【正文】 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 ；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。 圖紙有：扭轉(zhuǎn)減振器、摩擦片、膜片彈簧、從動盤、軸、壓盤、離合器總成。 離合器結(jié)構(gòu)選擇與論證 摩擦片的選擇 單片離合器因為結(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)計選擇單片離合器。 壓緊彈簧布置形式的選擇 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。膜片彈簧與其他幾類相比又有以下幾個優(yōu)點 [9]： （ 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。 但膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜，對材料質(zhì)量和尺寸精度要求高，其非線性特性在生產(chǎn)中不易控制，開口處容易產(chǎn)生裂紋，端部容易磨損。因此，我選用膜片彈簧式離合器。 （ 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。經(jīng)比較，我選擇徑向傳動驅(qū)動方式。分離本次設(shè)計選用的是油封軸承 ，它可以將潤滑脂密封在軸承殼內(nèi)，使用中不需要增加潤滑，相比供油式軸承則需增加。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 176。在特別頻繁的使用下，壓盤表面的瞬時溫度有可能達(dá)到 。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。膜片彈簧式離合器本身構(gòu)造能良好實現(xiàn)通風(fēng)散熱效果，故不需作另外設(shè)置。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。 （ 3）應(yīng)裝扭轉(zhuǎn)減振器，以避免傳動系共振，并緩和沖擊。綜上所述， 選擇石棉基材料。同時，摩擦片從動鋼片用鉚釘連接，連接可靠，更換摩擦片方便，而且適宜在從動鋼片上裝波形彈簧片以獲得軸向彈性。為使從動盤有軸向彈性，單獨制造扇形波狀彈簧與從動鋼片鉚接。因此設(shè)計中選用此類彈簧。彈性元件可降低傳動系的首端扭轉(zhuǎn)剛度，從而降低傳動系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階固有頻率，改變系統(tǒng)的固有振型，使之盡可能避免由發(fā)動機轉(zhuǎn)矩主諧量激勵引起的共振。汽車行駛在不平的道路上行駛阻力也會時刻變化。阻尼元件則可有效的耗散此時的振動能量，因而扭轉(zhuǎn)減震器可有效地降低傳動系共振 載荷與噪聲。彈性元件采用圓柱螺旋彈簧的減震器，其彈性特點為線性。因此發(fā)動機的扭矩實際上是通過一些彈性元件傳遞到傳動系的。 離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點 在進行離合器的具體設(shè)計時，首先應(yīng)保證傳遞發(fā)動機最大扭矩為前提，然后滿足下 列條件 [15]: （ 1）如前所述，扇形波狀彈簧對置分布鉚接在從動鋼片上，并在從動盤上設(shè)置扭轉(zhuǎn)減震器保證離合器接合柔和，摩擦片制成一定錐度（從動盤錐形量約為 ）使其大端面向飛輪，這樣從動盤轂在從動軸（即變速器第一軸）花鍵上易于滑動，有利于離合器徹底分離。 （ 3）離合器從動軸的軸向定位及軸承潤滑，離合器從動軸在安裝后應(yīng)保持軸向定位，在拆卸時便于離合器中抽出來。離合器分離軸承靠注入黃油潤滑的，而從動軸前軸承靠油杯定期注入潤滑。 （ 4）離合器運動零件的限位，離合器處于接合時為使壓盤與摩擦片很好接合，應(yīng)使分離彈簧與分離軸 承之間保持一定間隙，這是分離軸承回位彈簧加以保證。 離合器主要零件的設(shè)計 從動盤 扇形波狀彈簧兩兩對置鉚接與從動鋼片上，兩側(cè)在鉚接摩擦片，鉚釘都采用鋁制埋頭鉚釘，摩擦襯面在鉚接后腰磨削加工，使其工作表面的不平度誤差小于 ，從動盤本體采用 45號鋼沖壓加工得到，為防止其彎曲變形而引起分離不徹底，一般在從動盤本體上設(shè)徑向切口。 （ 4）摩擦片選用材料為石棉基摩擦材料，它是由石棉或石棉織物、粘結(jié)劑和特種添加劑熱壓而成，其摩擦系數(shù)為 。 膜片彈簧 膜片彈簧使用優(yōu)質(zhì)高精質(zhì)鋼。為了提高膜片彈簧的承載能力，要對膜片彈簧進行調(diào)質(zhì)處理，得具有高抗疲勞能力的回火索氏體。同時，為提高分離指的耐磨性，對其進行局部高頻淬火式鍍鉻。 壓盤 壓盤的材料選用 HT2040 鑄造制成。壓盤應(yīng)與飛輪保持良好的對中，并進行靜平衡。壓盤殼用 M8179。 離合器蓋 離合器蓋的膜片彈簧支撐處須具有較大的剛度和較高的尺寸精度，壓盤高度（叢承壓點到摩擦面的距離）公差要小，支撐環(huán)和支撐鉚釘?shù)陌惭b尺寸精度要高，耐磨性好，膜片彈簧的支撐形式采用鉚釘作支承時，如果分離軸承與曲軸中心線不同心，可引起鉚釘?shù)倪^度磨損。提高鉚釘硬度的套筒和支承圈是提高耐磨性的結(jié)構(gòu)措施，采用 10 鋼材材料、 HRc4050。 第 3章 離合器的設(shè)計計算及說明 離合器設(shè)計所需數(shù)據(jù) 表 離合器原始數(shù)據(jù) 汽車的驅(qū)動形式 4179。 α 在 ～ ，取 α= ，則 （ 1）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)動機最大扭矩的可靠程度，選擇 β 時，應(yīng)從以下幾個方面考慮： 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)動機最 大扭矩； b. 防止離合器本身滑磨程度過大； c. 要求能夠防止傳動系過載。結(jié)合設(shè)計實際情況，故選擇 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 ～ 摩擦片的外徑可有式 : （ ） 求得 為直徑系數(shù)，取值見表 取 得 D=。可由表 ： 摩擦面數(shù) Z為離合器從動盤數(shù)的兩倍，決定于離合器所需傳遞轉(zhuǎn)矩的大小及其結(jié)構(gòu)尺寸。離合器間隙 Δt 是指離合器處于正常接合狀態(tài)、分離套筒被回位彈簧拉到后極限位置時，為保證摩擦片正常磨損過程中離合 器仍能完全接合，在分離軸承和分離杠桿內(nèi)端之間留有的間隙。取 Δt=4mm 。 表 摩擦片單位壓力的取值范圍 摩擦片材料 單位壓力/MPa 石棉基材 料 模壓 ~ 編織 ~ 粉末冶金材料 模壓 ~ 編織 金屬陶瓷材料 ~ 摩擦片基本參數(shù)的優(yōu)化 （ 1）摩擦片外徑 D（ mm）的選取應(yīng)使最大圓周速度 不超過 65～ 70m/s，即 m/sm/s （ ） 式中， 為摩擦片最大圓周速度（ m/s）； 為發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速 (r/min)。 （ 4）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約 50mm，即 mm （ 5）為反映離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩并保護過載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于其許用值，即 （ ）式中，為單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩 ()，可按表 經(jīng)檢查 ,合格。其中： m Kg代入 式（ ）得 J，代入式（ ）得 ，合格。C ； c為壓盤的比熱容， J/(Kg178。C) ；γ 為傳到壓盤的熱量所占的比例，對單片離合器壓盤； ， 為壓盤的質(zhì)量Kg 代入， 176。 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇 1. 比較 H/h的選擇 此值對膜片彈簧的彈性特性影響極大，分析式（ ）中載荷與變形 1之間的函數(shù)關(guān)系可知，當(dāng) 時， F2為增函數(shù)； 時， F1有一極值，而該極值點又恰為拐點； 時， F1有一極大值和極小值；當(dāng) 時， F1極小值在橫坐標(biāo)上，見圖 。常用的膜片彈簧板厚為 2～ 4mm，本設(shè)計 ， h=3mm ，則 H=6mm 。汽車離合器膜片彈簧根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求， R/r常在 ～ 的范圍內(nèi)取值。 汽車膜片彈簧在自由狀態(tài)時，圓錐底角 α 一般在 176。 在 176。分離指數(shù)常取為 18，大尺寸膜片彈簧有取 24 的，對于小尺寸膜片彈簧，也有取 12的，本設(shè)計所取分離指數(shù)為 18。 5. 壓盤加載點半徑 和支承環(huán)加載點半徑 的確定 應(yīng)略大于且盡量接近 r， 應(yīng)略小于 R且盡量接近 R。膜片彈簧應(yīng)用優(yōu)質(zhì) 高精度鋼板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。 6. 公差與精度 離合器蓋的膜片彈簧支承處，要具有大的剛度和高的尺寸精度，壓力盤高度（從承壓點到摩擦面的距離）公差要小，支承環(huán)和支承鉚釘安裝尺寸精度要高，耐磨性要好。 碟形彈簧的形狀如以錐型墊片，見圖 ，它具有獨特的彈性特征，廣泛應(yīng)用于機械制造業(yè)中。膜片彈簧的彈性特性與尺寸如其碟簧部分的碟形彈簧完全相同（當(dāng)加載點相同時）。通過支承環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的沿圓周分布的載荷， 假象 集中在支承點處，用 F1表示，加載點間的相對變形（軸向）為 λ1 ，則壓緊力 F1與變形 λ1 之間的關(guān)系式為 : （） 式中： E—— 彈性模量，對于鋼， μ —— 泊松比，對于鋼， μ= H—— 膜片彈簧在自由狀態(tài)時，其碟簧部分的內(nèi)錐高度 h—— 彈簧鋼板厚度 R—— 彈簧自由狀態(tài)時碟簧部分的大端半徑 r—— 彈簧自由狀態(tài)時碟簧部分的小端半徑 R1—— 壓盤加載點半徑 r1—— 支承環(huán)加載點半徑 圖 膜片彈簧的尺寸簡圖 表 膜片彈簧彈性特性所用到的系數(shù) R r R1 r1 H h 118 94 116 96 6 3 代入（ ）得 （ ） 對（ ）式求一次導(dǎo)數(shù)，可解出 λ1=F1 的凹凸點，求二次導(dǎo)數(shù)可得拐點。設(shè)分離軸承對膜片彈簧指所加的載荷為 F2，對應(yīng)此載荷作用點的變形為 λ2 。從膜片彈簧的彈性特性曲線圖分析出，該曲線的拐點 H對應(yīng)著膜片彈簧壓平位置，而 。當(dāng)分離時，膜片彈 簧工作點從 B變到 C ，為最大限度地減小踏板力， C點應(yīng)盡量靠近 N點。 假定膜片彈簧在承載過程中其子午斷面剛性地繞此斷面上的某中性點 O轉(zhuǎn)動（圖 ）?，F(xiàn)選定坐標(biāo)于子午斷面，使坐標(biāo)原點位于中性點 O。nbs 99999999999 （ ） 圖 切向應(yīng)力在子午斷面的分布 由上式可知，當(dāng)膜片彈簧變形位置 φ 一定時，一定的切 向應(yīng)力 αt 在 XY坐標(biāo)系里呈線性分布。此式表明，對于一定的零應(yīng)力分布在中性點O而與 X軸承 角的直線上。顯然，零應(yīng)力直線為 K點與 O點的連線，在零應(yīng)力直線內(nèi)側(cè)為壓應(yīng)力區(qū)，外側(cè)位拉應(yīng)力區(qū)，等應(yīng)力直線離應(yīng)力直線越遠(yuǎn)，其應(yīng)力越高。 故膜片彈簧和當(dāng)量應(yīng)力不超出允許應(yīng)力范圍，所以用設(shè)數(shù)據(jù)合適。m 摩擦轉(zhuǎn)矩 N178。m 極限轉(zhuǎn)角 176。m/rad 詳細(xì)見圖 。 2．全部減振彈簧總的工作負(fù)荷 N 3．單個減振彈簧的工作負(fù)荷 N 式中 Z為減振彈簧的個數(shù)，按表 ： 取 Z=6 表 減振彈簧個數(shù)的選取 摩擦片的外徑D/mm 225～ 250 250～ 325 325～ 350 〉350 Z 4～ 6 6～ 8 8～ 10 〉10 圖 扭轉(zhuǎn)減振器 4．減振彈簧尺寸 （ 1）選擇材料，計算許用應(yīng)力 根據(jù)《機械原理與設(shè)計》 (機械工業(yè)出版社 )采用 65Mn彈簧鋼絲， 設(shè)彈簧絲直徑mm, MPa, MPa。 中徑 mm；外徑 mm （ 4）極限轉(zhuǎn)角 176。 ，則 mm （ 5）剛度計算 彈簧剛度 mm 其中， 為最小工作力， 彈簧的切變模量 MPa，則彈簧的工作圈數(shù) 取 ，總?cè)?shù)為 （ 6）彈簧的最小高度 mm （ 7）減振彈簧的總變形量 mm （ 8）減振彈簧的自由高度 mm （ 9）減振彈簧預(yù)緊變形量 mm （ 10）減振彈簧的安裝高度 mm （ 11）定位鉚釘?shù)陌惭b位置 取 mm，則 176。 操縱機構(gòu) 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)。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。離合器操縱機構(gòu)按分離時所需的能源不同可分為機械式、液壓式、彈簧助力式、氣壓助力機械式、氣壓助力液壓式等等。 機械式操縱機構(gòu)有杠系傳動和繩索系兩種傳動形式，杠傳動結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但是機械效率低，質(zhì)量大，車架和駕駛室的形變可影響其正常工作，遠(yuǎn)距離操縱桿系，布置困難，而繩索傳動可消除上述缺點，但壽命短，機構(gòu)效率不高。液壓操縱機構(gòu)有如下優(yōu)點： （ 1）液壓式操縱，機構(gòu)傳動效率高，質(zhì)量小，布置方便；便于采用吊掛踏板，從而容易密封，不會因駕駛室和車架的變形及發(fā)動機的振動而產(chǎn)生運動干涉； （ 2）可使離合器接合柔和，可以降 低因猛踩踏板而在傳動系產(chǎn)生的動載荷，正由于液壓式操縱有以上的優(yōu)點，故應(yīng)用日益廣泛，離