1、上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 1 摘要 . 1 ABSTRACT . 2 1緒論 . 3 1.1選題原因及意義 . 3 1.2汽車變速箱及其離合器發展現狀 . 4 1.2.1 自動變速箱現狀及發展趨勢 . 4 1.2.2 自動變速箱離合器現狀及發展趨勢 . 6 1. 3當今主流自動變速器離合器介紹 . 6 1. 3. 1液力自動變速器（AT）離合器 . 6 1. 3. 2電控機械自動變速器（AMT）離合器 . 7 1. 3. 3無級變速器（CVT）離合器 . 8 1. 3. 4雙離合器自動變速器離合器 . 9 1. 4自動變速器離合器結構設計方案 . 9 2離合器

2、結構設計 . 10 2.1 離合器選型 . 10 2.2 干式雙離合器工作原理 . 12 2.3 雙離合器基本參數選擇 . 14 2. 3.1基礎公式確立 . 14 2. 3. 2B后備系數的選擇 15 2. 3. 3摩擦系數卩的選定. 16 2. 3. 4膜片彈簧參數選擇. 16 2. 4 本章小結 . 1 7 3離合器從動盤總成設計 . 18 3.1 摩擦片設計 . 18 上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 2 3.1.1 摩擦片主要參數的計算 . 18 3.1.2 摩擦片尺寸的選用計算 . 19 3.1.3 摩擦片校核 . 20 3.2 從動盤轂設計 . 22 3

3、.3 扭轉減振器設計 . 23 3.4 減振彈簧的設計 . 24 3.5 本章小結 . 27 4離合器壓盤設計 . 27 4.1 離合器壓盤設計 . 27 4.1.1 壓盤傳力方式的選擇 . 27 4.1.2 壓盤幾何尺寸確定 . 28 4.1.3 壓盤溫升校核 . 29 4.3本章小結 . 30 5膜片彈簧設計 . 30 5.1膜片彈簧 . 30 5.2常開式離合器膜片彈簧的工作特性 . 31 5.3膜片彈簧參數的選擇和計算 . 34 5.4 本章小結 . 35 結論 . 36 參考文獻 . 37上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 1 摘 要 離合器是汽車傳動系中關鍵

4、總成之一，它被配置在發動機和變速器之間，起到平 穩傳遞轉矩，防止過載等作用。自動離合器的設計直接關系到發動機能否有效傳遞扭 矩-即直接關系到車輛的動力性的好壞。 本文針對現代的小型乘用車，對現有各類離合器進行了性能分析并選擇了雙離合 器進行結構設計。然后參閱圖表標準，選擇雙離合器設計所需基本參數，再對其各部 件進行尺寸和應力計算，最后對計算結果進行校核。本文具體設計了摩擦片、從動盤、 扭轉減振器、膜片彈簧、壓盤等多個離合器部件，最后經過 Catia進行總體裝配，由 三維模型出圖。 本次設計成果為常用7速干式雙離合器，擬定了詳細的設計、分析、裝配等流程, 達到了雙離合器機械效率高的特點。 關鍵詞

5、：雙離合器，摩擦片，從動盤，膜片彈簧上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 2 Structure Design of Automobile Clutch ABSTRACT The clutch of automatic transmission is an important part of the automobile transmission system, it connect directly with the engine and it can transfer torque smoothly, preve nting overload and un derta

6、ke other functions. The desig n of the automatic clutch is directly related to the engin es ability to tran smit torque effectively, which is what directly related to the power of the vehicle. This thesis aims at moder n passe nger car, an alysis varieties of clutchesperforma nce and chose DCT as th

7、e desig n target. Then accordi ng to the vehicle parametersthat have been determined to choose basic parameters and constraints. At the same time, select the dual clutch components. After calculation, make the parameters checking. The thesis particularly desig ned the frict ion plate, Clutch disc, t

8、orsi onal damper, diaphragm spri ng, pressure plate and other clutch parts. At last, assemble the clutch by Catia and drawing from the three-dimensional model. The desig n result is the com monly used 7 speed dry dual clutch,desig ned a detail process and The characteristics of high efficie ncy of d

9、ual clutch are achieved. Key words: dual clutch, fricti on plate, drive n plate, diaphragm spri ng上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 3 自動變速箱離合器結構設計 吳琦 062111116 1緒論 21世紀以來中國科技發展逐步跟上了世界的軌跡，汽車行業也未曾于此落后。隨 著中國經濟的超速發展，人們越來越傾向于高科技與舒適性，傳統的手動檔 機械 變速器已不能再滿足國人的需求。確實，在現今的中低端汽車市場中，手動變速器的 車輛仍然是隨處可見的，可是與自動變速器相比較，它已處在退

10、役邊緣。自動控制檔 位在日常家用中將有很大的可能性能夠完全代替它的前輩，手動變速箱 2。 現在的汽車市場顯示，中低檔車存在手動變速器較多，而中高檔車輛幾乎已經完 全普及自動變速器。目前，國內自動變速器的價格相對于手動變速器依舊較高，而對 于中低端的市場開拓來說，這是不利的。而針對自動變速器的研究和開發就是要降低 自動變速器的市場價格，簡化結構的同時并同時盡量提高其性能，設計出能沖入中低 端市場的自動變速器。由此可見，自動變速器未來的的發展空間仍然非常客觀，值得 我們投入資源去進行研究和開發，創造更加舒適的駕駛條件。 1.1選題原因及意義 如今，離合器的各項核心技術都主要掌握在國外先進汽車企業中

11、，它們對我國的 態度大多都是只賣產品不賣技術，在中國的合作也只是堅持只生產不研發的策略，以 便達到核心技術壟斷。 在這種國外先進汽車及其零部件企業對中國車企技術封鎖的大背景下， 國產汽車 想要得到一定的發展，并拉進與國外老牌先進汽車的技術差距就只能通過國人自己努 力不懈的研發，并掌握屬于自己的核心技術。若只靠進口國外的成熟產品卻無法掌握 其核心技術，那么中國車企將永遠只起到組裝的作用，無法擁有屬于國人的先進汽車 和技術。作為學習了四年汽車工程知識的當代大學生，希望可以通過自己的努力和對 汽車設計尚不成熟的認知，為國產汽車技術帶來哪怕是一點點的綿薄之力。 1.2汽車變速箱及其離合器發展現狀 1.

12、2.1自動變速箱現狀及發展趨勢 車輛銷售量在國內外日益提升，很多家庭甚至擁有兩臺及以上的家用車，離合器 作為汽車行業的上游產業，自然隨著汽車銷售量的增大而增加。離合器是有手動檔和 自動檔兩種上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 4 種類之分的，根據國內汽車市場銷售報告，除去出租車公司的大批量訂單 之外（出租車全部配備手動變速箱），散戶在購買車輛時選擇自動檔的概率達到 92.1%， 許多豪華級車輛品牌，譬如奧迪、奔馳、凱迪拉克、雷克薩斯、克萊斯勒等在 4S店 已經全線停止供應手動檔配置車輛，如此現狀清晰的體現了自動控制檔位的技術在現 代汽車零配件市場的地位。 自動變速箱在9

13、0年代時還是大眾普及率比較少的一種變速器，現如今已經是使 用率最高的一種變速器了。自動變速箱從1939年被研發出來至今已經擁有70多年的 歷史，在這段時間里，它的技術一直在各國工業科學家的手中創新和改進。科技的快 速進步導致了人們對車輛各種性能的要求日益新高。與傳統的手動變速箱相比較，自 動變速箱的性能并不輸于前者，雖然結構相對比較復雜，但是不用手動換擋這個特點 使得自動變速箱愈發受到絕大多數消費者的垂青，尤其在這幾年中，自動變速箱已經 能更優秀地同時具備舒適性、經濟性以及高機械傳動性等性能，這些性能特點使其在 世界各地汽車市場中能夠占據愈發高的配備率。 目前國內外的主流自動變速箱主要有 四種

14、形，它們是：液力自動變速箱（AT）、電控機械式自動變速箱（AMT ）、無極 式自動變速箱（CVT）、雙離合自動變速箱（DCT）。從目前國內外汽車變速箱的裝 備現狀上來看，此四種變速箱在工作方式和結構上各具它們的優勢 ，國內外各個品牌 的汽車廠家都在不斷加快對現有變速器的改革和新品種的創新 ，而其目標只有一個， 那就是以高科技這一點為特色，從而能夠奪取更大的市場份額 。 上文提及的幾種變速箱特點、結構、工作模式包括零部件材料都各不相同，所以 各個不同種類的變速箱根據其優勢和劣勢都有它們相對應的發展趨勢。 優勢劣勢及其 對應發展趨勢如表1.1、1.2。上海工程技術大學畢業設計(論文) 自動變速箱離

15、合器結構設計 5 表 1.1 各變速器的優勢劣勢 各變速器 優勢 劣勢 液力自動變速器 1.舒適性好 1.傳遞效率低、燃油經濟系差 2.功率傳遞能力強 2.結構較復雜、制造成本高 3.零件使用壽命長 3.變矩范圍有限、有換擋沖擊 電控機械式自動變速器 1.傳動效率咼、燃油經濟性最 好 1.換擋不平穩、舒適性差 2.結構簡單、制造維護成本低 2.控制參量多、自動化難度大 3.適用于多種車型 無極式自動變速器 1.無實際檔位，舒適性好 1.扭矩傳遞范圍有限 2.結構簡單、體積小 2.傳動帶易磨損，使用壽命短 3.傳動效率咼，功率損失少 3.制造繁復、核心零件需進口 雙離合自動變速器 1.換擋時間短

16、 1.電控系統復雜、實現難度大 2.加速性能好、燃油經濟性咼 2.生產成本咼 3.無功率傳遞限制 3.核心控制模塊被少數國外 廠商掌控、普及性差 表1.2為各變速箱型針對其現有缺陷的技術發展趨勢。 表 1.2 各變速箱型發展趨勢 AT 技術發展趨勢 ATM 技術發展趨勢 CVT 技術發展趨勢 DCT 技術發展趨勢 傳動系向多速發展 液力變矩器結構優化 總成輕量化 降低工作噪音 換擋控制平穩性優化 提咼系統可靠性 協調化控制 精確換擋 提高扭矩傳動效率 滑輪優化設計 提咼在混合動力車上 的應用率 提高換擋性能 完善控制技術 滿足運動車型的需求 簡化電控系統 由上方數個表格可看出車輛變速器器的大致

17、發展趨勢主要注重在: (1) 動力傳遞 (2) 電控精確性 上海工程技術大學畢業設計(論文) 自動變速箱離合器結構設計 6 (3) 電控系統簡化 (4) 降低成本 (5) 舒適性 (6) 經濟性 1.2.2自動變速箱離合器現狀及發展趨勢 1885年末，戴姆勒制造出第一輛四輪汽車，當時的技術導致車輛并沒有裝備變速 器，但是已經采取了齒輪嚙合的傳動手段，依靠齒輪把動力傳遞到傳送帶上，再由 傳送帶再帶動車軸轉動。直到1889年，戴姆勒首次在四輪汽車上使用四速變速箱及摩 擦離合器。直到上世紀90年代，第一款能夠批量生產的自動離合器問世， 此技術最早 來自于德國，當ECU被加裝在離合器上使奔馳產品取得了

18、成功之后， 其它老字號品牌 如奧迪、寶馬、保時捷等都相繼研發裝備了屬于自己技術體系的自動離合器。 目前，幾乎所有離合器都采用膜片彈簧模式， 最早的錐形離合器由于技術較為落 后，并因其不再能滿足現代車輛傳遞發動機高扭矩的能力而銷聲匿跡。 自動離合器因 為不需要駕駛員手動逐步換擋而備受市場追捧。在排量及扭矩輸出較小的輕型轎車 中，多使用單片或者多片干式離合器，在排量及輸出扭矩相對較大的中大型車中，多 使用濕式離合器。隨著國人逐漸富足，擁有能力購買車輛的人越來越多，汽車銷量增 大直接導致離合器的銷量增加，為了滿足市場的需要科研人員們也逐步設計出了很多 具有各自特點的離合器，從最基礎的螺旋彈簧離合器，

19、到液力變矩器，再到最新的電 磁離合器等。 從汽車推廣上來看，這些年來車輛的關注點越加朝著經濟性和舒適性靠攏。變速 箱的傳遞效率決定經濟性，電控單元的精確控制決定舒適性。科技發展也不光局限在 自動控制方面，各種車輛的功率扭矩也逐漸的加大，車速越來越快，變速箱的載荷也 越來越高，因此性能更好的離合器在市場上廣泛需求。綜上，離合器的轉矩傳遞、自 動控制、使用壽命及更加平順的換擋將會成為變速箱主要科研攻關方向。 1.3當今主流自動變速器的離合器介紹 1.3.1液力自動變速器(AT)離合器 AT是第一種被研發出來并大規模投入市場融入人們生活的自動變速器。 液力變矩 器在其中起到了離合器的作用。 液力變矩

20、器主要是由泵輪、渦輪和導輪等零件組成， 通過傳動液壓推動變速撥片來調整齒輪比，從而達到所謂“變速”的效果。到如今已 是2015年，自動變速器問世已經達到70多年，其技術的研究與發展已經十分成熟，在上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 7 一般的家用系列轎車配備中占了很大的比例，不過由于新的技術不斷完善，它將慢慢 被更高級的變速技術取代。 圖 1.1 液力自動變速器結構圖 1.3.2電控機械自動變速器（AMT ）離合器 AMT的離合器依靠著三個電磁閥來控制，通過油壓推動活塞來完成它的各種工 作。控制單元會接收從離合器傳來的電子信號，來自主判斷離合器的工況，由此離合 器便能隨

21、情況變化運作，使變速箱正常運行。 永久晞鐵活基 離合蠱推桿 圖 1.2 電磁閥截面圖 上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 8 133無級變速器（CVT ）離合器 無級變速器的離合器是裝配在液力變矩器內的。一共有兩種：單向離合器、鎖止 離合器。單向離合器的作用是在車速低的時候固定住導輪，起到增矩作用。鎖止離合 器：液力變矩器工作時依靠自動變速器的循環流動傳遞動力，在泵輪與渦輪之間存在 著至少4%專勺轉速差。由此可以看出，液力變矩器并不能完全傳遞發動機的動力， 而是會產生一定機械效率的損失。所以科研人員在這個基礎上又設計了鎖止離合器， 鎖止效果使發動機動力幾乎全部都能傳遞出

22、來。達到更高經濟性的效果。 圖 1.3 單向離合器結構圖 1.3.4雙離合器自動變速器（DCT離合器 大家都知道雙離合變速箱在不間斷的傳遞動力方面有著非常大的經濟性優勢， 是要做到這一點并不是這么容易的。其結構的復雜程度幾乎超過其它所有變速箱的離 合器結構。首先，在雙離合變速器內布置著兩組離合器，并且這兩組離合器都是依靠 電子控制而且全都是由液壓系統推動工作的，此種變速箱依靠著兩組離合器不斷配合 工作來實現換擋的無縫接合。由此可見，這種雙離合的結構設計已經完全推顛覆了之 前所有其它形式的變速箱結構，開創出了一片新的離合器領域。上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 9 圖

23、1.4 雙離合器工作原理圖 1.4自動變速器離合器結構設計計劃方案 （1） 離合器種類選定 選擇本次課題所要設計的離合器種類，并給出詳細的依據。 （2） 離合器基本參數選擇 首先根據離合器整體參數設計需求選取合適的計算表達式，其次對后備系數，摩 擦系數，膜片彈簧鋼板厚度、截錐高度等基本參數進行選定。 （3） 離合器從動盤總成設計 此部分設計主要涉及三個部件，分別為摩擦片、從動盤轂和扭轉減振器。首先， 查閱資料掌握摩擦片的特質，然后開始進行摩擦片尺寸選型，之后計算出它的摩擦力 有效半徑和單位壓力，最后進行數據校核。從動盤轂的設計流程包括花鍵的尺寸選擇 和擠壓應力以及剪切應力的L高合器1 已分離

24、離合器總成 離合器總成 離合器1 已接合 蛭庭彈晉 膜片弾蕃 離合器2 已分離 L離合器2 已接合） 上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 10 強度校核。扭轉減振器的設計包括四個主要參數（極限轉 矩、扭轉剛度、預緊轉矩、摩擦轉矩）的計算和減震彈簧的設計計算。 （4） 離合器壓盤設計 本部分設計主要是選擇它的材料和尺寸，其尺寸包括內外徑、凸臺高度和壓盤厚 度。在所需尺寸計算完成后進行對壓盤的溫升校核 （5） 膜片彈簧設計 首先根據膜片彈簧的工作要求選擇設計材料， 其次確定其幾何尺寸參數，其主要 尺參數據包括：內截錐高度 H和鋼板厚度h、碟簧內外半徑R和r、切槽寬度d等。

25、（6） 雙離合器裝配圖及零件圖繪制 根據計算得到以上各部件的尺寸，對歌部件進行三維建模，然后由 CAD出圖。 2離合器結構設計 2.1離合器選型 基于DCT不僅起到了快速直接切換檔位的作用，還能有效繼承其它離合器的高傳 動效率、簡易起步操控、降低動力傳遞過程中產生的噪音以及超負荷保護等重要作用。 本文選擇設計雙離合器自動變速器離合器。 當今市場上可見的DCT分兩種：干式和濕式雙離合形式。從工作模式上來講，此 兩種離合器其實都是由一種工作方式運作。 他們工作時的不同之處就在于其摩擦片的 散熱方式。濕式離合器的兩組摩擦片被密封在一個油腔里， 表面完全被油液包裹，依 靠油液來散熱冷卻。干式離合器的摩

26、擦片則因缺乏油液或者其它液體的輔助散熱， 所 以所有摩擦中產生的熱量只能經由空氣流動這種傳統方法來進行耗散， 但是，氣體的 比熱容要遠小于液體和固體，所以干式離合器散熱十分緩慢。 雙離合器問世也有近十年的時間了，在其發展過程中，人們也會把這兩種離合器 相比較，得出兩者的優勢及劣勢，具體如表 2.1： 表 2.1 干式離合器和濕式離合器優劣對比 類型 優勢 劣勢 上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 11 干式離合器 1、 機械效率咼 2、 軸向長度小 1、直徑大 2、長時間滑摩時控制困難 3、控制難度大 4、滑摩過程中摩擦特性變化較大 濕式離合器 1、直徑小 2、摩擦特性

27、穩定 3、較容易控制 1、軸向長度大 2、 液壓系統導致效率降低 3、 離心壓力對活塞的影響 上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 ii 由于濕式離合器相對價位較高，而市場需求最大的版塊是在中等階層，車型承受 扭矩較小，干式離合器完全能滿足需求且降低成本，因此本文挑選了干式雙離合器為 模板進行設計。 下圖2.1為干式雙離合器爆炸結構圖，零部件部分便根據下圖所示設計: 和零件分解圖 b）裝配圖 】壓盤I 2”從動盤總應 I弘中間騾動盤 車從動盤總成I頭壓.盤11 &膜片彈費II 7-離合器蓋II 8離舍器蓋【9-膜片彈贊I 10-般片彈簧網宦鉀釘II前支擇壞 I2-

28、Jn支撐環 門冊:栓14-傳動片 圖 2.1 干式雙離合器爆炸結構圖 2.2干式雙離合器工作原理 干式雙離合器與傳統推式膜片彈簧離合器大致相似，它的優點是它具有簡單的結 構，容易進行離合器間隙調整，而且由于質量較小，所以傳動件的轉動慣量也較小， 同時它也能夠徹底的分離，對于過載保護也擁有更好的措施，除此之外，它的生產成 本也更低。 此種離合器的構造大致為以下幾部分： 主動部分：雙質量飛輪、驅動盤、離合器殼體； 從動部分：Ki離合器從動盤、K2離合器從動盤； 壓緊裝置：Ki離合器膜片彈簧、K2離合器膜片彈簧壓盤、支承固定鉚釘、傳 動片； 分離機構：分離軸承、離合器殼體支撐環； 干式雙離合器的工作

29、原理如圖（2.1）所示： 第一輸入軸與其從動盤花鍵連接，控制I、川、切、毗奇數檔位，空心軸套在第 一輸入軸上，與從動盤花鍵連接，控制nvw偶數檔位。雙質量飛輪一側連接發 動機，另一側裝配在干式雙離合器殼體上，將發動機轉矩傳遞至離合器殼體，同時帶 動著離合器蓋作為一個主動元件，隨著發動機一起旋轉。 與離合器殼體固定連接的驅動盤作為主動部分，通過傳力片與殼體相連接，并隨 殼體一起轉動。在雙質量另一側的殼體端，安裝著Ki和K2的膜片彈簧及離合器操縱 機構。當駕駛員將變速器操縱桿置于奇數檔位時，Ki膜片彈簧在操縱機構的作用力下， 其小端延軸向方向向雙質量飛輪端運動并在杠桿作用下， 迫使膜片彈簧大端帶動

30、離合 上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 i2 器蓋延軸向方向做反向運動，并帶動壓緊裝置將 Ki從動盤向驅動盤移動，由于膜片 彈簧產生的軸向壓力，使其與壓盤逐漸接合，并完成離合器的動力接合過程。至此， Ki從動盤與發動機轉速一致，并通過花鍵將發動機轉矩傳遞至輸入軸 1，繼而傳遞至 變速箱，完成進一步的減速、增矩變換過程。 同理，當駕駛員將變速桿置于偶數檔位時，K2膜片彈簧受操縱機構作用力，其小 端延軸向方向向飛輪端移動，其大端與固定連接與壓盤上的離合器內部支撐蓋接觸， 并形成杠桿，膜片彈簧與 K2離合器壓緊機構接觸點將杠桿力作用于壓緊機構，并致 使其延軸向移動至驅動盤，

31、并在膜片彈簧的作用力下，逐漸與驅動盤接合。至此， K2 離合器從動盤與發動機轉速一致，并通過花鍵將轉矩傳遞至空心軸 2,進而完成變速 器的變速操作11。 因為雙離合器具有預選檔位的作用，因此它能夠實現快速換擋操作。如果速度從 1檔增加到2檔，本來接合的Ki離合器會在操縱機構的作用下自動斷開， 而本來斷開 的K2離合器此時會逐漸接合，動力就會從i軸傳遞到2軸，2檔則由預選狀態進入工 作狀態。在變速箱工作期間，有一組齒輪是處于嚙合狀態的，這個時候下一檔位的齒 輪組會處在預選的狀態，它隨時準備根據車速提升而進行嚙合，此時該檔位的摩擦片 與中間驅動盤仍處于分離狀態；一旦速度增加達到下一個檔位，上一檔位

32、的齒輪組分 離，此時已處于預選狀態的齒輪組嚙合。這一系列的變換過程都是由車載處理器控制 而同時進行的操作， 因此它的換擋速度要比傳統的變速器更加迅速，在換擋過程中， 雙離合器會保證至少有一組齒輪處在嚙合狀態，從理論上來說，即使在換擋間隙，變 速器也依然會有動力傳遞，杜絕了其它變速器會出現的換擋時動力短暫中斷的情況。 其結構如圖2.2：上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 13 離合脣殼體支乎環 圖22干式雙離合器工作原理圖 2.3雙離合器基本參數選擇 2.3.1雙離合器整體參數設計 本次設計模板為奧迪A3三廂2014舒適版，其所配備離合器為DSG7速干式雙離合 器。車輛參

33、數如表2.2 : 表 2.2 車輛原始數據 汽車的驅動方式 前置前驅 車重 1345kg 滿載質量 1815kg 發動機最大功率 110KW 發動機最大轉速 5000r/mi n 發動機最大扭矩 250N.m 操縱形式 液壓操縱 摩擦片最大外徑 f=250mm 踏板行程 80 150 mm 汽車最大時速 215 km/h 上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 14 離合器靜摩擦力矩表達式可表示為： Tc 壬丄 FRc . （ 2.2） 式中： J靜摩擦系數，計算時一般取 0.250.3 F壓盤加于摩擦片的工作壓力 D D3-d3 Rc 2 廠 3(D -d2) 式中： D

34、摩擦片外徑 d摩擦片內徑 當d/D三0.6時，Rc 可相當準確的由下式計算 2.4) 壓盤工作壓力F為摩擦片單位壓力Po與一個摩擦面的面積A的積: 上式中A為結構系數，它反映了不同結構和使用條件對摩擦片外徑的影響, 考下列范圍: a小轎車A=47; b 一般載貨汽車A=36 （單片）或A=50 （雙片）； c自卸車或使用條件惡劣的載貨汽車 A=19; 將上式與（2.3）代入（2.2）可得: : 3 3 T Tema-P0D ( C ). 摩擦片內外徑之比, 2.3.2 B后備系數的選擇Rc = FfAf . 4 (2.5) 可參 (2.6) 2.1) 上海工程技術大學畢業設計(論文) 自動變速

35、箱離合器結構設計 15 B代表的是離合器所能夠傳遞最大扭矩和變速箱匹配的發動機所發出的極限扭矩 的比值。這個值越大，那么該離合器能夠傳遞扭矩的性能也越可靠，其值的大小也決 定了離合器尺寸的大小，因此該值的選取既不能太小，也不能太大。當設計者在選擇 后備系數的時候，不能只考慮最初始的工作狀態，同時還要考慮到工作一段時間后， 離合器摩擦片發生磨損之后的工作狀態。 所以B應根據實際情況酌情選擇。不同類型車輛 B取值選擇如下表2.3 表 2.3 各類汽車的？的取值范圍 汽車類型 后備系數 轎車和微型、輕型汽車 1.2 1.75 中型和重型汽車 1.52.25 重型汽車和牽引汽車 1.8 4.0 本次設

36、計模版車型為緊湊型轎車，因此此處取 B =1.3； 2.3.3摩擦系數卩的選定 摩擦系數卩是物體的固有屬性，它的值只與摩擦片的材料有關。現代汽車工業中 主要選取兩種材料作為離合器的摩擦片材料，即金屬型和非金屬型兩種，而這兩種大 類又可細分為多種組合。表2.4中列出了幾種常用材料的摩擦系數和許用應力的取值 范圍。 表 2.4 常用摩擦材料性能 摩擦副材料 摩擦系數 IX 許用壓力 P0(Mpa) 干式 濕式 干式 濕式 鋼、鑄鐵對鋼 0.15 0.18 0.03 0.08 0.25 0.40 0.6 1.0 鋼、鑄鐵對石棉 0.25 0.3 0.08 0.15 0.10 0.25 0.2 0.5

37、 鋼、鑄鐵對粉末冶金 0.25 0.4 0.06 0.12 0.4 0 0.60 1.2 2.0 鋼、鑄鐵對紙基襯面 - 0.10 0.13 - 0.5 2.5 因為干式雙離合器的主要缺點便是散熱性能差，因此在選擇材料時因將這一缺點 作為重點考慮，所以本文在設計時選擇了抗熱能力比較強的粉末冶金和鑄鐵來當作摩 擦片的材料，K1離合器摩擦系數取值為 叫=0.3，K2離合器摩擦系數取值為 9 = 0.3上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 16 234膜片彈簧參數選擇 膜片彈簧結構參數直接影響膜片彈簧特性曲線的形狀，各影響參數敘述如下: 下圖2.3、2.4為膜片彈簧結構圖與彈簧

38、特性曲線圖： 膜片彈簧離合器的負荷特性曲線和分離特性曲線如圖 2.3 ）膜片彈簧離合器負荷特性曲線）膜片彈簧離合器負荷特性曲線 （b）膜片彈簧離合器分離特性曲線膜片彈簧離合器分離特性曲線 圖 2.4 膜片彈簧離合器的特性曲線 2.4本章小結 本段首先舉例分析了市場上不同類型的雙離合器，并舉出理論依據選擇了 7速干 丘 圖 2.3 膜片彈簧結構簡圖 上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 17 式雙離合器作為設計方案。后詳細介紹了離合器的結構和運作方式，為整篇論文之設 計方向打下了基調。上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 18 后半段開始選擇本次設計所

39、需的基礎公式和數據。公式大致包括：發動機最大轉 矩、離合器靜摩擦力矩、摩擦片有效摩擦半徑等；而這些數據大致有：離合器最大靜 摩擦力矩、發動機最大轉矩、車輛后備系數、摩擦片摩擦系數等。 3離合器從動盤總成設計 3.1摩擦片設計 摩擦片是離合器傳遞動力的重要部件，合格的摩擦片應該具有以下特質: （1） 摩擦系數穩定，單位壓力的變化對其影響小16； （2） 優良的耐高溫性； （3） 具有良好的機械強度； （4） 有利于接合平順； 3.1.1摩擦片主要參數的計算 摩擦片的靜壓力： Tc= - Temax= 325 N 離合器后備系數（一：J） Temax=250Nm 摩擦片的外徑可有式：D二KD ,

40、Temax求得。心為直徑系數，可根據3.1選取合適 的值。取 KD =14.6，得 D=230.84mm。 表 3.1 直徑系數的取值范圍 車型 直徑系數KD 乘用車 14.6 16.0 18.5 最大總質量為 1.814.0t 的商用車 13.5 15.0 最大總質量大于 14t 的商用車 22.5 24.0 摩擦片的尺寸的選擇標準如表3.2 (3.1)式中: 上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 19 表 3.2 離合器摩擦片尺寸和參數上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 20 外徑 Dmm 160 180 200 225 250 280 300

41、 325 內徑 dmm 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 1 -C3 0.687 0.694 0.700 0.667 0.620 0.589 0.583 0.585 C =d. D 0.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 2 單面面積 cm 106 132 160 221 302 402 466 546 本次設計選用玻璃纖維摩擦材料的摩擦片，玻璃纖維摩擦材料對粉末冶金與鑄鐵 的滑動摩擦系數f =0.35-0.40，因此取f=0.40。

42、 3.1.2摩擦片尺寸的選用計算 摩擦片外徑的選取，根據計算及車型考慮選取： D1 = 250mm D2 = 250mm 摩擦片內徑的選取： 摩擦片內外徑比由表 3.2, 取 c1=0.62, c2=0.62,則得出： di = 155mm d2 =155mm 摩擦片摩擦力有效作用半徑 Rc計算： 3 3 3 3 Rc1 -d；） =i03.imm， 尺2氣電=103.1mm 3（D,2 -d,2） 3（D； -d；） 摩擦片厚度b的選擇： 根據表3.2所對應數據取摩擦片厚度b=3.5mm 。 離合器的靜摩擦力矩為： Tc = fFZR 與式（3.1）聯立得: _ ITemax (3.2) (

43、3.3) 上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 21 P _ 二 fzD3(1 _C3) 代入數據得：單位壓力 p1=0.4455MPa, p2=0.4455MPa。上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 22 3.1.3摩擦片基本參數的校核 (1) 摩擦片外徑 D (mm)的選取應使最大圓周速度 Vo不超過6570m/s,即 n 3 VD ngmax D 10- -65.41 m/s在可控范圍內。 60 g 式中，VD-摩擦片最大圓周速度(m/s); ngmax為發動機最高轉速(r/min)。 (2) 為了保證扭轉減振器的安裝， 摩擦片內徑 d必須得

44、比減震器彈簧的位置直 徑2R。還要再大出50mm,即： d 2 R0 50 mm (3) 為反映離合器傳遞的轉矩并保護過載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉矩應 小于其應許值，即： Tc1-zDld2 “1345 汀( 式中，Tc0為單位摩擦面積傳遞的轉矩(N.m/mm2)，可按表3.3選取 表 3.3 單位摩擦面積傳遞轉矩的應許值 離合器規格 350 Z 46 68 810 10 (1) 選擇材料，計算許用應力 彈簧材料采用65Mn彈簧鋼絲，設彈簧絲直徑 d =3mm,則許應力為: 0.5；b = 810MPa。 (2) 選擇旋繞比，計算曲度系數。 可根據下表選擇旋繞比： 表 3.6 旋繞比的薦用

45、范圍 d/mm 0.2 0.4 0.45 1 1.12.2 2.5 6 716 1842 C 714 512 510 49 4 8 4 6 確定旋繞比 C =4，曲度系數 K 二(4C -1). (4C - 4) 0.6151.40 (3) 強度計算 中徑 D2 =Cd =16mm；外徑 D -D? d =20mm。 (4) 極限轉角j =2arcsin- =312 取 竹=3.8 2 3，貝U 糾=3.269mm 2R (5) 剛度計算 彈簧剛度：k 十 -F2). I = 152.95mm0其中，F?為最小工作力，F 0.5F1 彈簧的切變模量G =80000MPa，則彈簧的工作圈數: 取

46、n = 4，總圈數為- 6。 (6) 減振彈簧的最小高度 dj 二 8KF2C n Jr I | -4mm，與原來的 d接門=空=卑+.086 8C3k 8F1C3 上海工程技術大學畢業設計(論文) 自動變速箱離合器結構設計 29 考慮到減振彈簧工作時被壓縮彈簧各圈之間必須有一定的間隙，可取為Imh = n（d 、）二 17.6mm （7） 減振彈簧的總變形量 即減振彈簧在最大工作載荷下產生的最大壓縮變形量： 1515.1 ： = P k 9.9 mm 152.95 （8） 減振彈簧的自由高度 即為減振彈簧在空負荷時的高度： l0 =lmin +4 =27.506 mm （9） 減振彈簧預緊變

47、形量 即減振彈簧被壓縮時的預變形量： T# 50 l1 0.99061mm kZR0 152.95 6 0.055 （10） 減振彈簧的安裝高度 安裝高度推薦值A=2527mm 取 A=26mm。 I = l0h = 27.5060.99061 二 26.51mm 下圖3.3為扭轉減振器三維建模圖： 圖 3.3 扭轉減振器三維建模圖上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 30 3.5本章小結 從動盤是離合器中最重要的幾個零部件之一，無論是傳遞發動機扭矩，還是起步 及時換擋或者是及時切斷動力，都必須依靠從動盤。從動盤選擇材料的要求較高，根 據它的工作特性，材料的選擇條件大致為

48、：擁有足夠高溫抗性、耐磨、具備足夠的材 料剛度等。從動盤總成中的主要部件大致為摩擦片、從動盤轂及扭轉減振器。本章詳 細描繪了此三個部件的設計過程，得到了最后的設計所需參數，并對各參數進行了校 核。總體來說計算出了設計從動盤總成內各部件所需數據。 4離合器壓盤總成設計 4.1離合器壓盤設計 壓盤的設計包括傳力方式的選擇及其幾何尺寸的確定兩個方面。 4.1.1壓盤傳力方式的選擇 壓盤是離合器的主動部分，在傳遞發動機轉矩時，它和飛輪一起帶動從動盤轉動, 所以他必須和飛輪有一定的聯系，但這種聯系又應允許壓盤在離合器分離過程中能自 由地做軸向移動，使壓盤和從動盤脫離接觸。壓盤和飛輪間常用的連接方式有以下

49、幾 種，見圖4.1及圖4.2： （a）凸臺-窗孔式；（b）傳力銷式；（c）鍵槽-指銷式；（d）鍵齒式；（e）彈性傳動片式 圖 4.1 壓盤的傳力方式 由上圖4.2可以看出，在壓盤的上方是鑄有相應的凸臺的，凸臺伸進蓋上的窗口, 上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 31 由離合器蓋帶動壓盤。上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 32 壓盤厚度的確定主要依據以下兩點 (1) 壓盤應該具有足夠的質量 (2) 壓盤應具有足夠大的剛度 壓盤設計時，在初步確定壓盤厚度以后，應該校核離合器接合一次的溫升，它不 應超過810C，若溫度過高，可適當增加壓盤的厚度。 4

50、.1.2壓盤幾何尺寸確定 已知摩擦片的外徑 D=250mm，內徑d=155mm。 確定壓盤的外徑 D=251mm，內徑d=153mm。 壓盤的厚度一般取在1525mm,本次設計取20mm。 壓盤凸臺高度由膜片彈簧的最大變形量確定，要保證在膜片彈簧變形的過程中， 壓盤與之不會發生干涉。已知膜片彈簧的最大變形量 H=4.2mm ,為了確保不會發生干 涉，壓盤凸臺高度取6mm。 4.1.3壓盤溫升校核 壓盤的厚度初步確定之后，應校核離合器一次接合的升溫。升溫 810 C。壓盤材料選擇鑄鐵HT250. 上式中，t為壓盤溫升; c為壓盤的比熱容； c 鑄鐵=481.4 J/(Kg C); W滑磨功已知W

51、=11368J m 為壓盤的質量m=3.15Kg。將上述數據代入, t 二 O5 11368 =得 t =3.75 C,經驗證合格。 3.15 481.4 下圖4.2為壓盤三維建模圖： 不應超過 _ W . mc 4.1) 為傳到壓盤的熱量所占的比例，對單片離合器壓盤; = 0.5， 上海工程技術大學畢業設計(論文) 自動變速箱離合器結構設計 33 圖 4.2 離合器壓盤三維建模圖 4.3本章小結 本章主要詳細敘述了離合器壓盤總成的設計過程，選擇了相對合適大眾車輛應用 的傳力方式（綜合式）。一個合格的壓盤應該具備足夠的剛度和厚度，具體參數則根 據車型所確定。所要注意的是，雖然壓盤是裝配在摩擦片

52、上的，但是壓盤所選取的尺 寸并不是像理論上一樣與摩擦片尺寸一樣，而是外徑應該稍大一點，內徑應該稍小一 點。最重要的是，必須控制好溫升，在溫升超過限制范圍時，可適當的增厚壓盤來限 制溫升。 5膜片彈簧設計 5.1膜片彈簧 膜片彈簧使用優質高精質鋼。其碟簧部分的尺寸精度要求高，碟簧材料為 60Si MnA。為了提高膜片彈簧的承載能力，要對膜片彈簧進行調質處理。要防止膜片 內緣離開，同時對膜片彈簧進行強壓處理（將彈簧壓平并保持 1214小時），使其高 壓力區產生塑性變形以產生殘余反向應力，對膜片彈簧的凹表面進行噴丸處理，噴丸 是 0.8勺白口鐵小丸，可提高彈簧的疲勞壽命。同時，為提高分離指的耐磨性，

53、 對其 進行局部高頻淬火式鍍鉻。采用乳白鍍鉻，若膜片彈簧許用應力可取為 1500 8 1700N/mm2 。上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 34 5.2常開式離合器膜片彈簧的工作特性 常開式離合器膜片彈簧工作狀態可分為三種 自由狀態：在離合器不運作時，膜片彈簧不受除了安裝壓力以外的壓力, 空行程狀態：執行機構驅動壓緊軸承對接合指端部施加推力，使膜片彈簧以碟 簧大端支撐環面為支點受到壓縮，膜片彈簧中部推動壓盤前進，由于壓盤與離合器摩 擦片之間存在間隙，因此此時壓盤并不提供壓緊力。 壓緊狀態：壓緊軸承繼續對接合指施壓，膜片彈簧繼續受到壓縮，從而推動壓 盤壓緊摩擦片，轉矩

54、得以傳輸。膜片彈簧由施加在接合指上的推力通過膜片彈簧的杠 桿作用在壓盤上產生轉矩傳遞所需的壓緊力。 膜片彈簧彈性特性關系式： 二 Eh In (R/r) 2 2 6(1)(R-r) 時其狀態即為自由狀態。 式中：E材料的彈性模量(MPa)，對于鋼：E=2.1 X 105MPa； u - 材料的泊松比，對于鋼：(j=0.3;“X“X 膜片彈簧膜片彈簧 (c)壓緊狀態 (H -，)(H - ) h2 2 (5.1) (a)自由狀態 聲離聲離ft器蓋器蓋 嗥擦片嗥擦片 壓盤壓盤 (b)空行程狀態 圖 5.1 常開式離合器膜片彈簧工作狀態 上海工程技術大學畢業設計(論文) 自動變速箱離合器結構設計 3

55、5 圖中：Fm F2為離合器壓盤壓緊力和作用在膜片彈簧接合指處的接合力； 入r為自由行程下的接合指位移和壓緊狀態下的接合指變形； Rm、L 分別為壓盤加載點和支承環加載點半徑； R、r - 分別為自由狀態下碟簧部分大、小半徑； H膜片彈簧自由狀態下碟簧部分的內截錐高度； h膜片彈簧鋼板厚度； a膜片彈簧小端槽寬； 垃膜片彈簧窗孔槽寬； 在空行程階段，若使碟簧產生同樣變形量，作用于碟簧外半徑處的壓緊力 F與作 用于接合指部分半徑為rf處的載荷F2的關系應為： L rf F=F2 . (5.2) R -r 此時膜片彈簧中部與壓盤接觸點Rm處的變形量r與A的關系為： L - Rm . R r 因此得

56、到F2 與 lm的關系如下:喬二二嚴沁 z 圖 5.2 常開式離合器膜片彈簧結構簡圖 上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 36 二 Eh m In(R/r) R-r 2 ( H Am 6(仁+)(Lrf)(L Rm)L L Rm . （ 5.4） 假設當壓盤壓緊時膜片彈簧接合指端的壓力為 F2，則壓盤壓緊力Fm與接合指壓 力增量AF c ：F=F2 -F2 ）滿足如下關系: 假設離合器進入壓緊階段后接合指的變形為I （如圖5.2 ），則跟據懸臂梁理論可 以得到丨與訐 存在如下關系： 2 2 rf rf =1 2n n - 分離指（接合指）數量； 根據式5.4和5.5即可

57、得到膜片彈簧小端變形量與壓盤壓緊力Fm之間的關系式: 由上述分析可得常開式離合器膜片彈簧載荷變形特性曲線如圖 5.3所示)h2 F2 Fm . L Rm (5.4) 6.：Frf2 二 Eh3 A1勺 . (5.5) 式中: A=1( -1) -2(主-1) In rf rf =1 :(re rf) 二 Eh3(L _rj 6rf2(L-RJ ( - ) (A 一2 A2:2) (5.6) 上海工程技術大學畢業設計(論文) 自動變速箱離合器結構設計 37 耳耳 人擴人擴 九九 接合指位移A 圖 5.3 常開式離合器膜片彈簧載荷變形特性 5.3膜片彈簧基本參數的選擇和計算 比值H/ h和h的確定

58、 H/h J2 圖 5.4 膜片彈簧彈性特性曲線 汽車離合器用膜片彈簧的板厚 h般為24mm。根據以上要求初步選定參數如 下： 膜片彈簧1厚度h1=2.8mm；膜片彈簧2厚度h2=2.8mm； 膜片彈簧1自由狀態下碟簧部分內節錐高度 H1=4.2mm；膜片彈簧2自由狀態下碟上海工程技術大學畢業設計（論文） 自動變速箱離合器結構設計 38 簧部分內節錐高度H2=4.2mm； 根據結構布置和壓緊力的要求，R/r一般為1.151.35。綜合考慮以上因素以及 干式雙離合器空間布置要求，初步確定膜片彈簧基本參數如下： 表 5.1 膜片彈簧結構參數 R(mm) r(mm) L (mm) Rm(mm) ro

59、 (mm) h(mm) H(mm) 彈簧 1 115 95 95 112.5 95 2.8 4.2 彈簧 2 115 95 95 112.5 95 2.8 4.2 根據以上參數計算得到膜片彈簧的 R/r=115/95=1.21 接合指數n、切槽寬度d的確定 接合指數目n常取18,由于常開式離合器中主要強調膜片彈簧的杠桿作用，要求 膜片彈簧接合指的剛度要足夠，因此為了盡可能提高接合指的剛度應盡量減少接合指 的數量以增加其剛度。設計中n取18，d=4mm。 膜片彈簧起始圓錐底腳 汽車膜片彈簧起始圓錐底腳 般在9 15之間，由a =H/(Rr)可計算得：a =12 31 符合要求。 下圖5.5為膜片彈簧三維建模圖： 圖 5.5 膜片彈簧三維建模圖 5.4本章小結 上海工程技術大學畢業設計(論文) 自動變速箱離合器結構設計 39 章節從膜片彈簧使用的材料開始進行一步步