课程设计（论文）离合器设计说明书

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1、沈阳理工大学应用技术学院(课程设计说明书)学号08401501 课 程 设 计（论文）离合器设计教 学 系： 机械与运载学院 指导教师： 专业班级： 01 学生姓名： 2011年8月10日目 录1. 绪论- 1 -1.1离合器概述- 1 -1.2拉式膜片弹簧离合器的优点- 1 -2离合器结构方案选取- 1 -2.1 离合器车型的选定- 1 -2.2 离合器设计的基本要求- 2 -2.3 离合器结构设计- 2 -选择径向传动驱动方式。- 2 -3 离合器基本结构参数的确定- 3 -4 离合器从动盘设计- 5 -4.1 从动盘设计- 5 -4.2 从动片的选择和设计- 5 -4.3 从动盘毂的设计

2、- 6 -4.4摩檫片的材料选取及与从动片的固紧方式- 6 -5 离合器压盘设计- 7 -5.1压盘的传力方式的选择- 7 -5.2压盘的几何尺寸的确定- 7 -5.3压盘传动片的材料选择- 7 -5.4离合器盖的设计- 7 -5.5传力片的设计及强度校核- 8 -6离合器分离装置设计- 9 -7 离合器膜片弹簧设计- 10 -7.1比较H/h的选择- 10 -7.2 R/r选择- 10 -7.3圆锥底角- 10 -7.4切槽宽度- 11 -7.5 压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定- 11 -8 扭转减震器设计- 11 -9 离合器操纵机构设计- 13 -结 论- 14 -致 谢- 15

3、 -参考文献- 16 -摘 要 离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，保证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；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；在工作中受到大的动载荷时，能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；有效地降低传动系中的振动和噪声。本文通过对整车参数的分析，并在拆装车轻型膜片弹簧离合器及对其进行结构分析的基础上，对轿车离合器进行重新设计，使得轿车离合器设计更合理。首先对货车离合器的结构型式进行合理选择，主要是对从动盘数及干湿式的选择、压紧弹簧的结构型式及布置和从动盘的

4、结构型式选择，并利用CAXA电子图板软件绘制轿车膜片弹簧离合器装配图；再进行离合器的基本结构尺寸和参数的选择及计算；最后进行离合器零件的结构选型及设计计算，主要是对从动盘总成设计，压盘、传力片的设计校核，膜片弹簧主要参数的选择、设计和强度校核，并绘制离合器零件图。关键词：轿车离合器 膜片弹簧 设计 校核Abstract Clutch is the assembly which is directly connected with engine in the automobile power train. And its main function is to cut off or implem

5、ent the power transmission in the power train. It ensured the engine and the power train perfectly smooth join together when the automobile starting up and insure the automobile smooth starting up. The clutch is disconnected the engine and the power train when the automobile stage changeover. It red

6、uced the impact between the shift gears of the transmission. When the transmission worked by the great dynamic load, the clutch can limit the breakdown torque of the power train, to prevent the accessory of the power train damage due to overload. It effectively reduced the vibration and noise of the

7、 power train.In this paper, based on the analysis of the car parameters, on the basis of dismantle and install diaphragm spring clutch of sedans and its structural analysis to redesign the sedan clutch for it makes the design of the car clutch more reasonable. First, we should be choose the structur

8、e of the car clutch reasonable. It is mainly choose the structure of the driven disk that wet or dry, the structure of pinched spring and the layout. And I make use of CAXA electronic drawing board software draw the assembly drawing of the cars Diaphragm spring clutch. Than I make sure the choice an

9、d design calculation of the clutch structure size and the basic parameters. Finally, I carry on the structure type slection of clutch parts and the design calculation. It is mainly design and checking the driven disk assembly, platen and patch of force. And I make sure diaphragm spring main paramete

10、rs of the selection, design, strength check and draw the clutch detail drawing.Keywords：Car clutch; Diaphragm spring; Design; Checking- 15 -1. 绪论1.1离合器概述离合器是设置在发动机与变速器之间的动力传递机构，其功用是能够在必要时中断动力的传递，保证汽车平稳地起步；保证传动系换档时工作平稳；限制传动系所能承受的最大扭矩，防止传动系过载。为使离合器起到以上几个作用，目前汽车上广泛采用弹簧压紧的摩擦式离合器，摩擦离合器所能传递的最大扭矩取决于摩擦面间的工作

11、压紧力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面状况等。即主要取决于离合器基本参数和主要尺寸。1.2拉式膜片弹簧离合器的优点与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有许多优点：取消了中间支承各零件，并不用支承环或只用一个支承环，使其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更少；拉式膜片弹簧是中部与压盘相压在同样压盘尺寸的条件下可采用直径较大的膜片弹簧，提高了压紧力与传递转矩的能力，且并不增大踏板力，在传递相同的转矩时，可采用尺寸较小的结构；在接合或分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，分离效率更高；拉式的杠杆比大于推式的杠杆比，且中间支承减少了摩擦损失，传动效率较高，踏板操纵更轻便，拉式的踏板力比推式的一般可减少约

12、；无论在接合状态或分离状态，拉式结构的膜片弹簧大端与离合器盖支承始终保持接触，在支承环磨损后不会形成间隙而增大踏板自由行程，不会产生冲击和哭声；使用寿命更长。2离合器结构方案选取2.1 离合器车型的选定其基本参数如下：发动机型号：LJ276Q整车质量：1310（kg）最大扭矩：47.1/3000Nm/(r/min)一档传动比：4.111主减速比：5.833轮胎规格：5.00-10 2.2 离合器设计的基本要求为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足以下要求：1) 在任何行驶条件下，都能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载。2) 接合时要完全、平顺、柔和，

13、保证汽车起步时没有抖动和冲击。3) 分离要迅速、彻底。4) 从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。5) 具有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命。6) 应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力。7) 操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。8) 作用在从动盘上的总压力和摩擦离合器和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小，以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，以保证其工作可靠、使用寿命长。10) 结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方

14、便。2.3 离合器结构设计2.3.1 摩擦片的选择设计选择单片离合器。2.3.2 压紧弹簧布置形式的选择膜片弹簧有以下几个优点：（1）由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。当离合器分离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力；（2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；（3）高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显下降；（4）由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，可提高使用寿命；（5）易于实现良好

15、的通风散热，使用寿命长；（6）平衡性好；（7）有利于大批量生产，降低制造成本。2.3.3 压盘的驱动方式选择径向传动驱动方式。3 离合器基本结构参数的确定 摩擦片主要参数的选择摩擦片外径是离合器的主要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。确定摩擦片尺寸拟选单片膜片弹簧离合器：D=160mm,d=110mm,D/d=1.45,验算这种离合器在该车上是否合适。 可看出和均小于表2-6中推荐值，此离合器用在该车上合适。确定压紧力F，选用粉末冶金铜基，根据表2-1、2-7取=1.101.25、=0.3， =（1279.261453.70）N检查单位压力p0.137 均小于许用值。=

16、2.22查表2-8得则该摩擦片选择合理。表2-1 总传动效率（机械式变速器）车型弹簧轿车货车农用车膜片弹簧0.090.850.83螺旋弹簧0.880.830.80表2-2坡度车型工况轿车货车农用车越野1/61/8公路1/81/81/6表2-3滚动阻力系数f一般沥青和混凝土道路0.015卵石路0.021砂石路0.042根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，根据下表3-2表2-4离合器后备系数的取值范围离合器及发动机种类车辆种类膜片弹簧螺旋弹簧汽油发动机柴油发动机汽油发动机柴油发动机普通轿车1.101.251.201.401.251.401.301.50高级轿车1.201.40-轻型货车1.151

17、.301.201.401.301.501.401.60表2-5 摩擦片(圆环形)推荐值外径D/mm160180200225250280300325350内径d/mm110125140150155165175190195厚度h/3.03.53.53.53.53.53.53.54单位面积F/106132160221302402466546678可取：摩擦片相关标准尺寸： 外径D=160mm 内径d=110mm 厚度h=3.0mm 表3-8许用单位面积滑磨转矩的要求外径D/mm2.83.03.54.04 离合器从动盘设计4.1 从动盘设计从动盘总成应满足如下设计要求：（1）为了减少变速器换档时齿轮间

18、的冲击，从动盘的转动惯量应尽可能小（2）为了保证汽车平稳起步、摩擦面片上的压力分布均匀等从动盘应具有轴向弹性（3）为了避免传动系的扭转共振以及缓和冲击载荷，从动盘中应装有扭转减 振器（4）要有足够的抗爆裂强度4.2 从动片的选择和设计 在本设计中，采用分开式弹性从动片，离合器从动片采用1厚的的薄钢板冲压而成，其外径由摩擦面外径决定，在这里取160mm，内径由从动盘毂的尺寸决定，这将在以后的设计中取得。为了防止由于工作温度升高后使从动盘产生翘曲而引起离合器分离不彻底的缺陷，还在从动刚片上沿径向开有几条切口。4.3 从动盘毂的设计从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受发动机传来的全部转矩

19、。它一般采用齿侧对的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的尺寸可根据从动盘的外径D与发动机转矩选取。从动盘的轴向长度不宜过小，以免在花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底，一般取1.0-1.4倍的花键轴直径。为提高花键内孔表面硬度和耐磨性，可采用镀铬工艺：对减振弹簧窗口及从动片配合，应进行高频处理。花键选取后应进行挤压应力j（MPa）及剪切应力j（MPa）的强度校核： 式中，h是花键齿工作高度，；z为从动盘毂的数目；其余参数见表（2-10）。表2-10 离合器从动盘毂花键尺寸系列从动盘外径D/mm发动机的最大转矩Temax/Nm花键尺寸挤压应力/Mpa齿数N外径D/mm内径d/mm齿厚b/mm有

20、效齿长l/mm16050102318320101807010262132011.820011010292342511.3根据摩擦片的外径D=160mm与发动机的最大转矩Temax=47.1 Nm，由表2-10查得n=10，D=23mm，d=18mm，b=3mm，l=20mm，=10Mpa，则由公式校核得：=2.30Pa=10MPa。所以，所选花键尺寸能满足使用要求4.4摩檫片的材料选取及与从动片的固紧方式在该设计中选取的是无石棉有机的摩擦材料。固紧摩擦片的方法采用较软的黄铜铆钉直接铆接，采用这种方法后，当在高温条件下工作时，黄铜铆接有较高的强度，同时，当钉头直接与主动盘表面接触时，黄铜铆钉不致

21、像铝铆钉那样会加剧主动盘工作表面的局部磨损，磨损后的生成物附在工作表面上对摩擦系数的影响也较小。这种铆接法还有固紧可靠和磨损后换装摩擦片方便等优点。5 离合器压盘设计5.1压盘的传力方式的选择本设计采用采用传动片式的传力方式。由弹簧钢带制成的传动片一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上，为了改善传动片的受力情况，它一般都是沿圆周布置。5.2压盘的几何尺寸的确定由于摩擦片的的尺寸在前面已经确定，故压盘的内外径也可因此而确定。压盘外径D=165 压盘内径d=108压盘的厚度确定主要依据以下两点：（1）压盘应有足够的质量（2）压盘应具有较大的刚度在该设计中，初步确定该离合器的压盘的厚度为105

22、.3压盘传动片的材料选择压盘形状需要耐磨，传热性好和具有较高的摩擦系数，故通常用灰铸铁铸造而成，其金相组织呈珠光体结构，硬度为HB170227，其摩擦表面的光洁度不低与1.6。为了增加机械强度，还可以另外添加少量合金元素。在本设计中用材料为3号灰铸铁JS1，工作表面光洁度取为1.6。5.4离合器盖的设计在设计中应注意以下几个问题：（1）离合器的刚度离合器分离杠杆支承在离合器盖上，如果盖的刚度不够，即当离合器分离时，可能会使盖产生较大的变形，这样就会降低离合器操纵机构的传动效率，严重时还可能造成离合器分离不彻底，引起摩擦片的早期磨损，还会造成变速器的换档困难。因此为了减轻重量和增加刚度，该离合器

23、盖采用厚度约为4的低碳钢板（如08钢板）冲压成带加强筋和卷边的复杂形状。（2）离合器的通风散热为了加强离合器的冷却离合器盖必须开有许多通风窗口，通常在离合器压紧弹簧座处开有通风窗口。（3）离合器的对中问题离合器盖的对中方式有两种，一种是用止口对中，另有种是用定位销或定位螺栓对中，由于本设计选用的是传动片传动方式，因而离合器盖通过一外圆与飞轮上的内圆止口对中.5.5传力片的设计及强度校核初定离合器压盘传力片的设计参数：设3组传力片（i=3），每组3片（n=3），传力片的几何尺寸为：宽度b=14mm；厚度h=1mm；传力片上两孔之间距离l=46mm；孔的直径d=6mm；传动片切向布置，圆周半径R=

24、96.5mm；传力片材料的弹性模量。(1) 计算传力片的有效长度:(2) 计算传力片的弯曲总刚度:(3) 根据上述分析，计算以下3种工况的最大驱动应力及传力片的最小分离力：彻底分离时， 按照设计要求，,由上述公式可知. 压盘和离合器盖组装成总成时,通过分析计算可知 计算最大应力 离合器传扭时，分正向驱动（发动机向车轮）和反向驱动（车轮向发动机），出现在离合器摩擦片磨损到极限状况时，通过尺寸链计算可知=5mm（）正向驱动：（）反向驱动： 可见反向驱动最危险，由于在取计算载荷时比较保守，明显偏大，因此传力片的许用应力可取其屈服极限。故传力片材料选择80号钢。 传力片的最小分离力（弹性恢复力）发生在

25、新装离合器的时候，从动盘尚未磨损，离合器在接合状态下的弹性弯曲变形量此时最小，根据设计图纸确定f=0.87mm 。传力片的弯曲总刚度，当f=0.87mm时，其弹性恢复力为认为合理。6离合器分离装置设计在设计分离杆时应注意以下几个问题：（1）分离杆要有足够的刚度（2）分离杆的铰接处应避免运动上的干涉 （3）分离杆内端的高度可以调整现代汽车离合器中主要采用了角接触式的径向推力球轴承，并由轴承内圈转动。7 离合器膜片弹簧设计7.1比较H/h的选择此值对膜片弹簧的弹性特性影响极大，分析式（3.10）中载荷与变形1之间的函数关系可知，当时，F2为增函数；时，F1有一极值，而该极值点又恰为拐点；时，F1有

26、一极大值和极小值；当时，F1极小值在横坐标上，见图3.1。1- 2- 3-4- 5-图3.1 膜片弹簧的弹性特性曲线为保证离合器压紧力变化不大和操纵方便，汽车离合器用膜片弹簧的H/h通常在1.52范围内选取。常用的膜片弹簧板厚为24mm，本设计 ，h=2mm ，则H=4mm 。7.2 R/r选择通过分析表明，R/r越小，应力越高，弹簧越硬，弹性曲线受直径误差影响越大。汽车离合器膜片弹簧根据结构布置和压紧力的要求，R/r常在1.21.3 的范围内取值。本设计中取，摩擦片的平均半径mm， 取则mm取整mm 则。7.3圆锥底角 汽车膜片弹簧在自由状态时，圆锥底角一般在范围内，本设计中 得在之间，合格

27、。分离指数常取为12，大尺寸膜片弹簧有取24的,也有取12的，本设计所取分离指数为12。7.4切槽宽度mm，mm，取mm，mm，应满足的要求。7.5 压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定应略大于且尽量接近r，应略小于R且尽量接近R。本设计取mm，mm。膜片弹簧应用优质高精度钢板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。国内常用的碟簧材料的为60SizMnA，当量应力可取为16001700N/mm2。8 扭转减震器设计减震器极转矩 Nm 摩擦转矩 Nm预紧转矩 Nm极限转角 扭转角刚度 Nm/rad 由摩擦片外径可选取减震弹簧个数。1 减震弹簧尺寸1) 选取材料，计算许用应力 根据机械设计采用弹簧钢丝1

28、9，设弹簧钢丝直径，。2) 选择旋绕比，计算曲度系数根据下表选择旋绕比表8.2 旋绕比的荐用范围0.20.40.4511.12.22.567161842714512510494846确定旋绕比。 曲度系数根据计算得。3) 强度计算 由公式计算得出，与设的弹簧钢丝直径相近，故合格。 弹簧钢丝中径；弹簧钢丝外径。4) 极限转角，取，则。5) 刚度计算 弹簧刚度，其中，为最小工作力，。弹簧的切变模量，则弹簧的工作圈数取。6) 弹簧的最小高度7) 减震弹簧的总变形量8) 减震弹簧的自由高度9) 减震弹簧预紧变形量10) 减震弹簧的安装高度，结合mm，得取55mm，则。 9 离合器操纵机构设计 汽车离合

29、器操纵机构是驾驶员用来控制离合器分离又使之柔和接合的一套机构。它始于离合器踏板，终止于离合器壳内的分离轴承。由于离合器使用频繁，因此离合器操纵机构首先要求操作轻便。轻便性包括两个方面，一是加在离合器踏板上的力不应过大，另一方面是应有踏板形成的校正机构。离合器操纵机构按分离时所需的能源不同可分为机械式、液压式、弹簧助力式、气压助力机械式、气压助力液压式等等。离合器操纵机构应满足的要求是3：（1）踏板力要小，轿车一般在80150N范围内，货车不大于150200N；（2）踏板行程对轿车一般在mm范围内，对货车最大不超过180mm；（3）踏板行程应能调整，以保证摩擦片磨损后分离轴承的自由行程可复原；（

30、4）应有对踏板行程进行限位的装置，以防止操纵机构因受力过大而损坏；（5）应具有足够的刚度；（6）传动效率要高；（7）发动机振动及车架和驾驶室的变形不会影响其正常工作。机械式操纵机构有杠系传动和绳索系两种传动形式，杠传动结构简单，工作可靠，但是机械效率低，质量大，车架和驾驶室的形变可影响其正常工作，远距离操纵杆系，布置困难，而绳索传动可消除上述缺点，但寿命短，机构效率不高。本次设计的普通轮型离合器操纵机构，采用液压式操纵机构。液压操纵机构有如下优点：（1）液压式操纵，机构传动效率高，质量小，布置方便；便于采用吊挂踏板，从而容易密封，不会因驾驶室和车架的变形及发动机的振动而产生运动干涉；（2）可使

31、离合器接合柔和，可以降低因猛踩踏板而在传动系产生的动载荷，正由于液压式操纵有以上的优点，故应用日益广泛，离合器液压操纵机构由主缸、工作缸、管路系统等部分组成。结 论 本次课程设计根据给出的设计要求和原始设计参数，以及拉式膜片弹簧离合器及其操纵机构的工作原理和使用要求，通过对其工作原理的阐述、结构方案的比较和选择、相关零件参数的计算，大致确定了离合器及其操纵机构的基本结构和主要尺寸以及制造相关零部件所用的材料。结构方面：根据设计要求，考虑到使用条件和其显著的优点，选用带扭转减振器的单片拉式膜片弹簧离合器，压盘驱动方式采用传动片传动，分离轴承采用自动调心式分离轴承，操纵机构采用液压式。计算方面：确

32、定了离合器的主要参数、P0、D、d，结果按照基本公式运算得出并通过约束条件，检验合格。根据膜片弹簧基本参数之间的约束关系，初步确定了膜片弹簧的尺寸参数，并通过优化程序得出了膜片弹簧尺寸的优化值，并进一步确定了膜片弹簧的工作点，同时进行了强度校核。选材方面：摩擦片选用无石棉有机材料，保证其有足够的强度和耐磨性、热稳定性、磨合性，不会发生粘着现象。膜片弹簧采用65Si2MnA，其中所含硅成分提高了机件的弹性，所含錳，加强了耐高温性；传动片采用80刚，满足其强度需要；压盘采用HT200，提高了耐磨性；离合器盖从用铸铁，提高了散热能力；设计后的离合器温升校核合格。综上所述，本次设计遵从了：（1）分离彻

33、底；（2）接合柔和；（3）操纵轻便，工作特征稳定；（4）从动部分转动惯量小的设计要点，数据全部通过约束条件检验，原件所使用的材料基本上符合耐磨，耐压和耐高温的要求，而且离合器尺寸合适，适宜安装，能最高效率传递发动机扭矩，符合计划书及国家标准。由于自己的水平有限，本次设计中可能有很多错误和遗漏，希望各位老师批评指正。致 谢 本次课程设计，刚开始不知道怎么做，在崔永刚老师详细的给我们讲解了离合器的结构和工作原理后，对离合器有了进一步的了解和认识，在课程设计的过程中，崔老师还指出我们图纸上的一些错误，崔永刚老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。崔老师的治学严谨和科学研究的精神是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向崔老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意！ 在论文的撰写过程中，除了崔永刚老师对我的的巨大帮助外，我专业的多位老师、同学也给予了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后对所有在论文写作过程中帮助过我的老师和同学表示深深的谢意！参考文献1 王望予.汽车设计 第3版. 机械工业出版社.2000. 2 余志生.汽车理论 第3版.机械工业出版社.2000.3 陈家瑞.汽车构造.机械工业出版社.2000.4 张洪欣.汽车设计.机械工业出版社.1989.5 汽车设计标准资料手册基础篇编辑委员会.汽车设计标准资料手册.吉林科学技术出版社.1992.