【導(dǎo)讀】大轉(zhuǎn)矩，防止傳動系統(tǒng)過載。此設(shè)計說明書詳細的說明了膜片彈簧離合器的參數(shù)選擇。本文根據(jù)長安杰勛汽車的性能參數(shù)，確定了以推式膜片彈簧離合器作為設(shè)計目標(biāo)。按照系統(tǒng)化的設(shè)計方法確定了離合器的摩擦片外徑D、后備系數(shù)β、單。Keywords:Clutch；Diaphragmspring；Drivenplate；Frictionplate；Control

　　

【正文】 取 4?n ，總?cè)?shù) 為 61?n 彈簧的最小高度 mmdnl 16m in ?? 減振彈簧的總變形量 mmkPl 8 1 39。 ??? 減振彈簧的自由高度 mmll l 8 1 39。m in0 ???? 減振彈簧預(yù)緊變形量 mmkZRTl ?? ? 減振彈簧的安裝高度 mmlll 2210 ??? 1 定位鉚釘?shù)陌惭b位置 取 mmR 622 ? ，則 ?j? 176。 ， mml ?? ， mmk ? ， ?n ，合格。 圖 扭轉(zhuǎn)減震器 22 從動盤總成設(shè)計 現(xiàn)代汽車上一般都采用帶有扭轉(zhuǎn)減振的從動盤 ,用以避免汽車傳動系統(tǒng)的共振 ,緩和沖擊 ,減少噪聲 ,提高傳動系統(tǒng)零件的壽命 ,改善汽車行使的舒適性 ,并使汽車平穩(wěn) 起步。 從動盤主要由從動片，從動盤轂 ，摩擦片等組成，由圖 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。從動片 5用限位銷 7和減振 12 鉚在一起。這樣，摩擦片，從動片和減振盤三者就被連在一起了。在從動片 5和減振盤 12 上圓周切線方向開有 6個均布的長方形窗孔，在在從動片 和減振盤之間的從動盤轂 8 法蘭上也開有同樣數(shù)目的從動片窗孔，在這些窗孔中裝有減振彈簧 11，以便三者彈性的連接起來。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。在從動片和從動盤轂之間還裝有減振摩擦片 6， 9。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動時，從動片及減振盤相對從動盤轂發(fā)生來回轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)能量會很快被減振摩擦片的摩擦所吸收 [12]。 圖 帶扭轉(zhuǎn)減振器的 從動盤 從動盤的設(shè)計要求 從動盤總成由摩擦片，從動片，減震器和從動盤穀等組成。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)計的重點。從動盤總成應(yīng)滿足如下設(shè)計要求： 為了減少變速器換檔時齒輪間的沖擊，從動盤的轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)盡可能??； 為了保證汽車平穩(wěn)起步、摩擦面片上的壓力分布均勻等從動盤應(yīng)具有軸向彈性； 為了避免傳動系的扭轉(zhuǎn)共振以及緩和沖擊載荷，從動盤中應(yīng)裝有扭轉(zhuǎn)減振器。 23 從動片設(shè)計 設(shè)計從動片時要盡量減輕質(zhì)量，并使質(zhì)量的分布盡可能靠 近旋轉(zhuǎn)中心，以獲得小的轉(zhuǎn)動慣量。這是因為汽車在行駛中進行換檔時，首先要分離離合器，從動盤的轉(zhuǎn)速必然要在離合器換檔的過程中發(fā)生變化，或是增速（由高檔換為低檔）或是降速（由低檔換為高檔）。離合器的從動盤轉(zhuǎn)速的變化將引起慣性力，而使變速器換檔齒輪之間產(chǎn)生沖擊或使變速器中的同步裝置加速磨損。慣性力的大小與從動盤的轉(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 [13]。 為了使離合器結(jié)合平順，保證汽車平穩(wěn)起步，單片離合器的從動片一般都做成具有軸向彈性的結(jié)構(gòu)，這樣，在離合器的結(jié)合過程中，主動盤和從動盤之間的壓力是逐漸增加的，從而保證離合器所傳遞的力矩是緩和增長的。此外，彈性從動片還使壓力的分布比較均勻，改善表面的接觸，有利于摩擦片的磨損。 具有軸向彈性的傳動片有以下三種形式：整體式的彈性從動片，分開式的彈性從動片、及組合式彈性從動片。 在本設(shè)計中， 采用整體式彈性從動片，離合器從動片采用 2mm 厚的薄鋼板沖壓而成，其外徑由摩擦面外徑?jīng)Q定，在這里取 280mm，內(nèi) 徑由從動盤轂的尺寸決定，這將在以后的設(shè)計中取得。為了防止由于工作溫度升高后使從動盤產(chǎn)生翹曲而引起離合器分離不徹底的缺陷，還在從動片上沿徑向開有幾條切口。 從動盤轂設(shè)計 從動盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受發(fā)動機傳來的全部轉(zhuǎn)矩。它一般采用齒側(cè)對中的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上，花鍵的尺寸可根據(jù)摩擦片的外徑 D與發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩 maxeT 按表 。 從動盤轂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。從動盤轂一般采用鍛鋼（如 3 4 40Cr 等），并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。為提高花鍵內(nèi)孔表面硬度和耐磨性，可采用鍍鉻工藝：對減振彈簧窗口及從動片配合處，應(yīng)進行高頻處理 [14]。 表 花健的的選取 摩擦片的外徑 D /mm mNTe ?/max 花健尺寸 擠壓應(yīng)力 c? /MPa 齒數(shù) n 外徑 39。D /mm 內(nèi)徑 39。d /mm 齒厚 t /mm 有效齒長 l /mm 24 160 49 10 23 18 3 20 9． 8 180 69 10 26 21 3 20 11． 6 200 108 10 29 23 4 25 11． 1 225 147 10 32 26 4 30 11． 3 250 196 10 35 28 4 35 10． 2 280 275 10 35 32 4 40 12． 5 300 304 10 40 32 5 40 10． 5 325 373 10 40 32 5 45 11． 4 350 471 10 40 32 5 50 13． 0 根據(jù)摩擦片的外徑 D=280mm 與發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩 mNTe ?? 192m ax ，由表 查得10?n ， mmD 3539。 ? ， mmd 3239。 ? ， mmt 4? ， mml 40? ， MPac ?? 。 驗證 ： 擠壓應(yīng)力的計算公式為： nlhpc ?? 式中， P 為花鍵的齒側(cè)面壓力，它由下式確定： ZdD TP e )( 4 39。39。 m ax?? （ ） 式中： 39。D ， 39。d 分別為花鍵的內(nèi)外徑； h— 花鍵齒工作高度； 2/)( 39。39。 dDh ?? 得 NP 5731? ， M P aM P ac ??? ，合 格。 摩擦片與從動片的緊固方式選擇 該設(shè)計中選取的是石棉合成物制成的摩擦材料。固緊摩擦片的方法采用較軟的黃銅鉚釘直接鉚接，采用這種方法后，當(dāng)在高溫條件下工作時，黃銅鉚接有較高的強度，同時，當(dāng)釘頭直接與主動盤表面接觸時，黃銅鉚釘不致像鋁鉚釘那樣會加劇主動盤工作表面的局部磨損，磨損后的生成物附在工作表面上對摩擦系數(shù)的影響也較小。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 [13]。 離合器蓋總成設(shè)計 離合器蓋設(shè)計 離合器蓋一般都與飛輪固定在一起，通過它傳遞發(fā)動機的一部 分轉(zhuǎn)矩。此外，它 25 還是膜片彈簧的支承殼體。因此，在設(shè)計中應(yīng)注意以下幾個問題： 離合器的剛度 離合器分離杠桿支承在離合器蓋上，如果蓋的剛度不夠，即當(dāng)離合器分離時，可能會使蓋產(chǎn)生較大的變形，這樣就會降低離合器操縱機構(gòu)的傳動效率，嚴(yán)重時還可能造成離合器分離不徹底，引起摩擦片的早期磨損，還會造成變速器的換檔困難。因此為了減輕重量和增加剛度，該離合器蓋采用厚度約為 4mm 的低碳鋼板（如 10 鋼板）沖壓成帶加強筋和卷邊的復(fù)雜形狀 [16]。 離合器的通風(fēng)散熱 為了加強離合器的冷卻離合器蓋須開有許多通風(fēng)窗口，通常在離合器 壓緊彈簧座處開有通風(fēng)窗口，但此設(shè)計由于膜片彈簧本身散熱性好，故不需再開通風(fēng)口。 離合器的對中問題 離合器蓋內(nèi)裝有許多重要零件，因此它相對與飛輪必須有良好的對中，否則會破壞離合器的平衡，嚴(yán)重影響離合器的工作。離合器蓋的對中方式有兩種，一種是用止口對中，另有種是用定位銷或定位螺栓對中，由于本設(shè)計選用的是傳動片傳動方式，因而離合器蓋通過一外圓與飛輪上的內(nèi)圓止口對中 。 壓盤的幾何尺寸的確定 由于摩擦片的 尺寸在前面已經(jīng)確定，故壓盤的內(nèi)外徑也可因此而確定， 壓盤外徑 D=282mm 壓盤內(nèi)徑 d=156mm 壓盤的厚度確定主要依據(jù)以下兩點： 壓盤應(yīng)有足夠的質(zhì)量 在離合器的結(jié)合過程中，由于滑磨功的存在，每結(jié)合一次都要產(chǎn)生大量的熱，而每次結(jié)合的時間又短（大約在 3秒鐘左右），因此熱量根本來不及全部傳到空氣中去，這樣必然導(dǎo)致摩擦副的溫升。在頻繁使用和困難條件下工作的離合器，這種溫升更為嚴(yán)重。它不僅會引起摩擦片摩擦系數(shù)的下降，磨損加劇，嚴(yán)重時甚至?xí)鹉Σ疗蛪罕P的損壞。 由于用石棉材料制成的摩擦片導(dǎo)熱性很差，在滑磨過程中產(chǎn)生的熱主要由飛輪和壓盤等零件吸收，為了使每次接合時的溫升不致過高，故要求壓盤有足夠 大的質(zhì)量以吸收熱量。 壓盤應(yīng)具有較大的剛度 壓盤應(yīng)具有足夠大的剛度，以保證在受熱的情況下不致產(chǎn)生翹曲變形，而影響離合器的徹底分離和摩擦片的均勻壓緊。 厚度約為 15mm～ 25mm。 在該設(shè)計中，初步確定該離合器的壓盤 的厚度為 15mm。 26 壓盤形狀一般比較復(fù)雜，而且還需要耐磨，傳熱性好和具有較高的摩擦系數(shù)，故通常用灰鑄鐵鑄造而成，其金相組織呈珠光體結(jié)構(gòu)，硬度為 HB170～ 227，其摩擦表面的光潔度不低與 。 離合器一次接合的溫升校核 壓盤厚度初步確定后，根據(jù)以下公式校核離合器一次接合溫升 mcWt ?? （ ） 式中 :t— 壓 盤 溫 升 , 不 超 過 10~8 176。C ； c— 壓 盤 的 比 熱 容 ， 鑄 鐵 ：? ?CKgJc ??? / ；γ為傳到壓盤的熱量所占的比例，對單片離合器壓盤； ?? ，m 為壓盤的質(zhì)量約為 Kgm ? 代入 公式 中 ， 則 ?t 176。C ，合格。 壓盤的驅(qū)動方式 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 [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(nèi)，通過二者的配合，將扭矩從離合器蓋傳到壓盤上，此方式結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)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。 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。 徑向傳動片驅(qū)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(jié)構(gòu)特征都與徑向傳動驅(qū)動方式相同。經(jīng)比較，我選擇徑向傳動驅(qū)動方式。 離合器的散熱通風(fēng) 試驗表明，摩擦片的磨損是隨壓盤溫度的升高而增大的，當(dāng)壓盤工作表面超過200~180 176。C 時摩擦片磨損劇烈增加，正常使用條件的離合器盤，工作表面的瞬時溫 度一般在 180176。C 以下。在特別頻繁的使用下，壓盤表面的瞬時溫度有可能達到 C?1000 。過高的溫度能使壓盤受壓變形產(chǎn)生裂紋和碎裂。為使摩擦表面溫度不致過高，除要求壓盤有足夠大的質(zhì)量以保證足夠的熱容量外，還要求散熱通風(fēng)好。改善離合器散熱通風(fēng)結(jié)構(gòu)的措施有：在壓盤上設(shè)散熱筋，或鼓風(fēng)筋；在離合器中間壓盤內(nèi)鑄通風(fēng)槽；將離合器蓋和壓桿制成特殊的葉輪形狀，用以鼓風(fēng)；在離合器外殼內(nèi)裝導(dǎo)流罩。膜片彈 27 簧式離合器本身構(gòu)造能良好實現(xiàn)通風(fēng)散熱效果，故不需作另外設(shè)置 。 分離軸承總成設(shè)計 分離軸承總成由分離軸承和分離套筒等組成 。 分離軸承的作用 由于離合器壓 盤 、 膜片彈簧 與發(fā)動機 飛輪 同步運轉(zhuǎn)，而分離叉只能沿離合器輸出軸軸向移動，直接用分離叉去撥分離杠桿顯然是不行的，通過分離軸承可以使分離杠桿一邊旋轉(zhuǎn)一邊沿離合器輸出軸軸向移動，從而保證了離合器能夠接合平順，分離柔和，減少磨損，延長離合器及整個傳動系的使用壽命。 分離軸承的選擇 分離軸承在工作中主要承受軸向力，在離合器分離時，由于分離軸承的旋轉(zhuǎn)，在受離心力的作用下，還承受徑向力。在傳統(tǒng)離合器 中采用的分離軸承主要有 推力球軸承和向心球軸承，但其潤滑條件差，磨損嚴(yán)重、噪聲大、可靠性差、使用壽命低。目前大多數(shù)已采用角接觸推力球軸承，采用全密封結(jié)構(gòu)和高溫鋰基潤滑脂，其端部形狀與分離指舌尖部形狀相配合，舌尖部為平面時采用球形端面，舌尖部為弧形面時采用平端面或凹弧形端面 [17]。 本設(shè)計選擇的軸承型號為 7011C。 圖 推式自動調(diào)心式分離軸承裝置 本章小結(jié) 本章講述了離合器的計算，包括 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇與優(yōu)化、通過膜片彈簧載荷與變形的關(guān)系計算離合器的壓緊力與膜片彈簧的應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)減振器與 減振彈簧的計算，選取從動盤轂和分離軸承。 28 第 4 章 離合器操縱機構(gòu)設(shè)計 離合器操縱機構(gòu)的要求 汽車離合器操縱機構(gòu)是駕駛員用來控制離合器分離又使之柔和接合的一套機構(gòu)。它始于離合器踏板，終止于離合器殼內(nèi)的分離軸承。由于離合器使用頻繁，因此離合器操縱機構(gòu)首先要求操作輕便。輕便性包括兩個方面，一是加在離合器踏板上的力不應(yīng)過大，另一方面是應(yīng)有踏板形成的校正機構(gòu)。 離合器操縱機構(gòu)應(yīng)滿足的要求是 [18]： 踏板力要小，轎車一般在 80～ 150N 范圍內(nèi)，貨車不大于 150～ 200N； 踏板行程對轎車一 般在 80～ 150mm 范圍內(nèi)，對貨車最大不超過 180mm； 踏板行程應(yīng)能調(diào)整，以保證摩擦片磨損后分離軸承的自由行程可復(fù)原 ； 應(yīng)有對踏板行程進行限位的裝置，以防止操縱機構(gòu)因受力過大而損壞 ； 應(yīng)具有足夠的剛度 ； 傳動效率要高 ； 發(fā)動機振動及車 架和駕駛室的變形不會影響其正常工作。 操縱機構(gòu)的選擇 常用的 離合器操縱機構(gòu) ，主要有 機械式、液壓式、 機械式和液壓式操縱機構(gòu)的助力器 、氣壓 式 和自動操縱機構(gòu)等 。 機械式操縱機構(gòu)有杠系傳動和繩索系兩種傳動形式 。 杠 系操縱機構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但是 其傳動效 率 低，質(zhì)量大，車架和駕駛室的形變可影響其正常 工作，遠距離操縱桿 時 ，布置困難 。 繩索 操縱機構(gòu) 可 克服 上述缺點， 且可采用適宜駕駛員操縱的吊掛式踏板結(jié)構(gòu)； 但 其 壽命短，機構(gòu)效率 仍然 不高。 液壓式操縱機構(gòu)具有傳動效率高 機構(gòu)傳動效率高，質(zhì)量小，布置方便；便于采用吊掛踏板， 駕駛室容 易密封， 發(fā)動機的振動和駕駛室或車架的變形不會影響其正常工作， 離合器接合柔和，可以降低因猛踩踏板而在傳動系產(chǎn)生的動載荷 。 綜上，本設(shè)計采用液壓式操縱機構(gòu)。 操縱機構(gòu)的設(shè)計計算 離合器液壓式操縱機構(gòu)主要由吊掛式離合器踏板主缸工作缸管路系統(tǒng)和回位彈 簧 29 等部分組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示。 c1c2S 0fb1b2d2d1a1a 2S 圖 液壓 式 操縱機構(gòu)示意圖 踏板行程計算 踏板行程 S 由自由行程 1S 和工作行程 2S 組成： 2111222212021 dba dbaccSZSSSS f ???????? ????? （ ） 式中 : fS0 — 分離軸承的自由行程，一般為 ~ mm，取 ?fS mm；反映到踏板上的自由行程 1S 一般為 30~20 mm； 1d 、 2d 分別為主缸和工作缸的直徑； Z 為摩擦片面數(shù)； S? 為離合器分離時對偶摩擦面間的間隙，單片： ~??S mm，取??S mm； 1a 、 2a 、 1b 、 2b 、 1c 、 2c 為杠桿尺寸。 其中 mma 591 ? ， mma 3042 ? ， mmb 911 ? ， mmb 1662 ? ， mmc 221 ? ，mmc 522 ? ， mmd 161 ? ， mmd 222 ? ， 得： mmS ? ， mmS ? ，合格 。 踏板力計算 踏板力為 sf FiFF ?? ??39。 （ ） 式中 : 39。F — 離合器分離時，壓緊彈簧對壓盤的總壓力； ?i — 操縱機構(gòu)總傳動比， 30 2111122222dcba dcbai ??； ?— 機械效率，液壓式： 90~80?? %，機械式： 80~70?? %； sF —克服回位彈簧 2的拉力所需的踏板力，在初步設(shè)計時，可忽略之。 39。 ?F N，??i ， 80?? %；則 NFf 106? 合格。 分離離合器所作的功為 SZFFW L ??? )( 39。1? （ ） 式中 : 1F 離合器拉接合狀態(tài)下壓緊彈簧的總壓緊力， NF ? ，則 ][ LL WJW ?? 合格。 本章小結(jié) 本章講述離合器分離操縱機構(gòu)的設(shè)計過程，主要包括踏板行程和踏板力的計算，以及操縱機構(gòu)的校核。 31 結(jié) 論 本設(shè)計根據(jù)給出的設(shè)計要求和原始設(shè)計參數(shù)，以及推式膜片彈簧離合器及其操縱機構(gòu)的工作原理和使用要求，通過對其工作原理的闡述、結(jié)構(gòu)方案的比較和選擇、相關(guān)零件參數(shù)的計算，確定了離合器主要零件的尺寸以及制造相關(guān)零件所用的材料和操縱機構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)。 首先 根據(jù)長安杰勛汽車的基本參數(shù)，確定了摩擦片的基本尺寸并進行了優(yōu)化，選擇了離合器的主要參數(shù)，包括： 后備系數(shù)β 、 單位壓力 P、 摩擦因數(shù) f、 摩擦面數(shù) z和離合器間隙 Δ t。其次 對離合器的主要零件進行了設(shè)計 ，包括 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇與優(yōu)化、通過膜片彈簧載荷與 變形的關(guān)系計算離合器的壓緊力與膜片彈簧的應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)減振器與減振彈簧的計算，選取從動盤轂和分離軸承 。最后對 離合器的分離操縱機構(gòu)進行了設(shè)計