【正文】 23 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書(shū) 6 離合器分離裝置設(shè)計(jì) 分離桿的設(shè)計(jì) 在離合器分離和結(jié)合的過(guò)程中，踏板與壓盤之間運(yùn)動(dòng)聯(lián)系的最后環(huán)節(jié)為分離彈簧。其結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)在后續(xù)設(shè)計(jì)中確定。 （ 2）分離桿的鉸接處應(yīng)避免運(yùn)動(dòng)上的干涉 分離離合器時(shí)，壓盤沿其軸線做平行移動(dòng)，分離桿與壓盤的交接點(diǎn)也隨壓盤一起平移。顯然，同一個(gè)點(diǎn)同時(shí)要做兩 種不同的運(yùn)動(dòng)是不可能的，這就是所說(shuō)的運(yùn)動(dòng)干涉。 （ 3）分離桿內(nèi)端的高度可以調(diào)整 為了保證離合器分離時(shí)分離軸承能同時(shí)壓緊所有分離推桿，是每個(gè)分離推桿受力均勻，并使壓盤不至于產(chǎn)生傾斜，照成離合器分離不徹底和結(jié)合過(guò)程中離合器抖動(dòng)現(xiàn)象，要求各分離桿的內(nèi)端面在同意水平面上，為打到這一要求，分離桿 在結(jié)構(gòu)上應(yīng)有調(diào)節(jié)裝置。為了提高耐磨度性能，表面應(yīng)進(jìn)行氰化處理，層深 — ，硬度 HRC5863 . 24 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書(shū) 7 離合器膜片彈簧設(shè)計(jì) 膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 膜片彈簧離合器是近年來(lái)在轎車和輕型載貨汽車上廣泛采用的一種離合器。其次，由于膜片彈簧與壓盤以整個(gè)圓周接觸，使壓力分布均勻。離合器分離時(shí)，使離合器踏板操縱輕便，減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。那么可以看出，對(duì)于輕型車膜片彈簧離合器的設(shè)計(jì)研究對(duì)于改善汽車離合器各方面的性能具有十分重要的意義。膜片彈簧的兩側(cè)有支承圈，而后者借助于固定在離合器蓋上的一些（為徑向切槽數(shù)目的一半）鉚釘來(lái)安裝定位。同時(shí)在膜片彈簧的大端對(duì)壓盤產(chǎn)生壓緊力使離合器處于結(jié)合狀態(tài)。膜片彈簧離合器具有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，由于膜片彈簧具有 非線性特性，因此設(shè)計(jì)摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎不變，且可以減輕分離離合器時(shí)的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對(duì)離合器軸的中心線是對(duì)稱的，因此其壓緊力實(shí)際上不受離心力的影響，性能穩(wěn)定，平衡性也好；再者，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，零件數(shù)目減少，質(zhì)量減小并顯著縮短了軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤是以整個(gè)圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，摩擦均勻，也易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱等。甚至某些總質(zhì)量達(dá) 28~32t 的重型汽車也有采用膜片彈簧離合器的，但膜片彈簧的制造成本比圓柱螺旋彈簧要高。當(dāng)前膜片彈簧離合器的操縱機(jī)構(gòu)已經(jīng)為拉式操縱機(jī)構(gòu)所取代。而在壓式結(jié)構(gòu)中支承圈的磨損會(huì)形成間隙而增大踏板的自由行程。不同的 H/h值可以得到不同的特性變形特性。 ⑵ hH = 2 如圖 中 H/h=≈ 2 的曲線 ,彈性特性曲線在中間有一段很平直 ,變形的增加 ,載荷 P幾乎不變 .這種彈簧叫做零剛度彈簧 . ⑶ 2 ＜ hH ＜ 2 2 如圖 hH = ,彈簧的特性曲線中有一段負(fù)剛度區(qū)域 ,即當(dāng)變形增加時(shí) ,載荷反而減少具有這種特性的膜片彈簧很適合用于作為離合器的壓緊彈簧 ,因?yàn)榭衫闷湄?fù)剛度區(qū) ,達(dá)到分離離合器時(shí)載荷下降 ,操縱省力的目的 ,當(dāng)然負(fù)剛度過(guò)大也不適宜 ,以免彈簧工作位置略微變動(dòng)造成彈簧壓緊力過(guò)大 . ⑷ hH ＞ 2 如下圖 ,這種彈簧的的特性曲線中具有更大的負(fù)剛度不穩(wěn)定工作區(qū) ,而且有載荷為負(fù)值的區(qū)域 .這種彈簧適合于汽車液力傳動(dòng)中的鎖止機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖 圖 膜片彈簧示意簡(jiǎn)圖 H/h 比值的選取 設(shè)計(jì)膜片彈簧時(shí)，要利用其非線性的彈性變形規(guī)律，因此要正確選擇其特性曲線的形狀，以獲得最佳性能。 在本設(shè)計(jì)中。因此設(shè)計(jì)用來(lái)緩和沖擊，吸收振 動(dòng)等需要儲(chǔ)存大量彈性能時(shí)的碟簧時(shí)選用。此外，當(dāng) H， h及 R/r等不變時(shí)，增加 R有利于膜片彈簧 應(yīng)力的下降?！?14176。 膜片彈簧小端半徑 fr 及分離軸承的作用半徑 pr fr 的值主要由結(jié)構(gòu)決定，最小值應(yīng)大于變速器第一軸花鍵外徑，分離軸承作用半徑 pr 大于 fr 。本設(shè)計(jì)取1101 ?R mm， 931?r mm。國(guó)內(nèi)常用的碟簧材料的為 60SizMnA，當(dāng)量應(yīng)力可取為 1600～1700N/mm2。119 ????? rRH? （ 2）為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，推式膜片彈簧的壓盤加載點(diǎn)半徑 1R （或拉式膜片彈簧的壓盤加載點(diǎn)半徑 1r ）應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，即 推式： 24/)( 1 DRdD ??? 拉式： 1252/)( 1 ?????? DrdD （ 3）彈簧各部分有關(guān)尺寸的比值應(yīng)符合一定的范圍，即 ??? rR ??? hR （ 4）根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求， 1R 與 R ， fr 與 0r 之差應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即 631 1 ???? RR 630 1 ???? rr 40 0 ??? rrf （ 5）膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用，因此杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即 推式： 111 ???? rR rr f 拉式： 111 ???? rR rR f 由（ 4）和（ 5）得 22?fr mm， 200?r mm。斷面在 O點(diǎn)沿圓周方向的切向應(yīng)變?yōu)榱悖试擖c(diǎn)的切向應(yīng)力為零，O 點(diǎn)以外的點(diǎn)均存在切向應(yīng)變和切向應(yīng)力。令 X軸平行于子午斷面的上下邊，其方向如上圖所示，則斷面上任意點(diǎn)的切向應(yīng)力為： ? ?xe y2/x1 E 2t ? ??????????? （ ） 31 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書(shū) 圖 .1 膜片彈簧工作點(diǎn)位置 式中 φ —— 碟簧部分子午斷面的轉(zhuǎn)角（從自由狀態(tài)算起） α —— 碟簧部分子有狀態(tài)時(shí) 的圓錐底角 e —— 碟簧部分子午斷面內(nèi)中性點(diǎn)的半徑 e=(Rr)/In(R/r) () 為了分析斷面中斷向應(yīng)力的分布規(guī)律，將（ ）式寫成 Y 與 X 軸的關(guān)系式： ? ? ? ????????????????? ?????????? ???? E e1XE12Y t2t2t （ ） 圖 切向應(yīng)力在子午斷面的分布 32 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書(shū) 由上式可知，當(dāng)膜片彈簧變形位置φ一定時(shí)，一定的切向應(yīng)力α t 在 XY坐標(biāo)系里呈線性分布。此式表明，對(duì)于一定的零應(yīng)力分布在中性點(diǎn) O而與 X 軸承 )2( ??? 角的直線上。顯然，零 應(yīng)力直線為 K點(diǎn)與 O 點(diǎn)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。 現(xiàn)在隨著汽車行業(yè)的不斷鉆研擴(kuò)展，發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪已演變出實(shí)用的好多類型，如雙質(zhì)量減震飛輪（主要用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)）， 45鍛鋼輕質(zhì)量飛輪，鋁合金 T6飛輪，輕質(zhì)量飛輪主要用于賽車和特殊 愛(ài)好者使用，安裝這種飛輪以后，發(fā)動(dòng)機(jī)加速快，缺點(diǎn)是收油門后減速也快。 灰鑄鐵的力學(xué)性能與基體的組織和石墨的形態(tài)有關(guān)。同時(shí)，基體組織對(duì)灰鑄鐵的力學(xué)性能也有一定的影響，鐵素體基體灰鑄鐵的 石墨片 粗大，強(qiáng)度和 硬度 最低，故應(yīng)用較少；珠光體基體灰鑄鐵的石墨片細(xì)小，有較高的強(qiáng)度和硬度，主要用來(lái)制造較重要 鑄件 ；鐵素體一珠光體基體灰鑄鐵的石墨片較珠光體灰鑄鐵稍粗大，性能不如珠光體灰鑄鐵 。通過(guò)安裝在飛輪上的離合器，把發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車傳動(dòng)系統(tǒng)連接起來(lái)。 驅(qū)動(dòng)盤，也是飛輪的一種，材質(zhì)用 45號(hào)鋼沖壓成型，再壓制齒圈。 固體圓柱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 212I mr?, 若是薄壁空心圓柱，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2I mr? , 若是厚壁空心圓柱，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量則為 22121 ()2I m r r??. 其中 m 表示質(zhì)量， r 表示半徑，在 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量列表 中可以找到更多的信息。 由于飛輪可儲(chǔ)存的能量是和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比，因此在設(shè)計(jì)飛輪時(shí)，會(huì)盡量在不變動(dòng)質(zhì)量的條件下，去增加其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，例如說(shuō)中間摟空將，質(zhì)量集中在飛輪的外圍等作法。 36 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書(shū) 圖 飛輪驅(qū)動(dòng)力矩與等效力矩變化曲線圖 由圖（ b）可得，該機(jī)械系統(tǒng)在 b 點(diǎn)處具有 ，對(duì)應(yīng)于最大的虧功 ，其值等于（ f1）；而在 c點(diǎn)，具有 ，對(duì)應(yīng)于最大的盈功 ，其值等于f2與（ f1）之和。當(dāng) c??? 時(shí) , max??? ，飛輪的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 FJ ，則根據(jù)動(dòng)能定理可 [? ]= ???? 2m2m i n2m z xm i nm a x )(21 FF JJJJEE ???????? ））（（ 所以 ))/(][ 2mFJJ ??? ?? 設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足 δ ≤ [δ ]即 37 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書(shū) ][)( ][ 2 ???? ???mFJJ 所以 FJ2][ m??? J?][? 其中 J 為系統(tǒng)中除飛輪以外其它運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 38 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書(shū) 飛 輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量核算 圖 飛輪尺寸參數(shù) 通常，在計(jì)算圓形規(guī)則物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，我們可以將其劃分為若干塊，以此 計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 結(jié)構(gòu)方面：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，考慮到使用條件和其顯著的優(yōu)點(diǎn)，選用帶扭轉(zhuǎn)減振器的單片拉式膜片彈簧離合器，壓盤驅(qū)動(dòng)方式采用傳動(dòng)片傳動(dòng)，分離軸承采用自動(dòng)調(diào)心式分離軸承，操縱機(jī)構(gòu)采用液壓式。膜片彈簧采用 60Si2MnA，其中所含硅成分提高了機(jī)件的彈性，所含錳，加強(qiáng)了耐高溫性；傳動(dòng)片采用 80 剛，滿足其強(qiáng)度需要；壓盤采用 HT200，提高 了耐磨性；離合器蓋從用鑄鐵，提高了散熱能力；設(shè)計(jì)后的離合器溫升校核合格。根據(jù)膜片彈簧基本參數(shù)之間的約束關(guān)系，初步確定了膜片彈簧的尺寸參數(shù)，并通過(guò)優(yōu)化程序得出了膜片彈簧尺寸的優(yōu)化值，并進(jìn)一步確定了膜片彈簧的工作點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行了強(qiáng)度校核。 由于自己的水平有限，本次設(shè)計(jì)中可能有很多錯(cuò)誤和遺漏，希望各位老師批評(píng)指正。孫老師詳細(xì)的給我們講解了離合器的結(jié)構(gòu)和工作原理，還指出我們圖紙上的一些錯(cuò)誤，在這里謝謝孫書(shū)明老師的指導(dǎo)。同時(shí)感謝大學(xué)四年教我 們的老師。在之后的時(shí)間里應(yīng)該加強(qiáng)基本理論知識(shí)和繪圖軟件的學(xué)習(xí)，并且把理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，使所學(xué)的東西能真正運(yùn)用出來(lái)。 42 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書(shū) 【 參 考 文 獻(xiàn) 】 [1]徐石安 ,江發(fā)潮 .汽車離合器 [M].清華大學(xué)出版社 .2021. 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