【正文】 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。 摩擦片的選擇 單片離合器因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，散熱良好，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。 (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。 (4) 從動部分轉(zhuǎn)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。 設(shè)計(jì) 參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求 選定車型的參數(shù)在表 中有詳細(xì)描述。本次設(shè)計(jì)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(zhuǎn)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(diǎn)。與干式離合器相比，由于用油泵進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的 結(jié)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。當(dāng)前膜片彈簧離合器的操縱機(jī)構(gòu)(a) (b) 4 已經(jīng)為拉式操縱機(jī)構(gòu)所取代。那么可以看出 ，對于 微 型車膜片彈簧離合器的設(shè)計(jì)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]。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。查閱國內(nèi)外資料獲知，這種離合器的使用壽命可達(dá)干式離合器的 56 倍，但濕式離合器優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮是一定要在某溫度范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)的，超過這一溫度范圍將起負(fù)面效應(yīng)。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。離合器從動盤總成中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振，減小了傳動系統(tǒng)噪聲和載荷。這種布置在設(shè)計(jì)上帶來了實(shí)實(shí)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。 實(shí)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(guān)。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(zhuǎn)變的關(guān)鍵。此外，油也容易把金屬盤片粘住，不易分離。多片離合器最主要的優(yōu)點(diǎn)是，汽車起步時離合器的接合比較平順，無沖擊。那時曾出現(xiàn)過蹄 鼓式離合器，其結(jié)構(gòu)有利于在離心力作用下使蹄緊貼鼓面。它的原型設(shè)計(jì)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(jī)飛輪的內(nèi)孔做成錐體作為離合器的主動件。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。早期的設(shè)計(jì)中，多片按成對布置設(shè)計(jì)，一個鋼盤片對著一青銅盤片。但畢竟還是優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)。 20 世紀(jì) 20 年代末，直到進(jìn)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。但在那時相當(dāng)一段時間內(nèi)，由于技術(shù)設(shè)計(jì)上的缺陷，造成了單片離合器在接合時不夠平順的問題。 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摩擦離合器，因?yàn)樗哂袕膭硬糠洲D(zhuǎn)動慣量小、散熱性好、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點(diǎn)，而且由于在結(jié)構(gòu)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。 隨著人們對汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎(chǔ)上得到不斷改進(jìn)，乘 用車上愈來愈多地采用具有雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減振器，能更好地降低傳動系的噪聲。但受到其他客觀因素的影響，實(shí)際的效果要比理論值低一些。目前此技術(shù)尚不夠完善。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(jī)的轉(zhuǎn)矩，而不致產(chǎn)生滑離。 由于膜片彈簧離合器具有上述一系列優(yōu)點(diǎn)，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(yùn)用，而且正大力擴(kuò)展到載貨汽車和重型汽車上，國外已經(jīng)設(shè)計(jì)出了傳遞轉(zhuǎn)矩為 80~、最大摩擦片外徑達(dá) 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。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(jié)構(gòu)簡化，零件減少、裝拆方便；膜片彈簧的應(yīng)力分布也得到改善，最大應(yīng)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。查閱國內(nèi)外資料獲知，這種離合器的使用壽命可達(dá)干式離合器的 56 倍，但濕式離合器優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮是一定要在某溫度范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)的，超過這一溫度范圍將起負(fù)面效應(yīng)。膜片彈簧離合器，它的轉(zhuǎn)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。 表 選定車型的參數(shù) 名稱 參數(shù) 發(fā)動機(jī)最大功率及轉(zhuǎn)速 發(fā)動 轉(zhuǎn) 矩及轉(zhuǎn)速 74 整備質(zhì)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(shè)計(jì)離合器應(yīng)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(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲備， 又能防止傳動系過載。 (5) 具有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)散熱效果，以保證工作溫度不致過高，延長其使用壽命。 (9) 具有足夠的強(qiáng)度和良好的動平衡，以保證其工作可靠、使用壽命長。 壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)形式及布置 離合器的壓緊彈 簧的結(jié)構(gòu)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。當(dāng)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(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)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。 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(jié)合狀態(tài)。 （ 2） 徑向傳動驅(qū)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(jié)構(gòu)上稍顯復(fù)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(zhuǎn)物件不會失去平衡而產(chǎn)生異常振動和噪聲。 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(dǎo)向套作軸向移動，推動旋轉(zhuǎn)中的膜片彈簧中部分離前端，使離合器起到分離作用。 分離軸承與膜片彈簧之間有沿圓周方向的滑磨，當(dāng)兩者旋轉(zhuǎn)中不同心時也伴有徑向滑磨。另外由于分離指與直徑較小的軸承內(nèi)圈接觸，則增大了膜片彈簧的杠桿比。有的轎車采用無 此間隙的內(nèi)圈恒轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，用輕微的油壓或彈簧力使分離軸承與杠桿端（多為膜片彈簧）經(jīng)常貼合，以減輕磨損和減少踏板行程。當(dāng)壓盤工作表面的溫度超過 180℃～ 200℃時，摩擦片的磨損速度將急劇升高。為此，可在壓盤上設(shè)置散熱筋或鼓風(fēng)筋；在雙片離合器中間壓盤體內(nèi)鑄出足夠多的導(dǎo)風(fēng)槽，這種結(jié)構(gòu)措施在單片離合器壓盤上也開始應(yīng)用；將離合器蓋和壓盤設(shè)計(jì)成帶有鼓風(fēng)葉片的結(jié)構(gòu)；在保證有足夠剛度的前提下在離合器蓋上開出較多或較大的通風(fēng)口，以加強(qiáng)離合器表面的通風(fēng)散熱和清除摩擦產(chǎn)生的材料粉末，在離合器殼上設(shè)置離合器冷卻氣流的入口和出口等所謂通風(fēng)窗，在離 合器殼內(nèi)裝設(shè)冷卻氣流的導(dǎo)罩，以實(shí)現(xiàn)對摩擦表面有較強(qiáng)定向氣流通過的通風(fēng)散熱等。 10 第 3 章 離合器基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 摩擦片主要參數(shù)的選擇 摩擦片外徑是離合器的主要參數(shù)，它對 離合器的輪廓尺寸、質(zhì)量和使用壽命有決定性的影響。由選車型得 maxeT = 74N 則有 β可有表 查得 β＝ 。 前面已經(jīng)初步確定了摩擦片的基本尺寸： 外徑 D=200mm內(nèi)徑 d=140mm，厚度 h=，內(nèi)徑與外徑比值 C′= 。單位眼里的確定是根據(jù)摩擦片的尺寸、后備系數(shù)計(jì)算出來的，最后再看是否在允許的范圍內(nèi) 。從動盤主要由從動片，從動盤轂，摩擦片等組成，由下圖 可以看出， 摩擦片1， 13 分別用鉚釘 14， 15 鉚在波形彈簧片上，而后者又和從動片鉚在一起。在從動片和減振盤的窗孔上都制有翻邊，這樣可以防止彈簧滑脫出來。它雖然對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)。慣性力的大小與沖動盤的轉(zhuǎn)動慣量成正比，因此 為了見效轉(zhuǎn)動慣量，從動片都做的比較薄，通常是用 ~ 厚的薄鋼板沖壓而成 ,為了進(jìn)一步減小從動片的轉(zhuǎn)動慣量 ,有時將從動片外緣的盤形部分磨至 ～,使其質(zhì)量更加靠近旋轉(zhuǎn)中心 [3]。 在本設(shè)計(jì)中，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是普通轎車的離合器，故可以采用整體式彈性從動片，圖 說明了整體式從動片的結(jié)構(gòu) [3]，離合器從動片采用 2mm 厚的的薄鋼板沖壓而成，其外徑由摩擦面外徑?jīng)Q定，在這里取 D=200mm，內(nèi)徑由從動盤轂的尺寸決定，由以后的設(shè)計(jì)取得 d=40。 從動片采用 08 鋼板沖壓而成，氰化表面硬度 HRC45。 從動盤的軸向長度不宜過小，以免在花鍵軸上滑動時產(chǎn)生偏斜而使分離不徹底，一般取 倍的花鍵軸直徑。在設(shè)計(jì)從動盤轂花鍵時，可以根據(jù)從動盤外徑和發(fā)動機(jī)的扭矩來選取。由于花鍵的損壞形式主要是表面受力過大而破壞，所以花鍵要進(jìn)行擠壓應(yīng)力校核，如果 應(yīng)力偏大可以適當(dāng)增加花鍵轂的軸向長度。 N —— 花鍵齒數(shù) 。 17 代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得： P=1451N， ? =，該花鍵轂花鍵的 ? =﹤[? ]=20MP，所以該 花鍵轂花鍵的尺寸合適 ,花鍵的結(jié)構(gòu)簡圖見圖 [1],從 動盤轂見零件圖紙。這種摩擦片的缺點(diǎn)是材料的性能不穩(wěn)定，溫度，滑磨速度及單位壓力的增加都將摩擦系數(shù)的下降和磨損的加劇。這種鉚接法還有固緊可靠和磨損后換裝摩擦片方便等優(yōu)點(diǎn)。 減振彈簧數(shù)量 Z： 參看下表 [1]，表對摩擦片的外徑與減震彈簧的關(guān)系做了相關(guān)描述。一般可按下式初選為 T? =（ ～ ） Temax () 取 T? = ，本設(shè)計(jì)按其選取 T? = 一般選取 T預(yù) =（ ～ ） Temax ， 取 T預(yù) = =111 N Pz =2114N （ 6）單個減振彈簧的工作負(fù)荷 P /ZP P Z? () 代入數(shù)據(jù)得 :P= Pz ／ Z=2114N／ 6= （ 7）減振彈簧尺寸 減震彈簧的各尺寸在圖 [1]中已經(jīng)標(biāo)出。m。 代入相關(guān)數(shù)據(jù)得： i= 減振彈簧的總?cè)?shù) n,一般在 6 圈左右 n=i+（ ～ 2） =+=6。 減振彈簧預(yù)變形量 39。 彈簧校核： 彈簧絲截面上的最大切應(yīng)力 τ： 28 ? ? ???????? () 式中： C 為纏繞比： cDC d? ， C=15/3=5； F 為所受載荷， F=。 （ 10）限位銷直徑 d′:d′按結(jié)構(gòu)布置選定 一般 d′=～ 10mm,取 d′=7mm。 23 第 5 章 壓盤的設(shè)計(jì) 壓盤 是 離合器的主動部分，要有足夠 的強(qiáng)度來傳遞動力。由彈簧鋼帶制成的傳動片一端鉚在離合器蓋上，另一端用螺釘固定在壓盤上，為了改善傳動片的受力情況，它一般都是沿圓周布置。 那么 壓盤的的尺寸歸結(jié)為確定其厚度。此外，壓盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)注意加強(qiáng)通風(fēng)冷卻。在本設(shè)計(jì)中用材料為 3 號灰鑄鐵 JS— 1，工作表面光潔度取為 。其結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)在后續(xù)設(shè)計(jì)中 確定。 本人設(shè)計(jì)的是推式膜片彈簧離合器， 采用的是推式自動調(diào)心式分離軸承裝置。得反復(fù)調(diào)整，多次計(jì)算后才可成功。在膜片彈簧的大端處為一完整的截錐體，它的形狀像一個無底的碟子和一般機(jī)械上用的碟形彈簧完全一樣，故稱作碟簧部分。所不同的是，在膜片彈簧上還包括有徑向開槽部分。這樣做，一方面可以減少分離爪根部應(yīng)力集中，一方面又可用來安置銷釘固定膜片彈簧，分離爪根部的過渡圓角 R＞ 。因此，離合器蓋通過支承環(huán) 4 對膜片彈簧施加載荷 P1 ，膜片彈簧幾乎變平見圖 。 （ 2） 分離 時 當(dāng)分離軸承以 P2 力作用在膜片彈簧的小端時，支承環(huán) 4 逐漸不起作用，而支承環(huán)5 開始起作用。 (a)自由狀態(tài)； （ b）壓緊狀態(tài)； (c)分離狀態(tài) 圖 膜片彈簧在不同工作狀態(tài)時的作用力及變形情況 膜片彈簧的彈性變形特性 前面說過膜片彈簧起彈性作用的部分是其碟簧部分，碟簧部分的彈性變形特性和螺旋彈簧是不一樣的，它是一中非線性的彈簧，其特性和碟簧部分的原始內(nèi)截錐高 H及彈簧片厚 h 的比值 H/h 有關(guān)。 圖 三種不同 H/h 值時的無因次特曲線 圖 各種不同 H/h 值時的無因次彈性變形特性 膜片彈簧的參數(shù)尺寸確定 在設(shè)計(jì)膜片彈簧時，一般初步選定其全部尺寸然后進(jìn)行一系列的驗(yàn)算，最后優(yōu)選最合適的尺寸。 因此設(shè)計(jì) 用來緩和沖擊，吸收振動等需要