离合器课程设计 武汉理工

WG7200型轿车膜片弹簧离合器设计说明书一.离合器概述按动力传递顺序来说，离合器应是传动系中的第一个总成。

顾名思义，离合器是“离”与“合”矛盾的统一体。

离合器的工作，就是受驾驶员操纵，或者分离，或者接合，以完成其本身的任务。

离合器是设置在发动机与变速器之间的动力传递机构，其功用是能够在必要时中断动力的传递，保证汽车平稳地起步；保证传动系换档时工作平稳；限制传动系所能承受的最大扭矩，防止传动系过载。

为使离合器起到以上几个作用，目前汽车上广泛采用弹簧压紧的摩擦式离合器，摩擦离合器所能传递的最大扭矩取决于摩擦面间的工作压紧力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面状况等。

即主要取决于离合器基本参数和主要尺寸。

膜片弹簧离合器在技术上比较先进，经济性合理，同时其性能良好，使用可靠性高寿命长，结构简单、紧凑，操作轻便，在保证可靠地传递发动机最大扭矩的前提下，有以下优点：（1）结合时平顺、柔和，使汽车起步时不震动、冲击；（2）离合器分离彻底；（3）从动部分惯量小，以减轻换档时齿轮副的冲击；（4）散热性能好；（5）高速回转时只有可靠强度；（6）避免汽车传动系共振，具有吸收震动、冲击和减小噪声能力；（7）操纵轻便；（8）工作性能（最大摩擦力矩T和后备系数 保持稳定）；maxe（9）使用寿命长。

1.1离合器的组成如图1-6所示膜片弹簧离合器的大致组成结构如下：1.2离合器的功用离合器可使发动机与传动系逐渐接合，保证汽车平稳起步。

如前所述，现代车用活塞式发动机不能带负荷启动，它必须先在空负荷下启动，然后再逐渐加载。

发动机启动后，得以稳定运转的最低转速约为300～500r/min，而汽车则只能由静止开始起步，一个运转着的发动机，要带一个静止的传动系，是不能突然刚性接合的。

因为如果是突然的刚性连接，就必然造成不是汽车猛烈攒动，就是发动机熄火。

所以离合器可使发动机与传动系逐渐地柔和地接合在一起，使发动机加给传动系的扭矩逐渐变大，至足以克服行驶阻力时，汽车便由静止开始缓慢地平稳起步了。

虽然利用变速器的空档，也可以实现发动机与传动系的分离。

但变速器在空档位置时，变速器内的主动齿轮和发动机还是连接的，要转动发动机，就必须和变速器内的主动齿轮一起拖转，而变速器内的齿轮浸在黏度较大的齿轮油中，拖转它的阻力是很大的。

尤其在寒冷季节，如没有离合器来分离发动机和传动系，发动机起动是很困难的。

所以离合器的第二个功用，就是暂时分开发动机和传动系的联系，以便于发动机起动。

汽车行驶中变速器要经常变换档位，即变速器内的齿轮副要经常脱开啮合和进入啮合。

如在脱档时，由于原来啮合的齿面压力的存在，可能使脱档困难，但如用离合器暂时分离传动系，即能便利脱档。

同时在挂档时，依靠驾驶员掌握，使待啮合的齿轮副圆周速度达到同步是较为困难的，待啮合齿轮副圆周速度的差异将会造成挂档冲击甚至挂不上档，此时又需要离合器暂时分开传动系，以便使与离合器主动齿轮联结的质量减小，这样即可以减少挂挡冲击以便利换档。

离合器所能传递的最大扭矩是有一定限制的，在汽车紧急制动时，传动系受到很大的惯性负荷，此时由于离合器自动打滑，可避免传动系零件超载损坏，起保护作用。

1.3设计的基本要求为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足以下要求：1)在任何行驶条件下，都能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)接合时要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。

3)分离要迅速、彻底。

4)从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。

5)具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。

6)应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力。

7)操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。

8)作用在从动盘上的总压力和摩擦离合器和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小，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)结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便。

二.结构方案分析本设计针对的车型是毕加索2.0L手自一体。

其基本参数如下：车型：奥德赛2008豪华版整车质量：1705（kg）最高车速：190 （km/h）主要尺寸: 4770×1800×1582 长/宽/高（mm）最大功率：118/5500 （kw）最大扭矩：218/4500 （N.m）2.1从动盘数选择对乘用车和最大质量小于6t的商用车而言，发动机的最大转矩一般不大，离合器通常只设一片从动盘。

2.2压机弹簧和布置形式离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。

其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。

膜片弹簧与其他几类相比又有以下几个优点：（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，我选用膜片弹簧式离合器。

2.3膜片弹簧支承形式图3-1为拉式膜片弹簧的支承形式—单支承环形式，将膜片弹簧大端支承在离合器盖杀中的支承环上。

2.4压盘的驱动形式在膜片弹簧离合器中，扭矩从离合器盖传递到压盘的方法有三种[9]：（1）凸台—窗孔式：它是将压盘的背面凸起部分嵌入在离合器盖上的窗孔内，通过二者的配合，将扭矩从离合器盖传到压盘上，此方式结构简单，应用较多；缺点：压盘上凸台在传动过程中存在滑动摩擦，因而接触部分容易产生分离不彻底。

（2）径向传动驱动式：这种方式使用弹簧刚制的径向片将离合器盖和压盘连接在一起，此传动的方式较上一种在结构上稍显复杂一些，但它没有相对滑动部分，因而不存在磨损，同时踏板力也需要的小一些，操纵方便；另外，工作时压盘和离合器盖径向相对位置不发生变化，因此离合器盖等旋转物件不会失去平衡而产生异常振动和噪声。

（3）径向传动片驱动方式：它用弹簧钢制的传动片将压盘与离合器盖连接在一起，除传动片的布置方向是沿压盘的弦向布置外，其他的结构特征都与径向传动驱动方式相同。

经比较，我选择径向传动驱动方式。

三.离合器主要参数选择3.1后备系数β后备系数保证了离合器能可靠地传递发动机扭矩，同时它有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器的使用寿命。

但为了离合器的尺寸不致过大，减少传递系的过载，使操纵轻便等，后备系数又不宜过大。

由于所设计的离合器为膜片弹簧离合器，在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小（开始时还有些增加），再加上小轿车的后备功率比较大，使用条件较好，宜取较小值，由《汽车设计》书表2-1，初取β=1.3。

3.2单位压力p单位压力p 0 决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。

p 0 取值范围见表表摩擦片单位压力p 0的取值范围p 0选择：0.10 MPa ≤ p 0 ≤ 1.50 MPa ，本次设计取 p 0 = 0.3MPa 选用的是石棉基，编织3.3摩擦片外径D 内径d 和厚度b摩擦片外径D （mm ）可以根据发动机最大转矩max e T （N.m ）按如下经验公式选用max e D T K D =14.6×218=215.57mmD K 为直径系数由《汽车设计》书表2-3选取为14.6max e T 为发动机最大转矩离合器摩擦片尺寸系列和参数表1摩擦片标准系列尺寸，取D=225，d=150,b=3.5 ，c=d/D=0.6673.4摩擦因数f ，摩擦面数Z 和离合器间隙△t摩擦片的摩擦因数f 取决于摩擦片所用的材料及工作温度及单位压力和滑磨速度等因素。

由《汽车设计》书表2-4该设计选用石棉基材料,取摩擦因数f=0.3 摩擦面数Z 为离合器从动盘数的两倍，故Z=2 离合器间隙一般为3-4mm.取△t =3.4四.离合器总成膜片弹簧，压盘，离合器盖，传动片4.1膜片弹簧的设计：参数选择4.1.1截锥高度H 与板厚h 比值hH和板厚h 的选择 为了保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的hH 一般为1.5～2.0，板厚h 为2～4mm取h = 2 mm ，H/h =1.7 ，即 H = 1.7h =3.4 mm 。

4.1.2自由状态下碟簧部分大端R 、小端r 的选择和rR比值当6.0≥D d 时，摩擦片平均半径Rc=)(9441502254mm d D =+=+， 对于拉式膜片弹簧的R 值，应满足关系100≥R ≥Rc=94mm 故取R=95mm,再结合实际情况取R/r=1.25,则r=76mm 。

4.1.3膜片弹簧起始圆锥底角α的选择α＝arc tan(H/(R-r))=arctan3.4/(95-76)≈10.15°，满足9°～15°的范围。

4.1.4分离指数目n 的选取分离指数目n 常取18，大尺寸膜片弹簧可取24，小尺寸膜片弹簧可取12 。

取分离之数目n =18 。

4.1.5 切槽宽度δ1、δ2及半径r e 的确定δ1= 3.2～3.5 mm ，δ2= 9～10 mm ，re的取值应满足r - r e ≥ δ2。

本次设计取δ1 = 3.5 mm ，δ2= 10 mm ，re≤ r -δ2= 62 mm 。

所以取re=60mm 。

4.1.6压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定R1和r1需满足下列条件：711≤-≤R R610≤-≤r r故选择R1＝90mm ， r1＝72mm. 强度计算材料弹性特性曲线假设膜片弹簧在承载过程中，其子午线刚性地绕上地某中性点转动。

设通过支承环和压盘加载膜片弹簧上地载荷P1(N)集中在支承点处，加载点间的相对轴向变形为x1(mm),则膜片弹簧的弹性特性如下式表示：⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-------⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==222)1121)(111()11()/ln()1(61)1(1h r R r R x H r R r R x H r R r R b Ehx x f P π 式中，E ――弹性模量，钢材料取E=2.06×510Mpa ； b ――泊松比，钢材料取b=0.3；R ――自由状态下碟簧部分大端半径，95mm ； r ――自由状态下碟簧部分小端半径，76mm ； R1――压盘加载点半径，90mm ； r1――支承环加载点半径，72mm ；H ――自由状态下碟簧部分内截锥高度，3.4mm ； h ――膜片弹簧钢板厚度，2mm 。