———吉林通田汽車離合器的設計目錄TOC\o"1-2"\h\u3046通田閣蘿離合器的設計 1108261緒論 236561.1離合器的發展歷程 2283531.2離合器的功用 326061.3離合器的工作原理 368631.4膜片彈簧離合器的特點 4132812離合器的結構方案選取 5278382.1離合器設計的基本要求 5182082.2離合器結構設計 5136962.3離合器主要零件的材料選擇 631933離合器基本結構參數的確定 743983.1離合器設計所需數據 7221153.2離合器的轉矩容量 9317963.3摩擦片基本參數的校核 11294884膜片彈簧設計 1252725離合器從動盤設計 17214005.1從動盤介紹 17216295.2從動盤設計要求 18111755.3扭轉減震器設計 2031453結論 2316522參考文獻 2420872MACROBUTTONAcceptAllChangesInDoc附錄 25摘要：汽車內的離合器是汽車驅動系統的一個重要組成部分，這種設計主要是為干式摩擦離合器的膜片彈簧離合器設計。為了充分理解其膜片彈簧離合器的發展以及膜片彈簧離合器的組成和原理，然后詳細解釋其組成和工作原理，根據吉林通田閣蘿汽車的各項參數，選擇連接參數與各個零件的材料選擇，取決于其性能可能需要的材料的主要部分和具體的參數尺寸的測試，并且對經過計算的參數進行校核驗算，最終將零件利用三維造型進行構造并將零件進行裝配。關鍵詞：膜片彈簧；離合器；設計1緒論1.1離合器的發展歷程隨著第一輛四輪車橫空出世時,車輛中并沒有任何一個所謂的自動變速箱,也就是說它們中間沒有一個離合器。速度的快慢是靠外部齒輪驅動,它通過皮帶牽引到車軸。1889年，世界上首次使用四速變速箱與摩擦式離合器，但是傳遞扭矩的方法依舊是由皮帶向后輪傳遞。再后來從簡單的機械傳動式離合器轉換為現在各種形式的離合器。在傳動系統中，離合器最開始是摩擦離合器，便于傳輸扭矩。但它太多的慣性旋轉的僚機部分，這使得變速困難。離合器也不夠軟，不能輕易卡住。從那時起，所謂的濕式多盤離合器在潤滑油中工作，但在濕摩擦離合器板和板之間很容易粘住油，特別是在寒冷的天氣時，當液體變濃導致切換困難。多年的實踐經驗逐步轉向使用單片干摩擦離合器。它具有從被動部分旋轉的小慣性量，散熱性能好，調整方便，尺寸緊湊，完全分離等優點。此外，如果采取任何結構性措施，這將確保順利的連接。因此，它已被廣泛使用。干式摩擦離合器與一個壓盤在配合上相對比較理想,利用了從動盤的軸向彈性,使得離合器的運行更加順暢;壓力彈簧既可以當膜片彈簧,又可以同時承載斷路器的動力,明顯減少了離合器軸向的尺寸。離合器內部扭轉減震器,有效地阻止由共振,降低噪聲,并且需要使用手柄摩擦和分離機構。膜片彈簧與壓力盤之間環形接觸,對壓盤產生均勻的壓力。當磨耗板發生摩擦時,彈簧的壓力幾乎不會發生變化,并且當彈簧減少對踏板的摩擦壓力時,就會導致離合器斷開。為了增強抗扭性,重型車中已經使用了很多的干離合器。因此,長滑移在啟動時不損失摩擦片的質量。有人說,這種類型的離合器在使用壽命上幾乎可以達到其他普通式離合器的5.5倍。為了能夠讓離合器得到自動控制,從此也就有了一個自動的離合器。自動式離合器在使用中就不必再需要一個離合器的踏板,也就是自動擋汽車的由來。與其它自動離合器系統相比,相比于傳統的液壓式,它的優點是結構簡單,成本低,效率轉化率高的長處。但是當汽車提升到較低的高度時，離合器往往很容易產生打滑現象。因此必須提前進行更換下一級,來有效防止磨擦板的損壞和燃燒。隨著交通運輸技術的發展,離合器也在原來的技術基礎上不斷地改進,而且還有待完善,用來適用新型汽車。從國內外層出不窮的新技術發明中得到體現來看,汽車的制造速度以及更新換代,發動機功率和轉矩不斷增加，導致了轎車必定向大功率趨勢發展，與去年相比，更新速度更快。并且，對使用的離合器質量成本也越來越高。因此，加強抗扭強度，延長使用壽命，減輕其質量，已成為目前的改進趨勢。1.2離合器的功用由于汽車制動只能從一個非常靜止的部位起步,打火的電動機不能繼續正常工作,而動力傳動系統則處于休眠,不能突然與硬性部件連接。因為如果突然硬性地停止接合,必然會導致機器大量抖動，嚴重可導致發動機熄滅。所以離合器的作用是為了讓發動機和傳動裝置之間平穩、柔和地進行連接,使得發動機向傳遞到驅動裝置上的扭矩慢慢變強,使其到達能夠克服最高的行駛阻力，汽車便可以開始慢慢地起步行駛。盡管通過變速箱也能夠讓發動機和傳動體之間進行分離(即通過變速箱掛空擋),但在通過變速箱掛空擋時,變速器中的主動齒輪仍然可以連接到一個齒輪組,仍然有可能夠直接將其連接到發動機,為了能夠讓發動機在這種條件下正常轉動,必須將其帶動到變速箱中的一個主動齒輪組帶動,而且這個變速箱內部完全都是高粘度的齒輪油,它們都浸泡在了油液中，要帶動齒輪需要很大的力去克服。因此,離合器的另一個作用就是暫時地斷開了發動機和傳動體之間的驅動力,方便了發動機的起動。1.3離合器的工作原理離合器的構成如圖1.1所示：他一般的工作原理是從發動機傳遞出的轉矩通過2飛輪和4壓盤與從動盤上的接觸面的摩擦作用傳給3從動盤。當駕駛員踩下離合器踏板時，通過各個機構件的傳遞，使7膜片彈簧帶動4壓盤向后移，從動部分與主動部分分離。圖1.1離合器結構總成1.4膜片彈簧離合器的特點膜片彈簧離合器是在汽車中使用頻率最高的。因為他既是壓簧，又是一個分離杠桿，所以離合器結構比之前更為簡化，質量也相應下降。第二，由于膜片彈簧是個圓形的，所以壓力沿著圓周分布，比較平均。因此,在設計合理的條件下,它既可以促進摩擦片在一定程度上被磨損至達到極限時,其壓緊力也無法發生改變。由于膜片是對稱的零件，具有良好的平衡，而周置彈簧在高速工作時，因受離心力作用會產生橫向撓曲，降低了對盤壓的壓力，導致傳遞轉矩的能力下滑。膜片彈簧離合器主要是利用膜片彈簧替代了一般的彈簧而制造成的,膜片彈簧沿著圓周均勻分布不若干條切槽，剩余的成為彈性的分離杠桿。由于采用膜式葉片式氣動彈簧除了以上有點之外,膜式葉片式氣動彈簧的箱體安裝結構在箱體位置沿著箱體中心線上的方向完全是對稱的,因此它們所能夠承受觀測到的巨大壓緊離心力實際上并沒有直接地感受到力和離心力的相互作用,性能穩定,散熱透氣特性優良,平衡性也佳。本設計選擇的是拉型膜片彈簧。拉式的最大優點之一就是它完全取消了中間可以支撐的部件,有的僅需要使用一個支撐環；為了能夠使其具備結構簡單,緊湊,質量低,膜片式彈簧所選擇的直徑比較大一點，以增加壓力和性能,減小踏板力,接合或處于分離狀態時,離合器覆蓋的變形小,分離效率也就更高,傳輸效率更高。2離合器的結構方案選取根據以上要設計的離合器特點，我們要進行離合器各部件材料選取以及設計所需要求。2.1離合器設計的基本要求離合器基本設計要求如下:電動汽車在任意的方向行駛加速狀態下,必須能夠做到需要可靠地向汽車發動機輸出產生的最高扭矩。保證渦輪離合器最大摩擦力矩的值應該不得大于汽車驅動渦輪發動機的最大摩擦扭矩；連接平穩，也就是說，必須使離合器傳動的扭矩慢慢增加，使機器不受沖擊或震動；分離快速并且徹底，如果離合器不完全分離，那么轉輪的力矩會使換檔更加困難。引起齒輪沖擊噪聲；離合器的摩擦表面應耐高溫和磨損，蒙皮磨損在一定范圍內，可調節，使離合器工作正常。（5）散熱良好，避免摩擦零件因溫度過高而破裂2.2離合器結構設計2.2.1摩擦片的選擇對于最大質量密度約1000kg的通田閣蘿汽車車而言,發動機的最大扭矩一般都是比較小,在其布局規模和尺寸允許的條件下,離合器從驅動盤正常的情況下只需要一個。單個離合器的結構不復雜,構造精巧,散熱效果好,方便檢查和修理。從驅動部件到轉矩很小,在實際使用過程中可以確保齒輪的分離徹底,由以上優點不難看出,它是如何被廣泛應用于轎車及其他中型卡車。2.2.2壓緊彈簧布置形式的選擇本產品設計中選用了膜片彈簧作為壓緊彈簧,有以下優點：由于膜片式彈簧具有非線性特性,因此,在設計合理的條件下,它們既可以促進摩擦片的磨損達到極限,也不會發生任何改變；膜片式彈簧既是壓緊式彈簧又是分離式杠桿,軸向尺寸可以減小，零件變少，質量變輕；由于膜片彈簧是圓形，所以壓力沿圓周均勻分布，磨損平均；降低制造成本。2.2.3壓盤驅動方式的選擇膜片彈簧離合器中,扭矩主要凸臺式和凸板式的窗口孔式、徑向傳動驅動式、采用徑向傳動片作為驅動電機來傳遞扭矩。本設計計劃采用徑向傳動。徑向傳動驅動是一種利用彈簧剛性將離合器蓋連接到壓盤上的傳動裝置,傳輸方式與其他零部件相比無法做到相對滑動,磨損較微小,控制方便,同時壓盤和離合器蓋的相對位置也不會隨之發生任何形變。2.3離合器主要零件的材料選擇2.3.1從動盤的材料選擇從動盤外殼是用45號鋼模鍛制造的，避免產生變形和斷裂。2.3.2摩擦片的材料選擇摩擦片要能承受足夠的壓力，所以在性能上要滿足如下要求：滑動摩擦阻力系數大小應該因其具有各種工況的滑動穩定性、工作時的溫度、滑動摩擦速率、單位摩擦壓力等各種自然環境因素的滑動；具有足夠的硬度和強度；換擋平穩；2.3.3膜片彈簧的材料選擇盤簧的一部分因其大小和對尺寸的質量要求相對較高,采用60simna的盤簧材料。如果不對整個薄膜上的彈簧內緣進行反向高壓應力處理,則這就會直接導致整個薄膜的彈簧內緣涂層會迅速地被剝離開,經過反向高壓應力處理之后會直接讓整個薄膜在反向高壓應力地區迅速產生一種塑性變形然后在整個薄膜上下部產生一種大量殘余的塑性反向高壓應力,用來大幅延長薄膜彈簧的疲勞使用壽命。同時,對于主軸彈簧的各個局部連接位置上還進行了高頻耐熱淬火型涂層鍍鉻,增加了彈簧分離桿的持久耐磨性。2.3.4壓盤的材料選擇壓盤的原件材料主要選擇灰鑄鐵HT200來進行鑄造,硬度是HB170。要具備一定的質量與剛度,傳熱性能好,避免由于加熱容量不足導致的溫度上漲而使其產生彎折或者變形。壓盤摩擦端面粗糙程度應高于0.8,要有足夠的摩擦力。2.3.5離合器蓋的材料選擇離合器蓋上的彈簧膜片或者彈簧在固定壓盤位置之前，壓盤的高度比壓盤公差更小(由于從承壓中心點開始延伸接觸到任何摩擦部件表面的一定程度距離),支撐環和一個緊固螺絲鉚釘所需要安裝的任何機械部件剛度和環的尺寸都精度應該很高,耐磨性強,如果一個分離式滾動軸承和一個曲軸的連接中心線位置并非位于同心軸,會直接可能引起對緊固鉚釘的一次過度性的磨損。要大大提升金屬鉚釘的焊接強度和使用耐磨性,使用一種鉚釘硬度為10鋼絲的材質,HRc40-50。3離合器基本結構參數的確定通過材料的選擇以及參考指導書中汽車參數之后，下面要進行基本參數計算以及參數的校核。3.1離合器設計所需數據表3.1離合器原始數據發動機最大功率計算：（3.1）=26.5KW其中：為空氣阻力系數；A為迎風面積（A=B1*Ha（前輪距*高））3.2離合器的轉矩容量（3.2）發動機的最大扭矩可由式:（3.3）表3.2直徑系數的取值范圍表3.3摩擦片尺寸部分參數摩擦片外徑公式:（3.4）得D=122mm。根據計算結果和尺寸裝配關系選取160mm，110mm離合器的靜摩擦力矩為：（3.5）表3.4材料的摩擦因數取值范圍查表，f取0.25~0.35摩擦面數z要是離合器從動盤數的2倍。本文設計單片式離合器,所以z=2。測定?t的方法是一種用來用于確認驅動離合器在正常工作時是否處于正常運動接合的指定狀態、當驅動分離后的套筒被驅動回位并將彈簧自動拉至后受力極限的指定位置時,保證在驅動摩擦片正常運動受力且無磨損的工作過程中,離合器與驅動摩擦片之間間隙能夠平穩地連續進行正常接合,在驅動分離套筒軸承與驅動分離套筒杠桿的內端之間預先設計留下一個間隙。取?t=4mm。將（3.1）帶入，得：（3.6）得：MPa。3.3摩擦片基本參數的校核（1）摩擦片外徑：D（mm）外徑應該定義是指即使最大的摩擦圓周率和加速度不能盡可能達到超過70m/s，即m/sm/s（3.7）轉矩的允許值應該遠遠小于它們的許用應力值，即（3.8）根據表3.5表3.5傳遞轉矩的許用值經檢驗，均合格。利用UG將摩擦片參數代入，畫出零件圖圖3.1摩擦片零件圖4膜片彈簧設計4.1膜片彈簧的結構特點以及參數選擇圖4.1膜片彈簧的尺寸簡圖在本設計中，我們采用的是拉式結構。膜片彈簧的具體成果可以劃分為二十多個組成部分。膜片彈簧較大一端是一個全截錐。它的外觀和形狀就好好象一個沒有腳手架和底的圓形盤,與一般器械中所使用的這種盤式彈簧是完全相同的。因此被稱為碟簧。而且膜片式彈簧真正依靠碟型彈簧來發揮起到了彈性效果。其區別是膜片彈簧共享有一個徑向槽。其徑向啟動槽的部位就好好象一圈對稱花瓣。它主要是一個作為分離裝置的杠桿,所以也叫分離爪。4.1.1H/h的選擇這個函數值的確定對于膜片式彈簧的結構和其彈性動力學特征影響很大,如圖,當時，F2上升；時，F1有一個極值；時，F1有一個極大值和極小值；當時，F1極小值在橫坐標上。為了離合器壓緊力經過長時間的磨損也幾乎無明顯變化，汽車所用膜片彈簧H/h通常為1.5～2.0，h為2～4，本設計中取h=2mm，H/h=2。圖4.2離合器壓緊力特性圖4.1.2R/r選擇R/r的應力比值越小,彈簧對彈性材料的應力利用率就越低,彈簧也就越硬,而且在彈簧應力強度較高時,彈性強度曲線所需要承受的應力直徑和角度誤差也就越大。R/r常在1.20~1.30之間的精度范圍內可以進行計算取得數值。本品在工程設計廣泛采用,摩擦片平均使用長度大約為取，摩擦片的平均半徑mm，（4.1）取mm則mm。4.1.3圓錐底角α膜片彈簧圓錐底角（α）范圍一般在°，，經計算，自由狀態下符合設計要求。4.1.4切槽寬度、分離指數分離指數一般通常采用的是取值為18。切槽寬度通常mm，mm，取mm，mm，（應滿足的要求）。4.1.5壓盤接觸半徑和支承環作用半徑應略大于且盡量接近r，應略小于R且盡量接近R。本設計取mm，mm。膜片彈簧必須使用高工作精度鋼，尺寸精度比普通大型機械零件要高。當量應力可取為1600～1700N/mm2。經過選擇上述參數，可根據下文式子進行計算：（4.1）將參數帶入式4.1，繪制出特性曲線圖4.3特性曲線圖從一個彈性膜片特征拐點曲線圖上可以來進行分析,該特征曲線的拐點h長度是對應膜片彈簧壓平位置。當兩個離合器接合時,膜片彈簧的振動工作點b一般上都是直接采取在厚度m與h之間,且靠近或低于h點，。以此來保證一個摩擦片在最高振動磨損厚度極限值為λ的厚度范圍內,其振動壓緊摩擦力的大小變化較少。分離時,膜片踏板彈簧的兩個工作點由它的b變為c,為了能夠最大限度上地減小彈簧踩板時踏板的運動阻力,c工作點分離位置高時應盡量避免直接靠近它的n點。為了有效地地保證傳動摩擦片在被磨損后還可以能夠可靠地向齒輪傳遞輸送電動機的轉矩,摩擦片在被磨損后的傳動彈簧片被壓緊對動力的響應能夠達到幾乎大于或者說是應大于或等于。4.2膜片彈簧的應力計算膜片式彈簧在各種工作條件下，碟簧的內半徑所受應力都應該是最大的，（4.2）B點的當量應力應該滿足一下以下條件：N/mm2經過計算和檢驗，滿足應力值。利用UG畫出三維模型零件圖圖4.4膜片彈簧零件圖5離合器從動盤設計5.1從動盤介紹現代化的電動汽車車輪是部分采用了一種帶有一個扭轉式振動減振器的從輪傳動盤,減少了汽車碰撞,減少汽車噪音，使得現代汽車的車輪起動平穩。從動盤主要由從動盤、從動盤輪轂、摩擦片、減震器件和彈簧等組成，從動片5用限位銷7和減振12鉚在一起。摩擦片，從動片和減振盤三者連在一起。在從動片5和減振盤12上沿著圓周開有6個陣列的長方形孔，在從動盤轂8上也開有同樣數目的孔，在這些窗孔中裝有減振彈簧11。在窗口彈簧孔上面在制作時具有自動翻邊,以便于防止窗口彈簧自動跳出從軸到驅動器的盤轂。在從齒輪驅動片與從齒輪驅動盤與主輪轂之間還分別安裝了一塊減振摩擦片6,9。當控制系統振動產生來回扭轉軸向振動時,從向驅動片和軸向減振盤之間相對于軸向驅動片在盤轂上所產生的振動來回軸向旋轉,減振式驅動摩擦片的軸向驅動力將由此振動產生來回扭轉的振動能量得到吸收。圖5.1帶扭轉減震器的從動盤5.2從動盤設計要求從動盤包括摩擦片,從動板,減振器,從動盤。從動盤可以很好地影響到離合器的性能。但它的磁盤工作時間和壽命都很弱,所以整個磁盤應該滿足以下的設計條件：被動盤慣性應盡量小，以防止車輪在換檔時過猛撞擊摩擦面片上壓力應分布均勻（3）應裝有扭轉減振器緩和沖擊載荷5.2.1從動片的選擇和設計從動板通常采用厚度為1.3~2.0mm的板材進行壓制，有時他們外緣碟形部分，達到0.65~1.0mm，以進一步降低和減少轉動慣量。本設計是通田閣蘿的離合器，為此我們設計采用整體式（不允許攜帶波形彈簧片）的從動片，一般材料用高級低碳鋼(50或85號鋼)或65Mn鋼板支撐﹐經過熱處理后的鋼板硬度HRC38～48。這主要理由是因為在純電動汽車在高速公路行駛時往往需要對車進行高速換擋,首先切換目的與否是為了將電動離合器與車進行高速分離,驅動器的轉矩是否應該在車與離合器進行切換的整個過程中需要改變,或者需要增加速度(從高/低)或降低速度(從低/高)。離合器從動盤轉速的變化會產生慣性作用力，造成車輛與變速器檔位之間的沖擊或加速變速器同步機構的磨損。5.2.2從動盤轂的設計從動盤輪轂是離合器中最繁忙的部件，幾乎承載發動機傳動的全扭矩。通常我們是直接將它安裝到自動轉向變速箱的第一軸上,使用了一個矩形的花鍵。關鍵渦輪值的扭矩大小進行選擇我們可以從渦輪d的外徑和發動引擎最大轉向扭矩大小來進行選定。表5.1從動盤轂花鍵尺寸取表中第三行的數據。校核：擠壓應力的計算公式為：（5.1）得N，MPaMPa，合格。5.2.3摩檫片的材料選取與從動片的固緊方式摩擦片的性能應滿足以下幾個要求來保證它能長期穩定工況下進行：摩擦系數應該是穩定的,保證溫度變化對摩擦系數影響不大。它在高溫下應該有足夠的耐磨性。機械磨合度高,不劃傷飛輪及電動機壓盤等零部件的表面。熱穩定性好，所需粘結劑較少，在高溫下分離，無味，不易焦燒現在石棉塑料摩擦板廣泛應用于離合器。它是由石棉制成的，膠粘劑及其他輔助材料具有良好的耐熱性。摩擦盤的缺點是材料性能的不穩定性。隨著溫度和壓力的增加，摩擦系數減小了；這導致磨損增加，因此人們發展傳熱性能更好，強度更高，耐高溫，耐磨性更高。磨擦系數可約為（0.5）粉末冶金摩擦片和陶瓷磨擦材料。5.3扭轉減震器設計表5.2減振彈簧個數的選取根據表中數據選擇減震彈簧的個數Z=6圖5.2扭轉減振器原理圖根據條件：65Mn彈簧鋼絲符合要求，選擇旋繞比表5.3旋繞比的薦用范圍繪制減震彈簧以及從動盤其余部件：圖5.3從動盤總成圖5.4從動盤轂圖5.5從動片圖5.6扭轉減震器（減震彈簧）結論如上所述，膜片彈簧離合器的工作原理和計算每一個元件的參數可以看到，總連接器的設計應該是由材料選擇的各個方面，尺寸限制，司機的動作等等。材料可以在區域選取上做一些區別:摩擦材料應該選取石棉,以確保石棉具備足夠的高強度和耐磨性;抗熱性與防腐蝕。無粘結現象。扭轉式彈簧選擇65si2mna,其中含有可以改善零件彈性的二氧化硅等金屬成分,含有錳,提高耐熱性,設計出來的離合器經過了提高工作溫度成功的檢驗;以此來防止電動機的摩擦零部件磨損太快及溫度超標。在結構方面，分離鉤已被拆除，然后在壓板和摩擦板之間安裝彈簧，因此離合器分離過程徑向減小，接和分離更為徹底，在控制裝置結構中選擇液壓控制機構，改變了摩擦阻力大，傳動效率低，運動剛性，位置復雜性及其他缺點：在設計離合器蓋時，包括端面鑄造凸起，更換舊的膜片支承彈簧，簡化了離合器結構，有效地減少離合器的軸向距離。計算方面，通過計算離合器主要參數，按照公式得出并經過檢核，并且自由行程符合規定，在此前提也保證了足夠的剛度，外部高壓也不會導致變形，尺寸也滿足裝配要求。總的來說，本項目的所有數據都是通過優化條件進行測試的，原始材料主要使用耐磨性、抗壓強度和耐高溫性以及相應的參數尺寸。適合安裝并能以最大效率傳遞