【文章內(nèi)容簡介】 飛輪由初級飛輪、扭轉(zhuǎn)減振器和次級飛輪組成，采用徑向布置減振彈簧，在有限的空間可以獲得相當好的減振效果。它突破了傳統(tǒng)的飛輪鑄造生產(chǎn)方法，以鋼板沖壓取而代之。 隨著汽車運輸業(yè)的發(fā)展，離合器還要在原有的基礎(chǔ)上不斷提高和改進，以適應(yīng)新的使用條件。從國外的發(fā)展動向來看，近年來車輛在性能上向高速發(fā)展，發(fā)動機的功率和轉(zhuǎn)速不斷提高，載貨汽車趨于大型化，國內(nèi)也有類似情況。此外，離合器的使用條件也日酷一日。因此，提高離合器的傳扭能力、提高其使用壽命、簡化操作已成為離合器目前發(fā)展的趨勢。 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空間有限，離合器的使用條件日酷一日，增加了離合器扭轉(zhuǎn)能力，提高其使用壽命，簡化操作，已成為重型離合器發(fā)展的趨勢。為了提高離合器的扭轉(zhuǎn)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，雙片離合器的扭轉(zhuǎn)能力和使用壽命是單片 1 倍。但受到其它客觀因素的影響，實際效果要比理論值低一些。 近年來濕式離合器在技術(shù)上不斷的改進，在國外某些重型牽引汽車和自卸汽車上又開始采用多片濕式離合器。與干式離合器相比，由于油泵進行強制冷卻的結(jié)果， 摩擦表面溫度較低，因此起步時長時間打滑也不致燒損摩擦片。據(jù)報道，這種離合器有著良好的起步能力，其使用壽命可達干式的 5~6 倍。 汽車離合器的發(fā)展 在早期研發(fā)的離合器結(jié)構(gòu)中，錐形離合器最為成功。它的原型設(shè)計曾裝在德國戴母勒公司的鋼制車輪的小汽車上。它是將發(fā)動機飛輪的內(nèi)孔做成錐體作為離合器的主動部件。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，錐形離合器修復比較簡單，摩擦面容易修復。它的材料曾用過駝毛帶、皮革帶等。 現(xiàn)今所用的盤式離合器的先驅(qū)是多片盤式離合器，它是直到 1925 年 以后才出現(xiàn)的，多片離合器最武漢理工大學華夏學院 主要的優(yōu)點是在汽車起步時離合器的結(jié)合比較平順，無沖擊。早期的設(shè)計中，多片按成對布置設(shè)計，一個鋼盤片對著一青銅盤片。采用純粹的金屬對金屬的摩擦副，把它們置于油中工作，能達到更為滿意的性能。 在油中的盤式離合器，摩擦片直徑不能太大，以避免在高速時把油給甩掉。此外，油也容易把金屬盤片粘住，不容易分離。但畢竟優(yōu)點大于缺點。因為在當時，許多離合器還在探索原創(chuàng)階段，性能很不穩(wěn)定。 石棉基材料的引入和改進，使得盤式離合器可以傳遞更大的轉(zhuǎn)矩，能耐受更高的溫度。此外，由于采用石棉基摩擦后可用較小的摩 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。 離合器執(zhí)行系統(tǒng)的使用環(huán)境非常惡劣，長時間的經(jīng)受高溫，而且又暴露在壓力油和潤滑劑中。以往主動缸和從動缸組件都必須使用金屬，近年來，美國一汽車產(chǎn)品公司向各大洲的車商提供用塑料制的離合器執(zhí)行系統(tǒng)，該商品的商標為 CSC，是用 LFRT，即用 50%的長纖維增強的黑色尼龍，該材料的硬度大、重量輕、比模量超過鋁合金。它的纖維分布均勻，是隨機分布的，尺寸穩(wěn)定性好、收縮率低、約為%。由于纖維完全浸潤在尼龍樹脂中，而且端頭較少，完全能保證有出色的光亮表 面。 50%的長纖維，使熱膨脹系統(tǒng)幾乎與金屬相同，該公司認為，如果仔細地將注塑件的尼龍成份燒掉，留下的骨架部分（纖維）幾乎仍保留制品的形狀。這表明產(chǎn)品中的纖維的分布是各向同性，所以收縮一致，抑制了翹曲 CSC 的表面光潔度較鑄鋁件好，有助于延長 從動缸的密封壽命。該產(chǎn)品的型號是 ，完全符 有的長期爆炸測試要求，室溫下的抗拉強度幾乎達到 50000lb/ft2，疲勞強度高，抗蠕變能力強，在 149℃下，抗拉強度仍有 20200lb/ft2， 50%長玻纖增強的 PA，密度為 ，所以也減輕了重 量。通過注塑成型生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復雜的零件與鑄鋁相比，節(jié)約了成本。 多年的實踐經(jīng)驗和技術(shù)上的改進以及材料的日新月異，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(zhuǎn)動慣量小、散熱性好、機構(gòu)簡單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點，而且由于在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，已能做到結(jié)合平順，因此現(xiàn)在廣泛用于大、中、小各類車型中。 本文研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計的主要內(nèi)容： （ 1）離合器類型的選擇； （ 2）各部件參數(shù)的選擇； （ 3）各部件的參數(shù)計算各部件的設(shè)計； （ 4）總體布置； （ 5）圖紙的繪制。 主要設(shè)計步驟如下 ： （ 1）確定要設(shè)計的膜片彈簧離合器的基本結(jié)構(gòu)，包括主動部分、從動部分、壓緊機構(gòu)、操縱機構(gòu)； （ 2）根據(jù)設(shè)計的形式確定主要機構(gòu)的基本數(shù)據(jù)； （ 3）根據(jù)具體結(jié)構(gòu)和設(shè)計情況提出改進意見和措施，找出設(shè)計的不足和所受的條件限制，提出解決方案； （ 4）根據(jù)計算結(jié)果繪制圖紙并撰寫說明書。 武漢理工大學華夏學院 2 離合器結(jié)構(gòu)原理分析 離合器機構(gòu)類型的分析 汽車離合器有摩擦式、液力式和電磁式三種類型，但摩擦式離合器用得最為廣泛。摩擦離合器的類型很多，主要有周置式離合器、中央彈簧離合器、斜置彈簧離合器、膜片彈簧離合器。周置式離合器主要 用在商用載重汽車上，螺旋彈簧沿著壓盤的圓周作同心圓布置：中央彈簧離合器，采用 12個圓柱螺旋彈簧或用一個矩形斷面的錐形螺旋彈簧做壓簧并布置在離合器正中間的結(jié)構(gòu)形式，稱為中央離合器。中央離合器的壓簧不和壓盤直接接觸，因此壓盤由于摩擦生成的熱量不會直接傳遞給彈簧使其回火失效。中央彈簧的壓緊力通過杠桿系統(tǒng)作用于壓盤，并按杠桿比放大，因此可用較小的彈簧力得到足夠的壓盤壓緊力。膜片彈簧離合器是用膜片彈簧代替了壓緊彈簧及分離桿機構(gòu)而作成的離合器，因為它布置在中央，所以也可算中央彈簧離合器：雙片離合器，單片離合器由于受到 壓緊彈簧結(jié)構(gòu)布置和設(shè)計的限制，其轉(zhuǎn)矩容量也受到限制。其次還有斜置拉式螺旋彈簧離合器、金屬陶瓷離合器、濕式離合器。 膜片彈簧離合器與其他形式的離合器相比，具有一系列優(yōu)點： ⑴膜片彈簧具有較理想的非線性彈性特性，彈簧壓力在摩擦片的允許磨損范圍內(nèi)基本保持不變，因而離合器工作中能保持傳遞的轉(zhuǎn)矩大致不變；相對圓柱螺旋彈簧，其壓力大大下降，離合器分離時，彈簧壓力有所下降，從而降低了踏板力。對于圓柱螺旋彈簧，其壓力則大大增加。 ⑵膜片彈簧起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量小。 ⑶高速 旋轉(zhuǎn)時，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。 ⑷膜片彈簧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。 ⑸易于實現(xiàn)良好的通風散熱，使用壽命長。 ⑹膜片彈簧中心與離合器中心線重合，平衡性好。 按其分離軸承運動的方向可分為推式和拉式兩種。拉式膜片彈簧離合器較推式在性能上有更多的優(yōu)點，但由于受到分離軸承機構(gòu)設(shè)計、拆裝復雜等因素的困擾，因此在本設(shè)計選用推式的結(jié)構(gòu)形式。 膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)和工作原理 離合器的結(jié)構(gòu)：發(fā)動機的飛輪是離合器的主動部件（如圖 所示），帶有摩擦片的從動盤和從動盤轂借滑動花鍵與變速器第一軸（離合器從動軸）相連。壓緊彈簧將從動盤壓緊在飛輪端面。發(fā)動機轉(zhuǎn)矩即靠飛輪與主動盤面之間的摩擦作用而傳到從動盤上，在由此經(jīng)過變速器的第一軸和傳動系統(tǒng)的中一系列部件傳給驅(qū)動輪。壓緊彈簧的壓緊力越大，則離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩也越大。 從動盤：主要由從動片、摩擦片、從動盤轂等三個基本部件組成。為了使單盤離合器結(jié)合柔和，起步平穩(wěn)，從動盤一般具有軸向彈性。具有軸向彈性的從動盤結(jié)構(gòu)大致有整體式、分開式和組合式幾種。 扭轉(zhuǎn)減振器：發(fā)動機傳到汽車傳動系統(tǒng)中的轉(zhuǎn) 矩是周期地不斷變化著的，這就使的傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動。如果其振動的頻率與傳動系統(tǒng)的固有頻率相一致，就會發(fā)生共振，這對傳動系統(tǒng)零件壽命有很大影響。此外在不分離離合器的情況下進行緊急制動或猛烈接合時，瞬間將造成對傳動系統(tǒng)極大的沖擊載荷，從而縮短零件的使用壽命。為了避免共振，緩和傳動系統(tǒng)所受的沖擊載荷，提高零件的壽命，通常在各種轎車，貨車的傳動系中都裝有扭轉(zhuǎn)減振器。 武漢理工大學華夏學院 操縱機構(gòu)：離合器的操縱機構(gòu)是駕駛員借以使離合器，或使之柔和結(jié)合的一套機構(gòu)。它起始于離合器踏板，終止于離合器殼（飛輪殼）內(nèi)的分離軸承。按照分離離 合器的操縱能源不同，離合器操縱機構(gòu)可分為人力式和氣壓式兩類。前者是以駕駛員的肌體作為惟一的操縱動力，后者是以發(fā)動機驅(qū)動的空氣壓縮機作為主要操縱動力，而以人力作為輔助和后備的操縱動力。 離合器蓋總成：壓盤、分離桿、壓緊彈簧一起組裝在離合器蓋內(nèi)，組成離合器蓋總成。蓋總成通過螺栓安裝到發(fā)動機的飛輪上。飛輪和壓盤為主動件，發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩通過這兩個主動件輸入。飛輪和壓盤之間為從動盤總成，它作為從動件通過摩擦接受由主動件傳來的輸入轉(zhuǎn)矩，并通過其中間的從動盤轂花鍵輸出轉(zhuǎn)矩。壓緊彈簧通過壓盤那從動盤總成緊緊壓在飛輪上，形 成工作壓力。當發(fā)動機工作帶動飛輪和壓盤一道旋轉(zhuǎn)時，通過壓盤上壓緊彈簧產(chǎn)生的工作壓力所形成的摩擦力，帶動從動盤總成旋轉(zhuǎn)，完成轉(zhuǎn)矩的輸出。 離合器的工作原理：離合器蓋與發(fā)動機飛輪用螺栓緊固在一起 ,當膜片彈簧被預加壓緊 ,離合器處于接合位置時 ,由于膜片彈簧大端對壓盤的壓緊力 ,使得與從動盤摩擦片之間產(chǎn)生摩擦力。 當離合器蓋總成隨飛輪轉(zhuǎn)動時 (構(gòu)成離合器主動部分 ),就通過摩擦片上的摩擦轉(zhuǎn)矩帶動從動盤總成和變速器一起轉(zhuǎn)動以傳遞發(fā)動機動力 .要分離離合器時 ,將離合器踏板踏下 ,通過操縱機構(gòu) ,使分離軸承總成前移推動膜片彈簧分離 指 ,使膜片彈簧呈反錐形變形，其大端離開壓盤，壓盤在傳動片的彈力作用下離開離合片，是從動盤總成處于分離位置，切斷發(fā)動機動力傳遞 [3]。 膜片彈簧離合器的特性 本設(shè)計采用膜片彈簧離合器，在離合器設(shè)計中采用膜片彈簧離合器有很多優(yōu)點： （ 1）膜片彈簧本身起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使零件數(shù)目減少，重量減輕； （ 2）其次，離合器的機構(gòu)大大簡化并顯著地縮短了離合器的軸向尺寸； （ 3）膜片彈簧具有良好的線性特性，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，切可減輕離合器踏板力，使操縱輕便。 （ 4）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，很適合高速旋轉(zhuǎn)。膜片彈簧起彈性作用的部分是其碟簧部分。碟簧部分的彈性形變特性和螺旋彈簧的不一樣，它是一種非線性的彈簧。其特性和碟簧的原始內(nèi)截錐高度 H及彈簧片厚度 h之比 H/ h有關(guān)，不同的H/h值可以得到不同的彈性變形特性。一般分成下列四種情況。 2/ ?hH 如圖 中 2/ ?hH 的曲線，載荷 P增加時。變形總是不斷增加。這種彈簧的剛度很大，可 以承受很大的載荷，適合作為緩沖裝置中的形成限制彈簧。 武漢理工大學華夏學院 圖 H/h 對膜片彈簧彈性特性的影響 2/ ?hH 如圖 中 2/ ?hH 的曲線，彈簧的特性曲線在中間有一段很平直，變形增加時載荷 P幾乎維持不變。此種彈簧叫做零剛度彈簧。 2 ＜ H/h＜ 22 如圖 中 2 ＜ H/h＜ 22 的曲線，彈簧的特性曲線中有一段負剛度區(qū)域，既當變形增加時，載荷反而減小。具有這種特性的膜片彈簧很有適用于作為離合器的壓緊彈簧。因為可利用其負剛度區(qū)，達到分離離合器時載荷下降、操縱省力的目的。當然，負荷剛度過大也不適宜，以免彈簧工作位置略微變動造成彈簧壓緊力變化過大。本設(shè)計選取了此種情況。 H/h 22 如圖 中 H/h 22 的曲線，這種彈簧的特性曲線中具有更大的負剛度不穩(wěn)定工況區(qū)，而且 具有載荷為負值的區(qū)域（特性曲線穿過了橫坐標，圖中未示出）。這種彈簧適合于汽車液力傳動中的鎖止機構(gòu) 。 離合器的設(shè)計原則 離合器的主要功用是切斷和實現(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；在換擋時將發(fā)動機與傳動系分離，減少變速器中換擋齒輪之間的沖擊；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，以防止傳動系各零部件因過載而損壞；有效地降低傳動系中的振動和噪聲。 為了保證離合器具有良好的工作性能，設(shè)計離合器應(yīng)滿足如下基本要求： （ 1）在任何行使條 件下，既能可靠地傳遞發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當?shù)霓D(zhuǎn)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）分離時要迅速、徹底。 （ 4）從動部件轉(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。 （ 5）應(yīng)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(yīng)能避免和衰減傳動系的扭轉(zhuǎn)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。 武漢理工大學華夏學院 （ 8）作用在從動盤上的總壓力和摩擦材 料的摩擦因數(shù)在離合器工作工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(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、緊湊，質(zhì)量小，制造工藝性好，拆裝、維修、調(diào)整方便等。 所謂使用可靠，指的是離合器機構(gòu)或零部件在預定期內(nèi)一直能正常工作。這意味著在使用中要注意保養(yǎng)，其耗費的勞動量也要盡量小。這就取決于制造和裝配質(zhì)量、結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用狀況。很多情況下，離合器不能可靠工作就是和不完善的技術(shù)保養(yǎng) — 零部件缺少必要的潤滑和調(diào)整 。 本章小結(jié) 本章著重介紹了離合器的類型分析， 膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)和工作原理， H/h 對膜片彈簧彈性特性的影響以及離合器的設(shè)計原則，并分析了本文所選類型的特性。通過本章節(jié)可以清楚的了解離合器的工作原理和結(jié)構(gòu)，為后面