【正文】 1 第 1 章 緒 論 選題的目的 離合器的設(shè)計要求是 在任何條件下行駛，既能可靠的傳遞的發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，并有適當?shù)霓D(zhuǎn)矩儲備 ,有能防止傳動系過載，接合時要完全，平順，柔和，保證汽車 起動時沒有抖動和沖擊，分離時要迅速，徹底，從動部分轉(zhuǎn)動慣量要小，以減輕換擋時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能力，以保證工作時的溫度不致過高，延長其使用壽命。應(yīng)能避免和衰減傳動系的扭轉(zhuǎn)與振動，并且具有吸收振動，緩和沖擊和降低 噪 聲的能力。操縱輕便，準確，以減輕駕駛員的疲勞 。 作用在從 動盤的總壓力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。具有足夠的強度與動態(tài)平衡，以保證其工作可靠，使用壽命長。結(jié)構(gòu)簡單，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，我力爭把離合器設(shè)計系統(tǒng)化，為離合器設(shè)計者提供一定的參考價值。拋棄傳統(tǒng)的退市膜片彈簧離合器，設(shè)計新式的拉式膜片彈簧離合器是本次設(shè)計的主要特點。 全套圖紙，加 153893706 離合器國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 近年來各國政府都從資金、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)迅速成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標志。 2 對于內(nèi)燃機汽車來說，離合器在機械傳動系中作為一個獨立的總成而存在，它是汽車傳動系中直接與發(fā)動機相連接聽總成。目前，各種汽車廣泛采用的摩擦式離 合器主要依靠主、從動部分之間的摩擦來傳遞動力且能分離的裝置。 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 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采用多片離合器。多年的實踐經(jīng)驗和技術(shù)上的改進使人們逐漸趨向于首選單片干式離合器 [1]。 據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計， 20xx 年我國汽車工業(yè)全年產(chǎn)量為 萬輛，同比增長 %，其中，乘用車產(chǎn)量為 萬輛，同比增長 %；商用車產(chǎn) 量為 萬輛，同比增長 %。我國汽車產(chǎn)量基數(shù)已經(jīng)達到千萬輛規(guī)模，在如此規(guī)?；鶖?shù)的情況下，可見 20xx 年我國汽車銷售市場的火爆場面。由于汽車離合器的需求規(guī)模與整車產(chǎn)量關(guān)系密切，過去的一年也是我國汽車離合器總成行業(yè)發(fā)展最好的一年，一改我國汽車離合器行業(yè)增長緩慢的局面。汽車產(chǎn)業(yè)振興政策帶動了我國汽車零部件產(chǎn)業(yè)，從 20xx 年 9 月美國爆發(fā)的金融危機迅速轉(zhuǎn)化為一場全球性的經(jīng)濟危機。汽車零部件產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展帶動了我國離合器行業(yè)的發(fā)展，根據(jù)我們對主要汽車離合器企業(yè)的統(tǒng)計，我國汽車離合器行業(yè)主要企業(yè)去年銷售收 入總體增長幅度達到%，一些企業(yè)如長安離合器、桂林福達、寧波宏協(xié)、榮成黃海、南京法雷奧等還投資擴大生產(chǎn)能力以滿足國內(nèi)主機廠商不斷增長的要求。由于自動檔車型和手動擋車型采用不同的傳動部件，所以它們之間比重發(fā)生的變化也會影響到離合器與液力變矩器兩者產(chǎn)品市場結(jié)構(gòu)的變化影響到我國傳統(tǒng)汽車離合器行業(yè)發(fā)展的前景。據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果顯示，我國乘用車上采用自動變速器的俄車型覆蓋范圍進一步擴大，這反映了近年來自動檔轎車越來越被人們所接受和認可的趨勢，整車廠商也力推自動擋轎車。但根據(jù)中國汽車協(xié)會的統(tǒng)計，我國自動汽車產(chǎn)量比重在最 近三年中比重卻在不斷下架，手動檔汽車產(chǎn)量的比重卻在持續(xù)上升。首先固然是與目前國家實施的汽車產(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為當前中國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品和投資的工具，因此在 510 年內(nèi)，我國汽車自動檔仍難占據(jù)主流地位。 離合器的概述 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構(gòu)而做成的離合 3 器，因為它布置在中央，所以也可算中央彈簧離合器，其結(jié)構(gòu)如圖 11 所示。在離合器中采用膜片彈簧做壓簧有很多優(yōu)點 。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的踏板力，使操縱輕便。其工作特性見圖 14。此外，膜片彈簧的安裝位置對離合器的旋轉(zhuǎn)軸線是完全對稱的，因此，它的壓緊力不會受離心力的影響，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，對膜片彈簧離合器工作性能好壞影響很大。從理論上說，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 12。但實際上，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，在離合器分離過程中，壓盤的升程會有些滯后，如圖 13 所示。并且隨著使用時間的增加、作用次數(shù)的增多以及膜片彈簧安裝方法的不同，會使壓盤開始的升程更往后延。這實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 離合器總成 由于膜片彈簧離合器有上述一系列的優(yōu)點，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越廣。但膜片彈簧離合器設(shè)計、制造技術(shù)要求比周置螺旋彈簧離合器高，如設(shè)計、制造不當，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，可以從以下兩個方面著手進行： 4 （ 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 理論曲線 圖 實際曲線 圖 膜片彈簧工 作特性 離合器的功用 離合器可使發(fā)動機與傳動系逐漸接合，保證汽車平穩(wěn)起步。如前所述，現(xiàn)代車用活塞式發(fā)動機不能帶負荷啟動，它必須先在空負荷下啟動，然后再逐漸加載。發(fā)動機啟動后，得以穩(wěn)定運轉(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，一個運轉(zhuǎn)著的發(fā)動機，要帶一個靜止的傳動系，是不能突然剛性接合的。因為如果是突然的剛性連接，就必然造成不是汽車猛烈攢動，就是發(fā)動機熄火。所以離合器可使發(fā)動機與傳動系逐漸地柔和地接合在一起，使發(fā)動機加給傳動系的扭矩逐漸變 5 大，至足以克服行駛阻力時，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，也可以實現(xiàn)發(fā)動機與傳動系的分離。但變速器在空檔位置時，變速器內(nèi)的主動齒輪和發(fā)動機還是連接的，要轉(zhuǎn)動發(fā)動機，就必須和變速器內(nèi)的主動齒輪一起拖轉(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)，如沒有離合器來分離發(fā)動機和傳動系，發(fā)動機起動是很困難的。所以離合器的第二個功用，就是暫時分開發(fā)動機和傳動系的聯(lián)系，以便于發(fā)動機起動。 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)常脫開嚙合和進入嚙合。如在脫檔時，由于原來嚙合的齒面 壓力的存在，可能使脫檔困難，但如用離合器暫時分離傳動系，即能便利脫檔。同時在掛檔時，依靠駕駛員掌握，使待嚙合的齒輪副圓周速度達到同步是較為困難的，待嚙合齒輪副圓周速度的差異將會造成掛檔沖擊甚至掛不上檔，此時又需要離合器暫時分開傳動系，以便使與離合器主動齒輪聯(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，在汽車緊急制動時，傳動系受到很大的慣性負荷，此時由于離合器自動打滑，可避免傳動系零件超載損壞，起保護作用。 離合器的工作原理 如圖 11 所示，摩擦離合器一 般是有主動部分、從動部分組成、壓緊機構(gòu)和操縱機構(gòu)四部分組成。 離合器在接合狀態(tài)時，發(fā)動機扭矩自曲軸傳出，通過飛輪 2 和壓盤借摩擦作用傳給從動盤 3，在通過從動軸傳給變速器。當駕駛員踩下踏板時，通過拉桿，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，而外端與壓盤連接，所以能克服壓緊彈簧的力量拉動壓盤向左，這樣，從動盤 3 兩面的壓力消失，因而摩擦力消失，發(fā)動機的扭矩就不再傳入變速器，離合器處于分離狀態(tài)。當放開踏板，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。此時壓緊彈簧就推動壓盤向右，仍將從動盤 3 壓緊在飛輪上2，這樣發(fā)動機的扭矩又傳入變速器。 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，并將支承點移動到膜片彈簧最大端附近。接合時，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：取消了中間支承各零件，并不 6 用支承環(huán)或只用一個支承環(huán)，使其結(jié)構(gòu)更簡單、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，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 %30~%25 ；無論在接合狀態(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)磨損后不會形成間隙而增大踏板自由行程，不會產(chǎn)生沖擊和哭聲；使用壽 命更長。 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 15 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 推式和拉式膜片彈簧優(yōu)缺點比較 項目 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 負荷 安裝 推式 大 簡單 大 容易 相對小 相對大 相對小 2 拉式 小 復(fù)雜 小 較難 相對大 相對小 相對大 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 拉式自動調(diào)心式分離軸承裝置 7 設(shè)計主要內(nèi)容 各種汽車廣泛采用的摩擦離合器是一種依靠主、從動部分之間的摩擦來傳遞動力且能分離的裝置。它主要包括主動部分、從動部分、壓緊機構(gòu)和操縱機構(gòu)等四部分。離合器的主要功用就是切斷和實現(xiàn)發(fā)動機對傳動系的動力傳遞，保證汽車起步時將發(fā)動機與傳動系平順地接合，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。 第 2 章 離合器基本結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)的選擇 表 設(shè)計參數(shù) 參數(shù) 項目 參數(shù) 項目 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) 主減速器傳動比 一檔傳動比 離合器的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 從動盤數(shù)的選擇 1. 單片離合器 對乘用車和最大總質(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，在布置尺寸容許條件下，離合器通常只設(shè)有一遍從動盤。單片離合器結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸緊湊，散熱性良好，維修調(diào)整方便，從動部分轉(zhuǎn)動慣量小，在使用時能保證分離徹底，采用軸向有彈性的從動盤可保證接合平順。 2. 雙片離合器 8 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 ??；中間壓盤通風散熱性能差，容易引起摩擦片過熱，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，使用壽命長等優(yōu)點。 本次設(shè)計為單片離合器。 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是用一個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優(yōu)點： （ 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(jié)構(gòu)簡單緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量小； （ 3） 高速旋轉(zhuǎn)時，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，