汽车离合器设计说明书

目录1汽车离合器简介………………………………………………………………11.1离合器的工作原理1.2离合器的分类及功用1.3汽车离合器设计的基本要求2离合器设计及计算……………………………………………………………31.1摩擦片主要参数的选择1.2摩擦片基本参数的优化3机构方案的设计………………………………………………………………73.1从动盘数选择3.2压紧弹簧的选择3.3膜片弹簧支撑形式选择4扭转减振器设计………………………………………………………………84.1减振弹簧的设计5.膜片弹簧设计与计算…………………………………………………………115.1膜片弹簧主要参数的选择5.2膜片弹簧的优化设计6.从动盘总成的设计……………………………………………………………126.1从动盘毂6.2从动片6.3波形片和减振弹簧7压盘设计………………………………………………………………………147.1离合器盖7.2压盘7.3传动片7.4分离轴承8小结……………………………………………………………………………151汽车离合器简介1.1离合器的工作原理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。离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮1和压盘借摩擦作用传给从动盘2，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，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2两面的压力消失，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2压紧在飞轮上1，这样发动机的扭矩又传入变速器。1.2离合器的分类及功用离合器分有电磁离合器和磁粉离合器，摩擦式离合器、液力偶合器。能按工作需要随时将主动轴与从动轴接合或分离的机械零件。可用来操纵机器传动系统的起动、停止、变速及换向等。离合器种类繁多，根据工作性质可分为：①操纵式离合器。其操纵方法有机械的、电磁的、气动的和液力的等，如嵌入离合器（通过牙、齿或键的嵌合传递扭矩）、摩擦离合器（利用摩擦力传递扭矩）、空气柔性离合器（用压缩空气胎胀缩以操纵摩擦件接合或分离的离合器）、电磁转差离合器（用激磁电流产生磁力来传递扭矩）、磁粉离合器（用激磁线圈使磁粉磁化，形成磁粉链以传递扭矩）。②自动式离合器。用简单的机械方法自动完成接合或分开动作，又分为安全离合器（当传递扭矩达到一定值时传动轴能自动分离，从而防止过载，避免机器中重要零件损坏）、离心离合器（当主动轴的转速达到一定值时，由于离心力的作用能使传动轴间自行联接或超过某一转速后能自行分离）、定向离合器（又叫超越离合器，利用棘轮-棘爪的啮合或滚柱、楔块的楔紧作用单向传递运动或扭矩，当主动轴反转或转速低于从动轴时离合器就自动分开）。目前在汽车上广泛采用的是用弹簧压紧的摩擦离合器(简称为摩擦离合器)。与手动变速器相配合的绝大多数离合器为干式摩擦式离合器，按其从动盘的数目，又分为单盘式、双盘式和多盘式等几种。按其他标准，摩擦式离合器又分为湿式和干式两种。湿式摩擦式离合器一般为多盘式的，浸在油中以便于散热。采用若干个螺旋弹簧作为压紧弹簧，并将这些弹簧沿压盘圆周分布的离合器称为周布弹簧离合器。采用膜片弹簧作为压紧弹簧的离合器称为膜片弹簧离合器。离合器的主要功能是切断和实现对传动系的动力传递。其主要作用：1.汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；2.在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；3.限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；4.有效地降低传动系中的振动和噪声。1.3汽车离合器设计的基本要求在设计离合器时，应根据车型的类别，使用要求制造条件以及“三化”（系列化，通用化，标准化）要求等，合理选择离合器的结构。在离合器的结构设计时必须综合考虑以下几点：1.在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止过载。2.接合时要完全、平顺、柔和，保证起初起步时没有抖动和冲击。3.分离时要迅速、彻底。4.从动部分转动惯量要小，以减轻换档时变速器齿轮间的冲击，便于换档和减小同步器的磨损。5.应有足够的吸热能力和良好的通风效果，以保证工作温度不致过高，延长寿命。6.避免传动系产生扭转共振，具有吸收振动、缓和冲击的能力。7.操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。8.作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小，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，一保证其工作可靠、使用寿命长。10.结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。2离合器设计及计算2.1摩擦片主要参数的选择采用单片摩擦离合器是利用摩擦来传递发动机扭矩的，为保证可靠度，离合器静摩擦力矩cT应大于发动机最大扭矩maxeT摩擦片的静压力：maxeCTT（1.1）式中：离合器后备系数（1）（1）后备系数β是离合器的重要参数，反映离合器传递发动机最大扭矩的可靠程度，选择β时，应从以下几个方面考虑：a.摩擦片在使用中有一定磨损后，离合器还能确保传递发动机最大扭矩；b.防止离合器本身滑磨程度过大；c.要求能够防止传动系过载。通常轿车和轻型货车β=1.2～1.75。结合设计实际情况，故选择β=1.4。则有β可有表1.1查得β＝1.36。表1.1离合器后备系数的取值范围车型后备系数β乘用车及最大总质量小于6t的商用车最大总质量为6～14t的商用车挂车1.20～1.751.50～2.251.80～4.00得mNTC280（1.2）摩擦片的外径可有式:maxeDTKD（1.3）DK为直径系数，取值见表1.2取DK=14.6得D=209.1mm。表1.2直径系数的取值范围车型直径系数DK乘用车最大总质量为1.8～14.0t的商用车最大总质量大于14.0t的商用车14.616.0～18.5(单片离合器)13.5～15.0(双片离合器)22.5～24.0摩擦片的尺寸已系列化和标准化,标准如下表(部分):表1.3离合器摩擦片尺寸系列和参数外径D\mm160180200225250280300325内径d\mm110125140150155165175190厚度/mm3.23.53.53.53.53.53.53.5DdC'0.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5853'1C0.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.800单面面积cm2106132160221302402466546取外径D=250mm，内径d=155mm，厚度3.5mm，3'1C=0.762，DdC'=0.62，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1.4查得：取f=0.3，粉末冶金材料。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。该间隙Δt一般为3～4mm。取Δt=4mm。表1.4摩擦材料的摩擦因数的取值范围摩擦材料摩擦因数f石棉基材料模压0.20～0.25编织0.25～0.35粉末冶金材料铜基0.25～0.35铁基0.30～0.50金属陶瓷材料0.4离合器的静摩擦力矩为:ccfFZRT与1.1式联立得3'3max0112CfzDTpe代入数据得：单位压力5.00pMPa。表1.5摩擦片单位压力的取值范围摩擦片材料单位压力0p/MPa石棉基材料模压0.15~0.25编织0.25~0.35粉末冶金材料模压0.35~0.50编织金属陶瓷材料0.70~1.502.2摩擦片基本参数的优化（1）摩擦片外径D（mm）的选取应使最大圆周速度0v不超过65～70m/s，即33max1040002501052.46060DevnDm/s70~65m/s式中，0v为摩擦片最大圆周速度（m/s）；maxen为发动机最高转速(r/min)。（2）摩擦片的内、外径比'C应在0.53～0.70范围内，即7.062.053.0C（3）为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，不同车型的β值应在一定范围内，最大范围为1.2～4.0。（4）为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器振器弹簧位置直径02R约50mm，即0(0.60~0.75)/246.5Rd5020Rdmm即155246.550143X（5）为反映离合器传递的转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即022025.04cccTdDZTT（1.7）0cT为单位摩擦面积传递的转矩(N.m/mm2)，可按表1.6选取经检查,合格。表1.6单位摩擦面积传递转矩的许用值离合器规格210250~210325~2503252010/cT0．280．300．350．40（6）为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，对于不同车型，单位压力0p的最大范围为0.11～1.50MPa,即10.0MPa50.00pMPa50.1MPa（7）为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤,离合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值,即224dDZW（1.8）式中,为单位摩擦面积滑磨(J/mm2)；为其许用值(J/mm2)，对于乘用车：40.0][J/mm2，对于最大总质量小于6.0t的商用车：33.0][J/mm2，对于最大总质量大于6.0t商用车：25.0][J/mm2：W为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功（J），可根据下式计算2202221800graeiirmnW（1.9）式中，am为汽车总质量(Kg)；rr为轮胎滚动半径（m）；gi为汽车起步时所用变速器挡位的传动比；0i为主减速器传动比；en为发动机转速r/min，计算时乘用车取2000r/min。其中：38.30i350.41gi0.4rrm1335amKg代入式（1.9）得4102.1WJ，代入式（3.8）得][4.03.0，合格。3机构方案的设计3.1从动盘数选择选择单片离合器本车型为马自达，汽车总质量为1335kg，发动机最大转矩为205N·m。对于乘用车，发动机的最大转矩一般不大，在布置尺寸允许条件下，通常离合器只设有一片从动盘。盘片离合器结构简单，轴向尺寸紧凑，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，采用轴向有弹性的从动盘可保证结合平顺。3.2压紧弹簧的选择选择拉式膜片弹簧离合器选择膜片弹簧的原因：1）膜片弹簧的轴向尺寸小而径向尺寸很大，有利于提高离合器传递转矩能力的情况下减小离合器轴向尺寸。2）不需要专门的分离杠杆，使离合器结构简化，零件数目少，质量轻。3）可适当增加压盘厚度提高热容量；还可以在压盘上增设散热筋及离合器盖上开设较大的通风孔来改善散热条件。4）主要部件形状简单，大批量生产可降低生产成本。选择拉式膜片弹簧的原因：1）由于拉式膜片弹簧是以其中部压紧压盘，在压盘大小相同的条件下课使用直径相对较大的膜片弹簧，从而实现在不增加分离时的操纵力的前提下，提高压盘的压紧力和传递转矩的能力；或在传递转矩相同的条件，减小压盘的尺寸。2）零件数目少，其结构简单、紧凑、质量轻。3）拉式膜片弹簧的杠杆比大于推式膜片弹簧的杠杆比，且中间支承少，减小了摩擦损失，传动效率高，使分离的踏板力更小。4）无论在接合或分离状态下，拉式结构的膜片弹簧的大端始终与离合器盖支承保持