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河南理工大學(xué) 萬方科技學(xué)院 膜片彈簧離合器 課程設(shè)計(jì)說明書 指導(dǎo)教師： 學(xué) 院： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 2012年5月16日 摘 要 膜片彈簧離合器所需作用力比螺旋彈簧離合器的作用力小的多，故操作輕便。其本身兼壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化并顯著地縮短了離合器的軸間尺寸。膜片彈簧離合器具有良好的非線性特性，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，且減輕分離離合器時(shí)的踏板力。由于膜片彈簧與壓盤的整個(gè)圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片接觸良好，磨損均勻。 本設(shè)計(jì)主要分析了膜片彈簧離合器，對(duì)膜片彈簧離合器進(jìn)行了分類，闡述了膜片彈簧離合器的原理和組成及其特性.設(shè)計(jì)包括對(duì)從動(dòng)盤總成的設(shè)計(jì)校核，對(duì)壓盤的設(shè)計(jì)校核，對(duì)離合器蓋的設(shè)計(jì)校核及離合器蓋的設(shè)計(jì)校核和優(yōu)化。具體設(shè)計(jì)計(jì)算了摩擦片、扭轉(zhuǎn)減振器、膜片彈簧、壓盤、離合器蓋、 傳動(dòng)片等多個(gè)部件總成。 目錄 第1章 緒論 1.1 概述 ………………………………………………………………6 1.2 汽車離合器結(jié)構(gòu)的發(fā)展 ……………………………………………8 1.3 離合器的功用 ………………………………………………………8 1.4 摩擦式離合器的基本結(jié)構(gòu)原理 …………………………………………13 1.5 摩擦式離合器的基本要求 ………………………………………………13 1.6 膜片彈簧離合器概述… …………………………………………………15 1.7 膜片彈簧離合器的組成 …………………………………………………20 1.8 膜片彈簧支承形式 ………………………………………………………21 1.9.1 拉式膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn) …………………………………………23 1.9.2 膜片彈簧離合器原理 ………………………………………………24 第2章 離合器結(jié)構(gòu)方案選取及參數(shù)計(jì)算 2.1 離合器車型的選擇 ………………………………………………………26 2.2 離合器摩擦片參數(shù)的確定 ………………………………………………27 2.2.1 摩擦片參數(shù)的選擇………………………………………………………31 2.3 膜片彈簧的設(shè)計(jì) 2.3.1 膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) …………………………………………………32 2.3.2 膜片彈簧額度變形特性和加載方 ……………………………………32 2.3.3 膜片彈簧的彈性變形特性 ……………………………………………34 2.3.4 膜片彈簧的參數(shù)尺寸確定… …………………………………………36 2.3.5 膜片彈簧的基本參數(shù)的選擇 …………………………………………37 第3章 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì) 3.1 減震器概述 ………………………………………………………38 3.2 扭轉(zhuǎn)減振器的主要參數(shù) …………………………………………………41 3.3 減振彈簧的計(jì)算 ………………………………………………………44 第4章 離合器其他主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 從動(dòng)盤總成 ………………………………………………………45 4.2 從動(dòng)盤轂的設(shè)計(jì) ………………………………………………………47 4.3 從動(dòng)片的設(shè)計(jì) ………………………………………………………48 4.4 離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………………48 4.5 壓盤的設(shè)計(jì)要求 ………………………………………………………49 4.6 壓盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選擇 …………………………………………………49 第5章 離合器的分離裝置 5.1 分離桿 ………………………………………………………50 5.2 分離軸承及分離套筒 ……………………………………………………51 第6章 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) ………………………………………………………52 第7章 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………52 第1章 緒論 1.1概述 在以內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)汽車中，無論是AMT或MT，離合器都作為一個(gè)獨(dú)立的部件而存在。雖然發(fā)展自動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)是汽車傳動(dòng)系的發(fā)展序曲，但有人指出：根據(jù)德國出版的2003年世界汽車年鑒，2002年世界各國114家汽車公司所產(chǎn)的1864款乘用車中，手動(dòng)機(jī)械變速器車款數(shù)為1337款；在我國，乘用車中自動(dòng)擋車款式只占全國平均數(shù)的36.53%；若考慮到商用車中更多的采用手動(dòng)變速器，手動(dòng)擋汽車目前仍然是世界車款的主流。談到未來，考慮傳動(dòng)系由MT向自動(dòng)傳動(dòng)系過度，采用AMT技術(shù)其產(chǎn)品改造較為容易，因此AMT技術(shù)是自動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者?？梢哉f，從目前到將來離合器這一部件都將會(huì)伴隨著內(nèi)燃機(jī)一起存在，不可能在汽車上消失。 1.2 汽車離合器結(jié)構(gòu)的發(fā)展 在早期研發(fā)的離合器結(jié)構(gòu)中，錐形離合器最為成功。它的原型設(shè)計(jì)曾裝在1869年德國戴姆勒公司生產(chǎn)的鋼制車輪的小汽車上。它是將發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的內(nèi)控做成椎體作為離合器的主動(dòng)件。采用錐形離合器的方案一直延續(xù)到二十世紀(jì)二十年代中葉，對(duì)當(dāng)時(shí)來說，追行離合器的制造比較容易，摩擦面容易修復(fù)。它的摩擦材料曾用過駝毛帶、皮革帶等。那時(shí)也曾出現(xiàn)過蹄鼓式離合器來替代錐型離合器。無論是錐形離合器還是蹄鼓式離合器，都容易造成分離不徹底甚至出現(xiàn)住從動(dòng)件根本無法分離的自鎖現(xiàn)象。 現(xiàn)今所用的盤式離合器的先驅(qū)十多片盤式離合器，它是直到1925年以后才出現(xiàn)的。多片式離合器的最主要的優(yōu)點(diǎn)是，在汽車起步是離合器的結(jié)合比較平順，無沖擊。早期的設(shè)計(jì)中，多片按成對(duì)布置設(shè)計(jì)，一個(gè)鋼盤片對(duì)這一個(gè)青銅盤片。采用純粹的金屬對(duì)金屬的摩擦副，把它們浸在油中工作，能打到更為滿意的性能。 浸在油中的盤式離合器，盤子直徑不能太大，以避免在高速是把有甩掉。此外，油也容易把金屬盤片黏住，不易分離。但畢竟還是優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)。因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，許多其他離合器還在原創(chuàng)階段，性能很不穩(wěn)定。 石棉基摩擦材料的引入和改進(jìn)，使得盤式離合器可以傳遞更大的扭矩，能耐受更高的溫度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用較小的摩擦面積，因而可以減小摩擦片數(shù)，這是由于多片離合器向單片離合器轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。20世紀(jì)20年代末，直到進(jìn)入30年代時(shí)，只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才使用多片離合器。 早期的單片干式離合器有與錐形離合器相類似的問題，即離合器結(jié)合是不夠平順。但是，由于單片干式離合器結(jié)構(gòu)緊湊，散熱良好，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，所以以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車經(jīng)常采用它，尤其是成功地開發(fā)了價(jià)格便宜的沖壓件離合器蓋以后更是如此。 實(shí)際上早在1920年就出現(xiàn)了單片干式離合器，這和前面提到的與發(fā)明了石棉基摩擦材料面片有關(guān)。但是那是相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，由于技術(shù)上的缺陷，造成了單片式離合器再結(jié)合是不夠平順等問題。第一次世界大戰(zhàn)后初期，單片離合器的從動(dòng)盤金屬片上是沒有摩擦面片的，摩擦面片是貼附在主動(dòng)件飛輪和壓盤上，彈簧布置在中央，通過杠桿放大后作用在壓盤上，后來改用多個(gè)直徑較小的彈簧（一般至少6個(gè)），沿著圓周布置直接壓在壓盤上，成為現(xiàn)今最為通用的螺旋彈簧布置方法。這種布置在設(shè)計(jì)上帶來了實(shí)實(shí)在在的好處，使得壓盤上彈簧的工作壓力分部更均勻，并減小了軸向尺寸。 多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的改進(jìn)是人們逐漸趨向于首選單片干式摩擦離合器，因?yàn)樗哂袕膭?dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、散熱性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點(diǎn)，而且由于在節(jié)后上采用一點(diǎn)措施，已能做到接合平順，因此現(xiàn)在廣泛用于大中小各類車型中。 如今單片干式摩擦離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面相當(dāng)完善。采用具有軸向彈性的從動(dòng)盤，提高了離合器的結(jié)合平順性。離合器從動(dòng)盤總成中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振，減小了傳動(dòng)系噪聲和動(dòng)載荷。 隨著人們對(duì)汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎(chǔ)上得到不斷改進(jìn)，乘用車上愈來愈多地采用具有雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減振器，能有效地降低傳動(dòng)系的噪聲。 對(duì)于重型離合器，由于商用車趨于大型化，發(fā)動(dòng)機(jī)功率不斷加大，但離合器允許加大尺寸的空間有限（現(xiàn)在離合器從動(dòng)盤的直徑已達(dá)430MM），離合器的使用條件日酷一日，增加離合器扭轉(zhuǎn)能力，提高其使用壽命，簡(jiǎn)化操作，已成為重型離合器當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。為了提高離合器的扭轉(zhuǎn)能力，在重型汽車上可采用雙片式干式離合器。從理論上講，在相同的徑向尺寸下，雙片式離合器的扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)能力和使用壽命是單片的1倍。但受到其他客觀因素的影響（如散熱等），實(shí)際的效果要比理論值低一些。 結(jié)構(gòu)上采用拉式膜片彈簧的離合器，其允許的扭轉(zhuǎn)能力要比其他的結(jié)構(gòu)形式大。從動(dòng)盤采用金屬陶瓷的離合器要比一般有機(jī)片摩擦材料的離合器扭轉(zhuǎn)能力要提高30%，而使用壽命至少要提高70%以上。 近年來濕式離合器在技術(shù)上不斷改進(jìn)，在國外某些重型牽引汽車合資卸汽車上又開始采用多片濕式離合器。與干式離合器相比，由于用油泵進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的結(jié)果，摩擦表面溫度較低（不超過93°），因此，起步時(shí)長(zhǎng)時(shí)間打滑也不至燒損摩擦片。據(jù)報(bào)道，該種離合器有著良好的起步能力，其壽命可達(dá)干式離合器的5~6倍。 1.3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，保證汽車平穩(wěn)起步。如前所述，現(xiàn)代車用活塞式發(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，而汽車則只能由靜止開始起步，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)，汽車便由靜止開始緩慢地平穩(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)，如沒有離合器來分離發(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)常脫開嚙合和進(jìn)入嚙合。如在脫檔時(shí)，由于原來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。 1.4 摩擦式離合器的基本結(jié)構(gòu)原理 全套離合器應(yīng)由兩部分組成：離合器和離合器操縱組件。 就摩擦式離合器本身而言，按其功能要求，結(jié)構(gòu)上應(yīng)有下列部分組成：主動(dòng)件、從動(dòng)件、壓緊彈簧和分離杠桿。 基本結(jié)構(gòu)原理如下： 壓盤、分離桿和壓緊彈簧一起組裝在離合器蓋內(nèi)，俗稱離合器蓋總成。蓋總成通過螺栓安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上。飛輪和壓盤為主動(dòng)件，發(fā)動(dòng)機(jī)的壯舉通過這兩個(gè)主動(dòng)件輸入。飛輪和壓盤之間為從動(dòng)盤總成，它作為從動(dòng)件通過摩擦接受由主動(dòng)件傳來的輸入扭矩，并通過其中間的從動(dòng)盤轂花鍵輸出轉(zhuǎn)矩。壓緊彈簧通過壓盤把從動(dòng)盤總成緊緊壓在飛輪上，形成工作壓力。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作帶動(dòng)飛輪和壓盤一道旋轉(zhuǎn)式，通過壓盤上壓緊彈簧產(chǎn)生的工作壓力所形成的摩擦力，帶動(dòng)從動(dòng)盤總成旋轉(zhuǎn)，完成扭矩的輸出。 離合器通?？偸翘幱诮雍蠣顟B(tài)。當(dāng)需要切斷動(dòng)力時(shí)，駕駛員通過離合器操縱系統(tǒng)中的踏板，并通過操縱傳動(dòng)桿系及分離撥叉推動(dòng)分離套筒向前，消除間隙，使分離干擾器在離合器蓋上的支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，克服壓緊彈簧的工作壓力后，壓盤向后移動(dòng)，從動(dòng)盤總成和壓盤脫離接觸。離合器分離時(shí)，從動(dòng)盤不再輸出扭矩。分離套筒向左移動(dòng)時(shí)，在消除間隙后，輸出軸收到了制動(dòng)，轉(zhuǎn)速很快下降。此種狀態(tài)稱為離合器制動(dòng)，其目的是為了容易換擋。但這種離合器制動(dòng)主要用在重型離合器上，一般離合器不一定采用。分離桿和分離軸承之間的間隙通常是需要的，因?yàn)閺膭?dòng)盤總成因摩擦面磨損后會(huì)使壓盤向左移動(dòng)，如果這一移動(dòng)受到分離軸承的限制，就會(huì)導(dǎo)致壓盤不能很好地壓緊摩擦面，從而造成從動(dòng)盤在扭轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生打滑現(xiàn)象。離合器使用一段時(shí)間后由于間隙消失需要重新調(diào)整。現(xiàn)今許多離合器都設(shè)計(jì)有自動(dòng)調(diào)整間隙的結(jié)構(gòu)，此時(shí)間隙就可以為零，并能在任何時(shí)候都保持零間隙而不影響離合器正常工作。這樣就可省卻使用中需要經(jīng)常調(diào)整間隙的麻煩。 離合器的工作原理 圖1.1 離合器總成 1-軸承 2-飛輪 3-從動(dòng)盤 4-壓盤 5-離合器蓋螺栓 6-離合器蓋 7-膜片彈簧 8-分離軸承 9-軸 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，通過飛輪2和壓盤借摩擦作用傳給從動(dòng)盤3，在通過從動(dòng)軸傳給變速器。當(dāng)駕駛員踩下踏板時(shí)，通過拉桿，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)，而外端與壓盤連接，所以能克服壓緊彈簧的力量拉動(dòng)壓盤向左，這樣，從動(dòng)盤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)壓盤向右，仍將從動(dòng)盤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。 在分析離合器工作過程之前，首先掌握以下常用名詞： 自由間隙：離合器接合時(shí)，分離軸承前端面與分離杠桿端頭之間的間隙。 分離間隙：離合器分離后，從動(dòng)盤前后端面與飛輪及壓盤表面間的間隙。 離合器踏板自由行程：從踩下離合器踏板到消除自由間隙所對(duì)應(yīng)的踏板行程是自由行程。 離合器踏板工作行程：消除自由間隙后，繼續(xù)踩下離合器踏板，將會(huì)產(chǎn)生分離間隙，此過程所對(duì)應(yīng)的踏板行程是工作行程。 離合器的工作過程可以分為分離過程和接合過程 在分離過程中，踩下離合器踏板，在自由行程內(nèi)首先消除離合器的自由間隙，然后在工作行程內(nèi)產(chǎn)生分離間隙，離合器分離。 離合器是一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它有主動(dòng)部分和從動(dòng)部分，兩部分可以暫時(shí)分離也可以慢慢結(jié)合，并且在傳動(dòng)過程中還有可能產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以，離合器的主動(dòng)件和從動(dòng)件之間會(huì)依靠接觸摩擦來傳遞扭矩，或者是利用摩擦所需要的壓緊力，或是利用液體作為傳動(dòng)的介質(zhì)，或是利用磁力傳動(dòng)等方式來傳遞扭矩。 目前在汽車上廣泛使用的就是靠彈簧壓緊的摩擦離合器。汽車在行駛的過程中需要經(jīng)常保持動(dòng)力的傳遞，中斷動(dòng)力只是暫時(shí)的需要，故在行駛過程中主動(dòng)和從動(dòng)部分長(zhǎng)期處于結(jié)合狀態(tài)，當(dāng)駕駛員踩下離合器踏板時(shí)，通過機(jī)件的傳遞，讓從動(dòng)部分與主動(dòng)部分分離。 1.5 摩擦式離合器的基本要求 離合器的結(jié)構(gòu)形式可以不相同，但在使用上對(duì)它的基本要求是一致的，它們應(yīng)該是： （1）在任何行駛條件下，既能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲(chǔ)備，又能防止過載。 （2）接合時(shí)要完全、平順、柔和，保證起初起步時(shí)沒有抖動(dòng)和沖擊。 （3）分離時(shí)要迅速、徹底。 （4）從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕換檔時(shí)變速器齒輪間的沖擊，便于換檔和減小同步器的磨損。 （5）應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)效果，以保證工作溫度不致過高，延長(zhǎng)壽命。操縱方便、準(zhǔn)確，以減少駕駛員的疲勞。 （6） 具有足夠的強(qiáng)度和良好的動(dòng)平衡，應(yīng)注意平衡并免受離心力的影響。 （7） 操縱輕便，工作性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)。 1.6膜片彈簧離合器概述 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。膜片彈簧離合器是近年來在轎車和輕型載貨汽車上廣泛采用的一種離合器。因其作為壓簧，可以同時(shí)兼起分離杠桿的作用，使離合器的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，質(zhì)量減少，并顯著地縮短了離合器的軸向尺寸。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。另外由于膜片彈簧具有非線性彈性特性，故能在從動(dòng)盤摩擦片磨損后，彈簧仍能可靠的傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，而不致產(chǎn)生滑離。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。此外，因膜片是一種對(duì)稱零件，平衡性好，在高速下，其壓緊力降低很少，而周布置彈離合器在高速時(shí)，因受離心力作用會(huì)產(chǎn)生橫向撓曲，彈簧嚴(yán)重鼓出，從而降低了對(duì)壓盤的壓緊力，從而引起離合器傳遞轉(zhuǎn)矩能力下降。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。 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上用得越來越廣。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)，其性能可能還不如普通螺旋彈簧離合器。 作為壓緊彈簧的所謂膜片彈簧，是由彈簧鋼沖壓成的，具有“無底碟子”形狀的截錐形薄壁膜片，且自其小端在錐面上開有許多徑向切槽，以形成彈性杠桿，而其余未切槽的大端截錐部分則起彈簧作用。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）鉚釘來安裝定位。當(dāng)離合器蓋用螺栓固定到飛輪上時(shí)，由于離合器蓋靠向飛輪，后支承圈則壓膜片彈簧使其產(chǎn)生彈性變形，錐頂角變大，甚至膜片彈簧幾乎變平。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)。當(dāng)離合器分離時(shí)，分離軸承前移膜片彈簧壓前支承圈并以其作為支點(diǎn)發(fā)生反錐形的轉(zhuǎn)變，使膜片彈簧大端后移，并通過分離鉤拉動(dòng)壓盤后移使離合器分離。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。 膜片彈簧離合器在轎車及微型、輕型客車上得到廣泛運(yùn)用，而且正大力擴(kuò)展到載貨汽車和重型汽車上，國外已經(jīng)設(shè)計(jì)出了傳遞轉(zhuǎn)矩為80~~2000N.m、最大摩擦片外徑達(dá)420的膜片彈簧離合器系列，廣泛用于轎車、客車、輕型和中型貨車上。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。膜片彈簧離合器的操縱曾經(jīng)都采用壓式機(jī)構(gòu)，即離合器分離時(shí)膜片彈簧彈性杠壓桿內(nèi)端的分離指處是承受壓力。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。后者的膜片彈簧為反裝，并將支承圈移到膜片彈簧的大端附近，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，零件減少、裝拆方便；膜片彈簧的應(yīng)力分布也得到改善，最大應(yīng)力下降；支承圈磨損后仍保持與膜片的接觸使離合器踏板的自由行程不受影響。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。 膜片彈簧離合器是用膜片彈簧代替了一般螺旋彈簧以及分離桿機(jī)構(gòu)而做成的離合器，因?yàn)樗贾迷谥醒耄砸部伤阒醒霃椈呻x合器。 1.7膜片彈簧離合器的組成 每一個(gè)離合器都是由以下的部分組成的： （1）主動(dòng)部分：飛輪、壓盤、離合器蓋等； （2）從動(dòng)部分：從動(dòng)盤、從動(dòng)軸（即變速器第一軸）； （3）壓緊部分：膜片彈簧； （4）操縱機(jī)構(gòu)：分離杠桿、分離杠桿支承柱、擺動(dòng)銷、分離套筒、分離軸承、離合器踏板等。1.3膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu) 膜片彈簧離合器總成由膜片彈簧、離合器蓋、壓盤、傳動(dòng)片和分離軸承總成等部分組成。 膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)圖 （1）離合器蓋 離合器蓋一般為120°或90°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的板殼沖壓結(jié)構(gòu)，通過螺栓與飛輪聯(lián)結(jié)在一起。離合器蓋是離合器中結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜的承載構(gòu)件，壓緊彈簧的壓緊力最終都要由它來承受。 （2）膜片彈簧 膜片彈簧是離合器中重要的壓緊元件，在其內(nèi)孔圓周表面上開有許多均布的長(zhǎng)徑向槽，在槽的根部制成較大的長(zhǎng)圓形或矩形窗孔，可以穿過支承鉚釘，這部分稱之為分離指；從窗孔底部至彈簧外圓周的部分形狀像一個(gè)無底寬邊碟子，其截面為截圓錐形，稱之為碟簧部分。 （3）壓盤 壓盤的結(jié)構(gòu)一般是環(huán)形盤狀鑄件，離合器通過壓盤與發(fā)動(dòng)機(jī)緊密相連。壓盤靠近外圓周處有斷續(xù)的環(huán)狀支承凸臺(tái)，最外緣均布有三個(gè)或四個(gè)傳力凸耳。 （4）傳動(dòng)片 離合器接合時(shí)，飛輪驅(qū)動(dòng)離合器蓋帶動(dòng)壓盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過壓盤與從動(dòng)盤摩擦片之間的摩擦力使從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)；在離合器分離時(shí)，壓盤相對(duì)于離合器蓋作自由軸向移動(dòng)，使從動(dòng)盤松開。這些動(dòng)作均由傳動(dòng)片完成。傳動(dòng)片的兩端分別與離合器蓋和壓盤以鉚釘或螺栓聯(lián)接，一般采用周向布置。在離合器接合時(shí)，離合器蓋通過它來驅(qū)動(dòng)壓盤共同旋轉(zhuǎn)；在離合器分離時(shí)，可利用它的彈性恢復(fù)力來牽動(dòng)壓盤軸向分離并使操縱力減小。 （5）分離軸承總成 分離軸承總成由分離軸承、分離套筒等組成。分離軸承在工作時(shí)主要承受軸向分離力，同時(shí)還承受在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力作用下的徑向力。目前國產(chǎn)的汽車中多使用角接觸推力球軸承，采用全密封結(jié)構(gòu)和高溫鏗基潤滑脂，其端面形狀與分離指舌尖部形狀相配合，舌尖部為平面時(shí)采用球形端面，舌尖部為弧形面時(shí)采用平端面或凹弧形端面。 1.8 膜片彈簧支承形式 膜片彈簧離合器，按其分離軸承運(yùn)動(dòng)的方向可分為推式和拉式兩種。拉式離合器和推式離合器的結(jié)構(gòu)區(qū)別：膜片彈簧安裝時(shí)和推式相反，膜片彈簧的小端向內(nèi)凹；拉式膜片彈簧離合器的膜片彈簧是在最外端外側(cè)與離合器蓋接觸的，接觸處只有1個(gè)支撐環(huán)，而推式結(jié)構(gòu)有兩個(gè)；拉式膜片彈簧與壓盤凸臺(tái)的接觸相對(duì)靠里；拉式的分離軸承與膜片彈簧分離指總是要連在一起才能實(shí)施離合動(dòng)作。離合器做分離時(shí)，向外拉分離軸承，分離指繞支撐環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，使膜片彈簧與壓盤凸塊不再接觸，由此可知，在支撐環(huán)處，無論離合器是在分離狀態(tài)還是結(jié)合狀態(tài)，它對(duì)膜片彈簧作用力的方向永不改變，因此，在該支撐處就不可能出現(xiàn)間隙。即使支撐環(huán)有磨損，它也能自動(dòng)補(bǔ)償。 拉式和推式膜片彈簧優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1 表1 推式和拉式膜片彈簧優(yōu)缺點(diǎn)比較 類型 項(xiàng)目 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 支撐環(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 推式膜片彈簧支承結(jié)構(gòu)按支承環(huán)數(shù)目不同分為三種。圖1-1為雙支承環(huán)形式，其中圖1-3a用臺(tái)肩式鉚釘將膜片彈簧、兩個(gè)支承 圖1-2 拉式膜片彈簧離合器環(huán)與離合器蓋定位鉚合在一起，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是早已采用的傳統(tǒng)形式；圖2—3b在鉚釘上裝硬化襯套和剛性擋環(huán)，可提高耐磨性和使用壽命，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；圖2—3c取消了鉚釘，在離合器蓋內(nèi)邊緣上伸出許多舌片，將膜片彈簧、兩個(gè)支承環(huán)與離合器蓋彎合在一起，使結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)化、耐久性良好，因此其應(yīng)用日益廣泛。 圖 圖1-3推式膜片彈簧雙支承環(huán)形式 圖1-4 推式膜片彈簧單支承環(huán)形 圖1—4為單支承環(huán)形式。在沖壓離合器蓋上沖出一個(gè)環(huán)圖形凸臺(tái)來代替后支承環(huán)(圖1—4a)使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，或在鉚釘前側(cè)以彈性擋環(huán)代替前支承環(huán)(圖1—4b)，以消除膜片彈簧與支承環(huán)之間的軸向間隙。 圖1—5為無支承環(huán)形式，利用斜頭鉚釘?shù)念^部與沖壓離合器蓋上沖出的環(huán)形凸臺(tái)將膜片彈簧鉚合在一起而取消前、后支承環(huán)(圖1—5a)；或在鉚釘前側(cè)以彈性擋環(huán)代替前支承環(huán)，離合器蓋上環(huán)形凸臺(tái)代替后支承環(huán)(圖1—5b)，使結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)化；或取消鉚釘，離合器蓋內(nèi)邊緣處伸出的許多舌片將膜片彈簧與彈性擋環(huán)和離合器蓋上的環(huán)形凸臺(tái)彎合在一起(圖1—5c)，結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單。 圖1—6為拉式膜片彈簧支承結(jié)構(gòu)形式，其中圖1—6a為無支承環(huán)形式，將膜片彈簧的大端直接支承在離合器蓋沖出的環(huán)形凸臺(tái)上；圖1—6b為單支承環(huán)形式，將膜片彈簧大端支承在離合器蓋中的支承環(huán)上。這兩種支承形式常用于轎車和貨車上。 圖1-5 推式膜片彈簧無支承環(huán)形式 圖1-6拉式膜片彈簧支撐形式 1.91 拉式膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn) 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相壓在同樣壓盤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)。 膜片彈簧離合器在技術(shù)上比較先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)性合理，同時(shí)其性能良好，使用可靠性高壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，操作輕便，在保證可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的前提下，有以下優(yōu)點(diǎn)： （1） 結(jié)合時(shí)平順、柔和，使汽車起步時(shí)不震動(dòng)、沖擊； （2） 膜片彈簧離合器具有較理想的非線性彈性特性； （3） 膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量小； （4） 高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定 （5） 膜片彈簧以整個(gè)圓周與壓盤接觸，使壓力分布均勻，摩擦片接觸良好，磨損均勻 （6） 膜片彈簧中心與離合器中心線重合，平衡性好 （7） 離合器分離徹底； （8）從動(dòng)部分慣量小，以減輕換檔時(shí)齒輪副的沖擊； （9）散熱性能好； （10）高速回轉(zhuǎn)時(shí)具有可靠強(qiáng)度； （11）避免汽車傳動(dòng)系共振，具有吸收震動(dòng)、沖擊和減小噪聲能力； （12）操縱輕便； （13）工作性能（最大摩擦力矩和后備系數(shù)保持穩(wěn)定）穩(wěn)定可靠； （14）使用壽命長(zhǎng)。 1.92 膜片彈簧離合器原理 離合器在使用過程中，從動(dòng)盤會(huì)因磨損而變薄，使自由間隙變小，最終會(huì)影響離合器的正常接合，所以離合器使用過一段時(shí)間后需要調(diào)整。離合器調(diào)整的目的是保證合適的自由間隙，離合器調(diào)整的部位和方法依具體車型而定。 壓盤是離合器的主動(dòng)部件，始終隨飛輪旋轉(zhuǎn)，通常可以通過凸臺(tái)、鍵或銷傳動(dòng)，使其與飛輪一同旋轉(zhuǎn)，同時(shí)壓盤又可以相對(duì)飛輪向后移動(dòng)，使離合器分離。從動(dòng)盤主要由從動(dòng)盤本體、摩擦片和從動(dòng)盤轂組成。 由圖可知，離合器蓋與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪用螺栓緊固在一起，當(dāng)膜片彈簧被預(yù)加壓緊，離合器處于接合位置時(shí)，由于膜片彈簧大端對(duì)壓盤的壓緊力，使得壓盤與從動(dòng)摩擦片之間產(chǎn)生摩擦力。當(dāng)離合器蓋總成隨飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(構(gòu)成離合器主動(dòng)部分)，就通過摩擦片上的摩擦轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)從動(dòng)盤總成和變速器一起轉(zhuǎn)動(dòng)以傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力 要分離離合器時(shí)，將離合器踏板踏下，通過操縱機(jī)構(gòu)，使分離軸承總成前移推動(dòng)膜片彈簧分離指，使膜片彈簧呈反錐形變形，其大端離開壓盤，壓盤在傳動(dòng)片的彈力作用下離開摩擦片，使從動(dòng)盤總成處于分離位置，切斷了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的傳遞。 在離合器從分離到接合的過程中，摩擦片與飛輪和壓盤之間要發(fā)生摩擦，產(chǎn)生大量熱量。這些熱量需要及時(shí)散出，以避免摩擦片因溫度過高而損壞，所以在離合器蓋上都設(shè)有窗口，有的還制有導(dǎo)風(fēng)片，以加強(qiáng)其內(nèi)部的通風(fēng)散熱。 離合器通常裝在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間，其主動(dòng)部分與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪相連，從動(dòng)部分與變速器相連。為各類型汽車所廣泛采用的摩擦離合器，實(shí)際上是一種依靠其主、從動(dòng)部分間的摩擦來傳遞動(dòng)力且能分離的機(jī)構(gòu)。離合器的主要功用是切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順的接合——1、確保汽車平穩(wěn)起步；2、在換擋時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系分離，減少變速器中換檔齒輪間的沖擊；3、在工作中受到較大的動(dòng)載荷時(shí)，能限制傳動(dòng)系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，以防止傳動(dòng)系個(gè)別零部件因過載而損壞；4、有效地降低傳動(dòng)系中的振動(dòng)和噪音。 第2章 離合器結(jié)構(gòu)方案選取及參數(shù)計(jì)算 2.1離合器車型的選擇 車 型： 馬自達(dá)3 1、整車質(zhì)量（Kg）：1386 2、最大扭矩/轉(zhuǎn)速（N·m/rpm）:108/6500 3、主減速器速比：4.388 4、一檔速比：3.454 5、車輪滾動(dòng)半徑（mm）：300 本次課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容有： 1. 根據(jù)所給的車型及整車技術(shù)參數(shù),選擇合適離合器的結(jié)構(gòu)類型,設(shè)計(jì)計(jì)算確定其相關(guān)參數(shù)與尺寸; 2. 繪制離合器總成工程圖紙一份（A1）; 3. 繪制離合器部件總成工程圖紙一份（A1）; 4. 繪制典型零件工程圖紙三份以上（A2）； 完成設(shè)計(jì)計(jì)算書一份 摩擦離合器是靠存在于主、動(dòng)部分摩擦表面間的摩擦力矩來傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的. 離合器的靜摩擦力矩根據(jù)摩擦定律可表示為 [1] (2-1) 式中f為摩擦面間的摩擦因數(shù)；F為壓盤施加在摩擦面上的工作壓力；Rc為摩擦片的平均摩擦半徑；Z為摩擦面數(shù)；單片摩擦離合器Z=2，雙片摩擦離合器Z=3。 假設(shè)摩擦片上工作壓力均勻，則有 (2-2) 式中p0為單位壓力；D為摩擦片外徑；d為摩擦片內(nèi)徑。 摩擦片的平均摩擦半徑RC根據(jù)壓力均勻的假設(shè)，可表示為 (2-3) 當(dāng)d/D≥0.6時(shí)，RC可相當(dāng)準(zhǔn)確地由下式計(jì)算 (2-4) 則有： (2-5) 式中，c為摩擦片內(nèi)外徑之比，c=d/D，一般在0.53～0.70之間。 為了保證離合器在任何工況下都能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，設(shè)計(jì)時(shí)TC應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，即 TC=β[2] (2-6) 式中，為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。 β為離合器的后備系數(shù)，定義為離合器所能傳遞的最大靜摩擦力矩與發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩之比，β必須大于1。 離合器基本參數(shù)的選擇 基本參數(shù)主要有性能參數(shù)β和ρ0，尺寸參數(shù)D和d及摩擦片厚度b。以及結(jié)構(gòu)參數(shù)摩擦面數(shù)Z和離合器間隙△t，最后還有摩擦因數(shù)f。 2.2離合器摩擦片參數(shù)的確定 需要確定的基本結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)如下： （1）摩擦片外徑D； （2）單位壓力P0； （3）后備系數(shù)β。 在選定這些尺寸參數(shù)時(shí)，下列一些車輛參數(shù)對(duì)它們有重大影響： （1）發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； （2）整車總質(zhì)量ma； （3）傳動(dòng)系總的速比（變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)比×主減速器速比）i; （4）車輪滾動(dòng)半徑rk。 2.2.1摩擦片參數(shù)的選擇 1）初選摩擦片外徑D、內(nèi)徑d、厚度b 摩擦片外徑是離合器基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和壽命，它和離合器所需傳遞轉(zhuǎn)矩大小有一定關(guān)系。 D= 式中，為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，取； A為反映了不同結(jié)構(gòu)和使用條件對(duì)D的影響系數(shù)，可參考下列范圍： 小轎車 取A=47； 按初選D以后，還要注意摩擦片尺寸的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，下表1為我國摩擦片尺寸的標(biāo)準(zhǔn)。 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)表1 外徑D/mm 160 180 200 225 250 280 300 325 350 380 405 430 內(nèi)徑d/mm 110 125 140 150 155 165 175 190 195 205 220 230 厚度b/mm 3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 4 4 4 4 c=d/D 0.687 0.694 0.700 0.667 0.620 0.589 0.583 0.585 0.557 0.540 0.543 0.535 1- c3 0.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 0.827 0.843 0.840 0.847 單位面積 106 132 160 221 302 402 466 546 678 729 908 1037 摩擦片標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸，取。按照目前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，推薦才c=0.53~0.70。且一般來說，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，c值取得越大。 對(duì)摩擦片的厚度b，我國已規(guī)定了3種規(guī)格：3.2mm , 3.5mm 和 4.0mm,無更多選擇余地。 2） 后備系數(shù)β 表2-2 摩擦片單位壓力ρ0的取值范圍[3] 摩擦片材料 單位壓力ρ0/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 后備系數(shù)保證了離合器能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，還有助于減少汽車起步時(shí)的滑磨，提高了離合器的使用壽命。但為了離合器的尺寸不致過大，減少傳遞系的過載，使操縱輕便等，后備系數(shù)又不宜過大。汽車離合器的后備系數(shù)β推薦如下： 小轎車：β=1.2~1.3. 由于所設(shè)計(jì)的離合器為膜片彈簧離合器，在使用過程中其摩擦片的磨損工作壓力幾乎不會(huì)變?。ㄩ_始時(shí)還有些增加），再加上小轎車的后備功率比較大，使用條件較好，宜取較小值，故初取β=1.2。 3） 離合器轉(zhuǎn)矩容量 =140.4 4） 單位壓力P0 在一定意義上來說，P0的大小反映了離合器的使用壽命，P0越小，壽命越長(zhǎng)；P0越大，壽命越短。從而在確定摩擦片上的單位壓力P0的值，應(yīng)和離合器本身的工作條件,摩擦片的直徑大小,后備系數(shù),摩擦片材料及質(zhì)量等因素有關(guān)。 當(dāng)離合器使用頻繁,工作條件比較惡劣（例如城市公共汽車和礦用載重車）時(shí)，單位壓力P較小為好。因?yàn)橹挥薪档蛦挝粔毫Γ龃竽Σ撩娣e，加大容許的磨損耗的體積，增加使用磨耗量，才能延長(zhǎng)使用時(shí)間。 當(dāng)摩擦片的外徑較大時(shí)也要適當(dāng)降低摩擦片摩擦面上的單位壓力P。因?yàn)樵谄渌鼦l件不變的情況下，由于摩擦片外徑的增加，摩擦片外緣的線速度大，滑磨時(shí)發(fā)熱厲害，再加上因整個(gè)零件較大，零件的溫度梯度也大，零件受熱不均勻，為了避免這些不利因素，單位壓力P應(yīng)隨摩擦片外徑的增加而降低。選取時(shí)應(yīng)考慮離合器的工作條件、發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。 對(duì)于采用有機(jī)材料作為基礎(chǔ)的摩擦面片，下列數(shù)據(jù)可以作為參考： 對(duì)于小汽車，D≤230mm時(shí)，P約為0.25MPa；D>230mm時(shí)，P可由下式選?。? 式中，為摩擦因數(shù)取0.3； 為單位壓力（） 為摩擦面數(shù)取2； 為摩擦片外徑取200； 為摩擦片內(nèi)徑取140； 摩擦片材料選擇石棉基材料，為單位壓力0.25，為摩擦因數(shù)取0.3。 摩擦片的工作條件比較惡劣，為了保證它能長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作，根據(jù)汽車的的使用條件，摩擦片的性能應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求： （1） 應(yīng)具有較穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，溫度，單位壓力和滑磨速度的變化對(duì)摩擦系數(shù)的影響小。 （2） 要有足夠的耐磨性，尤其在高溫時(shí)應(yīng)耐磨。 （3）要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，尤其在高溫時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)較好 （4）熱穩(wěn)定性要好，要求在高溫時(shí)分離出的粘合劑較少，無味，不易燒焦 （5）磨合性能要好，不致刮傷飛輪及壓盤等零件的表面 （6）油水對(duì)摩擦性能的影響應(yīng)最小 （7）結(jié)合時(shí)應(yīng)平順而無“咬住”和“抖動(dòng)”現(xiàn)象 由以上的要求,目前車用離合器上廣泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐熱和化學(xué)穩(wěn)定性能比較好的石棉和粘合劑及其它輔助材料混合熱壓而成，其摩擦系數(shù)大約在0.3左右,在該設(shè)計(jì)中選取的是石棉合成物制成的摩擦片。 5） 離合器基本參數(shù)的校核 （1）最大圓周速度 式中， 為摩擦片最大圓周速度（m/s）； 為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速取6500； 為摩擦片外徑徑取200； 故符合條件。 （2）單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩 =(N·/) 式中，為離合器傳遞的最大靜摩擦力矩140.4； 當(dāng)摩擦片外徑D210mm時(shí)，=0.28 N·/>0.0043 N·/， 故符合要求 （3） 單位壓力 為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，選取單位壓力的最大范圍為0.15～.35Mpa， 由于已確定單位壓力＝0.25Mpa，在規(guī)定范圍內(nèi)，故滿足要求。 （4） 單位摩擦面積滑磨功 摩擦離合器從動(dòng)盤摩擦片的磨損，是影響力其使用壽命的主要原因，對(duì)于一定的摩擦材料，摩擦片的磨損量與滑磨功大小有關(guān)，但同時(shí)受摩擦表面的溫度和滑磨速度影響。 為了減少汽車起步過程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過高而發(fā)生燒傷，離合器每一次結(jié)合的單位摩擦面積滑磨功w應(yīng)小于其許用值[w]。 汽車起步時(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(J)為： W = () = () = 11898 (J) 式中，W為汽車起步時(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(J) m 為汽車總質(zhì)量取1386kg； rr 為輪胎滾動(dòng)半徑0.3m； i為汽車起步時(shí)所用變速器檔位的傳動(dòng)比4.388； i為主減速器傳動(dòng)比3.454； n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min),乘用車n取2000 r/min; w = = = 0.37 式中，W為汽車起步時(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功取11898J 滿足w < [w] = 0.4 0J/mm要求。 摩擦片的相關(guān)參數(shù)如表3 表3 摩擦片外徑D 摩擦片內(nèi)徑d 后備系數(shù)β 厚度b 單位壓力Po 200mm 140mm 1.3 3.5 0.25MPa 2.3膜片彈簧的設(shè)計(jì) 2.3.1膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 而膜片彈簧離合器分推式和拉式，在本設(shè)計(jì)中采用拉式結(jié)構(gòu)。 膜片彈簧在結(jié)構(gòu)形狀上分為兩部分。在膜片彈簧的大端處為一完整的截錐體，它的形狀像一個(gè)無底的碟子和一般機(jī)械上用的碟形彈簧完全一樣，故稱作碟簧部分。膜片彈簧起彈性作用的正是其碟簧部分。碟形彈簧的彈性作用是這樣：沿其軸線方向加載，碟簧受壓變平，卸載后又恢復(fù)原形所?？梢哉f膜片彈簧是碟形彈簧的一種特殊結(jié)構(gòu)形式。所不同的是，在膜片彈簧上還包括有徑向開槽部分。膜片彈簧上的徑向開槽部分像一圈瓣片，它的作用是，當(dāng)離合器分離時(shí)作為分離杠桿。故它又稱分離指。分離指與碟簧部分交接處的徑向槽較寬呈長(zhǎng)方圓形孔。這樣做，一方面可以減少分離指根部應(yīng)力集中，一方面又可用來安置銷釘固定膜片彈簧，分離指根部的過渡圓角R＞4.5。 2.3.2膜片彈簧的變形特性和加載方式 由于膜片彈簧采用拉式結(jié)構(gòu)，拉式是彈簧作用在離合器蓋上的支點(diǎn)O在外（半徑大）作用在壓盤上的力點(diǎn)S在內(nèi)（半徑?。?，故其“反裝”。離合器在分離和接合時(shí)，膜片彈簧的加載情況不一樣，相應(yīng)的有兩種加載方式和變形情況： （1）自由狀態(tài)：當(dāng)離合器蓋總成尚未與發(fā)動(dòng)機(jī)裝合以前，膜片彈簧所處的狀態(tài)金絲自由狀態(tài)，推式膜片彈簧一大端朝前，而拉式彈簧則以小端朝前。 （2）接合時(shí)：離合器接合時(shí)，膜片彈簧起壓緊彈簧之用，在壓盤、離合器蓋總成未與飛輪裝合以前，膜片彈簧近似處于自由狀態(tài)，膜片彈簧對(duì)壓盤無壓緊作用。當(dāng)壓盤、離合器蓋總成與飛輪裝合時(shí)，離合器蓋前端面向飛輪前端面靠攏。因此，離合器蓋通過支承環(huán)4對(duì)膜片彈簧施加載荷P，膜片彈簧幾乎變平。同時(shí)在壓盤處也作用有載荷P。我們把P稱作壓緊力。支承環(huán)4和膜片彈簧壓盤接觸處之間的高度變化稱作大端變形，膜片彈簧分離軸承相對(duì)于壓盤高度的變化稱之為小端變形。 （3）分離時(shí)：當(dāng)分離軸承以P力作用在膜片彈簧的小端時(shí)，支承環(huán)4逐漸不起作用，而支承環(huán)5開始起作用。當(dāng)P力達(dá)到一定值時(shí)，膜片彈簧被壓翻。分離時(shí)在膜片彈簧的大端處及小端處將進(jìn)一步產(chǎn)生附加變形和。此時(shí)膜片彈簧大端處的變形=+。在分離狀態(tài)時(shí)，作用在壓盤上的力將消失，力點(diǎn)S從亞盤處移至膜片彈簧小段分離軸承S'。 2.3.3 膜片彈簧的彈性變形特性 前面說過膜片彈簧起彈性作用的部分是其碟簧部分，碟簧部分的彈性變形特性和螺旋彈簧是不一樣的，它是一種非線性的彈簧，其特性和碟簧部分的原始內(nèi)截錐高H及彈簧片厚h的比值H/h有關(guān)。不同的H/h值可以得到不同的特性變形特性。一般可以分成下列四中情況： ⑴ ＜ 如下圖2.3.1中H/h=0.5的曲線,其曲線形狀表現(xiàn)為:載荷P的增加,變形總是不斷增加.這種彈簧的剛度很大,可以承受很大的載荷,適合與作為緩沖裝置中的行程限制器。 ⑵ = 如圖2.3.1中H/h=1.5≈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 如圖2.3.1中=2.75者,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)造成彈簧壓緊力過大. ⑷＞ 如下圖2.3.2,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)。 圖2.3.1 三種不同H/h值時(shí)的無因次特曲線 圖2.3.2 各種不同H/h值時(shí)的無因次彈性變形特性 2.3.4 膜片彈簧的參數(shù)尺寸確定 在設(shè)計(jì)膜片彈簧時(shí)，一般初步選定其全部尺寸然后進(jìn)行一系列的驗(yàn)算，最后優(yōu)選最合適的尺寸。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖2.3.4 膜片彈簧的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，必須利用反求工程原理進(jìn)行，即按照參考樣件或早期的經(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)度等做出分析，最終經(jīng)過優(yōu)選定出其合理的結(jié)構(gòu)尺寸。為此，需要清楚地了解膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作性能及失效的形式和原因，在此基礎(chǔ)上要掌握有關(guān)膜片彈簧的特性、強(qiáng)度等方面的計(jì)算公式。 圖2.3.4 膜片彈簧尺寸符號(hào)示意圖 2.3.5 膜片彈簧的基本參數(shù)的選擇 （1）截錐高度H與板厚h比值和板厚h的選擇 為了保證離合器壓緊力變化不大和操縱輕便，汽車離合器用膜片彈簧的一般為1.5～2.0，板厚h為2～4 故初選h=2.4, =1.6則H=1.6h=3.84. （2）自由狀態(tài)下碟簧部分大端R、小端r的選擇和比值 當(dāng)時(shí)，摩擦片平均半徑Rc=， 對(duì)于R，膜片彈簧大端外徑R應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)上的要求而和摩擦片的外徑尺寸相適應(yīng)大于摩擦片內(nèi)經(jīng)，接近摩擦片外徑，應(yīng)滿足關(guān)系100RRc=85mm 故取R=90,再結(jié)合實(shí)際情況取R/r=1.25,則r=72mm。 （3）3.1.3膜片彈簧起始圓錐底角的選擇 ＝arctanH/(R-r)=arctan3.84/(90-72)≈12.10°，滿足10°～14°的范圍。 （4）分離指數(shù)目n的選取 取為n=18。 （5）切槽寬、窗孔槽寬、及半徑r的選取 為便于制造模具分度切槽寬≈3~4㎜，≈10㎜，窗孔半徑r一般情況下由 （r－r）≈(0.8～1.4) 故取δ1＝3.5mm, δ2=10mm, 滿足r->=δ2,則<=r-δ2=72-10=62mm 故?。?0mm. （6） 壓盤加載點(diǎn)半徑R1和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑r1的確定 R1和r1需滿足下列條件： 故選擇R1＝88mm， r1＝72mm. （7）膜片彈簧材料 制造膜片彈簧用的材料，應(yīng)具有高的彈性極限和屈服極限，高的靜力強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度，高的沖擊強(qiáng)度，同時(shí)應(yīng)具有足夠大的塑性變形性能。按上述要求，國內(nèi)常用的膜片彈簧材料為硅錳鋼60Si2MnA或50CrVA。 (8)膜片彈簧小端半徑r及分離軸承的作用半徑r r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r大于 r。 因?yàn)榛ㄦI外徑D=29㎜，要使2 r＞D，所以取r=32㎜，r=40㎜ 膜片彈簧的相關(guān)參數(shù)如表4 表4 截錐高度H 板厚h 分離指數(shù)n 圓底錐角 3.8mm 2.4mm 18 12° 第3章 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì) 3.1減震器概述 汽車傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)減振器，按其所在位置可以分成兩類：一類裝載從動(dòng)盤總成中，另一類裝在飛輪上。兩者都和離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)。 裝在從動(dòng)盤中的牛莊減振器在20世紀(jì)30年代前后以用于汽車。通常說的扭轉(zhuǎn)減振器指的就是它。裝在飛輪處的扭轉(zhuǎn)減振器出現(xiàn)較慢，目前應(yīng)用并不普遍。由于在飛輪處要裝減振器，故還需要付加一飛輪，這樣就有了兩個(gè)飛輪。為了和前者在名稱上有所區(qū)別，就將其簡(jiǎn)稱為雙質(zhì)量飛輪。雙質(zhì)量飛輪在減振降低噪聲效果上，要優(yōu)于裝在從動(dòng)盤處的扭轉(zhuǎn)減振器，但是這兩種減振器的減振設(shè)計(jì)理論分析基礎(chǔ)是一樣的，結(jié)構(gòu)功能的基本原理也基本相似。 扭轉(zhuǎn)減振器的功用、一般結(jié)構(gòu)和工作原理 汽車行駛中，傳動(dòng)系傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)，由于內(nèi)燃機(jī)工作不均衡，轉(zhuǎn)矩周期性地變化會(huì)因其傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。如果傳動(dòng)系發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振，將使傳動(dòng)系零件的應(yīng)力成倍地增加，而這種應(yīng)力具有交變的性質(zhì)，會(huì)使傳動(dòng)系零件的疲勞壽命大大下降。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)還是引起齒輪噪聲的重要原因，尤為人們關(guān)注。 為了消除這種有害的共振現(xiàn)象，常用的方法是在傳動(dòng)系中串連一個(gè)彈性阻尼裝置——減振器，依靠其彈性阻尼特性來降低振動(dòng)水平。 減震器還有如下兩個(gè)作用： （1） 可以局部或完全補(bǔ)償變速器第一軸和曲軸的不同軸度。不同軸度會(huì)使離合器摩擦副的磨損增加。 （2） 利用減振器的彈性裝置來緩和傳動(dòng)系轉(zhuǎn)速急劇變化時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)載荷。例如在發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速下猛抬離合器踏板使汽車起步時(shí)，由于減振彈簧的緩沖作用，會(huì)使傳動(dòng)系載荷明顯下降，有利于汽車平穩(wěn)起步。 扭轉(zhuǎn)減振器主要有兩部分組成：彈性元件和阻尼元件。 依據(jù)阻尼元件的不同，減振器可分為：彈簧摩擦片，液阻式和橡膠金屬式。