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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
長(zhǎng)安杰勛汽車膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)
院系名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)： 車輛工程 B07-6班
學(xué)生姓名： 王洋
指導(dǎo)教師： 朱榮福
職 稱： 講師
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of Changan Jiexun Automobile Diaphragm Spring Clutch
Candidate：Wang Yang
Specialty：Vehicle Engineering
Class：B07-6
Supervisor：Lecturer Zhu Rongfu
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
離合器是汽車傳動(dòng)系中的重要部件，主要功用是是切斷發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞，保證汽車平穩(wěn)起步，保證傳動(dòng)系統(tǒng)換擋時(shí)工作平順以及限制傳動(dòng)系統(tǒng)所承受的最大轉(zhuǎn)矩，防止傳動(dòng)系統(tǒng)過載。此設(shè)計(jì)說明書詳細(xì)的說明了膜片彈簧離合器的參數(shù)選擇以及計(jì)算過程。
本文根據(jù)長(zhǎng)安杰勛汽車的性能參數(shù)，確定了以推式膜片彈簧離合器作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。根據(jù)推式膜片彈簧離合器工作原理和使用要求，確定了各部分的基本結(jié)構(gòu)及其零部件的制造材料。按照系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法確定了離合器的摩擦片外徑D、后備系數(shù)β、單位壓力P、摩擦因數(shù)f、摩擦面數(shù)z以及離合器間隙Δt，設(shè)計(jì)了膜片彈簧、從動(dòng)盤總成、離合器蓋總成和分離操縱機(jī)構(gòu)，對(duì)壓盤進(jìn)行了溫升校核，對(duì)摩擦片進(jìn)行了滑摩功校核。
關(guān)鍵字：離合器；膜片彈簧；從動(dòng)盤；摩擦片；操縱機(jī)構(gòu)
ABSTRACT
Clutch is an important part of vehicle drivetrain, main function is to cut off engine power to the transmission system, ensure the car a smooth start to ensure works smooth shifting of the transmission system, and limits the maximum torque on the transmission system, prevent drive system overloads. This design gave a detailed description of the process parameters selection and calculation of diaphragm spring clutch.
This article according to the Chang'an JieXun performance parameters of the car, identified as a design goal to push the diaphragm spring clutch. According to push the diaphragm spring clutch work principle and application requirements, determines the basic structure of the parts and components manufacturing materials. Ascertained in accordance with systematic design method of the clutch friction plate diameter d, reserve coefficient β, pressure p, f, the number of friction surface friction coefficient z and clutch gap Δt, design the diaphragm spring, clutch driven plate Assembly, clutch cover Assembly and separation control, checking the temperature rise of the pressure plate, checking the friction of sliding friction.
Key words: Clutch；Diaphragm spring；Driven plate；Friction plate；Control
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
第１章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 選題的目的及意義 3
1.3 離合器的研究現(xiàn)狀 3
1.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 4
第2章 離合器的基本參數(shù)確定 5
2.1 離合器設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù) 5
2.2 摩擦片主要參數(shù)選擇 5
2.3 摩擦片基本參數(shù)優(yōu)化 6
2.4 離合器后備系數(shù)β的確定 8
2.5 單位壓力P的確定 8
2.6 摩擦因數(shù)f摩擦面數(shù)z和離合器間隙Δt的確定 9
2.7 本章小結(jié) 10
第3章 離合器零部件的設(shè)計(jì) 11
3.1 膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 11
3.2 膜片彈簧的變形特性 11
3.3 膜片彈簧的參數(shù)確定 12
3.3.1 H/h比值的確定 12
3.3.2 R及R/r確定 12
3.3.3 膜片彈簧起始圓錐底角α 13
3.3.4 膜片彈簧小端半徑和分離軸承的作用半徑 13
3.3.5 分離指數(shù)n和切槽寬度 13
3.3.6 壓盤加載點(diǎn)半徑和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑的確定 13
3.3.7 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì) 13
3.3.8 膜片彈簧的工作狀態(tài)分析 14
3.3.9 膜片彈簧的應(yīng)力計(jì)算 16
3.3.10膜片彈簧的支承形式 18
3.4 扭轉(zhuǎn)減震器設(shè)計(jì) 18
3.5 扭轉(zhuǎn)減震器基本參數(shù)確定 19
3.6 減震彈簧設(shè)計(jì) 19
3.6.1 減震彈簧的安裝位置 19
3.6.2 減震彈簧的工作負(fù)荷 19
3.6.3 減震彈簧的個(gè)數(shù)選取 20
3.6.4 減震彈簧的尺寸計(jì)算 20
3.7 從動(dòng)盤總成設(shè)計(jì) 22
3.7.1 從動(dòng)盤的設(shè)計(jì)要求 22
3.7.2 從動(dòng)片設(shè)計(jì) 23
3.7.3 從動(dòng)盤轂設(shè)計(jì) 23
3.7.4 摩擦片與從動(dòng)片的緊固方式選擇 24
3.8 離合器蓋總成設(shè)計(jì) 24
3.8.1 離合器蓋設(shè)計(jì) 24
3.8.2 壓盤的幾何尺寸的確定 25
3.8.3 離合器一次接合的溫升校核 26
3.8.4壓盤的驅(qū)動(dòng)方式 26
3.8.5離合器的散熱通風(fēng) 26
3.9 分離軸承總成設(shè)計(jì) 27
3.9.1 分離軸承的作用 27
3.9.2 分離軸承的選擇 27
3.10 本章小結(jié) 27
第4章 離合器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 28
4.1 離合器操縱機(jī)構(gòu)的要求 28
4.2 操縱機(jī)構(gòu)的選擇 28
4.3 操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 28
4.3.1 踏板行程計(jì)算 29
4.3.2踏板力計(jì)算 29
4.4 本章小結(jié) 30
結(jié)論 31
參考文獻(xiàn) 32
致謝 33
附錄 A 34
附錄 B 36
第１章 緒 論
1.1 引言
對(duì)于以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車，離合器在機(jī)械傳動(dòng)系中是作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在的，它是汽車傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的總成。目前，各種汽車主要采用的摩擦離合器是一種依靠主、從動(dòng)部分之間的摩擦來傳遞動(dòng)力且能分離的裝置。摩擦離合器所能傳遞的最大扭矩取決于摩擦面間的工作壓緊力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面狀況等，即主要取決于離合器基本參數(shù)和主要尺寸。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]：
1、膜片彈簧具有較理想的非線性彈性特征，工作中能保持傳遞的轉(zhuǎn)矩大致不變；
2、膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量?。?
3、高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；
4、膜片彈簧以整個(gè)圓周與壓盤接觸，壓力分布均勻，摩擦片接觸良好，磨損均勻；
5、易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長(zhǎng)；
6、膜片彈簧中心與離合器中心重合，平衡性好。
離合器的第一個(gè)功用是使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸接合，保證汽車平穩(wěn)起步。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，以最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，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，就必然造成汽車猛烈攢動(dòng)，或是發(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，可避免傳動(dòng)系零件超載損壞，起保護(hù)作用。
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4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7和分離軸承6，將分離杠桿的內(nèi)端推向左方，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)壓盤向右，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)壓盤向左，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[２]。
1-軸承 2-飛輪 3-從動(dòng)盤 4-壓盤 5-離合器蓋
6-分離軸承 7-分離套筒
圖1.1 離合器總成
1.2 選題的目的及意義
在汽車領(lǐng)域膜片彈簧離合器已得到了廣泛的使用，但由于我國(guó)膜片彈簧離合器技術(shù)起步比較晚，故技術(shù)還不成熟，存在很多不足之處。與國(guó)際的產(chǎn)品相比，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的不足主要表現(xiàn)在技術(shù)含量低，產(chǎn)品的研發(fā)缺乏前瞻性，標(biāo)化程度低。
通過此次設(shè)計(jì)了解離合器的構(gòu)造，掌握離合器的工作原理。熟悉從動(dòng)盤、壓盤、膜片彈簧的設(shè)計(jì)方法以及優(yōu)化方法。學(xué)會(huì)如何查找文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)自學(xué)能力，掌握單獨(dú)設(shè)計(jì)課題和項(xiàng)目的方法，設(shè)計(jì)出滿足整車要求并符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的汽車離合器，為以后從事汽車方面的工作或工作中設(shè)計(jì)其它項(xiàng)目奠定良好的基礎(chǔ)。
經(jīng)過為期四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使學(xué)生充分地認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)一個(gè)工程項(xiàng)目所需的步驟，以及身為工程技術(shù)人員所需具備的素質(zhì)和應(yīng)當(dāng)完成的工作，為即將進(jìn)入社會(huì)提供了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，對(duì)于由學(xué)生向工程技術(shù)人員轉(zhuǎn)變有著重要意義。
1.3 離合器的研究現(xiàn)狀
隨著社會(huì)節(jié)奏的加快以及人們生活水平的提高，對(duì)汽車來說，人們要求它有自重輕、行使速度高、加速性能好、可以在各種路面上甚至無路地區(qū)行駛及機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)。為了滿足汽車各種行使的需求，在汽車上要需要有一套復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)?，F(xiàn)代汽車上最常用的是機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)，它是由發(fā)動(dòng)機(jī)以及離合器、變速器、萬向節(jié)傳動(dòng)軸、主減速器、差速器和驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置（如半軸）等部件組成。其中離合器是作為一個(gè)獨(dú)立的部件而存在的。它在傳動(dòng)系統(tǒng)中起著傳遞扭矩、分離傳動(dòng)、減振和過載保護(hù)多重功用，其品質(zhì)直接影響汽車的性能，對(duì)于使用工況復(fù)雜、超載嚴(yán)重的中國(guó)汽車更是如此[3]。
在采用離合器的傳動(dòng)系統(tǒng)中，早期離合器的結(jié)構(gòu)形式是錐形摩擦離合器。錐形摩擦離合器傳遞扭矩的能力，比相同直徑的其他結(jié)構(gòu)形式的摩擦離合器要大。但是，其最大的缺點(diǎn)是從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量太大，引起變速器換擋困難。而且這種離合器在接合時(shí)也不夠柔和，容易卡住。
此后，在油中工作的所謂濕式的多片離合器逐漸取代了錐形摩擦離合器。但是多片濕式摩擦離合器的片與片之間容易被油粘住（尤其是在冷天油液變濃時(shí)更容易發(fā)生），導(dǎo)致分離不徹底，造成換擋困難。所以它又被干式所取代。多片干式摩擦離合器的主要優(yōu)點(diǎn)是由于接觸面數(shù)多，故接合平順柔和，保證了汽車的平穩(wěn)起步。但因片數(shù)較多，從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，還是感到換擋不夠容易。另外，中間壓盤的通風(fēng)散熱不良，易引起過熱，加快了摩擦片的磨損甚至燒傷和破裂。如果調(diào)整不當(dāng)還可能引起離合器分離不徹底[4]。
多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)使人們逐漸趨向于采用單片干式摩擦離合器。它具有從動(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)。而且只要在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，也能使其接合平順。因此，它得到了極為廣泛的應(yīng)用。
如今，單片干式摩擦離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面也相當(dāng)完善：采用具有軸向彈性的從動(dòng)盤，提高了離合器的接合平順性；離合器中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動(dòng)系統(tǒng)的共振，減少了噪音；以及采用了摩擦較小的分離桿機(jī)構(gòu)等。另外，采用了膜片彈簧作為壓簧，可同時(shí)兼起到分離杠桿的作用，使離合器結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，并顯著地縮短了離合器的軸向尺寸。膜片彈簧和壓盤的環(huán)形接觸，可保證壓盤上的壓力均勻。由于膜片彈簧本身的特性，當(dāng)摩擦片磨損時(shí)，彈簧的壓力幾乎沒有改變，且可減輕分離離合器時(shí)所需要的踏板力。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上多采用多片干式離合器。次外，近年來由于多片濕式離合器在技術(shù)上的不段改善，在國(guó)外的某些重型牽引汽車和自卸車上又開始采用多片濕式離合器，并有不斷增加的傾向。與干式離合器相比，由于用油泵進(jìn)行強(qiáng)制制冷的結(jié)果，摩擦表面的溫度較低（不超過 93℃）。因此，允許起步時(shí)長(zhǎng)時(shí)間地打滑或用高檔起步而不致燒損摩擦片，具有良好的起步能力。
近年來隨著我國(guó)汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和功率的不斷提高、汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)離合器的要求越來越高。如何在高轉(zhuǎn)速大功率下保證離合器的穩(wěn)定工作成為國(guó)內(nèi)外研究的主要課題。從提高離合器工作性能的角度出發(fā)，傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)正逐步地向拉式結(jié)構(gòu)發(fā)展，傳統(tǒng)的操作形式正向自動(dòng)操作形式發(fā)展，傳統(tǒng)的離合器作為單一總成也正在向離合器與其它總成復(fù)合集成化發(fā)展。因此，提高離合器的可靠性和使用壽命，適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，增加傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡(jiǎn)化操作，已成為離合器的發(fā)展趨勢(shì)。
1.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
本次設(shè)計(jì)主要包括如下內(nèi)容：
1、完成膜片彈簧離合器的基本結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)的選擇（摩擦片外徑D、離合器后備系數(shù)β和單位壓力p）、性能計(jì)算和設(shè)計(jì)；
2、從動(dòng)盤總成設(shè)計(jì)；
3、壓盤和離合器蓋總成設(shè)計(jì)；
4、離合器裝配圖；
5、離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。
第2章 離合器的基本參數(shù)確定
2.1 離合器設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù)
離合器的主要參數(shù)選擇需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩和傳動(dòng)系的傳動(dòng)比來確定。表2.1為此次設(shè)計(jì)車型的基本數(shù)據(jù)。
表2.1 長(zhǎng)安杰勛汽車基本數(shù)據(jù)
汽車的驅(qū)動(dòng)形式
4×2
汽車滿載質(zhì)量
2010kg
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率
112KW
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速
6000r/min
發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩
192N.m/4500 rpm
離合器形式
機(jī)械、干式、單片、膜片彈簧
操縱形式
液壓人力操縱
傳動(dòng)比
ig0=3.74 ig1=3.40 ig2=2.048 ig3=1.346 ig4=0.972 ig5=0.769
輪胎型號(hào)
195/65R15
2.2 摩擦片主要參數(shù)選擇
摩擦片外徑是離合器的主要參數(shù)，它對(duì)離合器的輪廓尺寸、質(zhì)量和使用壽命有決定性的影響。
當(dāng)離合器結(jié)構(gòu)形式及摩擦片材料已選定，發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩已知，適當(dāng)選取后備系數(shù)β和單位壓力P0，可估算出摩擦片外徑。
摩擦片外徑D（mm）也可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩按如下經(jīng)驗(yàn)公式選用：
（2.1）
式中:—直徑系數(shù)，取值范圍見表2.2。
由所選車型得= 192N·m，=14.6，
表2.2 直徑系數(shù)的取值范圍
車 型
直徑系數(shù)
乘用車
14.6
最大總質(zhì)量為1.8～14.0t的商用車
16.0～18.5(單片離合器)
13.5～15.0(雙片離合器)
最大總質(zhì)量大于14.0t的商用車
22.5～24.0
則將各參數(shù)值代入式后計(jì)算得 D=202.3mm
根據(jù)離合器摩擦片的標(biāo)準(zhǔn)化，系列化原則，根據(jù)表2.3；
表2.3 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)
外徑D/mm
160
180
200
225
250
280
300
325
350
內(nèi)徑d/mm
110
125
140
150
155
165
175
190
195
厚度h/mm
3.2
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
4
=d/D
0.687
0.694
0.700
0.667
0.589
0.583
0.585
0.557
0.540
1－
0.676
0.667
0.657
0.703
0.762
0.796
0.802
0.800
0.827
單位面積F/
106
132
160
221
302
402
466
546
678
應(yīng)取摩擦片相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尺寸：
外徑D=280mm 內(nèi)徑d=165mm 厚度h=3.5mm
2.3 摩擦片基本參數(shù)優(yōu)化
摩擦片主要參數(shù)優(yōu)化步驟如下[5]:
1、摩擦片外徑D（mm）的選取應(yīng)使最大圓周速度不超過65～70m/s，即
（2.2）
式中，為摩擦片最大圓周速度（m/s）；為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速(r/min)。
2、摩擦片的內(nèi)、外徑比應(yīng)在0.53～0.70范圍內(nèi)，即
3、為了保證離合器可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，并防止傳動(dòng)系過載，不同車型的β值應(yīng)在一定范圍內(nèi)，最大范圍為1.2～4.0。
β=1.3
4、為了保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝，摩擦片內(nèi)徑d必須大于減振器振器彈簧位置直徑約50mm，即
5、為反映離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩并保護(hù)過載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于其許用值，即
（2.3）
式中:—單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩(N.m/mm2)，可按表2.4選取
經(jīng)檢查,合格。
表2.4 單位摩擦面積傳遞轉(zhuǎn)矩的許用值
離合器規(guī)格
0．28
0．30
0．35
0．40
6、為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，對(duì)于不同車型，單位壓力的最大范圍為0.11～1.50MPa,即
7、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,離合器每一次接合的單位摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其許用值,即
（2.4）
式中:—單位摩擦面積滑磨功(J/mm2)；—其許用值(J/mm2)，對(duì)于乘用車：J/mm2，對(duì)于最大總質(zhì)量小于6.0t的商用車：J/mm2，對(duì)于最大總質(zhì)量大于6.0t商用車：J/mm2：W—汽車起步時(shí)離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功（J），可根據(jù)公式2.5計(jì)算
（2.5）
式中:—汽車總質(zhì)量(Kg)；—輪胎滾動(dòng)半徑（m）；—汽車起步時(shí)所用變速器擋位的傳動(dòng)比；—主減速器傳動(dòng)比；—發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min，計(jì)算時(shí)乘用車取r/min，商用車取r/min。其中： 代入式得， ，合格。
2.4 離合器后備系數(shù)β的確定
后備系數(shù)β是離合器的重要參數(shù)，反映離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的可靠程度，選擇β時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：a. 摩擦片在使用中有一定磨損后，離合器還能確保傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩；b. 防止離合器本身滑磨程度過大；c. 要求能夠防止傳動(dòng)系過載。通常轎車和輕型貨車β=1.2～1.75。
本設(shè)計(jì)的是2噸小型轎車離合器，參看有關(guān)資料“離合器后備系數(shù)的取值范圍”（見下表2.5），并根據(jù)最大總質(zhì)量不超過6噸的載貨汽車=1.20～1.75，結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)際情況，故選擇β=1.3。
則有β可由表2.5查得 β＝1.3。
表2.5 離合器后備系數(shù)的取值范圍
車 型
后備系數(shù)β
乘用車及最大總質(zhì)量小于6t的商用車
1.20～1.75
最大總質(zhì)量為6～14t的商用車
1.50～2.25
掛車
1.80～4.00
2.5 單位壓力P的確定
摩擦面上的單位壓力P的值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)量等有關(guān)。
離合器使用頻繁,工作條件比較惡劣(如城市用的公共汽車和礦用載重車),單位壓力P較小為好。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[5]。
前面已經(jīng)初步確定了摩擦片的基本尺寸；
外徑D=280mm 內(nèi)徑d=165mm 厚度h=3.5mm
內(nèi)徑與外徑比值
由公式 （2.6）
得P=0.11MPa
表2.6 摩擦片單位壓力的取值范圍
摩擦片材料
單位壓力/MPa
石棉基材料
模壓
0.15～0.25
編織
0.25～0.35
粉末冶金材料
模壓
0.35～0.50
編織
金屬陶瓷材料
0.70～1.50
2.6 摩擦因數(shù)f摩擦面數(shù)z和離合器間隙Δt的確定
摩擦片的摩擦因數(shù)取決于摩擦片所用的材料及基工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素?？捎杀?.6查得：
摩擦面數(shù)Z為離合器從動(dòng)盤數(shù)的兩倍，決定于離合器所需傳遞轉(zhuǎn)矩的大小及其結(jié)構(gòu)尺寸。本題目設(shè)計(jì)單片離合器，因此Z=2。離合器間隙Δt是指離合器處于正常接合狀態(tài)、分離套筒被回位彈簧拉到后極限位置時(shí)，為保證摩擦片正常磨損過程中離合器仍能完全接合，在分離軸承和分離杠桿內(nèi)端之間留有的間隙。該間隙Δt一般為3～4mm。取Δt=3mm。
表2.7 摩擦材料的摩擦因數(shù)的取值范圍
摩擦材料
摩擦因數(shù)
石棉基材料
模壓
0.20～0.25
編織
0.25～0.35
粉末冶金材料
銅基
0.25～0.35
鐵基
0.30～0.50
金屬陶瓷材料
0.4
2.7 本章小結(jié)
本章根據(jù)長(zhǎng)安杰勛汽車的基本參數(shù)，確定了摩擦片的基本尺寸并進(jìn)行了優(yōu)化，選擇了離合器的主要參數(shù)，包括：后備系數(shù)β、單位壓力P、摩擦因數(shù)f、摩擦面數(shù)z和離合器間隙Δt。為下章的離合器計(jì)算提供依據(jù)。
第3章 離合器零部件的設(shè)計(jì)
3.1 膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
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。可以說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。故它又稱分離爪。分離爪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爪根部應(yīng)力集中，一方面又可用來安置銷釘固定膜片彈簧[6]。
3.2 膜片彈簧的變形特性
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[7]：
1、＜
如圖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。
2、=
如圖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.
3、＜＜2
如圖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.
4、＞
如圖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3.1 三種不同H/h值時(shí)的無因次特曲線
圖3.2 各種不同H/h值時(shí)的無因次彈性變形特性
3.3 膜片彈簧的參數(shù)確定
3.3.1 H/h比值的確定
此值對(duì)膜片彈簧的彈性特性影響極大，根據(jù)對(duì)膜片彈簧的變形特性的分析，參照?qǐng)D3.1為保證離合器壓緊力變化不大和操縱方便，汽車離合器用膜片彈簧的H/h通常在1.5～2范圍內(nèi)選取。常用的膜片彈簧板厚為2～4mm，本設(shè)計(jì) ，h=3mm ，則H=6mm 。
3.3.2 R及R/r確定
通過分析表明，R/r越小，應(yīng)力越高，彈簧越硬，彈性曲線受直徑誤差影響越大。汽車離合器膜片彈簧根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求，R/r常在1.2～1.35 的范圍內(nèi)取值。膜片彈簧大端外徑R應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)上的要求和摩擦片的外徑相適應(yīng)，大于摩擦片內(nèi)徑，近于摩擦片外徑。本設(shè)計(jì)中取，摩擦片的平均半徑，因?yàn)槿?、則。
3.3.3 膜片彈簧起始圓錐底角α
汽車膜片彈簧在自由狀態(tài)時(shí)，圓錐底角α一般在°范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)中 得°在°之間，合格。
3.3.4 膜片彈簧小端半徑和分離軸承的作用半徑
由離合器的結(jié)構(gòu)決定，其最小值應(yīng)大于變速器第一軸花鍵的外徑。應(yīng)大于。本設(shè)計(jì)所取，。
3.3.5 分離指數(shù)n和切槽寬度
分離指數(shù)常取為18，大尺寸膜片彈簧有取24的，對(duì)于小尺寸膜片彈簧，也有取12的，本設(shè)計(jì)所取分離指數(shù)為18。
，，取，，應(yīng)滿足的要求,。
3.3.6 壓盤加載點(diǎn)半徑和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑的確定
應(yīng)略大于且盡量接近r，應(yīng)略小于R且盡量接近R。本設(shè)計(jì)取，。
3.3.7 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)
膜片彈簧的優(yōu)化步驟如下[8,9]：
1、為了滿足離合器使用性能的要求，彈簧的與初始錐角應(yīng)在一定范圍內(nèi)，即
2、彈簧各部分有關(guān)尺寸的比值應(yīng)符合一定的范圍，即
3、為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，推式膜片彈簧的壓盤加載點(diǎn)半徑（或拉式膜片彈簧的壓盤加載點(diǎn)半徑）應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，即
推式：
4、根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求，與，與之差應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即
5、膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用，，因此杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即
推式：
由4和5得，。
3.3.8 膜片彈簧的工作狀態(tài)分析
碟形彈簧的形狀如以錐型墊片，見圖3.3，它具有獨(dú)特的彈性特征，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)中。膜片彈簧是具有特殊結(jié)構(gòu)的碟形彈簧，在碟簧的小端伸出許多由徑向槽隔開的掛狀部分——分離指。膜片彈簧的彈性特性與尺寸如其碟簧部分的碟形彈簧完全相同（當(dāng)加載點(diǎn)相同時(shí)）。因此，碟形彈簧有關(guān)設(shè)計(jì)公式對(duì)膜片彈簧也適用。通過支承環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的沿圓周分布的載荷，假象集中在支承點(diǎn)處，用F1表示，加載點(diǎn)間的相對(duì)變形（軸向）為λ1，則壓緊力F1與變形λ1之間的關(guān)系式為[10]:
（3.1）
式中：E—彈性模量，對(duì)于鋼，
μ—泊松比，對(duì)于鋼，μ=0.3
H—膜片彈簧在自由狀態(tài)時(shí)，其碟簧部分的內(nèi)錐高度
h—彈簧鋼板厚度
R—彈簧自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的大端半徑
r—彈簧自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的小端半徑
R—壓盤加載點(diǎn)半徑
r1—支承環(huán)加載點(diǎn)半徑
圖3.3 膜片彈簧
表3.1 膜片彈簧彈性特性所用到的系數(shù)
R
r
R1
r1
H
h
119
92
113
94
6
3
代數(shù)據(jù)入上式得
求一次導(dǎo)數(shù)，可解出λ1=F1的凹凸點(diǎn)，求二次導(dǎo)數(shù)可得拐點(diǎn)。
凸點(diǎn)：mm時(shí)，
凹點(diǎn)：mm時(shí)，
拐點(diǎn)：mm時(shí)，
當(dāng)離合器分離時(shí)，膜片彈簧加載點(diǎn)發(fā)生變化。設(shè)分離軸承對(duì)膜片彈簧指所加的載荷為F2，對(duì)應(yīng)此載荷作用點(diǎn)的變形為λ2。由
（3.2）
（3.3）
列出表3.2:
表3.2 膜片彈簧工作點(diǎn)的數(shù)據(jù)
2.93
6.98
4.96
10.55
25.13
17.86
12706.6
7255.2
9925.44
3557.85
2031.46
2779.12
膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇:
從膜片彈簧的彈性特性曲線圖分析出，該曲線的拐點(diǎn)H對(duì)應(yīng)著膜片彈簧壓平位置，而。新離合器在接合狀態(tài)時(shí)膜片彈簧工作點(diǎn)B一般取在凸點(diǎn)M和拐點(diǎn)H之間，且靠近或在H點(diǎn)處，一般,以保證摩擦片在最大磨損限度Δλ范圍內(nèi)壓緊力從F1B到F1A變化不大。當(dāng)分離時(shí)，膜片彈簧工作點(diǎn)從B變到C ，為最大限度地減小踏板力，C點(diǎn)應(yīng)盡量靠近N點(diǎn)。為了保證摩擦片磨損后仍能可靠的傳遞傳矩，并考慮摩擦因數(shù)的下降，摩擦片磨損后彈簧工作壓緊力應(yīng)大于或等于新摩擦片時(shí)的壓緊力。
3.3.9 膜片彈簧的應(yīng)力計(jì)算
定膜片彈簧在承載過程中其子午斷面剛性地繞此斷面上的某中性點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)。斷面在O點(diǎn)沿圓周方向的切向應(yīng)變?yōu)榱?，故該點(diǎn)的切向應(yīng)力為零，O點(diǎn)以外的點(diǎn)均存在切向應(yīng)變和切向應(yīng)力?，F(xiàn)選定坐標(biāo)于子午斷面，使坐標(biāo)原點(diǎn)位于中性點(diǎn)O。令X軸平行于子午斷面的上下邊，其方向如上圖所示，則斷面上任意點(diǎn)的切向應(yīng)力為：
（3.4）
式中:φ—碟簧部分子午斷面的轉(zhuǎn)角（從自由狀態(tài)算起）
α—碟簧部分子有狀態(tài)時(shí)的圓錐底角
e —碟簧部分子午斷面內(nèi)中性點(diǎn)的半徑
e=（R-r）/In(R/r) （3.5）
圖3.4 膜片彈簧工作點(diǎn)位置
為了分析斷面中斷向應(yīng)力的分布規(guī)律，將上式寫成Y與X軸的關(guān)系式：
（3.6）
由式（3.6）可知，當(dāng)膜片彈簧變形位置φ一定時(shí)，一定的切向應(yīng)力αt在X-Y坐標(biāo)系里呈線性分布。
當(dāng)時(shí)，因?yàn)榈闹岛苄?，我們可以將看成，由上式可寫成。此式表明，?duì)于一定的零應(yīng)力分布在中性點(diǎn)O而與X軸承角的直線上。從式（3.16）可以看出當(dāng)時(shí)無論取任何值，都有。顯然，零應(yīng)力直線為K點(diǎn)與O點(diǎn)的連線，在零應(yīng)力直線內(nèi)側(cè)為壓應(yīng)力區(qū)，外側(cè)位拉應(yīng)力區(qū)，等應(yīng)力直線離應(yīng)力直線越遠(yuǎn)，其應(yīng)力越高。由此可知，碟簧部分內(nèi)緣點(diǎn)B處切向壓應(yīng)力最大，A處切向拉應(yīng)力最大，分析表明，B點(diǎn)的切向應(yīng)力最大，計(jì)算膜片彈簧的應(yīng)力只需校核B處應(yīng)力就可以了，將B點(diǎn)的坐標(biāo)X=（e-r）和Y=h/2 代入公式有：
（3.7）
令可以求出切向壓應(yīng)力達(dá)極大值的轉(zhuǎn)角 （3.8）
由于：
所以：，
B點(diǎn)作為分離指根部的一點(diǎn)，在分離軸承推力F2作用下還受有彎曲應(yīng)力：
（3.9）
式中:n—分離指數(shù)目 n=18
br—單個(gè)分離指的根部寬
因此：
由于σrB是與切向壓應(yīng)力σtB垂直的拉應(yīng)力，所以根據(jù)最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論，B點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力為：
膜片彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力一般都稍高于材料的局限，為提高膜片彈簧的承載能力，一般要經(jīng)過以下工藝：先對(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，得到具有較高抗疲勞能力的回火索氏體，對(duì)膜片彈簧進(jìn)行強(qiáng)壓處理（將彈簧壓平并保持12～14h），使其高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應(yīng)力，對(duì)膜片彈簧的凹表面進(jìn)行噴丸處理，提高彈簧疲勞壽命，對(duì)分離指進(jìn)行局部高頻淬火或鍍鋁，以提高其耐磨性。
故膜片彈簧和當(dāng)量應(yīng)力不超出允許應(yīng)力范圍，所以用設(shè)數(shù)據(jù)合適。膜片彈簧使用優(yōu)質(zhì)高精質(zhì)鋼。其碟簧部分的尺寸精度要求高，碟簧材料為60SiMnA。
3.3.10膜片彈簧的支承形式
推式膜片彈簧支承結(jié)構(gòu)按支承環(huán)數(shù)目的不同分為三種，分別為雙支承環(huán)形式，單支承環(huán)形式，無支承環(huán)形式。
本設(shè)計(jì)選擇雙支承環(huán)形式，用臺(tái)肩式鉚釘將膜片彈簧、兩個(gè)支撐環(huán)與離合器蓋定位鉚合在一起，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐久性良好。
3.4 扭轉(zhuǎn)減震器設(shè)計(jì)
扭轉(zhuǎn)減震器有線性和非線性兩種特性。單級(jí)線性減震器的扭轉(zhuǎn)特性，如圖3.5，其彈性元件一般采用圓柱螺旋彈簧，廣泛用于汽油機(jī)汽車中。由于長(zhǎng)安杰勛汽車采用的是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，故其扭轉(zhuǎn)減震器的類型應(yīng)選擇單級(jí)線性扭轉(zhuǎn)減震器。
減振器的扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼摩擦元件間的摩擦轉(zhuǎn)矩是兩個(gè)主要參數(shù)。其設(shè)計(jì)參數(shù)還包括極限轉(zhuǎn)矩、預(yù)緊轉(zhuǎn)矩和極限轉(zhuǎn)角等。
3.5 扭轉(zhuǎn)減震器基本參數(shù)確定
減震器極轉(zhuǎn)矩
摩擦轉(zhuǎn)矩
預(yù)緊轉(zhuǎn)矩
扭轉(zhuǎn)角剛度
圖3.5 扭轉(zhuǎn)特性 圖3.6 減震器尺寸簡(jiǎn)圖
3.6 減震彈簧設(shè)計(jì)
3.6.1 減震彈簧的安裝位置
的尺寸盡可能的大一些根據(jù)圖3.6，一般取
結(jié)合，得取54mm。
3.6.2 減震彈簧的工作負(fù)荷
1、全部減振彈簧總的工作負(fù)荷
2、單個(gè)減振彈簧的工作負(fù)荷
3.6.3 減震彈簧的個(gè)數(shù)選取
式中Z為減振彈簧的個(gè)數(shù)，按表3.3選擇：故取Z=6。
表3.3 減振彈簧個(gè)數(shù)的選取
摩擦片的外徑D/mm
225～250
250～325
325～350
〉350
Z
4～6
6～8
8～10
〉10
3.6.4 減震彈簧的尺寸計(jì)算
1、選擇材料，計(jì)算許用應(yīng)力[11]
根據(jù)《機(jī)械原理與設(shè)計(jì)》(機(jī)械工業(yè)出版社)采用65Mn彈簧鋼絲， 設(shè)彈簧絲直徑,,。
2、選擇旋繞比，計(jì)算曲度系數(shù)
根據(jù)表3.4選擇旋繞比：
表3.4 旋繞比的薦用范圍
d/mm
C
確定旋繞比，曲度系數(shù)
3、強(qiáng)度計(jì)算
，與原來的d接近，合格。
中徑 ； 外徑 mm
4、極限轉(zhuǎn)角°取 °，則
5、剛度計(jì)算
彈簧剛度
其中，為最小工作力，
彈簧的切變模量，則彈簧的工作圈數(shù)
取，總?cè)?shù)為
6、彈簧的最小高度
7、減振彈簧的總變形量
8、減振彈簧的自由高度
9、減振彈簧預(yù)緊變形量
10、減振彈簧的安裝高度
11、定位鉚釘?shù)陌惭b位置
取，則°，，，，合格。
圖3.7 扭轉(zhuǎn)減震器
3.7 從動(dòng)盤總成設(shè)計(jì)
現(xiàn)代汽車上一般都采用帶有扭轉(zhuǎn)減振的從動(dòng)盤,用以避免汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的共振,緩和沖擊,減少噪聲,提高傳動(dòng)系統(tǒng)零件的壽命,改善汽車行使的舒適性,并使汽車平穩(wěn)起步。
從動(dòng)盤主要由從動(dòng)片，從動(dòng)盤轂，摩擦片等組成，由圖3.8可以看出，摩擦片1，13分別用鉚釘14，15鉚在波形彈簧片上，而后者又和從動(dòng)片鉚在一起。從動(dòng)片5用限位銷7和減振12鉚在一起。這樣，摩擦片，從動(dòng)片和減振盤三者就被連在一起了。在從動(dòng)片5和減振盤12上圓周切線方向開有6個(gè)均布的長(zhǎng)方形窗孔，在在從動(dòng)片 和減振盤之間的從動(dòng)盤轂8法蘭上也開有同樣數(shù)目的從動(dòng)片窗孔，在這些窗孔中裝有減振彈簧11，以便三者彈性的連接起來。在從動(dòng)片和減振盤的窗孔上都制有翻邊，這樣可以防止彈簧滑脫出來。在從動(dòng)片和從動(dòng)盤轂之間還裝有減振摩擦片6，9。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，從動(dòng)片及減振盤相對(duì)從動(dòng)盤轂發(fā)生來回轉(zhuǎn)動(dòng)，系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)能量會(huì)很快被減振摩擦片的摩擦所吸收[12]。
圖3.8 帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤
3.7.1 從動(dòng)盤的設(shè)計(jì)要求
從動(dòng)盤總成由摩擦片，從動(dòng)片，減震器和從動(dòng)盤穀等組成。它雖然對(duì)離合器工作性能影響很大的構(gòu)件，但是其工作壽命薄弱，因此在結(jié)構(gòu)和材料上的選擇是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。從動(dòng)盤總成應(yīng)滿足如下設(shè)計(jì)要求：
1、為了減少變速器換檔時(shí)齒輪間的沖擊，從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能??；
2、為了保證汽車平穩(wěn)起步、摩擦面片上的壓力分布均勻等從動(dòng)盤應(yīng)具有軸向彈性；
3、為了避免傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)共振以及緩和沖擊載荷，從動(dòng)盤中應(yīng)裝有扭轉(zhuǎn)減振器。
3.7.2 從動(dòng)片設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)從動(dòng)片時(shí)要盡量減輕質(zhì)量，并使質(zhì)量的分布盡可能靠近旋轉(zhuǎn)中心，以獲得小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。這是因?yàn)槠囋谛旭傊羞M(jìn)行換檔時(shí)，首先要分離離合器，從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速必然要在離合器換檔的過程中發(fā)生變化，或是增速（由高檔換為低檔）或是降速（由低檔換為高檔）。離合器的從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速的變化將引起慣性力，而使變速器換檔齒輪之間產(chǎn)生沖擊或使變速器中的同步裝置加速磨損。慣性力的大小與從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比，因此為了見效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從動(dòng)片都做的比較薄，通常是用1.3～2.5mm厚的薄鋼板沖壓而成,為了進(jìn)一步減小從動(dòng)片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,有時(shí)將從動(dòng)片外緣的盤形部分磨至0.65～1.0mm,使其質(zhì)量更加靠近旋轉(zhuǎn)中心[13]。
為了使離合器結(jié)合平順，保證汽車平穩(wěn)起步，單片離合器的從動(dòng)片一般都做成具有軸向彈性的結(jié)構(gòu)，這樣，在離合器的結(jié)合過程中，主動(dòng)盤和從動(dòng)盤之間的壓力是逐漸增加的，從而保證離合器所傳遞的力矩是緩和增長(zhǎng)的。此外，彈性從動(dòng)片還使壓力的分布比較均勻，改善表面的接觸，有利于摩擦片的磨損。
具有軸向彈性的傳動(dòng)片有以下三種形式：整體式的彈性從動(dòng)片，分開式的彈性從動(dòng)片、及組合式彈性從動(dòng)片。
在本設(shè)計(jì)中，采用整體式彈性從動(dòng)片，離合器從動(dòng)片采用2mm厚的薄鋼板沖壓而成，其外徑由摩擦面外徑?jīng)Q定，在這里取280mm，內(nèi)徑由從動(dòng)盤轂的尺寸決定，這將在以后的設(shè)計(jì)中取得。為了防止由于工作溫度升高后使從動(dòng)盤產(chǎn)生翹曲而引起離合器分離不徹底的缺陷，還在從動(dòng)片上沿徑向開有幾條切口。
3.7.3 從動(dòng)盤轂設(shè)計(jì)
從動(dòng)盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受發(fā)動(dòng)機(jī)傳來的全部轉(zhuǎn)矩。它一般采用齒側(cè)對(duì)中的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上，花鍵的尺寸可根據(jù)摩擦片的外徑D與發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩按表3.5選取。
從動(dòng)盤轂的軸向長(zhǎng)度不宜過小，以免在花鍵軸上滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生偏斜而使分離不徹底，一般取1.0～1.4倍的花鍵軸直徑。從動(dòng)盤轂一般采用鍛鋼（如35、45、40Cr等），并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。為提高花鍵內(nèi)孔表面硬度和耐磨性，可采用鍍鉻工藝：對(duì)減振彈簧窗口及從動(dòng)片配合處，應(yīng)進(jìn)行高頻處理[14]。
表3.5 花健的的選取
摩擦片的外徑
/mm
花健尺寸
擠壓應(yīng)力
/MPa
齒數(shù)
n
外徑
/mm
內(nèi)徑
/mm
齒厚
/mm
有效齒長(zhǎng)
/mm
160
49
10
23
18
3
20
9．8
180
69
10
26
21
3
20
11．6
200
108
10
29
23
4
25
11．1
225
147
10
32
26
4
30
11．3
250
196
10
35
28
4
35
10．2
280
275
10
35
32
4
40
12．5
300
304
10
40
32
5
40
10．5
325
373
10
40
32
5
45
11．4
350
471
10
40
32
5
50
13．0
根據(jù)摩擦片的外徑D=280mm與發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，由表3.5查得，，，，，。
驗(yàn)證：擠壓應(yīng)力的計(jì)算公式為：
式中，P為花鍵的齒側(cè)面壓力，它由下式確定：
（3.10）
式中：，分別為花鍵的內(nèi)外徑；
h—花鍵齒工作高度；
得，，合格。
3.7.4 摩擦片與從動(dòng)片的緊固方式選擇
該設(shè)計(jì)中選取的是石棉合成物制成的摩擦材料。固緊摩擦片的方法采用較軟的黃銅鉚釘直接鉚接，采用這種方法后，當(dāng)在高溫條件下工作時(shí)，黃銅鉚接有較高的強(qiáng)度，同時(shí)，當(dāng)釘頭直接與主動(dòng)盤表面接觸時(shí)，黃銅鉚釘不致像鋁鉚釘那樣會(huì)加劇主動(dòng)盤工作表面的局部磨損，磨損后的生成物附在工作表面上對(duì)摩擦系數(shù)的影響也較小。這種鉚接法還有固緊可靠和磨損后換裝摩擦片方便等優(yōu)點(diǎn)[13]。
3.8 離合器蓋總成設(shè)計(jì)
3.8.1 離合器蓋設(shè)計(jì)
離合器蓋一般都與飛輪固定在一起，通過它傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分轉(zhuǎn)矩。此外，它還是膜片彈簧的支承殼體。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：
1、離合器的剛度
離合器分離杠桿支承在離合器蓋上，如果蓋的剛度不夠，即當(dāng)離合器分離時(shí)，可能會(huì)使蓋產(chǎn)生較大的變形，這樣就會(huì)降低離合器操縱機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率，嚴(yán)重時(shí)還可能造成離合器分離不徹底，引起摩擦片的早期磨損，還會(huì)造成變速器的換檔困難。因此為了減輕重量和增加剛度，該離合器蓋采用厚度約為4mm的低碳鋼板（如10鋼板）沖壓成帶加強(qiáng)筋和卷邊的復(fù)雜形狀[16]。
2、離合器的通風(fēng)散熱
為了加強(qiáng)離合器的冷卻離合器蓋須開有許多通風(fēng)窗口，通常在離合器壓緊彈簧座處開有通風(fēng)窗口，但此設(shè)計(jì)由于膜片彈簧本身散熱性好，故不需再開通風(fēng)口。
3、離合器的對(duì)中問題
離合器蓋內(nèi)裝有許多重要零件，因此它相對(duì)與飛輪必須有良好的對(duì)中，否則會(huì)破壞離合器的平衡，嚴(yán)重影響離合器的工作。離合器蓋的對(duì)中方式有兩種，一種是用止口對(duì)中，另有種是用定位銷或定位螺栓對(duì)中，由于本設(shè)計(jì)選用的是傳動(dòng)片傳動(dòng)方式，因而離合器蓋通過一外圓與飛輪上的內(nèi)圓止口對(duì)中。
3.8.2 壓盤的幾何尺寸的確定
由于摩擦片的尺寸在前面已經(jīng)確定，故壓盤的內(nèi)外徑也可因此而確定，
壓盤外徑D=282mm 壓盤內(nèi)徑d=156mm
壓盤的厚度確定主要依據(jù)以下兩點(diǎn)：
1、壓盤應(yīng)有足夠的質(zhì)量
在離合器的結(jié)合過程中，由于滑磨功的存在，每結(jié)合一次都要產(chǎn)生大量的熱，而每次結(jié)合的時(shí)間又短（大約在3秒鐘左右），因此熱量根本來不及全部傳到空氣中去，這樣必然導(dǎo)致摩擦副的溫升。在頻繁使用和困難條件下工作的離合器，這種溫升更為嚴(yán)重。它不僅會(huì)引起摩擦片摩擦系數(shù)的下降，磨損加劇，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹉Σ疗蛪罕P的損壞。
由于用石棉材料制成的摩擦片導(dǎo)熱性很差，在滑磨過程中產(chǎn)生的熱主要由飛輪和壓盤等零件吸收，為了使每次接合時(shí)的溫升不致過高，故要求壓盤有足夠大的質(zhì)量以吸收熱量。
2、壓盤應(yīng)具有較大的剛度
壓盤應(yīng)具有足夠大的剛度，以保證在受熱的情況下不致產(chǎn)生翹曲變形，而影響離合器的徹底分離和摩擦片的均勻壓緊。厚度約為15mm～25mm。
在該設(shè)計(jì)中，初步確定該離合器的壓盤的厚度為15mm。
壓盤形狀一般比較復(fù)雜，而且還需要耐磨，傳熱性好和具有較高的摩擦系數(shù)，故通常用灰鑄鐵鑄造而成，其金相組織呈珠光體結(jié)構(gòu)，硬度為HB170～227，其摩擦表面的光潔度不低與1.6。
3.8.3 離合器一次接合的溫升校核
壓盤厚度初步確定后，根據(jù)以下公式校核離合器一次接合溫升
（3.11）
式中:t—壓盤溫升,不超過°C；c—壓盤的比熱容，鑄鐵：；γ為傳到壓盤的熱量所占的比例，對(duì)單片離合器壓盤；，為壓盤的質(zhì)量約為
代入公式3.11中，則°C，合格。
3.8.4壓盤的驅(qū)動(dòng)方式
在膜片彈簧離合器中，扭矩從離合器蓋傳遞到壓盤的方法有三種[1]：
1、凸臺(tái)—窗孔式：它是將壓盤的背面凸起部分嵌入在離合器蓋上的窗孔內(nèi)，通過二者的配合，將扭矩從離合器蓋傳到壓盤上，此方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多；缺點(diǎn)：壓盤上凸臺(tái)在傳動(dòng)過程中存在滑動(dòng)摩擦，因而接觸部分容易產(chǎn)生分離不徹底。
2、徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)式：這種方式使用彈簧剛制的徑向片將離合器蓋和壓盤連接在一起，此傳動(dòng)的方式較上一種在結(jié)構(gòu)上稍顯復(fù)雜一些，但它沒有相對(duì)滑動(dòng)部分，因而不存在磨損，同時(shí)踏板力也需要的小一些，操縱方便；另外，工作時(shí)壓盤和離合器蓋徑向相對(duì)位置不發(fā)生變化，因此離合器蓋等旋轉(zhuǎn)物件不會(huì)失去平衡而產(chǎn)生異常振動(dòng)和噪聲。
3、徑向傳動(dòng)片驅(qū)動(dòng)方式：它用彈簧鋼制的傳動(dòng)片將壓盤與離合器蓋連接在一起，除傳動(dòng)片的布置方向是沿壓盤的弦向布置外，其他的結(jié)構(gòu)特征都與徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式相同。經(jīng)比較，我選擇徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。
3.8.5離合器的散熱通風(fēng)
試驗(yàn)表明，摩擦片的磨損是隨壓盤溫度的升高而增大的，當(dāng)壓盤工作表面超過°C時(shí)摩擦片磨損劇烈增加，正常使用條件的離合器盤，工作表面的瞬時(shí)溫度一般在°C以下。在特別頻繁的使用下，壓盤表面的瞬時(shí)溫度有可能達(dá)到。過高的溫度能使壓盤受壓變形產(chǎn)生裂紋和碎裂。為使摩擦表面溫度不致過高，除要求壓盤有足夠大的質(zhì)量以保證足夠的熱容量外，還要求散熱通風(fēng)好。改善離合器散熱通風(fēng)結(jié)構(gòu)的措施有：在壓盤上設(shè)散熱筋，或鼓風(fēng)筋；在離合器中間壓盤內(nèi)鑄通風(fēng)槽；將離合器蓋和壓桿制成特殊的葉輪形狀，用以鼓風(fēng)；在離合器外殼內(nèi)裝導(dǎo)流罩。膜片彈簧式離合器本身構(gòu)造能良好實(shí)現(xiàn)通風(fēng)散熱效果，故不需作另外設(shè)置。
3.9 分離軸承總成設(shè)計(jì)
分離軸承總成由分離軸承和分離套筒等組成。
3.9.1 分離軸承的作用
由于離合器壓盤、膜片彈簧與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪同步運(yùn)轉(zhuǎn)，而分離叉只能沿離合器輸出軸軸向移動(dòng)，直接用分離叉去撥分離杠桿顯然是不行的，通過分離軸承可以使分離杠桿一邊旋轉(zhuǎn)一邊沿離合器輸出軸軸向移動(dòng)，從而保證了離合器能夠接合平順，分離柔和，減少磨損，延長(zhǎng)離合器及整個(gè)傳動(dòng)系的使用壽命。
3.9.2 分離軸承的選擇
分離軸承在工作中主要承受軸向力，在離合器分離時(shí)，由于分離軸承的旋轉(zhuǎn)，在受離心力的作用下，還承受徑向力。在傳統(tǒng)離合器中采用的分離軸承主要有推力球軸承和向心球軸承，但其潤(rùn)滑條件差，磨損嚴(yán)重、噪聲大、可靠性差、使用壽命低。目前大多數(shù)已采用角接觸推力球軸承，采用全密封結(jié)構(gòu)和高溫鋰基潤(rùn)滑脂，其端部形狀與分離指舌尖部形狀相配合，舌尖部為平面時(shí)采用