1.5L排量乘用車摩擦片式離合器設計離合器置身發動機與變速器中的飛輪殼體中，被螺釘固于飛輪后平面上，其輸出軸是變速器輸入軸。在車輛駕駛過程中，司機通過踩踏離合踏板使其處于連接或斷離狀態，短暫分離或逐步結合發動機和變速箱，從而傳輸或截斷從發動機輸入到變速箱的能量。離合器系機動車傳動系中單獨的組件，能夠直接連接到發動機。摩擦離合器如今在各類型車輛中的使用越來越普遍，它主要依賴主部件和驅動部件所產生的摩擦進行能量傳遞和分離。車輛離合器看似機器構造單一、運作原理淺顯，但是它的結構發展史卻早已經歷了上百年，傾注了幾代設計者的智慧與汗血才成就了如今的景象。在近代車輛的制造過程中，膜片彈簧離合器被各型車輛大面積采用。以乘用車的主要參數及制造工藝為基礎對拉式膜片彈簧進行設計。此次設計借鑒了近幾年國內外的各項研究，查閱了大量相關的著作及文獻，基于轎車的技術參數進行設計，主要內容包括：摩擦片、膜片彈簧、從動盤總成、壓盤等。分析說明拉式膜片彈簧及推式的異同，并對二者的特性、功能進行比較衡量，做最佳選擇，并改良摩擦片和膜片彈簧等部件。關鍵詞：離合器；摩擦片；從動片總成；操縱機構；膜片彈簧； 3-1.1選題的目的 1.2離合器國內外研究現狀 1.3離合器的概述 1.3.1膜片彈簧離合器的概述 4-1.3.2離合器的工作原理 1.4設計主要內容 2.1離合器的結構方案設計 8-2.1.1從動盤數的選擇 2.1.2壓緊彈簧和布置形式的選擇 2.1.3膜片彈簧的支撐形式 2.2離合器基本性能關系式 2.3基本結構尺寸、參數的選擇 2.3.1摩擦片外徑D的確定 2.3.2離合器后備參數β的確定 2.3.3單位壓力P的確定 3.1從動盤總成 3.1.1從動片 3.1.2從動盤轂 3.1.3從動盤摩擦材料 3.2.1壓盤的驅動方式 3.2.2壓盤的選材 3.3扭轉減振器 3.3.1扭轉減振器主要參數的選擇 3.3.2減振彈簧的安裝位置 3.3.3全部減振彈簧總的工作負荷Pz 3.3.4單個減振彈簧的工作負荷P 3.3.5減振彈簧尺寸 3.4.1選材 3.5本章小結 4.膜片彈簧的設計 4.1膜片彈簧的概述 4.2.1膜片彈簧是主要參數的計算 4.2.2膜片彈簧的優化設計 4.2.3膜片彈簧的載荷與變形關系 4.2.4膜片彈簧的應力計算 24-4.3本章小結 5.離合器操縱系統的設計 27-5.1操縱機構 5.1.1離合器踏板行程計算 5.1.2踏板力的計算 27-5.2分離軸承壽命計算 5.3本章小結 結論 參考文獻 離合器的設計要符合任何環境下運作，都能平穩輸送發動機最大扭矩，有合適的扭矩儲備，避免傳動系過載。離合器在接合時應完整、輕柔及平穩，以確保車輛在開動時無沖擊和震顫，脫開時應快速、完全。為了達到降低換檔引起的變速器檔位之間的摩擦，方便改變檔位，減輕同步器損耗，驅動部分轉動慣量應小。需離合器能很好地散發熱量，達到降低其運行時所產生溫度的目的，使溫度不會太高，增加其使用期限。要能防止與削弱傳動系里的震顫與沖擊，能夠減輕抖動、減少噪音和弱化沖擊。能夠使司機輕巧而又精準地進行操控，減少其工作量。以離合器運轉時的狀態為例，為達到使其平穩運行的目的，要充分降低由摩擦系數帶來的變化。為了保證它的工作可靠度及使用期限長，離合器要有足夠的強度和動態平衡。離合器應具備構造簡易，精密，質量小等特點。其制作工藝水平要高，能夠便于拆裝，調節及保養等。我希望在此次設計中將離合器最優化，為大家提供一些設計思路。此次設計的目標是摒棄傳統推式膜片彈簧離合器，開發新型拉式膜片彈簧離合器。1.2離合器國內外研究現狀國內：我國汽車離合器企業仍要走很長的一段路，縮短與國外之間的差距。我國企業劣勢在于：①品牌知名度②技術工藝③成品品質④研發設計能力⑤生產機械化。就產品技術而言，由于我國生產離合器企業的不懈努力，國內企業自主研發的膜片彈簧離合器的類型已可以完全滿足我國各種類型車的需要，各大汽車企業不斷吐故納新，汲取國外先進技術，擇善而從，目前我國新研制的零件都獲得了市場上的普遍認可，取得了極大成就，使國內汽車行業煥然一新。國外：就國內外的變化走向而言，車輛性能在光速提升，因此，增強離合器的穩定性和耐久性，提升其于發動機高轉速環境下的適應力，加強離合器傳遞扭矩的能力，使離合器操作輕便，是目前離合器研發的重要突破點。膜片彈簧離合器用膜片彈簧替換杠桿分離機構與一般螺旋彈簧，由于其處于中心位置，故而它也可以被視作是一個中央彈簧離合器，見圖1.1。離合器用膜片彈簧作為壓縮彈簧能帶來許多益處。首先，膜片彈簧自帶彈簧夾和分離器的功效，減少了零件的數量和重量；再者，其能夠極大地簡化離合器的構造，還能夠使離合器的軸間尺寸有效的減少；此外，膜片彈簧的設計擁有杰出的非線性特性，能使摩擦板即便磨損到極致，壓縮力也能維持其形態，并且可以減弱分離離合器時的踏板力，便于操作，節省力氣。其運作特質見圖1.4。此外，膜片彈簧的位置與離合器旋轉軸線完全對稱，達到離心力不會影響到其壓縮力的目的，使之能夠適應高轉速的工作環境。離合器壓盤升程與分離軸承行程影響其機能的優劣。我們把壓盤升程與分離軸承行程的關系認為是線性關系，如圖1.2。事實上，離合器斷開時，壓盤的抬起會稍微延擱，因為在外界壓力下離合器蓋等部件會走樣，支架接合位置有裂縫，如圖1.3所示。此外，離合器工作時間、運作頻率、膜片不同的安裝方式，都關系著壓盤啟動的升程是否會延若想讓膜片彈簧兼具良好特質，應根據以下思路進行設計：(1)精選膜片彈簧有關幾何尺寸參數；(2)優化膜片彈簧與壓盤支撐表面接觸狀態。分離軸承行程圖1.2理論曲線分離軸承行程圖1.3實際曲線圖1.4膜片彈簧工作特性1.3.2離合器的工作原理如上圖1.1所示，摩擦離合器由四個部分構成：主動部分、從動部分、壓緊機構、操縱機構。車輛行駛時，動力由發動機通過曲軸、飛輪、壓盤通過摩擦傳動給從動盤上，再通過花鍵對變速箱輸入軸傳遞動力。當離合踏板工作時，通過液壓系統推進分泵、分離撥叉、分離軸承、分離指，來實現壓盤與從動盤分離不再產生摩擦，動力中斷。拉式膜片彈簧離合器對比推式：拉式膜片彈簧應安裝指定的分離軸承，如圖1.5。構造比較繁瑣，安裝及拆卸較為麻煩。不過由于其綜合性能優越，日漸被各類機動車所普遍應用。應力負荷大大容易相對小相對小2小復雜小相對小15-分離套筒6-碟形彈簧7-擋環8-鎖環摩擦離合器為各類車輛大面積采用，是一種依賴主部件和驅動部件產生的摩擦以達能量輸送目的，而且還能分離的組件。下面我將針對所設計的拉式膜片彈簧離合器的構造、運行機制和功能進行一一闡述，并將其與傳統的推式進行鮮明對比，詳細介紹拉式離合器的優勢。表2.1設計參數一檔傳動比2.1離合器的結構方案設計按發動機最大轉矩，來選定D時，有A=47;單面面積cm2根據表2-1標準尺寸選取D=180mm,d=125mm,h=3.5mm,C=d/D=0.667,車型后備系數β1、壓緊力FF=3000βTemax(D+d)/μZ(D2+Dd+d2)=2093.16~μ=0.3,單片離合器Z=2。摩擦片單位壓力PP=F/a=0.159~0.181MPa2、單位壓力P摩擦片的外徑較長時，應適度減少摩擦面上的單位壓力P,在離合器經常運作，工況較差情況下，最好取較低的單位壓力P值，故而減少單位壓力P來擴大作用面積，增其中β=1.2,μ=0.3。表2.4摩擦材料的摩擦因數的取值范圍單位壓力P在容許范圍里，認為所選離合器的尺寸、參數適合。2.4本章小結綜合以上內容，車輛上采用拉式膜片彈簧離合器，要依靠其滑磨的作用，使機動車平緩啟動，工作環境很差。所以要設計離合器，不但要使其在無論何種環境下都能穩定地輸送轉矩，還要求其使用時間長，本節重點內容是描述設計離合器結構尺寸與參變量。從動盤有兩種結構：帶扭轉減振器的和不帶扭轉減振器的，圖3.1為帶扭轉減振器的從動盤結構。1,13-摩擦片2,14,15-鉚釘3-波形彈簧片4-平衡塊5-從動片6,9-減振摩擦片7-限位銷8-從動盤轂10-調整墊片11-減振彈簧12-減振盤從動盤總成由摩擦片，從動片，減震器和從動盤縠組成。是影響離合器功能的重要組件，由于其壽命短、易損耗，其選材、構造及工藝非常關鍵。從動盤作用之大，其軸向彈性能夠優化離合器，在離合器連接中起到溫和的作用，使摩擦面接觸勻實，減少損耗。要使從動盤有軸向彈性，需單獨制造扇形波狀彈簧與從動鋼片鉚接。波狀彈簧應用質量更輕、厚度更薄的材質，軸向彈性好，轉動慣量小，能夠適應高轉速的環境，且彈簧對置分布，彈性好。故而本次設計采用上述彈簧。3.1.1從動片要讓離合器平穩連接，確保車輛啟動流暢，單片離合器車輛的從動片結構通常設有軸向彈性。對單片離合器的乘用車，常只放置單個從動盤。3.1.2從動盤轂單片干式摩擦離合器的構造簡易，便于改動，驅動部件轉動慣量小，軸向尺寸密集，吸收熱量的能力強，分離完全，選用具有軸向有彈性的組件時，仍然能夠柔和、平穩的接合等好處，與離合器設計條件相合。表3.1從動盤轂花鍵尺寸系列擠壓應力內徑d'334444555h=(D'+d')/Zh=(D'+d')/Z應力小于等于20MPa。1)摩擦片基本尺寸的確定2)摩擦片的校核(1)摩擦片外徑D的選擇應使最大圓周率速度V0不超過65-70m/s。(2)摩擦片的內徑比C應為0.53-0.70范圍內。(3)確保離合器可靠地傳遞發動機的轉矩，避免傳動系過載，β式(3.3)中，m——汽車總質量(Kg);主減速器傳動比；ne——發動機轉速r/min。計算時乘用車取2000r/min,商用車取1500r/min。其中：i=5.46(5)為保證扭轉減振器的安裝，摩擦片內徑d必須大于減振器振器彈簧位置直徑2R0約50mm,即d>2R?+50mm(6)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許用值，即為單位摩擦面積傳遞的轉矩(N.m/mm2),可查表選取，經檢驗，符合。(7)離合器的接合升溫y——傳到壓盤的熱量所占的比例，對單片離合器m——壓盤的質量；m=3Kg。將數據帶入(3.8)中得t=3.53°C,合格。過8-10℃。Y-—分配到壓盤上的滑磨功所占百分比；單片離合器Y=0.50。m——壓盤質量取3Kg。帶入(3.9)中得，A—離合器蓋魚凸臺的接觸面積單片離合器Z=1,Ze=2。3.3扭轉減振器3.3.2減振彈簧的安裝位置結合d>2R?+50mm,得Ro取40mm,則3.3.3全部減振彈簧總的工作負荷Pz式中：Z——減振彈簧的個數根據表3-3選擇：取Z=6。ZC(3)強度計算(4)極限轉角(5)剛度計算取9,=3.823。,則△,=3.269mm(9)減振彈簧預緊變形量(10)減振彈簧的安裝高度(11)定位鉚釘的安裝位置取R?=52mm,則9;=3.859364477。,△?=3.30mm,k=151.52mm,n=4.12,3.4從動軸的計算40Cr調質鋼可用于載荷較大且無很大沖擊的重要軸，初選40Cr調質。 A取A=100,n為軸的轉速，n=3500r/min,則d=25.54mm,取d=26mm。3.5本章小結4.膜片彈簧的設計根據圖4.1可得出，膜片彈簧由兩部分組成：一是膜片彈簧的大端，是一個完整的離合器運用小手指，使其碟簧部分與壓盤的分開，達到分離的目的，故它又稱分離指。分離指與碟簧部分交界處存在較寬的、呈長方形圓孔的徑向槽。4.2.1膜片彈簧是主要參數的計算此值為膜片彈簧的彈性特性的關鍵影響點，分析載荷與變形1之間的函數關系：當F2為增函數時，F1有一極值，該極值點也為拐點時，F1有一極大值和極小值，F1極小值正位于橫坐標上r>R。取r=76mm則R=95mm則R/r=1.25。得α=14.74°在9~15°之間，合格。分離指數常取為18,大尺寸膜片彈簧有取(3)因摩擦片上的壓緊力需勻稱分布，摩擦片的平均半徑與外半徑中間為推式/拉式膜片彈簧的壓盤受力點半徑取值范圍，即(4)因彈簧有一定的結構布置要求，R1與R,rt與ro的差值有一定的選取范圍，即(5)起分離杠桿作用的膜片彈簧分離指，故杠桿比有一定的選取范圍，即拉式：4.2.3膜片彈簧的載荷與變形關系膜片彈簧上沿圓周分布的載荷式通過支承環和壓盤施加，設該載荷都集中在支承點處，用F1表示，加載點間的相對變形(軸向)為λ1,則壓緊力F1與變形λ1之間的關系式為：式中：E——彈性模量，對于鋼，E=2.1×10?MP;μ——泊松比，對于鋼，μ=0.3;H——碟簧部分的內錐高度(膜片彈簧在自由狀態);h——彈簧鋼板厚度；R-—彈簧自由狀態時碟簧部分的大端半徑；r——碟簧部分的小端半徑(彈簧自由狀態);R1-一壓盤加載點半徑；R1—一支承環加載點半徑。RrHh5代入上式(4.3)得用力為F2,對F2力作用點的變形量為λ2由上述公式計算可得表4.2:式中：φ——碟簧部分子午斷面的轉角(從自由狀態算起);由式(4.9)可知，當膜片彈簧變形位置φ一定時，一定的切向應力αt在X-Y坐標成，由上式可得出此式說明，對于一定的零應力分布在中性點O而與X軸承角的直線上。可以看出當X=-e時無論取任何值，都有需校核B處應力，將B點的坐標X=(e-r)和Y=h/2代入(4.9)中有令可以求出切向壓應力達極大值的轉角由于所以9p=0.12,σB=-474.36N/mm2B點作為分離指根部的一點，在分離軸承推力片彈簧的尺寸參數，然后比較研究它的運作彈性、受力強度等，最終確定適合的尺寸。5.1.1離合器踏板行程計算踏板行程S由自由行程S1Sof——分離軸承的自由行程，通常為1.5~3.0mm,取Sof=0.75mm;反映到踏板上的自由行程S1,通常為20～30mm;d1、d?-—主缸和工作缸的直徑；Z—一摩擦片面數；△S-—離合器分離時對偶摩擦面間的間隙，單片：△S=0.85~1.30mm得：S=128.43mm,S?=26.5mm,5.1.2踏板力的計算踏板力為F——離合器分離時，壓緊彈簧對壓盤的總壓力；i?——操縱機構總傳動比，F,—克服回位彈簧1、2的拉力所需的踏板力，于初設時，可忽略不計。分離離合器所作的功F?-—離合器拉接合狀態下壓緊彈簧的總壓緊力。5.2分離軸承壽命計算一般軸承壽命計算公式為C"--為額定動載荷，N;軸承型號動載荷Cr溫度系數f轉速n(r/min)將分離軸承數據帶入式(5.4)中得，5.3本章小結離合器控制系統的意義是，使司機對離合器踏板的控制傳到分離軸承上，從而對離合器的連接分離進行操作，達到進一步控制車輛傳動系統的能量輸送及斷離的目的。所以，離合踏板的位置、尺寸等都要符合人體工程學。此節闡釋了離合器控制系統的設計過程與分離軸承參數的設計、校核。本次設計題目為摩擦片式離合器，首先我針對離合器的發展史以及他的工作原理進行了簡單的敘述，結合查找車輛的參數信息，對離合器的結構布置、主要零部件設計校核，得出了設計離合器的關鍵參數尺寸、操縱形式和相關零部件所用的材料的選擇。結構選擇：參照任務書給出的條件，與乘用車的特征性質相結合，選取自調心分離軸承的液壓操縱的單片拉式膜片彈簧離合器。計算校核：按照任務書中提供的主要數據：查找相似1.5L乘用車的離合器相關參數。依照設計手冊，確定β(后備系數)、P(單位壓力)、D(摩擦片外徑)以及單片摩擦片參數。接下來就是確定從動盤轂的參數和膜片彈簧的參數，并對選定參數進行設計校核，保證所設計結構的強度、剛度與方便控制等符合標準。計算結果無問題后，就可以畫制對裝配圖，并依據二維圖紙畫出三維裝配圖。選材過程：在本次設計中從動片選用鋼板沖壓成型，材料為62M,厚度為2mm;從動盤轂材料為鍛鋼40Cr。摩擦片選擇常用的粉末冶金材料，其滿足目前汽車禁/限用物質要求法規。壓盤材料為HT200。導熱能力優秀。離合器蓋選擇10鋼鋼板材質。扭轉彈簧材質為65Mn。本設計基于離合器設計要求制作，滿足離合器功能及工況使用，但因自己知識儲備有限，在設計過程中，仍有很多問題未能發現，雖然努力改進了部分設計問題，但有些地方仍考慮的不全面，不細致，希望各位老師批評指正。[1]王娜娜，郭永明，張彤.商用車混合動力變速箱濕式離合器