【文章內(nèi)容簡介】 83。 33 附錄 A 34 附錄 B 36 1 第１章 緒 論 引言 對(duì)于以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車，離合器在機(jī)械傳動(dòng)系中是作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在 的，它是汽車傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的總成。目前，各種汽車主要采用的摩擦離合器是一種依靠主、從動(dòng)部分之間的摩擦來傳遞動(dòng)力且能分離的裝置。摩擦離合器所能傳遞的最大扭矩取決于摩擦面間的工作壓緊力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面狀況等，即主要取決于離合器基本參數(shù)和主要尺寸。膜片彈簧離合器在技術(shù)上比較先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)性合理，同時(shí)其性能良好，使用可靠性高壽命長，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，操作輕便，在保證可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的前提下，有以下優(yōu)點(diǎn) [1]： 膜片彈簧具有較理想的非線性彈性特征，工作中能保持傳遞的轉(zhuǎn)矩大致不變； 膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿作用，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量小； 高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定； 膜片彈簧以整個(gè)圓周與壓盤接觸，壓力分布均勻，摩擦片接觸良好，磨損均勻； 易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長； 膜片彈簧中心與離合器中心重合，平衡性好。 離合器的第一個(gè)功用是使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸接合，保證汽車平穩(wěn)起步。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，以最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，而汽車則只能由靜止開始起步，一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī)，要帶一個(gè)靜止的傳動(dòng)系，是不能突然剛性接合的。因?yàn)槿绻峭蝗坏膭傂赃B接 ，就必然造成汽車猛烈攢動(dòng)，或是發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。所以離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸地柔和地接合在一起，使發(fā)動(dòng)機(jī)加給傳動(dòng)系的扭矩逐漸變大，至足以克服行駛阻力時(shí)，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(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的分離。但變速器在空檔位置時(shí)，變速器內(nèi)的主動(dòng)齒輪和發(fā)動(dòng)機(jī)還是連接的，要轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，就必須和變速器內(nèi)的主動(dòng)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(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)是很困難的。所以離合器的第二個(gè)功用，就是 暫時(shí)分開發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的聯(lián)系，以便于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。 2 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(jìn)入嚙合。如在脫檔時(shí)，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(shí)分離傳動(dòng)系，即能便利脫檔。同時(shí)在掛檔時(shí)，依靠駕駛員掌握，使待嚙合的齒輪副圓周速度達(dá)到同步是較為困難的，待嚙合齒輪副圓周速度的差異將會(huì)造成掛檔沖擊甚至掛不上檔，此時(shí)又需要離合器暫時(shí)分開傳動(dòng)系，以便使與離合器主動(dòng)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 ，可避免傳動(dòng) 系零件超載損壞，起保護(hù)作用。 如圖 所示，摩擦離合器一般是有主動(dòng)部分、從動(dòng)部分組成、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)四部分組成。 離合器在接合狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩自曲軸 傳出，通過飛輪 2 和壓盤 4借摩擦作用傳給從動(dòng)盤 3，在通過從動(dòng)軸傳給變速器。當(dāng)駕駛員踩下踏板時(shí)，通過拉桿，分離叉、分離套筒 7 和分離軸承 6，將分離杠桿的內(nèi)端推向 左 方，由于分離杠桿的中間是以離合器蓋 5 上的支柱為支點(diǎn)，而外端與壓盤連接，所以能克服壓緊彈簧的力量拉動(dòng)壓盤向右，這樣，從動(dòng)盤 3 兩面的壓力消失，因而摩擦力消失，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩就不再傳入變速器，離合器處于分離狀 態(tài)。當(dāng)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(shí)壓緊彈簧就推動(dòng)壓盤向左，仍將從動(dòng)盤 3 壓緊在飛輪上2，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩又傳入變速器 [２ ]。 1軸承 2飛輪 3從動(dòng)盤 4壓盤 5離合器蓋 6分離軸承 7分離套筒 圖 離合器總成 3 選題的目的及意義 在汽車領(lǐng)域膜片彈簧離合器已得到了廣泛的使用，但由于我國膜片彈簧離合器技術(shù)起步比較晚，故技術(shù)還不成熟，存在很多不足之處。與國際的產(chǎn)品相比，國內(nèi)產(chǎn)品的不足主要表現(xiàn)在技術(shù)含量低，產(chǎn)品的研發(fā)缺乏前瞻性，標(biāo)化程度低 。 通過此次設(shè)計(jì)了解離合器的構(gòu)造，掌握離合器的工作原理。熟悉從動(dòng)盤、壓盤、膜片彈簧的設(shè)計(jì)方法以及優(yōu)化方法。學(xué)會(huì)如何查找文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)自學(xué)能力，掌握單獨(dú)設(shè)計(jì)課題和項(xiàng)目的方法，設(shè)計(jì)出滿足整車要求并符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的汽車離合器，為以后從事汽車方面的工作或工作中設(shè)計(jì)其它項(xiàng)目奠定良好的基礎(chǔ)。 經(jīng)過為期四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使學(xué)生充分地認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)一個(gè)工程項(xiàng)目所需的步驟，以及身為工程技術(shù)人員所需具備的素質(zhì)和應(yīng)當(dāng)完成的工作，為即將進(jìn)入社會(huì)提供了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，對(duì)于由學(xué)生向工程技術(shù)人員轉(zhuǎn)變有著重要意 義。 離合器的 研究 現(xiàn)狀 隨著社會(huì)節(jié)奏的加 快 以及人們生活水平的提高，對(duì)汽車來說，人們要求它有自重輕、行使速度高、加速性能好、 可以在 各種路面上甚至無路地區(qū)行駛及機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)。為了滿足汽車各種行使的需求，在汽車上要需要有一套復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)。現(xiàn)代汽車上最常用的是機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)，它是由發(fā)動(dòng)機(jī)以及離合器、變速器、萬向節(jié)傳動(dòng)軸、主減速器、差速器和驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置（如半軸）等部件組成。其中離合器是作為一個(gè)獨(dú)立的部件而存在的。它在傳動(dòng)系統(tǒng)中起著傳 遞 扭 矩 、分離傳動(dòng)、減振和過載保護(hù)多重功用，其品質(zhì) 直接影響 汽車的性能，對(duì)于使用工況復(fù)雜、超載嚴(yán)重的中 國汽車更是如此 [3]。 在采用離合器的傳動(dòng)系統(tǒng)中，早期離合器的結(jié) 構(gòu) 形式是錐形摩擦離合器。錐形摩擦離合器傳遞扭矩的能力，比相同直徑的其他結(jié)構(gòu)形式的摩擦離合器要大。但是，其最大的缺點(diǎn)是從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量太大，引起變速器換擋困難。而且這種離合器在接合時(shí)也不夠柔和，容易卡住。 此 后，在油中工作的所謂濕式的多片離合器逐漸取代了錐形摩擦離合器。但是多片濕式摩擦離合器的片與片之間容易被油粘?。ㄓ绕涫窃诶涮煊鸵鹤儩鈺r(shí)更容易發(fā)生），導(dǎo)致分離不徹底，造成換擋困難。所以它又被干式所取代。多片干式摩擦離合器的主要優(yōu)點(diǎn)是由于接觸面數(shù) 多，故接合平順柔和，保證了汽車的平穩(wěn)起步。但因片數(shù)較多，從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，還是感到換擋不夠容易。另外，中間壓盤的通風(fēng)散熱不良，易引起過熱，加快了摩擦片的磨損甚至燒傷和破裂。如果調(diào)整不當(dāng)還可能引起離合器分離不徹底 [4]。 4 多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)使人們逐漸趨向于采用單片干式摩擦離合器。它具有從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)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)。而且只要在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，也能使其接合平順。因此，它得到了極為廣泛的應(yīng)用。 如今，單片干式摩擦離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面也相當(dāng)完善：采用具有軸向彈性的從動(dòng)盤，提高了離合器的接合平順性；離合器中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動(dòng)系統(tǒng)的共振，減少了噪音；以及采用了摩擦較小的分離桿機(jī)構(gòu)等。另外，采用了膜片彈簧作為壓簧，可同時(shí)兼起到分離杠桿的作用，使離合器結(jié)構(gòu)大為簡化，并顯著地縮短了離合器的軸向尺寸。膜片彈簧和壓盤的環(huán) 形 接觸，可保證壓盤上的壓力均勻。由于膜片彈簧本身的特性，當(dāng)摩擦片磨損時(shí)，彈簧的壓力幾乎沒有改變，且可減輕分離離合器時(shí)所需要的踏板力。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上多采用多片干式離合器。次外，近年來由于多片濕式離合器在技術(shù)上的不段改善，在國外的某些重型 牽引汽車和自卸車上又開始采用多片濕式離合器，并有不斷增加的傾向。與干式離合器相比，由于用油泵進(jìn)行強(qiáng)制制冷的結(jié)果，摩擦表面的溫度較低（不超過 93℃ ）。因此，允許起步時(shí)長時(shí)間地打滑或用高檔起步而不致燒損摩擦片，具有良好的起步能力。 近年來 隨著 我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展， 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和功率的 不斷 提高、汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)離合器的要求越來越高。 如何在高轉(zhuǎn)速大功率下保證離合器的穩(wěn)定工作成為國內(nèi)外研究的主要課題。 從提高離合器工作性能的角度出發(fā)，傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器 結(jié)構(gòu) 正逐步地向拉式 結(jié)構(gòu) 發(fā)展，傳統(tǒng)的操作形式 正向自動(dòng)操作形式發(fā)展 ，傳統(tǒng)的離合器作為單一總成也正在向離合器與其它總成復(fù)合集成化發(fā)展 。因此，提高離合器的可靠性和使用壽命，適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，增加傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡化操作，已成為離合器的發(fā)展趨勢。 設(shè)計(jì)的 主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì) 主要包括 如下內(nèi)容 ： 完成 膜片彈簧離合器的基本結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)的選擇（摩擦片外徑 D、離合器后備系數(shù)β和單位壓力 p）、性能計(jì)算和設(shè)計(jì)； 從動(dòng)盤總成設(shè)計(jì)； 壓盤和離合器蓋總成設(shè)計(jì)； 離合器裝配圖； 離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 。 5 第 2 章 離合器的基本參數(shù)確定 離 合器設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù) 離合器的主要參數(shù)選擇需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩和傳動(dòng)系的傳動(dòng)比來確定。表 為此次設(shè)計(jì)車型的基本數(shù)據(jù)。 表 長安杰勛汽車基本數(shù)據(jù) 汽車的驅(qū)動(dòng)形式 42 汽車滿載質(zhì)量 20xxkg 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 112KW 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速 6000r/min 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 離合器形式 機(jī)械、干式、單片、膜片彈簧 操縱形式 液壓人力操縱 傳動(dòng)比 ig0= ig1= ig2= ig3= ig4= ig5= 輪胎型號(hào) 195/65R15 摩擦片主要參數(shù)選擇 摩擦片外徑是離合器的主要參數(shù)，它對(duì)離合器的輪廓尺寸、質(zhì)量和使用壽命有決定性的影響。 當(dāng)離合器結(jié)構(gòu)形式及摩擦片材料已選定，發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 maxeT 已知，適當(dāng)選取后備系數(shù)β和單位壓力 P0， 可估算出摩擦片外徑。 摩擦片外徑 D（ mm）也可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 ? ?mNTe ?max 按如下經(jīng)驗(yàn)公式選用： m a xeD TKD ? （ ） 式中 : DK — 直徑系數(shù)，取值范圍見表 。 由所選車型得 maxeT = 192N m， DK =， 6 表 直徑系數(shù) DK 的取值范圍 車 型 直徑系數(shù) DK 乘用車 最大總質(zhì)量為 ～ 的商用車 ～ (單片離合器 ) ～ (雙片離合器 ) 最大總質(zhì)量大于 的商用車 ～ 則將各參數(shù)值代入式后計(jì)算得 D= 根據(jù)離合器摩擦片的標(biāo)準(zhǔn)化，系列化原則，根據(jù)表 ； 表 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù) 外徑 D/mm 160 180 200 225 250 280 300 325 350 內(nèi)徑 d/mm 110 125 140 150 155 165 175 190 195 厚度 h/mm 4 C? =d/D 1－ 3C? 單位面積 F/ 3cm 106 132 160 221 302 402 466 546 678 應(yīng)取摩擦片相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尺寸： 外徑 D=280mm 內(nèi)徑 d=165mm 厚度 h= 摩擦片基本參數(shù)優(yōu)化 摩擦片主要參數(shù)優(yōu)化 步驟 如下 [5]: 摩擦片外徑 D（ mm） 的選取應(yīng)使最大圓周速度 0v 不超過 65～ 70m/s，即 smsmDnv eD /7065/ 33m a x ～???????? ?? ?? （ ） 式中， 0v 為摩擦片最大圓周速度（ m/s） ； maxen 為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速 (r/min)。 摩擦片的內(nèi)、外徑 比 39。C 應(yīng)在 ～ 范圍內(nèi)，即 39。 ??? C 為了保證離合器可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，并防止傳動(dòng)系過載，不同車型的β值應(yīng) 7 在一定范圍內(nèi)，最大范圍為 ～ 。 β = 為了保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝，摩擦片內(nèi)徑 d必須大于減振器振器彈簧位置直徑 02R約 50mm，即 mmRd 502 0 ?? ? ? mmdR 542/ ?? ～ mmRd 1 5 85021 6 5 0 ???? 為反映離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩并保護(hù)過載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于其許用值，即 ? ? ? ? ? ?022220 ccc TdDZ TT ????? ????? ?? （ ） 式中 : 0cT — 單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩 ()，可按表 選取 經(jīng)檢查 ,合格。 表 單位摩擦面積傳遞轉(zhuǎn)矩的許用值 離合器規(guī)格 210? 250~210? 325~250? 325? ? ? 20 10??cT 0． 28 0． 30 0． 35 0． 40 為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，對(duì)于不同車型，單位壓力 0p 的最大范圍為 ～ ,即 M P aM P apM P a 0 ??? 為了減少汽車起步過程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過高而發(fā)生燒傷 ,離合器每一次接合的單位摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其許用值 ,即 ? ? ? ???? ??? 224 dDZ W （ ） 式中 :? — 單位摩擦面積滑磨 功 (J/mm2)； ??? — 其許用值 (J/mm2)，對(duì)于乘用車：][ ?? J/mm2，對(duì)于最大總質(zhì)量小于 的商用車： ][ ?? J/mm2，對(duì)于最大總質(zhì)量大于 商用車： ][ ?? J/mm2： W— 汽車起步時(shí)離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑 8 磨功（ J），可根據(jù)公 式 計(jì)算 ????????? 22022218 00 grae ii rmnW ? （ ） 式中 : am — 汽車總質(zhì)量 (Kg)； r — 輪胎滾動(dòng)半徑（ m）； g i — 汽車起步時(shí)所用變速器擋位的傳動(dòng)比； 0i — 主減速器傳動(dòng)比； en — 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速 r/min，計(jì)算時(shí)乘用車取20xx r/min，商 用車 取 1500 r/min。其中 ： ?i ?gi mrr ? Kgma 20xx? 代入式得 JW 27412? ， ][ ?? ??? ，合格。 離合器后備系數(shù)β的確定 后備系數(shù) β 是離合器的重要參數(shù)，反 映離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的可靠程度，選擇 β 時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮： a. 摩擦片在使用中有一定磨損后，離合器還能確保傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩； b. 防止離合器本身滑磨程度過大； c. 要求能夠防止傳動(dòng)系過載。通常轎車和輕型貨車 β= ～ 。 本設(shè)計(jì)的是 2 噸小型轎車離合器，參看有關(guān) 資 料“離合器后備系數(shù)的取 值范圍”（見下表 ），并根據(jù)最大總質(zhì)量不超過 6 噸的載貨汽車 ? =～ ， 結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)際情況，故選擇 β=1. 3。 則有 β 可 由 表 查得 β ＝ 。 表 離合器后備系數(shù)的取值范圍 車 型 后備系數(shù) β 乘用車及最大總質(zhì)量小于 6t 的商用車 ～ 最大總質(zhì)量為 6～ 14t 的商用車 ～ 掛車 ～ 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 (如城市用的公共汽車和礦用載重車 ),單位壓力 P 較小為好。當(dāng)摩擦片的外徑較大時(shí)也要適當(dāng)降低摩擦片摩擦面上的單位壓力 P。因?yàn)樵谄渌鼦l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(shí)發(fā)熱厲害，再加上因整個(gè)零件較大，零件的溫度梯度也大，零件受熱不均勻，為 9 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 [5]。 前面已經(jīng)初步確定了摩擦片的基本尺寸； 外徑 D=280mm 內(nèi)徑 d=165mm 厚度 h= 內(nèi)徑與外徑比值 ?? 3 ?? 由公式 ?? 12)1(D 33 ?? CfZP maxeT （ ） 得 P= 表 摩擦