膜片弹簧离合器说明书-定

精品河北工业大学毕业设计说明书(论文)作者：张洁学号： 070300 学院：机械学院系(专业)：车辆工程题目：离合器结构设计与强度分析指导者：刘茜副教授评阅者：2011年05月28日目录1 绪论 (1)1.1 离合器发展历史及趋势 (1)1.2 离合器概述 (1)2 离合器的结构设计 (5)2.1 从动盘总成 (5)2.2 压盘 (7)2.3 膜片弹簧 (8)2.4 分离杠杆、分离轴承 (8)2.5 离合器的散热通风 (8)2.6 离合器盖 (9)2.7 本章小结 (9)3 离合器的设计计算及校核 (9)3.1 离合器设计已知的各项数据 (9)3.2 膜片弹簧的设计与校核 (10)3.3 摩擦片的设计 (17)3.4 压盘的设计与校核 (20)3.5 减震弹簧的计算与校核 (21)3.6 从动盘毂的选取与校核 (23)3.7 操纵机构 (24)3.8 本章小结 (26)结论 (27)参考文献 (28)致谢 (29)1 绪论本次毕业设计选择课题为离合器结构设计及强度分析。

离合器作为底盘传动系统中的重要部件，它在发动机到传动系之间起到桥梁作用，故它的重要性不可忽视。

一个良好的离合器能够大幅提高汽车的驾驶舒适性、动力性及寿命，所以设计一个操纵简便、使用效率高的离合器是十分必要的。

故而选择离合器设计的课题能够提高对汽车的重要部件的认知度。

1．1 离合器发展历史及趋势对于内燃机汽车来说，离合器在机械传动系[1]中作为一个独立的总成而存在，它是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成。

目前，各种汽车广泛采用的摩擦式离合器，是主要依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。

在早期研发的离合器中，锥形离合器最为成功。

现今所用的盘片式离合器的先驱是多片盘式离合器，它是直到1925年以后才出现的。

20世纪20年代末，直到进入30年代时，只有工程车辆、赛车和大功率的轿车上才采用多片离合器。

多年的实践经验和技术上的改进使人们逐渐趋向于首选单片干式离合器[2]。

近年来，随着人们对离合器的要求越来越高，传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。

因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增强离合器传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。

1.2 离合器概述1.2.1 离合器的分类[3]现代各类汽车上应用最广泛的离合器是干式盘形摩擦离合器，可按从动盘数目不同、压紧弹簧布置形式不同、压紧弹簧结构形式不同和分离时作用力方向不同分类如图1.1所示：图1.1 离合器分类1.2.2 现代汽车离合器应满足的要求根据离合器的功用，它应满足下列主要要求[4]-[10]：（1）能在任何行驶情况下，可靠地传递发动机的最大转矩并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载。

（2）接合要完全、平顺、柔和，保证汽车起步起步时没有冲撞或抖动。

（3）分离迅速、彻底。

换档时若离合器分离不彻底，则飞轮上的力矩继续有一部份传入变速器，会使换档困难，引起齿轮的冲击响声。

（4）从动盘的转动惯量小。

离合器分离时，和变速器主动齿轮相连接的质量就只有离合器的从动盘。

减小从动盘的转动惯量，换档时的冲击即降低。

（5）应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命。

摩 擦 离 合 器按从动盘数分类按弹簧布置形式分类按弹簧形式分类 单 片双 片 多 片 圆 周 布 置 中 央 布 置 斜 向 布 置 圆柱螺旋弹簧 圆锥螺旋弹簧 膜 片 弹 簧 按作用力方向分类推 式 拉 式（6）应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪音的能力。

（7）操纵轻便、准确，以减少驾驶员的疲劳。

（8）作用在从动盘上的总压力和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中的变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。

（9）具有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长。

（10）结构应简、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。

1.2.3 离合器的功用[4]-[10]：（1）在汽车起步时，通过离合器主动部分（和发动机曲轴相连）和从动部分（与变速器第一轴相接）之间的滑磨、转速的逐渐接近，使旋转着的发动机和原来静止的传动系平稳地联接起来，以保证汽车平稳起步。

（2）当变速器换档时，通过离合器主从动部分的迅速分离来切断动力传递，以减轻换档时齿轮间的冲击，便于换档。

（3）当传给离合器的扭矩超过其所能传递的最大力矩（即离合器的最大摩擦力矩）时，其主从动部分将产生相对滑磨。

这样离合器起着保护传动系防止其过载的作用。

1.2.4 膜片弹簧离合器的优缺点离合器压紧装置按弹簧形式分类可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。

而膜片弹簧与其他几类相比有以下几个优点：（1）由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。

当离合器分离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力；（2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；（3）高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显下降；（4）由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，可提高使用寿命；（5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长；（6）平衡性好；（7）有利于大批量生产，降低制造成本。

但膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材料质量和尺寸精度要求高，其非线性特性在生产中不易控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。

近年来，由于材料性能的提高，制造工艺和设计方法的逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。

因此，本次离合器选用膜片弹簧式离合器。

1.2.5 推式膜片弹簧离合器的优缺点[13]-[16]与拉式相比，推式膜片弹簧离合器具有许多优点：（1）相对于拉式膜片弹簧离合器，推式的结构以及分离轴承的结构更简单，便于设计；（2）推式膜片弹簧离合器拆装更加方便；同时，推式膜片弹簧离合器也存在一些缺点：（1）推式膜片弹簧需采用直径较小的膜片弹簧，降低了压紧力与传递转矩的能力，弹簧应力较大，需较大的踏板力；（3）在接合或分离状态下，离合器盖的变形量大；（4）推式的杠杆比小于拉式的杠杆比，传动效率较低，踏板操纵更艰难，推式图1.2 推式膜片弹簧离合器式的踏板力比拉式的一般要增加约25%-30%；（5）易产生冲击和噪声，使用寿命相对较短；本次离合器设计选用推式膜片弹簧离合器结构。

1.2.5 推式膜片弹簧离合器工作原理如图1.2[4]所示，摩擦离合器一般是有主动部分、从动部分组成、压紧机构和操纵机构[11]-[12]四部分组成。

离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮和压盘借摩擦作用传给从动盘，在通过从动轴传给变速器。

当驾驶员踩下踏板时，通过推杆，分离叉、分离套筒和分离轴承，将分离杠杆的内端推向左方，由于分离杠杆的中间是以离合器盖上的铆钉为支点，而外端与压盘连接，所以能克服压紧弹簧的力量拉动压盘向右，这样，从动盘两面的压力消失，因而摩擦力消失，发动机的扭矩就不再传入变速器，离合器处于分离状态。

当放开踏板，膜片回位弹簧克服各拉杆接头和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。

此时膜片弹簧弹簧就推动压盘向左，仍将从动盘压紧在飞轮上，这样发动机的扭矩又传入变速器。

2 离合器结构设计为了达到任务书中所给的数据要求，设计时应根据车型的类别、使用要求、制造条件，以及“系列化、通用化、标准化”的要求等，合理选择离合器结构。

2.1 从动盘总成从动盘有两种结构形式：带扭转减震器的和不带扭转减震器的。

不带扭转减震器的从动盘结构简单，重量较轻。

但带扭转减震器的从动盘可以避免汽车传动系的共振，缓和冲击，减小噪声，提高零件的寿命，改善汽车行驶的舒适性，并使汽车起步平稳。

因为本次离合器设计选用的事带有扭转减震器的从动盘结构，如图1.3所示。

从动盘总成由从动片、从动盘穀、摩擦片、扭转减震器等零件组成。

从动盘总成的设计应满足如下几个方面的设计要求：（1）为减少变速器换挡时轮齿间的冲击，从动盘转动惯量应尽可能小；（2）为了保证汽车平稳起步、摩擦面片上的压力分布均匀等，从动盘应具有轴向弹性；图2.1 带扭转减震器的从动盘1-从动片和减震盘 2-减震弹簧 3-阻尼片 4-紧固螺钉 5-蝶形弹簧 6-限位销 7-从动盘毂（3）为了避免传动系的扭转共振以及缓和冲击载荷，应装扭转减振器；（4）要有足够的抗爆裂强度。

2.1.1 从动片本次设计采用从动片的结构形式是整体式弹性从动片。

设计从动片时，应尽量减轻其重量，并应使其质量的分布尽可能地靠近旋转中心，以获得最小的转动惯量，因而从动片一般做的比较薄，通常是1.2-2.0mm厚的钢板冲压而成。

本设计中考虑到离合器传动的转矩较大，采用2.5mm厚设计。

同时将从动片外缘的盘形部分磨薄，使其质量分布更加靠近旋转中心。

从动片沿半径方向开槽，将外缘分割成无片扇形，并将扇形部分冲压成依次向不同方向弯曲的波浪形，使其具有轴向弹性。

从而保证了主动盘和从动盘之间的压力以及离合器所传递的转矩能平稳增长，延长摩擦片的使用寿命2.1.2 从动盘毂本次设计采用齿侧定心的矩形花键，从动盘毂与花键轴之间为间隙配合，从动盘毂可在花键轴上自由滑动。

为保证从动盘毂在变速器第一轴上滑动是不产生歪斜，影响离合器的彻底分离，从动盘毂的轴向长度不宜过小，最长可达花键外径的1.4倍。

本次设计从动盘毂轴向长度为57mm，其结构见图2.2。

图2.2 离合器从动盘毂2.1.3 摩擦片及摩擦材料单片离合器因为结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底接合平顺，所以被广泛使用于轿车和中、小型货车，因此本次设计选择单片离合器。

摩擦片数为2。

选用摩擦材料时应考虑如下一些问题：摩擦系数稳定、工作温度、单位压力的变化对其影响要小，有足够的机械强度和耐磨性；热稳定性好，磨合性好，密度小；有利于结合平顺，长期停放离合器摩擦片不会粘着现象的。

综上所述，选择石棉基材料。

同时，摩擦片从动钢片用铆钉连接，连接可靠，更换摩擦片方便。

2.1.4 扭转减震器扭转减震器主要由弹性元件和阻尼元件组成。

弹性元件可降低传动系的首端扭转刚度，从而降低传动系扭转系统的某阶固有频率，改变系统的固有振型，使之尽可能避免由发动机转矩主谐量激励引起的共振。

但是,这种共振往往难以避免。

汽车行驶在不平的道路上行驶阻力也会时刻变化。

当由于路面不平引起的激力频率与传动系的某阶自振频率重合时，也会发生共振现象。

阻尼元件则可有效的耗散此时的振动能量，因而扭转减震器可有效地降低传动系共振载荷与噪声。