤在離合器分離過程中能自由的作軸向移動。 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 [2]： （ 1） 凸臺 — 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，通過二者的配合，將扭矩從離合器蓋傳到壓盤上，此方式結構簡單，應用較多；缺點：壓盤上凸臺在傳動過程中存在滑動摩擦，因而接觸部分容易產(chǎn)生分離不徹底。 （ 2） 徑向傳動驅動式：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，此傳動的方式較上一 種在結構上稍顯復雜一些，但它沒有相對滑動部分，因而不存在磨損，同時踏板力也需要的小一些，操縱方便；另外，工作時壓盤和離合器蓋徑向相對位置不發(fā)生變化，因此離合器蓋等旋轉物件不會失去平衡而產(chǎn)生異常振動和噪聲。 （ 3） 徑向傳動片驅動方式：它用彈簧鋼制的傳動片將壓盤與離合器蓋連接在一起，除傳動片的布置方向是沿壓盤的弦向布置外，其他的結構特征都與徑向傳動驅動方式相同。經(jīng)比較，我選擇徑向傳動驅動方式。 a— 凸塊窗孔式； b— 傳力銷式； c— 鍵槽 — 指銷式； d— 鍵齒式； e— 彈性傳動片式 圖 壓盤的驅動方式 8 分離杠桿、分離軸承 分離杠桿的作用由膜片彈簧承擔，其作用是通過分離軸承克服離合器彈簧的推力并推動壓盤移動，從而使壓盤與從動盤和從動盤與飛輪相互分離，截斷動力的傳遞，分離杠桿要具有足夠的強度和剛度，以承受反復作用在其上面的彎曲應力。 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向套作軸向移動，推動旋轉中的膜片彈簧中部分離前端，使離合器起到分離作用。 離合器的分離軸承主要有徑向止推軸承和止推軸承兩種。前者適合于高速低軸向負荷，后者適合于相反情況 .常用含潤滑油脂的密封止推球軸承 。小型車有時采 用含油石墨止推滑動軸承。 分離軸承與膜