膜片弹簧说明书

摘要离合器是汽车传动系中的重要部件，它的构造特性与发展和传动系紧密相关，本文针对哈弗H6 2017 运动版1.5T 自动两驱豪华型 210/2200-4500汽车的各项参数，设计拉式膜片弹簧离合器。

离合器设计的内容主要包括压盘总成、从动盘、摩擦片和膜片弹簧三个部分。

首先，对离合器各零件的参数、尺寸、材料、及结构进行设计计算，然后使用catia 作图。

本文还重点研究了膜片弹簧在分离过程中的受力，对受力过程进行数学分析，并对其进行校核，以提高膜片弹簧离合器的使用寿命，使膜片弹簧离合器在工作过程中处于最佳状态。

关键词：离合器；膜片弹簧；从动盘；压盘；摩擦片第一章离合器介绍1.1离合器的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；T和后备系数 保持稳定）；（8）工作性能（最大摩擦力矩emax（9）使用寿命长。

图1-11.2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离合器的工作原理如图1-2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四部分组成。

图1-2 离合器的基本组成和工作原理示意图1-曲轴；2-从动轴；3-从动盘；4-飞轮；5-压盘；6-离合器盖；7-分离杠杆；8-弹簧；9-分离轴承；10、15-回位弹簧；11-分离叉；12-踏板；13-拉杆；14-拉杆调节叉；16-压紧弹簧；17-从动盘摩擦片；18-轴承离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮4和压盘借摩擦作用传给从动盘3，在通过从动轴传给变速器。

当驾驶员踩下踏板时，通过拉杆，分离叉、分离套筒和分离轴承9，将分离杠杆的内端推向右方，由于分离杠杆的中间是以离合器盖6上的支柱为支点，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左，这样，从动盘3两面的压力消失，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，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。

此时压紧弹簧就推动压盘向右，仍将从动盘3压紧在飞轮上4，这样发动机的扭矩又传入变速器。

1.4 膜片弹簧离合器膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型载货汽车上广泛采用的一种离合器。

因其作为压簧，可以同时兼起分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，质量减少，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。

其次，由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀。

另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性，故能在从动盘摩擦片磨损后，弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩，而不致产生滑离。

离合器分离时，使离合器踏板操纵轻便，减轻驾驶员的劳动强度。

此外，因膜片是一种对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很少，而周布置弹离合器在高速时，因受离心力作用会产生横向挠曲，弹簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力，从而引起离合器传递转矩能力下降。

那么可以看出，对于轻型车膜片弹簧离合器的设计研究对于改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义。

图1-3 膜片弹簧离合器图作为压紧弹簧的所谓膜片弹簧，是由弹簧钢冲压成的，具有“无底碟子”形状的截锥形薄壁膜片，且自其小端在锥面上开有许多径向切槽，以形成弹性杠杆，而其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。

膜片弹簧的两侧有支承圈，而后者借助于固定在离合器盖上的一些（为径向切槽数目的一半）铆钉来安装定位。

当离合器盖用螺栓固定到飞轮上时，由于离合器盖靠向飞轮，后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形，锥顶角变大，甚至膜片弹簧几乎变平。

同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。

当离合器分离时，分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变，使膜片弹簧大端后移，并通过分离钩拉动压盘后移使离合器分离。

膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，由于膜片弹簧具有非线性特性，因此设计摩擦片磨损后，弹簧压力几乎不变，且可以减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便；其次，膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对称的，因此其压紧力实际上不受离心力的影响，性能稳定，平衡性也好；再者，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著缩短了轴向尺寸；另外，由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片的接触良好，摩擦均匀，也易于实现良好的通风散热等。

由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点，并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平在不断提高，因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用，而且正大力扩展到载货汽车和重型汽车上，国外已经设计出了传递转矩为80~~2000N.m、最大摩擦片外径达420的膜片弹簧离合器系列，广泛用于轿车、客车、轻型和中型货车上。

甚至某些总质量达28~32t的重型汽车也有采用膜片弹簧离合器的，但膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高。

膜片弹簧离合器的操纵采用压式机构，即离合器分离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分离指处是承受压力。

第二章离合器设计2.1 离合器的设计要求根据离合器的功用，它应该满足下列主要要求：（1）能在任何行驶情况下，可靠地传递发动机的最大扭矩。

为此，离合器的摩擦力矩（T c）应大于发动机最大扭矩（T emax）；（2）接合平顺、柔和。

即要求离合器所传递的扭矩能缓和地增加，以免汽车起步冲撞或抖动；（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）具有吸收振动、噪声和冲击的能力（6）散热良好，以免摩擦零件因温度过高而烧裂或因摩擦系数下降而打滑；（7）操纵轻便，以减少驾驶员的疲劳。

尤其是对城市行驶的轿车和公共汽车，非常重要；（8）摩擦式离合器，摩擦衬面要耐高温、耐磨损，衬面磨损在一定范围内，要能通过调整，使离合器正常工作。

2.2 离合器设计流程2.3 离合器原始数据2.4 从动盘整体设计2.4.1 摩擦片设计摩擦片或从动盘的外径是离合器的重要参数，它对离合器的轮廓尺寸有决定性的影响，并根据离合器能全部传递发动机的最大转矩来选择。

为了能可靠地传递发动机最大转矩max c T ，离合器的静摩擦力矩c T 应大于发动机最大转矩max c T ，而离合器传递的摩擦力矩c T 又决定于其摩擦面数Z 、摩擦系数f 、作用在摩擦面上的总压紧力P Σ与摩擦片平均摩擦半径R m ，即max ()c c N m βT =T • （2.1） 式中：β—离合器的后备系数(β>1)该车型发动机最大转矩max c T 为210N ·m后备系数是离合器的重要参数，选择时应考虑摩擦片磨损后仍能传递max c T 及避免起步时滑磨时间过长；同时应考虑防止传动系过载及操纵轻便等。

表2.1后备系数表本设计是基于哈弗H6汽车的离合器设计，该车型属于轿车类型，故选择本次设计的后背系数β在1.2～1.75之间选择，取β=1.5。

所以T c =β∙T emax =1.5×210=315N ∙m 摩擦片外径由公式:D =K D √T emax 求得。

式中，K D 为直径系数，取值见下表，取K D =14.6，得D=211.47mm 。

直径系数K的取值范围摩擦片的尺寸已系列化和标准化，标准如下表所示离合器摩擦片尺寸系列和参数根据表最终确定：外径D=225mm ；内径d=150mm ；内外径之比c=0.667。

摩擦片的摩擦因数 f 取决于摩擦片所用的材料及基工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。

可由表查得：取 f =0.3摩擦面数 Z 为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及 其结构尺寸。

本题目设计单片离合器，因此 Z=2。

离合器间隙 Δt 是指离合器处于正常接合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全接合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。