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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 章 緒 論 1.1選題的目的 離合器的設(shè)計(jì)要求是在任何條件下行駛，既能可靠的傳遞的發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲(chǔ)備,有能防止傳動(dòng)系過(guò)載，接合時(shí)要完全，平順，柔和，保證汽車(chē)起動(dòng)時(shí)沒(méi)有抖動(dòng)和沖擊，分離時(shí)要迅速，徹底，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕換擋時(shí)的變速器齒輪間的沖擊，便于換擋和減少同步器的磨損。應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)能力，以保證工作時(shí)的溫度不致過(guò)高，延長(zhǎng)其使用壽命。應(yīng)能避免和衰減傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)與振動(dòng)，并且具有吸收振動(dòng)，緩和沖擊和降低噪聲的能力。操縱輕便，準(zhǔn)確，以減輕駕駛員的疲勞。作用在從動(dòng)盤(pán)的總壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在離合器工作過(guò)程中變化要盡可能小，以保證有穩(wěn)定的工作性能。具有足夠的強(qiáng)度與動(dòng)態(tài)平衡，以保證其工作可靠，使用壽命長(zhǎng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，質(zhì)量小，制造工藝性好，拆裝，維修，調(diào)整方便等。本次設(shè)計(jì)，我力爭(zhēng)把離合器設(shè)計(jì)系統(tǒng)化，為離合器設(shè)計(jì)者提供一定的參考價(jià)值。拋棄傳統(tǒng)的退市膜片彈簧離合器，設(shè)計(jì)新式的拉式膜片彈簧離合器是本次設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。 1.2離合器國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 近年來(lái)各國(guó)政府都從資金、技術(shù)方面大力發(fā)展汽車(chē)工業(yè)，使其發(fā)展速度明顯比其它工業(yè)要快的多，因此汽車(chē)工業(yè)迅速成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。 對(duì)于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，離合器在機(jī)械傳動(dòng)系中作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在，它是汽車(chē)傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接聽(tīng)總成。目前，各種汽車(chē)廣泛采用的摩擦式離合器主要依靠主、從動(dòng)部分之間的摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力且能分離的裝置。 在早期研發(fā)的離合器中，錐形離合器最為成功?，F(xiàn)今所用的盤(pán)片式離合器的先驅(qū)是多片盤(pán)式離合器，它是直到1925年以后才出現(xiàn)的。20世紀(jì)20年代末，直到進(jìn)入30年代時(shí)，只有工程車(chē)輛、賽車(chē)和大功率的轎車(chē)上才采用多片離合器。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨向于首選單片干式離合器[1]。 據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2009年我國(guó)汽車(chē)工業(yè)全年產(chǎn)量為1379.10萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)48.3%，其中，乘用車(chē)產(chǎn)量為1038.38萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)54.11%；商用車(chē)產(chǎn)量為340.72萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)33.02%。我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量基數(shù)已經(jīng)達(dá)到千萬(wàn)輛規(guī)模，在如此規(guī)?；鶖?shù)的情況下，可見(jiàn)2009年我國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)售市場(chǎng)的火爆場(chǎng)面。由于汽車(chē)離合器的需求規(guī)模與整車(chē)產(chǎn)量關(guān)系密切，過(guò)去的一年也是我國(guó)汽車(chē)離合器總成行業(yè)發(fā)展最好的一年，一改我國(guó)汽車(chē)離合器行業(yè)增長(zhǎng)緩慢的局面。汽車(chē)產(chǎn)業(yè)振興政策帶動(dòng)了我國(guó)汽車(chē)零部件產(chǎn)業(yè)，從2008年9月美國(guó)爆發(fā)的金融危機(jī)迅速轉(zhuǎn)化為一場(chǎng)全球性的經(jīng)濟(jì)危機(jī)。汽車(chē)零部件產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展帶動(dòng)了我國(guó)離合器行業(yè)的發(fā)展，根據(jù)我們對(duì)主要汽車(chē)離合器企業(yè)的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)汽車(chē)離合器行業(yè)主要企業(yè)去年銷(xiāo)售收入總體增長(zhǎng)幅度達(dá)到16.2%，一些企業(yè)如長(zhǎng)安離合器、桂林福達(dá)、寧波宏協(xié)、榮成黃海、南京法雷奧等還投資擴(kuò)大生產(chǎn)能力以滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)主機(jī)廠(chǎng)商不斷增長(zhǎng)的要求。由于自動(dòng)檔車(chē)型和手動(dòng)擋車(chē)型采用不同的傳動(dòng)部件，所以它們之間比重發(fā)生的變化也會(huì)影響到離合器與液力變矩器兩者產(chǎn)品市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的變化影響到我國(guó)傳統(tǒng)汽車(chē)離合器行業(yè)發(fā)展的前景。據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果顯示，我國(guó)乘用車(chē)上采用自動(dòng)變速器的俄車(chē)型覆蓋范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，這反映了近年來(lái)自動(dòng)檔轎車(chē)越來(lái)越被人們所接受和認(rèn)可的趨勢(shì)，整車(chē)廠(chǎng)商也力推自動(dòng)擋轎車(chē)。但根據(jù)中國(guó)汽車(chē)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)自動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)量比重在最近三年中比重卻在不斷下架，手動(dòng)檔汽車(chē)產(chǎn)量的比重卻在持續(xù)上升。首先固然是與目前國(guó)家實(shí)施的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整有關(guān)，但其次更深層次的原因是我們認(rèn)為當(dāng)前中國(guó)人均生活水平仍還處于比較低的情況下，汽車(chē)仍然是作為一種奢侈消費(fèi)品和投資的工具，因此在5-10年內(nèi)，我國(guó)汽車(chē)自動(dòng)檔仍難占據(jù)主流地位。 1.3離合器的概述 1.3.1 膜片彈簧離合器的概述 膜片彈簧離合器是用膜片彈簧代替了一般螺旋彈簧及分離杠桿機(jī)構(gòu)而做成的離合器，因?yàn)樗贾迷谥醒?，所以也可算中央彈簧離合器，其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。在離合器中采用膜片彈簧做壓簧有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離桿的作用，使零件數(shù)目減少，重量減輕；其次，離合器結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化并顯著地縮短了離合器的軸間尺寸；再者，膜片彈簧具有良好的非線(xiàn)性特性，設(shè)計(jì)合適，可使摩擦片磨損到極限，壓緊力仍能維持很少改變，且可減輕分離離合器時(shí)的踏板力，使操縱輕便。其工作特性見(jiàn)圖1-4。此外，膜片彈簧的安裝位置對(duì)離合器的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)是完全對(duì)稱(chēng)的，因此，它的壓緊力不會(huì)受離心力的影響，很適于高速旋轉(zhuǎn)。 離合器壓盤(pán)升程和分離軸承行程之間的關(guān)系，對(duì)膜片彈簧離合器工作性能好壞影響很大。從理論上說(shuō)，壓盤(pán)升程和分離軸承行程之間的關(guān)系為線(xiàn)性關(guān)系，見(jiàn)圖1-2。但實(shí)際上，由于離合器蓋等零件在外力作用下的變形和支承接觸處間隙的存在，在離合器分離過(guò)程中，壓盤(pán)的升程會(huì)有些滯后，如圖1-3所示。并且隨著使用時(shí)間的增加、作用次數(shù)的增多以及膜片彈簧安裝方法的不同，會(huì)使壓盤(pán)開(kāi)始的升程更往后延。這實(shí)際上是減少了壓盤(pán)的升程，并有可能導(dǎo)致分離不徹底。 1-軸承 2-飛輪 3-從動(dòng)盤(pán) 4-壓盤(pán) 5-離合器蓋螺栓 6-離合器蓋 7-膜片彈簧 8-分離軸承 9-軸 圖1.1 離合器總成 由于膜片彈簧離合器有上述一系列的優(yōu)點(diǎn)，并且制造膜片彈簧的工藝水平在不斷提高，因而這種離合器在汽車(chē)上用得越來(lái)越廣。但膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)、制造技術(shù)要求比周置螺旋彈簧離合器高，如設(shè)計(jì)、制造不當(dāng)，其使用性能可能還不如普通螺旋離合器。 要使膜片彈簧有好的特性，可以從以下兩個(gè)方面著手進(jìn)行： （1） 優(yōu)選膜片彈簧有關(guān)幾何尺寸參數(shù)； （2） 改善膜片彈簧與壓盤(pán)支撐表面接觸狀態(tài)。 圖1.2 理論曲線(xiàn) 圖1.3 實(shí)際曲線(xiàn) 圖1.4 膜片彈簧工作特性 1.3.2離合器的功用 離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸接合，保證汽車(chē)平穩(wěn)起步。如前所述，現(xiàn)代車(chē)用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)不能帶負(fù)荷啟動(dòng)，它必須先在空負(fù)荷下啟動(dòng)，然后再逐漸加載。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，得以穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速約為300～500r/min，而汽車(chē)則只能由靜止開(kāi)始起步，一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī)，要帶一個(gè)靜止的傳動(dòng)系，是不能突然剛性接合的。因?yàn)槿绻峭蝗坏膭傂赃B接，就必然造成不是汽車(chē)猛烈攢動(dòng)，就是發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。所以離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸地柔和地接合在一起，使發(fā)動(dòng)機(jī)加給傳動(dòng)系的扭矩逐漸變大，至足以克服行駛阻力時(shí)，汽車(chē)便由靜止開(kāi)始緩慢地平穩(wěn)起步了。 雖然利用變速器的空檔，也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的分離。但變速器在空檔位置時(shí)，變速器內(nèi)的主動(dòng)齒輪和發(fā)動(dòng)機(jī)還是連接的，要轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，就必須和變速器內(nèi)的主動(dòng)齒輪一起拖轉(zhuǎn)，而變速器內(nèi)的齒輪浸在黏度較大的齒輪油中，拖轉(zhuǎn)它的阻力是很大的。尤其在寒冷季節(jié)，如沒(méi)有離合器來(lái)分離發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)是很困難的。所以離合器的第二個(gè)功用，就是暫時(shí)分開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的聯(lián)系，以便于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。 汽車(chē)行駛中變速器要經(jīng)常變換檔位，即變速器內(nèi)的齒輪副要經(jīng)常脫開(kāi)嚙合和進(jìn)入嚙合。如在脫檔時(shí)，由于原來(lái)嚙合的齒面壓力的存在，可能使脫檔困難，但如用離合器暫時(shí)分離傳動(dòng)系，即能便利脫檔。同時(shí)在掛檔時(shí)，依靠駕駛員掌握，使待嚙合的齒輪副圓周速度達(dá)到同步是較為困難的，待嚙合齒輪副圓周速度的差異將會(huì)造成掛檔沖擊甚至掛不上檔，此時(shí)又需要離合器暫時(shí)分開(kāi)傳動(dòng)系，以便使與離合器主動(dòng)齒輪聯(lián)結(jié)的質(zhì)量減小，這樣即可以減少掛擋沖擊以便利換檔。 離合器所能傳遞的最大扭矩是有一定限制的，在汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)系受到很大的慣性負(fù)荷，此時(shí)由于離合器自動(dòng)打滑，可避免傳動(dòng)系零件超載損壞，起保護(hù)作用。 1.3.3離合器的工作原理 如圖1-1所示，摩擦離合器一般是有主動(dòng)部分、從動(dòng)部分組成、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)四部分組成。 離合器在接合狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩自曲軸傳出，通過(guò)飛輪2和壓盤(pán)借摩擦作用傳給從動(dòng)盤(pán)3，在通過(guò)從動(dòng)軸傳給變速器。當(dāng)駕駛員踩下踏板時(shí)，通過(guò)拉桿，分離叉、分離套筒和分離軸承8，將分離杠桿的內(nèi)端推向右方，由于分離杠桿的中間是以離合器蓋5上的支柱為支點(diǎn)，而外端與壓盤(pán)連接，所以能克服壓緊彈簧的力量拉動(dòng)壓盤(pán)向左，這樣，從動(dòng)盤(pán)3兩面的壓力消失，因而摩擦力消失，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩就不再傳入變速器，離合器處于分離狀態(tài)。當(dāng)放開(kāi)踏板，回位彈簧克服各拉桿接頭和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。此時(shí)壓緊彈簧就推動(dòng)壓盤(pán)向右，仍將從動(dòng)盤(pán)3壓緊在飛輪上2，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩又傳入變速器。 1.3.4拉式膜片彈簧離合器與推式的比較 拉式膜片彈簧離合器中的膜片彈簧安裝方向，與傳統(tǒng)的推式結(jié)構(gòu)相反，并將支承點(diǎn)移動(dòng)到膜片彈簧最大端附近。接合時(shí)，膜片彈簧的大端支承在離合器蓋上，以中部壓緊在壓盤(pán)上，將分離軸承向外拉離飛輪實(shí)現(xiàn)離合器的分離。 與推式相比，拉式膜片彈簧離合器具有許多優(yōu)點(diǎn)：取消了中間支承各零件，并不用支承環(huán)或只用一個(gè)支承環(huán)，使其結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、緊湊，零件數(shù)目更少，質(zhì)量更少；拉式膜片彈簧是中部與壓盤(pán)相壓在同樣壓盤(pán)尺寸的條件下可采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(shí)，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(dòng)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(wú)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(huì)形成間隙而增大踏板自由行程，不會(huì)產(chǎn)生沖擊和哭聲；使用壽命更長(zhǎng)。 但是，拉式膜片彈簧的分離指是與分離軸承套筒總成嵌裝在一起的，需采用專(zhuān)門(mén)的分離軸承如圖1-5所示。結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，安裝拆卸較困難。由于拉式膜片彈簧離合器綜合性能優(yōu)越，目前在各種汽車(chē)中的應(yīng)用日趨廣泛。 表1.1 推式和拉式膜片彈簧優(yōu)缺點(diǎn)比較 項(xiàng)目 類(lèi)型 離合器蓋變形 分離軸承 膜片彈簧外徑 彈簧 應(yīng)力 夾緊 載荷 支承 環(huán)數(shù) 設(shè)計(jì) 負(fù)荷 安裝 推式 大 簡(jiǎn)單 大 容易 相對(duì)小 相對(duì)大 相對(duì)小 2 拉式 小 復(fù)雜 小 較難 相對(duì)大 相對(duì)小 相對(duì)大 1 1-軸承內(nèi)圈 2-軸承外圈 3-軸承罩 4-波形彈簧 5-分離套筒 6-碟形彈簧 7-擋環(huán) 8-鎖環(huán) 圖1.5 拉式自動(dòng)調(diào)心式分離軸承裝置 1.4 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 各種汽車(chē)廣泛采用的摩擦離合器是一種依靠主、從動(dòng)部分之間的摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力且能分離的裝置。它主要包括主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)等四部分。離合器的主要功用就是切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞，保證汽車(chē)起步時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順地接合，確保汽車(chē)平穩(wěn)起步。本章中主要介紹設(shè)計(jì)的拉式膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)、功用及其工作原理，并且與以往推式膜片彈簧相比較，突出了拉式膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn)。 第 2 章 離合器基本結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)的選擇 表2.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 項(xiàng)目 預(yù)選車(chē)型 比亞迪f0 主要尺寸 3588×1563×1533(m) 整車(chē)質(zhì)量 1270(Kg) 最大功率 48/5700(KW) 最高車(chē)速 140(Km/h) 最大扭矩 88/3500(N·m) 主減速器傳動(dòng)比 5.46 一檔傳動(dòng)比 3.40 2.1 離合器的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 2.1.1 從動(dòng)盤(pán)數(shù)的選擇 1. 單片離合器 對(duì)乘用車(chē)和最大總質(zhì)量小于6t的商用車(chē)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩一般不大，在布置尺寸容許條件下，離合器通常只設(shè)有一遍從動(dòng)盤(pán)。單片離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向尺寸緊湊，散熱性良好，維修調(diào)整方便，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，在使用時(shí)能保證分離徹底，采用軸向有彈性的從動(dòng)盤(pán)可保證接合平順。 2. 雙片離合器 雙片離合器與單片離合器相比，由于摩擦因數(shù)增加一倍，因而傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大；接合更為平順、柔和；在傳遞相同轉(zhuǎn)矩的情況下，徑向尺寸較小，踏板力較??；中間壓盤(pán)通風(fēng)散熱性能差，容易引起摩擦片過(guò)熱，加快其磨損甚至燒壞；分離行程較大，不易分離徹底，。 3. 多片離合器 多片離合器多為濕式，具有接合更加平順、柔和，摩擦表面溫度較低，磨損較小，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)為單片離合器。 2.1.2 壓緊彈簧和布置形式的選擇 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。其中膜片彈簧的主要特點(diǎn)是用一個(gè)膜片彈簧代替螺旋彈簧和分離杠桿。 膜片彈簧與其他幾類(lèi)相比又有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （1）由于膜片彈簧有理想的非線(xiàn)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。當(dāng)離合器分離時(shí)，彈簧壓力不像圓柱彈簧那樣升高，而是降低，從而降低踏板力； （2）膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量??； （3）高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；而圓柱彈簧壓緊力明顯下降； （4）由于膜片彈簧大斷面環(huán)形與壓盤(pán)接觸，故其壓力分布均勻，摩擦片磨損均勻，可提高使用壽命； （5）易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長(zhǎng)； （6）平衡性好； （7）有利于大批量生產(chǎn)，降低制造成本。 但膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜，對(duì)材料質(zhì)量和尺寸精度要求高，其非線(xiàn)性特性在生產(chǎn)中不易控制，開(kāi)口處容易產(chǎn)生裂紋，端部容易磨損。近年來(lái)，由于材料性能的提高，制造工藝和設(shè)計(jì)方法的逐步完善，膜片彈簧的制造已日趨成熟。因此，我選用膜片彈簧式離合器。 2.1.3 膜片彈簧的支撐形式 拉式膜片彈簧的支承結(jié)構(gòu)形式分為無(wú)支承環(huán)形式，將膜片彈簧的大端直接支承在離合器蓋中沖出的環(huán)形凸臺(tái)上；單支承環(huán)形式如圖2-1所示，將膜片彈簧大端支承在離合器蓋中的支承環(huán)上。 圖2.1 單支承環(huán)支承形式 2.2 離合器基本性能關(guān)系式 離合器的基本功能之一是傳遞轉(zhuǎn)矩，因此離合器轉(zhuǎn)矩容量是離合器最為基本的性能之一，但通常它只能用來(lái)初步定出離合器的原始參數(shù)、尺寸，它們是否適合最終取決于試驗(yàn)驗(yàn)證。 將離合器轉(zhuǎn)矩容量和發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩關(guān)系式： (2.1) 2.3 基本結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)的選擇 2.3.1 摩擦片外徑D的確定 摩擦片外徑是離合器的基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命，它和離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小有一定關(guān)系。 當(dāng)按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩(N·m)來(lái)選定D時(shí)，有公式 (2.2) A=47，小轎車(chē)。 表2.2 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù) 外徑D\mm 160 180 200 225 250 280 300 325 內(nèi)徑d\mm 110 125 140 150 155 165 175 190 厚度/mm 3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 0.687 0.694 0.700 0.667 0.620 0.589 0.583 0.585 0.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 單面面積cm2 106 132 160 221 302 402 466 546 根據(jù)表2-1標(biāo)準(zhǔn)尺寸選取 D=180mm，d=125mm，h=3.5mm ，=0.667 ，a=132mm2 。 2.3.2 離合器后備參數(shù)β的確定 表2.3 離合器的后備參數(shù)的取值范圍 車(chē)型 后備系數(shù)β 乘用車(chē)及最大總質(zhì)量小于6t的商用車(chē) 1.20～1.75 最大總質(zhì)量為6～14t的商用車(chē) 1.50～2.25 掛車(chē) 1.80～4.00 對(duì)小轎車(chē)離合器推薦的后備參數(shù)β取值為1.2。 2.3.3 單位壓力P的確定 1） 壓緊力F F=3000β(D+d)/μZ(D2+Dd+d2)=2093.16~2378.59N （2.3） 石棉基材料μ=0.3，單片離合器Z=2。 摩擦片單位壓力P P=F/a=0.159~0.181MPa 2） 單位壓力P 當(dāng)摩擦片的外徑較大時(shí)，要適當(dāng)降低摩擦面上的單位壓力P，離合器使用頻繁，工作條件比較惡劣時(shí)，單位壓力P取較小的值為好，因此只有降低單位壓力P增大摩擦面積，加大容許的磨耗的體積，增加使用磨耗量，才能延長(zhǎng)使用時(shí)間。 對(duì)于采用有機(jī)材料為基礎(chǔ)的摩擦面F列數(shù)據(jù)可做參考。 小轎車(chē)D≤230mm時(shí)，P約為0.25MPa = β=πμZPD3（1-C3） （2.4） 其中 β=1.2，μ=0.3。 P=12β/πμZPD3（1-C3）=0.173MPa （2.5） 表2.4 摩擦材料的摩擦因數(shù)的取值范圍 摩擦材料 摩擦因數(shù) 石棉基材料 模壓 0.20～0.25 編織 0.25～0.35 粉末冶金材料 銅基 0.25～0.35 鐵基 0.30～0.50 金屬陶瓷材料 0.4 表2.5 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 0.15~0.25 編織 0.25~0.35 粉末冶金材料 銅基 0.35~0.50 鐵基 金屬陶瓷材料 0.70~1.50 單位壓力P在容許范圍之內(nèi)，認(rèn)為所選離合器的尺寸、參數(shù)適合。 2.4 本章小結(jié) 如上一章所述，汽車(chē)上所用的摩擦離合器是拉式膜片彈簧離合器，又要靠它的滑磨來(lái)使汽車(chē)平穩(wěn)起步，工作條件甚為惡劣。因此在設(shè)計(jì)離合器時(shí)，不僅要求它在任何情況下都能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，而且還應(yīng)使它有足夠的使用壽命，本章提供了為以后設(shè)計(jì)離合器時(shí)重要的結(jié)構(gòu)尺寸和設(shè)計(jì)參數(shù)。 第 3 章 離合器零件的結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)計(jì)算 在進(jìn)行離合器的具體設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)保證傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩為前提，然后滿(mǎn)足下列條件: （1）如前所述，扇形波狀彈簧對(duì)置分布鉚接在從動(dòng)鋼片上，并在從動(dòng)盤(pán)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(dòng)盤(pán)錐形量約為0.5mm）使其大端面向飛輪，這樣從動(dòng)盤(pán)轂在從動(dòng)軸（即變速器第一軸）花鍵上易于滑動(dòng)，有利于離合器徹底分離。 （2）離合器主動(dòng)部分與從動(dòng)部分的連接和支撐形式，離合器的主動(dòng)部分包括飛輪，離合器蓋與他們一起轉(zhuǎn)動(dòng)并能軸向移動(dòng)的壓盤(pán)，壓盤(pán)通過(guò)鋼片與離合器蓋相連，離合器從動(dòng)部分有從動(dòng)盤(pán)，從動(dòng)軸，從動(dòng)軸裝在飛輪與壓盤(pán)之間，可在從動(dòng)軸花鍵上滑動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)把離合器從動(dòng)軸的前軸承安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的中心孔內(nèi)。 （3）離合器從動(dòng)軸的軸向定位及軸承潤(rùn)滑，離合器從動(dòng)軸在安裝后應(yīng)保持軸向定位，在拆卸時(shí)便于離合器中抽出來(lái)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)使從動(dòng)軸前軸承外圓與飛輪為過(guò)渡配合，而前軸承內(nèi)圈與從動(dòng)軸為間隙配合，離合器的從動(dòng)軸軸向定位是靠從動(dòng)軸后軸承來(lái)保證的。離合器分離軸承靠注入黃油潤(rùn)滑的，而從動(dòng)軸前軸承靠油杯定期注入潤(rùn)滑。 為防止?jié)櫥土鞯侥Σ烈r面，造成離合器打滑，除在軸承處安有自緊油封外，還在飛輪上開(kāi)泄油孔。 （4）離合器運(yùn)動(dòng)零件的限位，離合器處于接合時(shí)為使壓盤(pán)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。分離時(shí)，應(yīng)對(duì)踏板的最大行程加以限制。 3.1從動(dòng)盤(pán)總成 從動(dòng)盤(pán)有兩種結(jié)構(gòu)型式：帶扭轉(zhuǎn)減振器的和不帶扭轉(zhuǎn)減振器的，帶扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。 扇形波狀彈簧兩兩對(duì)置鉚接與從動(dòng)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0.2mm，從動(dòng)盤(pán)本體采用45號(hào)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(dòng)盤(pán)本體上設(shè)徑向切口。 1，13-摩擦片 2，14，15-鉚釘 3-波形彈簧片 4-平衡塊 5-從動(dòng)片 6，9-減振摩擦片 7-限位銷(xiāo) 8-從動(dòng)盤(pán)轂 10-調(diào)整墊片 11-減振彈簧 12-減振盤(pán) 圖3.1 帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤(pán) 從動(dòng)盤(pán)總成由摩擦片，從動(dòng)片，減震器和從動(dòng)盤(pán)穀等組成。它雖然對(duì)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(jì)的重點(diǎn)。從動(dòng)盤(pán)總成應(yīng)滿(mǎn)足如下設(shè)計(jì)要求： （1）為了減少變速器換擋時(shí)輪齒間的沖擊，從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能小。 （2）為了保證汽車(chē)平穩(wěn)起步，摩擦面片上的壓力分布更均勻等，從動(dòng)盤(pán)應(yīng)具有軸向彈性。 （3）為了避免傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)共振以及緩和沖擊載荷，從動(dòng)盤(pán)中應(yīng)裝有扭轉(zhuǎn)減振器。 （4）要有足夠的抗爆裂強(qiáng)度。 從動(dòng)盤(pán)的軸向彈性可改善離合器性能，使離合器接合柔和，摩擦面接觸均勻，磨損較小。為使從動(dòng)盤(pán)有軸向彈性，單獨(dú)制造扇形波狀彈簧與從動(dòng)鋼片鉚接。波狀彈簧可用比鋼片輕薄的材料制造，軸向彈性較好，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，適宜高速旋轉(zhuǎn)，且彈簧對(duì)置分布，彈性好。因此設(shè)計(jì)中選用此類(lèi)彈簧。 3.1.1 從動(dòng)片 （1）設(shè)計(jì)從動(dòng)片時(shí)， 要盡量減輕其質(zhì)量，并應(yīng)使其質(zhì)量的分布盡可能地靠近旋轉(zhuǎn)中心，已獲得最小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。通常是用1.3～2.0mm厚的鋼板沖壓而成，為了進(jìn)一步減小從動(dòng)片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，有時(shí)將從動(dòng)片外緣的盤(pán)形部分磨薄至0.65～1.0mm，使其質(zhì)量分布更加靠近旋轉(zhuǎn)中心。 （2）為了使離合器接合平順，保證汽車(chē)起步平穩(wěn)，單片離合器的從動(dòng)片一般都做成具有軸向彈性的結(jié)構(gòu)。對(duì)于單片離合器的乘用車(chē)而言，通常只設(shè)有一個(gè)從動(dòng)盤(pán)。 3.1.2 從動(dòng)盤(pán)轂 從動(dòng)盤(pán)數(shù)及干、濕式的選擇單片干式摩擦離合器，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，軸向尺寸緊湊，分離徹底，從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，散熱性能好，采用軸向有彈性的從動(dòng)盤(pán)時(shí)也能接順平和等優(yōu)點(diǎn)符合離合器的設(shè)計(jì)要求。 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是經(jīng)過(guò)從動(dòng)盤(pán)轂的花鍵孔輸出，變速器第Ⅰ軸花鍵軸就插在該花鍵孔內(nèi)，從動(dòng)盤(pán)轂和變速器第Ⅰ軸的花鍵接合方式。見(jiàn)下表。 表3.1 從動(dòng)盤(pán)轂花鍵尺寸系列 摩擦片 外徑 D/mm 發(fā)動(dòng)機(jī)的 最大轉(zhuǎn)矩 Temax/N·m 花鍵尺寸 擠壓應(yīng)力 σj/Mpa 齒數(shù) N 外徑 D′/mm 內(nèi)徑 d′/mm 齒厚 b/mm 有效齒長(zhǎng) l/mm 160 50 10 23 18 3 20 10 180 70 10 26 21 3 20 11.8 200 110 10 29 23 4 25 11.3 225 150 10 32 26 4 30 11.5 250 200 10 35 28 4 35 10.4 280 280 10 35 32 4 40 12.7 300 310 10 40 32 5 40 10.7 325 380 10 40 32 5 45 11.6 350 480 10 40 32 5 50 13.2 花鍵選取后應(yīng)進(jìn)行擠壓應(yīng)力σj（MPa）及剪切應(yīng)力τj（MPa）的強(qiáng)度校核： （3.1） P--花鍵的齒面?zhèn)让鎵毫? （3.2） （3.3） 式中，--分別為花鍵內(nèi)外徑； h--花鍵的工作高度； Z--從動(dòng)盤(pán)轂的數(shù)目 從動(dòng)盤(pán)轂一般由中碳鋼鍛造而成，并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，其擠壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)20MPa 合格。 3.1.3 從動(dòng)盤(pán)摩擦材料 單片離合器因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，散熱良好，維修調(diào)整方便，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，在使用時(shí)能保證分離徹底接合平順，所以被廣泛使用于轎車(chē)和中、小型貨車(chē)，因此該設(shè)計(jì)選擇單片離合器。摩擦片數(shù)為2。 摩擦片要求：摩擦系數(shù)穩(wěn)定、工作溫度、單位壓力的變化對(duì)其影響要小，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性；熱穩(wěn)定性好，磨合性好，密度小；有利于結(jié)合平順，長(zhǎng)期停放離合器摩擦片不會(huì)粘著現(xiàn)象的。綜上所述，選擇石棉基材料。石棉基摩擦材料是由石棉或石棉織物、粘結(jié)劑（樹(shù)脂或硅膠）和特種添加劑熱壓制成，其摩擦系數(shù)大約在0.3左右（0.25～0.5之間），其允許的單位壓力在0.2MPa左右。密度小，價(jià)格便宜，多年來(lái)在汽車(chē)離合器上使用效果良好。同時(shí)，摩擦片從動(dòng)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(dòng)鋼片上裝波形彈簧片以獲得軸向彈性。 1） 摩擦片基本尺寸的確定 D=180mm ，d=125mm ，h=3.5mm。 2） 摩擦片的校核 （1）摩擦片外徑D的選擇應(yīng)使最大圓周率速度不超過(guò)65-70m/s。 （3.4） （2）摩擦片的內(nèi)徑比C應(yīng)為0.53-0.70范圍內(nèi)。 （3）保證離合器可靠性地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，并防止傳動(dòng)系過(guò)載，β應(yīng)在1.2-4.0之間。 （4）為減少汽車(chē)起步過(guò)程中的離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過(guò)高而發(fā)生燒傷，離合器每一次接合的單位面積滑磨功應(yīng)小于其許用值 （3.5） 式（3.3）中，——汽車(chē)總質(zhì)量(Kg)； ——輪胎滾動(dòng)半徑（m）； ——汽車(chē)起步時(shí)所用變速器擋位的傳動(dòng)比； ——主減速器傳動(dòng)比； ——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min。 計(jì)算時(shí)乘用車(chē)取r/min，商用車(chē)取r/min。 其中： m Kg。 （3.6） 經(jīng)過(guò)校核可知，摩擦片的設(shè)計(jì)符合相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求 （5）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 （6）為反映離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩并保護(hù)過(guò)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 （3.7） 表3.2 單位摩擦面積傳遞轉(zhuǎn)矩的許用值 離合器規(guī)格 0．28 0．30 0．35 0．40 為單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩(N.m/mm2)，可查表選取經(jīng)檢查,合格。 （7）離合器的接合升溫 °C （3.8） 式（3.10）中,t——壓盤(pán)溫升,不超過(guò)°C； c——壓盤(pán)的比熱容，J/(Kg·°C)； γ——傳到壓盤(pán)的熱量所占的比例，對(duì)單片離合器壓盤(pán)；。 ——壓盤(pán)的質(zhì)量；Kg 。 將數(shù)據(jù)帶入（3.8）中得°C，合格。 3.2 壓盤(pán)設(shè)計(jì) 3.2.1 壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式 在膜片彈簧離合器中，扭矩從離合器蓋傳遞到壓盤(pán)的方法有三種： （1）凸臺(tái)—窗孔式：它是將壓盤(pán)的背面凸起部分嵌入在離合器蓋上的窗孔內(nèi)，通過(guò)二者的配合，將扭矩從離合器蓋傳到壓盤(pán)上，此方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多；缺點(diǎn)：壓盤(pán)上凸臺(tái)在傳動(dòng)過(guò)程中存在滑動(dòng)摩擦，因而接觸部分容易產(chǎn)生分離不徹底。 （2）徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)式：這種方式使用彈簧剛制的徑向片將離合器蓋和壓盤(pán)連接在一起，此傳動(dòng)的方式較上一種在結(jié)構(gòu)上稍顯復(fù)雜一些，但它沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)部分，因而不存在磨損，同時(shí)踏板力也需要的小一些，操縱方便；另外，工作時(shí)壓盤(pán)和離合器蓋徑向相對(duì)位置不發(fā)生變化，因此離合器蓋等旋轉(zhuǎn)物件不會(huì)失去平衡而產(chǎn)生異常振動(dòng)和噪聲。 （3）徑向傳動(dòng)片驅(qū)動(dòng)方式：它用彈簧鋼制的傳動(dòng)片將壓盤(pán)與離合器蓋連接在一起，除傳動(dòng)片的布置方向是沿壓盤(pán)的弦向布置外，其他的結(jié)構(gòu)特征都與徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式相同。 經(jīng)比較，我選擇徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。 傳力片在不同的離合器結(jié)構(gòu)中，起的作用不完全相同。在膜片彈簧離合器中的壓盤(pán)傳力片，除了要承擔(dān)傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩之外，還要依靠傳力片的彈性作用使壓盤(pán)分離。壓盤(pán)通過(guò)傳力片和離合器蓋相連而被驅(qū)動(dòng)。根據(jù)對(duì)傳力片的功能要求，決定了他的一端用鉚釘固定在壓盤(pán)上，另一端用螺釘與離合器蓋相連，它們沿圓周切向分布，一遍布置有3～4組，而每組由3～4個(gè)彈性薄片組成。片厚一般為1～1.2mm，保證其既有足夠的軸向彈性使壓盤(pán)容易分離，又有足夠的強(qiáng)度不至于因彎曲拉壓而斷裂。 3.2.2 壓盤(pán)的選材 壓盤(pán)的材料選用HT20-40鑄造制成。它要有一定的質(zhì)量和剛度，以保證足夠的熱容量和防止溫度升高而產(chǎn)生的彎曲變形。壓盤(pán)應(yīng)與飛輪保持良好的對(duì)中，并進(jìn)行靜平衡。壓盤(pán)的摩擦工作面需平整光滑，其端面粗糙不低于0.8。壓盤(pán)殼用M8螺栓將其一端固定在飛輪端面上，另一端固定在壓盤(pán)端面上。 壓盤(pán)是離合器的主要部分，在傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)，它和飛輪一起帶動(dòng)從動(dòng)片轉(zhuǎn)動(dòng)，在單片離合器中的壓盤(pán)常采用凸臺(tái)式連接方式。 壓盤(pán)一般做的比較厚（一般不小于10mm）而且在內(nèi)緣做成一定錐度以彌補(bǔ)壓盤(pán)因受熱變形后內(nèi)緣的凸起。 壓盤(pán)設(shè)計(jì)時(shí)，在初步確定壓盤(pán)厚度以后，應(yīng)校核離合器接合一次時(shí)的溫升，它不應(yīng)超過(guò)8—10℃。 （3.9） 式中，——溫升； L——滑磨功； c——壓盤(pán)比熱容c=544.28J/Kg ； —分配到壓盤(pán)上的滑磨功所占百分比； 單片離合器=0.50。 m—壓盤(pán)質(zhì)量 取3Kg。 帶入（3.9）中得， ℃ 合格。 壓盤(pán)形狀一般比較復(fù)雜而且還要求耐磨、傳熱性好，通常要灰鑄鐵鑄成硬度為HB170—227。 凸臺(tái)強(qiáng)度校核 （3.10） 式中，F(xiàn)—作用在每個(gè)凸臺(tái)的力 A—離合器蓋魚(yú)凸臺(tái)的接觸面積 （3.11） 單片離合器Z=1，=2。 （3.12） 凸臺(tái)擠壓應(yīng)力10—15MPa。 3.3 離合器蓋設(shè)計(jì) 離合器蓋與飛輪用螺栓固定在一起，通過(guò)它傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分轉(zhuǎn)矩給壓盤(pán)，此外它還是離合器壓緊彈簧和分離杠桿的支承殼體。 1.剛度問(wèn)題 離合器分離杠桿支承在離合器蓋上，如果蓋剛度不夠，則當(dāng)離合器分離時(shí)，可能會(huì)使蓋產(chǎn)生較大的變形。為了減輕重量和增加剛度，轎車(chē)的離合器蓋常用厚度約為3～5mm的低碳鋼板（如08鋼板）沖壓成比較復(fù)雜的形狀。 2. 通風(fēng)散熱問(wèn)題 試驗(yàn)表明，摩擦片的磨損是隨壓盤(pán)溫度的升高而增大的，當(dāng)壓盤(pán)工作表面超過(guò)°C時(shí)摩擦片磨損劇烈增加，正常使用條件的離合器盤(pán)，工作表面的瞬時(shí)溫度一般在°C以下。在特別頻繁的使用下，壓盤(pán)表面的瞬時(shí)溫度有可能達(dá)到1000℃。過(guò)高的溫度能使壓盤(pán)受壓變形產(chǎn)生裂紋和碎裂。為使摩擦表面溫度不高，除要求壓盤(pán)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。改善離合器散熱通風(fēng)結(jié)構(gòu)的措施有：在壓盤(pán)上設(shè)散熱筋，或鼓風(fēng)筋；在離合器中間壓盤(pán)內(nèi)鑄通風(fēng)槽；將離合器蓋和壓桿制成特殊的葉輪形狀，用以鼓風(fēng)；在離合器外殼內(nèi)裝導(dǎo)流罩。膜片彈簧式離合器本身構(gòu)造能良好實(shí)現(xiàn)通風(fēng)散熱效果，故不需作另外設(shè)置。 3. 對(duì)中問(wèn)題 離合器蓋內(nèi)裝有壓盤(pán)、分離桿、壓緊彈簧等零件，因此它相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪曲軸中心線(xiàn)必須要有良好的定心對(duì)中，否則會(huì)破壞系統(tǒng)整體的平衡，嚴(yán)重影響離合器的正常工作。 3.4 扭轉(zhuǎn)減振器 3.4.1扭轉(zhuǎn)減振器的概述 扭轉(zhuǎn)減振器主要由彈性元件和阻尼元件等組成，彈性元件的主要作用是降低傳動(dòng)系的首段扭轉(zhuǎn)剛度，從而降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階固有頻率，改變系統(tǒng)的固有振型，使之盡可能避開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵(lì)引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地散振動(dòng)能量。因此，扭轉(zhuǎn)減振器具有一下功能： （1） 見(jiàn)底發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與傳動(dòng)系接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度，調(diào)諧傳動(dòng)系扭振固有頻率。 （2） 增加傳動(dòng)系扭振阻尼，抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)振幅，并衰減因沖擊產(chǎn)生的瞬間扭振。 （3） 控制動(dòng)力傳動(dòng)系總成怠速時(shí)離合器與變速器軸系的扭振，消減變速器怠速噪聲和主減速器與變速器的扭振及噪聲。 （4） 緩和非穩(wěn)定工況下傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)沖擊載荷，改善離合器的接合平順性。 3.4.2扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù)的選擇 減振器極轉(zhuǎn)矩: N·m 摩擦轉(zhuǎn)矩: N·m 預(yù)緊轉(zhuǎn)矩: N·m 極限轉(zhuǎn)角: ° 圖3.2 帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤(pán) 3.4.3 減振彈簧的安裝位置 （3.13） 結(jié)合mm，得取40mm，則。 3.4.4 全部減振彈簧總的工作負(fù)荷 N （3.14） 3.4.5 單個(gè)減振彈簧的工作負(fù)荷 N （3.15） 式中：Z——減振彈簧的個(gè)數(shù) 根據(jù)表3-3選擇：取Z=6。 表3.3　減振彈簧個(gè)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 3.4.6 減振彈簧尺寸 （1）選擇材料，計(jì)算許用應(yīng)力 根據(jù)《機(jī)械原理與設(shè)計(jì)》(機(jī)械工業(yè)出版社)采用65Mn彈簧鋼絲， 設(shè)彈簧絲直徑mm,MPa,MPa。 （2）選擇旋繞比，計(jì)算曲度系數(shù) 根據(jù)下表3-4選擇旋繞比 　表3.4 旋繞比的薦用范圍 d/mm C 確定旋繞比，曲度系數(shù) （3）強(qiáng)度計(jì)算 mm （3.16） 與原來(lái)的d接近，合格。 中徑： mm；外徑： mm。 （4）極限轉(zhuǎn)角°取 °，則mm （5）剛度計(jì)算 彈簧剛度 mm （3.17） 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) （3.18） 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°，mm，mm，，合格。 3.5 從動(dòng)軸的計(jì)算 3.5.1 選材 40Cr調(diào)質(zhì)鋼可用于載荷較大而無(wú)很大沖擊的重要軸，初選40Cr調(diào)質(zhì) 。 3.5.2 確定軸的直徑 （3.19） 式中： A——由材料與受載情況決定的系數(shù)。 表3.5 軸常用幾種材料的及A值 軸的材料 Q235-A，20 Q275，35 （1Cr18Ni9Ti） 45 40Cr,35SiMn 38SiMnMo,3Cr13 15～25 20～35 25～45 35～56 A 149～126 135～112 126～103 112～97 取，n 為軸的轉(zhuǎn)速，r/min，則 mm，取mm。 3.6 本章小結(jié) 離合器是汽車(chē)傳動(dòng)系中的重要部件，他的構(gòu)造特性與發(fā)展和傳動(dòng)系緊密相關(guān)，因此首先必須了解汽車(chē)傳動(dòng)系的概貌以及離合器的主要結(jié)構(gòu)。汽車(chē)離合器雖然有摩擦式、液力式、電磁式三種類(lèi)型，但摩擦式較為廣泛，所以本章系統(tǒng)介紹了膜片彈簧離合器的主要組成部件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并講述了離合器各零件的結(jié)構(gòu)和材料，以及各部分的連接關(guān)系，并根據(jù)任務(wù)書(shū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，主要有：離合器主要零部件的計(jì)算，包括從動(dòng)盤(pán)的設(shè)計(jì)計(jì)算；摩擦片主要參數(shù)的選擇、設(shè)計(jì)計(jì)算以及優(yōu)化；扭轉(zhuǎn)減振器與減震彈簧的計(jì)算。本章中最初的原始數(shù)據(jù)與比亞迪F0的數(shù)據(jù)類(lèi)似，故設(shè)計(jì)中參考實(shí)際車(chē)型相比較，驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性。 第 4 章 膜片彈簧的設(shè)計(jì) 4.1 膜片彈簧的概述 從圖4-1中可以看出，膜片彈簧在結(jié)構(gòu)形狀上分為兩部分，一部分在膜片彈簧大端處，為一個(gè)完整的截錐體，膜片彈簧的另一部分就是 它的徑向開(kāi)槽部分，像一圈伸出的手指，其作用是作為分離桿。離合器的分離正是利用這些徑向開(kāi)槽部分作為“杠桿”，使其碟簧部分脫開(kāi)與壓盤(pán)的接觸，故又稱(chēng)它為分離指。分離指與碟簧部分交界處的徑向槽較寬，呈長(zhǎng)方形圓孔。 圖4.1 膜片彈簧 膜片彈簧使用優(yōu)質(zhì)高精質(zhì)鋼。其碟簧部分的尺寸精度要求高，碟簧材料為60SiMnA。為了提高膜片彈簧的承載能力，要對(duì)膜片彈簧進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，得具有高抗疲勞能力的回火索氏體。要防止膜片內(nèi)緣離開(kāi)，同時(shí)對(duì)膜片彈簧進(jìn)行強(qiáng)壓處理（將彈簧壓平并保持小時(shí)），使其高壓力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應(yīng)力，對(duì)膜片彈簧的凹表面進(jìn)行噴丸處理，噴丸是φ0.8的白口鐵小丸， 可提高彈簧的疲勞壽命。同時(shí)，為提高分離指的耐磨性，對(duì)其進(jìn)行局部高頻淬火式鍍鉻。采用乳白鍍鉻，若膜片彈簧許用應(yīng)力可取為1500～1700N/mm2。 4.2 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇 4.2.1 膜片彈簧主要參數(shù)的計(jì)算 1. 比較H/h的選擇 此值對(duì)膜片彈簧的彈性特性影響極大，分析載荷與變形1之間的函數(shù)關(guān)系可知，當(dāng)時(shí)，F(xiàn)2為增函數(shù)；時(shí)，F(xiàn)1有一極值，而該極值點(diǎn)又恰為拐點(diǎn)；時(shí)，F(xiàn)1有一極大值和極小值；當(dāng)時(shí)，F(xiàn)1極小值在橫坐標(biāo)上 圖4.2 膜片彈簧的彈性特性曲線(xiàn) 為保證離合器壓緊力變化不大和操縱方便，汽車(chē)離合器用膜片彈簧的H/h通常在1.5～2范圍內(nèi)選取。常用的膜片彈簧板厚為2～4mm，本設(shè)計(jì) ，h=2.5mm ，則H=5mm 。 2. R/r選擇 通過(guò)分析表明，R/r越小，應(yīng)力越高，彈簧越硬，彈性曲線(xiàn)受直徑誤差影響越大。汽車(chē)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1.2～1.3 的范圍內(nèi)取值。 本設(shè)計(jì)中取，摩擦片的平均半徑 mm （4.1） 取mm則mm 則。 3.圓錐底角 汽車(chē)膜片彈簧在自由狀態(tài)時(shí)，圓錐底角α一般在°范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)中 （4.2） 得°在°之間，合格。分離指數(shù)常取為18，大尺寸膜片彈簧有取24的，對(duì)于小尺寸膜片彈簧，也有取12的，本設(shè)計(jì)所取分離指數(shù)為18。 4.切槽寬度 mm，mm，取mm，mm，應(yīng)滿(mǎn)足的要求。 5. 壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑和支承環(huán)加載點(diǎn)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。本設(shè)計(jì)取mm，mm。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。國(guó)內(nèi)常用的碟簧材料的為60Si2MnA，當(dāng)量應(yīng)力可取為1600～1700N/mm2。 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(pán)高度（從承壓點(diǎn)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。 圖4.3 膜片彈簧尺寸符號(hào)示意圖 4.2.2 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì) （1）為了滿(mǎn)足離合器使用性能的要求，彈簧的與初始錐角 應(yīng)在一定范圍內(nèi)，即 （2）彈簧各部分有關(guān)尺寸的比值應(yīng)符合一定的范圍，即 （3）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(pán)加載點(diǎn)半徑（或拉式膜片彈簧的壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑）應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，即 拉式： （4）根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求，與，與之差應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即 （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 拉式： 由（4）和（5）得mm，mm。 4.2.3 膜片彈簧的載荷與變形關(guān)系 碟形彈簧的形狀如圖3-2所示的錐型墊片，它具有獨(dú)特的彈性特征，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)中。膜片彈簧是具有特殊結(jié)構(gòu)的碟形彈簧，在碟簧的小端伸出許多由徑向槽隔開(kāi)的掛狀部分——分離指。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(diǎn)相同時(shí)）。因此，碟形彈簧有關(guān)設(shè)計(jì)公式對(duì)膜片彈簧也適用。通過(guò)支承環(huán)和壓盤(pán)加在膜片彈簧上的沿圓周分布的載荷，假象集中在支承點(diǎn)處，用F1表示，加載點(diǎn)間的相對(duì)變形（軸向）為λ1，則壓緊力F1與變形λ1之間的關(guān)系式為: （4.3） 式中： E——彈性模量，對(duì)于鋼，； μ——泊松比，對(duì)于鋼，μ=0.3； H——膜片彈簧在自由狀態(tài)時(shí)，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(shí)碟簧部分的大端半徑； r——彈簧自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的小端半徑； R1——壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑； r1——支承環(huán)加載點(diǎn)半徑。 表4.1　膜片彈簧彈性特性所用到的系數(shù) R r R1 r1 H h 95 76 93 78 5 2.5 代入上式（4.3）得 （4.4） 對(duì)式（4.4）求一次導(dǎo)數(shù)，可解出λ1=F1的凹凸點(diǎn)，求二次導(dǎo)數(shù)可得拐點(diǎn)。 凸點(diǎn)：mm時(shí)，N 凹點(diǎn)：mm時(shí)，N 拐點(diǎn)：mm時(shí)，N 當(dāng)離合器分離時(shí)，膜片彈簧加載點(diǎn)發(fā)生變化。設(shè)分離軸承對(duì)膜片彈簧指所加的載荷為F2，對(duì)應(yīng)此載荷作用點(diǎn)的變形為λ2。 （4.5） （4.6） 根據(jù)以上公式可求出下列表中數(shù)據(jù)： 　表4.2 膜片彈簧工作點(diǎn)的數(shù)據(jù) 2.31 5.59 3.39 1.73 4.19 2.97 3678.88 2060.86 2868.86 1618.71 906.78 1262.30 膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇。從膜片彈簧的彈性特性曲線(xiàn)圖分析出，該曲線(xiàn)的拐點(diǎn)H對(duì)應(yīng)著膜片彈簧壓平位置，而。新離合器在接合狀態(tài)時(shí)，膜片彈簧工作點(diǎn)B一般取在凸點(diǎn)M和拐點(diǎn)H之間，且靠近或在H點(diǎn)處，一般,以保證摩擦片在最大磨損限度Δλ范圍內(nèi)壓緊力從F1B到F1A變化不大。當(dāng)分離時(shí)，膜片彈簧工作點(diǎn)從B變到C ，為最大限度地減小踏板力，C點(diǎn)應(yīng)盡量靠近N點(diǎn)。為了保證摩擦片磨損后仍能可靠的傳遞傳矩，并考慮摩擦因數(shù)的下降，摩擦片磨損后彈簧工作壓緊力應(yīng)大于或等于新摩擦片時(shí)的壓緊力 4.2.4 膜片彈簧的應(yīng)力計(jì)算 假定膜片彈簧在承載過(guò)程中其子午斷面剛性地繞此斷面上的某中性點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)。斷面在O點(diǎn)沿圓周方向的切向應(yīng)變?yōu)榱?，故該點(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?，F(xiàn)選定坐標(biāo)于子午斷面，使坐標(biāo)原點(diǎn)位于中性點(diǎn)O。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： （4.7） 圖4.4 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=（R-r）/In(R/r) （4.8） 為了分析斷面中斷向應(yīng)力的分布規(guī)律，將上式寫(xiě)成Y與X軸的關(guān)系式： （4.9） 圖4.5 切向應(yīng)力在子午斷面的分布 由式（4.9）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αt在X-Y坐標(biāo)系里呈線(xiàn)性分布。 當(dāng)時(shí)，因?yàn)榈闹岛苄?，我們可以將看成，由上式可?xiě)成。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軸承角的直線(xiàn)上?？梢钥闯霎?dāng)時(shí)無(wú)論取任何值，都有。顯然，零應(yīng)力直線(xiàn)為K點(diǎn)與O點(diǎn)的連線(xiàn)，在零應(yīng)力直線(xiàn)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(xiàn)離應(yīng)力直線(xiàn)越遠(yuǎn)，其應(yīng)力越高。由此可知，碟簧部分內(nèi)緣點(diǎn)B處切向壓應(yīng)力最大，A處切向拉應(yīng)力最大，分析表明，B點(diǎn)的切向應(yīng)力最大，計(jì)算膜片彈簧的應(yīng)力只需校核B處應(yīng)力就可以了，將B點(diǎn)的坐標(biāo)X=（e-r）和Y=h/2 代入（4.9）中有 （4.10） 令可以求出切向壓應(yīng)力達(dá)極大值的轉(zhuǎn)角 由于 mm 所以 ，N/mm2 B點(diǎn)作為分離指根部的一點(diǎn)，在分離軸承推力F2作用下還受有彎曲應(yīng)力： （4.11） 式中： n——分離指數(shù)目; n=18 Br——單個(gè)分離指的根部寬; mm （4.12） 因此 N/mm2 由于σrB是與切向壓應(yīng)力σtB垂直的拉應(yīng)力，所以根據(jù)最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論，B點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力為： N/mm (4.13) N/mm2 膜片彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力一般都稍高于材料的局限，為提高膜片彈簧的承載能力，一般要經(jīng)過(guò)以下工藝：先對(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，得到具有較高抗疲勞能力的回火索氏體，對(duì)膜片彈簧進(jìn)行強(qiáng)壓處理（將彈簧壓平并保持12～14h），使其高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應(yīng)力，對(duì)膜片彈簧的凹表面進(jìn)行噴丸處理，提高彈簧疲勞壽命，對(duì)分離指進(jìn)行局部高頻淬火或鍍鋁，以提高其耐磨性。 4.3本章小結(jié) 膜片彈簧的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，按照參考樣件或先期的經(jīng)驗(yàn)初步選定膜片彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸，然后對(duì)其工作彈性、應(yīng)力強(qiáng)度等作出分析，最終經(jīng)過(guò)優(yōu)選定出其合理的結(jié)構(gòu)尺寸。在本章中詳細(xì)對(duì)膜片彈簧進(jìn)行計(jì)算分析。 第 5 章 離合器操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5.1 操縱機(jī)構(gòu) 汽車(chē)離合器操縱機(jī)構(gòu)是駕駛員用來(lái)控制離合器分離又使之柔和接合的一套機(jī)構(gòu)。它始于離合器踏板，終止于離合器殼內(nèi)的分離軸承。由于離合器使用頻繁，因此離合器操縱機(jī)構(gòu)首先要求操作輕便。輕便性包括兩個(gè)方面，一是加在離合器踏板上的力不應(yīng)過(guò)大，另一方面是應(yīng)有踏板形成的校正機(jī)構(gòu)。離合器操縱機(jī)構(gòu)按分離時(shí)所需的能源不同可分為機(jī)械式、液壓式、彈簧助力式、氣壓助力機(jī)械式、氣壓助力液壓式等等。 離合器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足的要求是[3]： （1）踏板力要小，轎車(chē)一般在80～150N范圍內(nèi)，貨車(chē)不大于150～200N； （2）踏板行程對(duì)轎車(chē)一般在mm范圍內(nèi)，對(duì)貨車(chē)最大不超過(guò)180mm； （3）踏板行程應(yīng)能調(diào)整，以保證摩擦片磨損后分離軸承的自由行程可復(fù)原； （4）應(yīng)有對(duì)踏板行程進(jìn)行限位的裝置，以防止操縱機(jī)構(gòu)因受力過(guò)大而損壞； （5）應(yīng)具有足夠的剛度； （6）傳動(dòng)效率要高； （7）發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)及車(chē)架和駕駛室的變形不會(huì)影響其正常工作。 機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)有杠系傳動(dòng)和繩索系兩種傳動(dòng)形式，杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，但是機(jī)械效率低，質(zhì)量大，車(chē)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(dòng)可消除上述缺點(diǎn)，但壽命短，機(jī)構(gòu)效率不高。