轻型汽车的膜片式弹簧离合器设计【优秀课程毕业设计含5张CAD图纸带任务书+开题报告+中期报告+答辩ppt+外文翻译】-clsj22

轻型汽车的膜片式弹簧离合器设计【优秀课程毕业设计含5张CAD图纸带任务书+开题报告+中期报告+答辩ppt+外文翻译】-clsj22轻型汽车的膜片式弹簧离合器设计摘要:汽车技术飞速发展，各国路况水平逐渐完善，要求发动机高转速、高功率和汽车电子高科技，各方面都在向着高精尖的技术层次发展，人们的使用需求和要求也在日渐提高，对离合器性能的要求也与日俱增。推式膜片弹簧离合器不能满足实际需要，拉式膜片弹簧离合器可满足实际需要逐渐取代了它。由于其操作形式不便，正慢慢被自动操纵这种新的发展形式而取代。因此，离合器的发展趋势很明显，拥有很高的结构性能和满足使用要求的寿命，并且能够在高转速确保良好的工作状态，拥有简洁的部件构成和很高的传递效率。本文根据离合器技术发展的具体要求，对某汽车离合器进行了设计。首先，根据当前离合器研究现状，包括功用、工作原理、具体的设计要求，对本文要完成的各项内容和所要完成的成果进行了全面概要的安排。然后，对离合器的结构进行了详细的设计，根据相关标准和要求，重点介绍了离合器构成部件及其构成方式的选取方案；根据设计要点，对主要构成部件的设计进行了详细的阐述。最后，对离合器构成部件的具体参数进行了科学的计算和优选。关键词：离合器；摩擦片；膜片弹簧；从动盘Diaphragm spring clutch design of light vehicles Abstract:With the rapid development of automotive technology, national traffic levels gradually improved, the required engine high speed, high power and high tech automotive electronics, in all aspects of sophisticated technology towards the level of development, people's needs and requirements are also rising, and clutch performance requirements are also increasing. Push type diaphragm spring clutch structure is more traditional, and are gradually upgrading. It faces with technology updates, because of its remarkable features pull-type diaphragm spring clutch structure gradually replaced the former. Since its operation in the form of inconvenience, it is slowly being robotic this new form of development and replaced. Therefore, the development trend of the clutch is evident, with a high structural performance and to meet the requirements of life, and to ensure good working conditions in high speed, and having a simple structure and components of a high transfer efficiency.According to the specific requirements of clutch technology development, a car clutch is designed. Firstly, according to current research status of the clutch, including function, working principle, the specific design requirements, the various elements and the results of this paper are completed with a comprehensive overview of the arrangements. Then, the clutch structure detailed is design, according to the relevant standards and requirements, focusing on the selected program and its constituent members constituting the clutch mode; Depending upon design considerations, the design of main components is elaborated. Finally, the specific parameters of the clutch component part are scientifically calculated and preferred.Keywords:Frame; finite element analysis; bearing beam；3D modeling目录摘要IAbstractII1  绪论11.1 课题研究的背景及意义11.2离合器的研究概述21.2.1 离合器的功用31.2.2  现代汽车离合器设计应满足的要求41.2.3 离合器工作原理41.2.4 拉式膜片弹簧离合器的优点51.3本文研究的主要内容52 离合器的结构设计62.1 离合器结构方案分析62.1.1  摩擦片的选择62.1.2  压紧弹簧布置形式的选择62.1.3  压盘的驱动方式72.1.4 分离杠杆、分离轴承72.1.5 离合器的散热通风72.1.6 从动盘总成72.2 离合器结构设计的要点82.3  离合器主要零件的设计82.3.1 从动盘82.3.2 摩擦片92.3.3  膜片弹簧92.3.4  压盘92.3.5  离合器盖93  离合器的设计计算及说明103.1所选车系的基本参数103.2  摩擦片主要参数的选择103.3  摩擦片基本参数的优化123.4 膜片弹簧主要参数的选择133.4.1比较H/h的选择133.4.2  R/r选择143.4.3 圆锥底角143.4.4 切槽宽度143.4.5 压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定143.4.6 公差与精度153.5  膜片弹簧的优化设计153.6膜片弹簧的载荷与变形关系153.7膜片弹簧的应力计算173.8 扭转减振器设计193.9 减振弹簧的设计193.10 操纵机构213.10.2踏板力的计算233.11从动轴的计算243.12 从动盘毂243.13 分离轴承的寿命计算253.14  本章小结264 总结与展望27   参考文献28   致谢29【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】.bat从动盘.dwg压盘.dwg外文文献.docx文件清单.txt离合器总成.dwg离合器盖总成.dwg膜片弹簧.dwg轻型汽车的膜片式弹簧离合器设计.docx轻型汽车的膜片式弹簧离合器设计中期报告.doc轻型汽车的膜片式弹簧离合器设计任务书.doc轻型汽车的膜片式弹簧离合器设计开题报告.doc轻型汽车的膜片式弹簧离合器设计答辩PPT.pptx 第 1 页 共 8 页 n 00 of of of of in of so be in of to it 910 902, a of by of of of to to (a is do a so it is to to it a it is to a to to a In to of s is it is to in In of of is no in in of he of of of a of is By of of of to is by is to of of is a a of by to is a to of in on is of to to to to is a of - on of is a at of to in is to of to 第 2 页 共 8 页 of is at in of is on in a it on be to to so as to n 1889, s of a is on a on be of is be be by as a is in be of is On of is is in of or to On is so is is To 910s, or it a to a in of to is by by of to a of to of be it is to ar to AG a a it in to on of of of is an an In to on 第 3 页 共 8 页 of in 920s. of to in n a of in of of is is on is a of in at K of is a to of of be on a is it a of be in a In to to of to of in of is to be on of to a of as is is In in to of is of to of By of be to of be is is by is a of be of in to a is of 920s, it is by of a is it to 第 4 页 共 8 页 it to a to is to is to to of is is to is to or by is by of a to of on is by a is or to is is it to be by s At is in of a or of of to be by a on to be to of is a of a in of to to to As In to in a of so it is to in of of n to of we a 936 of in 930s in to be in 950s in a of 56, 00 is of is 965 of be so it is by a 960s, to By of 960s, to uK in a 第 5 页 共 8 页 a of is a is by of of of of in is of of in by of to in In of is so is a be or of 950s 930s, To to 918, of In 930s, a a a is to by 第 6 页 共 8 页 离合器技术发展史 在 100 多年的汽车发展史中，几乎所有的零部件在技术方面都经历过巨大的发展变化：可靠性、生产成本、维护便利性、节能减排性等，都已经且将一直成为汽车行业的追求目标，这些发展目标要求汽车工程师们不断地开发出更新更好的解决方案。 在技术方面，直到 1910 年，往复式活塞内燃机汽车才明显地超过汽车和电动汽车。 1902年，一辆汽油发动机汽车第一次打破了当时的最高速度记录，而在此之前，最高速度记录则一直是由蒸汽汽车和电动汽车创造的。汽车的这三种不同驱动方式的支持者们在 20 世纪的头十年里一直为打破最高速度记录而不断地竞争和比赛。 蒸汽和电动汽车相对于“液体燃料驱动汽车” (蒸汽和电动汽车支持者的习惯叫法 )有一个非常突出的优点，就是其近乎理想的转矩特性，它们既不需要离合器，也不需要变速器，因此易于操作，也很少出故障，更容易维护。由于往复式活塞内燃 机只有在达到一定转速时才能输出转矩，所以在发动机和变速器之间必须要有一个分离接合装置。汽油发动机需要借助离合器的接合功能才能起动汽车，因为只有当发动机达到一定转速时，才能输出转矩。除了离合器的接合功能，离合器的分离功能也同样重要，因为在车辆行驶中要求可以自由换档。鉴于相关问题的复杂性，早期在很多小型车设计结构中并没有离合器的接合功能，车辆是借助人力推动而起动的。 离合器的起源 第一代离合器的工作原理来自早期工业化社会使用机械装置的工厂。通过对带式变速器的类推，人们将一种平面皮带引入到汽车中。通过皮带 轮的张紧作用，皮带将发动机的输出转矩传递到驱动齿轮上，当通过调节滚轮来使皮带松弛时，皮带打滑，就相当于离合器的分离。由于此过程导致皮带磨损太快，人们便采用了一种新的方法：安装一个与驱动皮带轮同样尺寸的惰轮，通过扳动杠杆，可以将传动带从惰轮转到驱动轮上。 此皮带传动装置的缺点，一方面是效率低下，容易磨损，尤其是在雨天传递动力不足时；另一方面是要求变速器增加档位以应对不断提高的发动机转矩，这就促使工程师们不断地探索更好的方法以取代此离合器。 结果便是人们发明了各种各样的离合器，包括现代离合器先驱 基于摩擦原理的离合器。这是一个盘位于曲轴的末端，并与另一个静止的盘相连接。当两个盘接触时，摩擦便产生了，静止的盘便开始转动。随着压紧力的提高，驱动盘带动从动盘使其转速不断提高直到变速器正常工作，这时两个盘转速相同。在两个盘完全接合之前，它们是一边接触，一边打滑，从发动机传递过来的大部分动能都转化成了热能。这种结构满足了以下两个要求：一方面逐渐地柔和地接合，在起动汽车时发动机不会熄火，也不会引起传动系的抖动；另一方面，离合器接合后可以将转矩无损地传递到变速器。 离合器通过脚踏板来工作。踩下离合器踏 板，通过分离拨叉拉回锥形座圈，释放弹簧，从而使离合器分离。 早期的离合器 在 1889 年，戴姆勒的钢轮汽车已使用这种设计原理的基本形式：配备了一个锥形 /斜面摩擦离合器。这个可以自由移动的锥形盘位于变速器轴上，与曲轴上带锥形凹槽的飞轮可以牢牢地接合。螺旋弹簧将锥形盘压入到飞轮锥形凹槽里，离合器接合；可踩下脚踏板，通过分离套筒、弹簧将此锥形盘拉回，从而分离离合器，中断动力传输。最初使用驼毛做为锥形盘摩擦面的材料，但很快被皮革取代。后者在蓖麻油中浸泡过，可以防潮湿，防油 /脂。其优点是：可以自动调节，变速器输入轴上不受应力，但也有缺点，就是太重。一方面，摩擦片磨损太快，更换太复杂，后在皮革 摩擦片中设计了压紧弹簧销或传动片以做改进。另一方 第 7 页 共 8 页 面，飞轮和离合器锥盘体积太大，因而其惯性力矩较大导致换档时离合器比其要求的分离过程要慢很多 (与变速器已不同步了 )。 为解决上述问题，大约在 1910 年代，配备了另一个离合器制动或变速器制动，它通过第二个脚踏板来起作用 通常该第二踏板与离合器踏板连接在一起，并都位于踏板轴的后方。 当改变车速时，许多驾车者习惯于让离合器打滑而不是换档，这时飞轮受热程度要比仅受锥形盘摩擦更严重，锥形盘通过皮革制的摩擦层来散热。经过一段时间的长途驾驶后，由于飞轮的热膨 胀，锥形盘可能与飞轮接合的更深，但当飞轮温度下降后，却很难让锥形盘从飞轮中分离出来。 直到第一次世界大战末期，金属摩擦片才开始普及起来。而此前，人们还试验了其它不同材料，如 司设计了一种薄钢片压制的驼毛锥盘，并装上像扇子似的刀片用来冷却，其在两部分间接合，皮革线状环用螺栓固定在飞轮上。该结构的两部分允许皮革线状环自由移动，从而让离合器维护简化了，并降低了离合器被卡住的次数。 戴姆勒发动机公司开发了一种铝制锥盘的开放式摩擦离合器。为了使分离柔和，要将油定期滴在摩擦层上。 由于结构简单，锥 盘离合器在整个 1920 年代一直占主流地位。圆柱形摩擦面的金属离合器由于其操作性能较差，而没有被接受。只有圆柱形离合器的演化版 弹簧带离合器，由于其创造性的设计，才由戴姆勒在 19 世纪末 20 世纪初装配在奔驰车上，并持续到第一次世界大战。 传统单盘干式离合器的雏形 在板簧离合器中，有一个坚固耐磨的螺旋状板簧，其与变速器输入轴的鼓形末端相连，安装在飞轮的凹陷处。螺旋板簧的一端与飞轮相连，另一端紧固在弹簧罩壳上。离合器踏板压紧板簧，板簧在鼓形周围绕其自身越来越紧 (自动增强 )，驱动变速器输入轴 接合离合器。 只需很小的力即可压缩弹簧，并使离合器接合柔和。 大约在戴姆勒公司开发其板簧离合器的同时，来自英国的 授也完成了对多盘离合器的试验，这也被认为是现在的传统单盘干式离合器的先驱。命名为“ 合器，与锥形盘离合器相比能够大规模生产的一个决定性的优点是：在较小的安装空间下，其摩擦面积却很大，并可以持续地接合。 在多盘离合器中，飞轮连在鼓形外罩上，并根据盘的外缘形状在其内部开槽，并允许盘与曲轴或飞轮一起转动，同时纵向移动。与之匹配的同样数量的内凹的盘位于盘毂中央，盘毂连在离合器轴上。这些盘可沿盘毂上的离合器轴纵向移动。在安装时，离合器内和外从动盘交替地接合成一组盘，如主动和从动盘始终相互连接。 这对从动盘是这样工作的：开始青铜盘始终对着钢制盘转动，并在螺旋弹簧的作用下被压盘一起压紧。这样，所有的盘便持续地接合。这个摩擦力逐渐增加的效果能够让离合器非常柔和地接合。随着弹簧压力的下降，从动盘又分离了，传动片支撑 部位开始从从动盘平面部发生弯曲。通过改变从动盘对的数量，离合器可调节到适合于每个发动机的输出功率。 多盘离合器可为浸油 /汽油式，也可为干式。干式的是比较特殊的，其摩擦层用铆钉铆住。多盘式离合器，尤其是油浴式多盘离合器，其最大缺点是有一定程度的迟滞，导致其只能部分分离，从而造成换档困难。 若干年后，单盘离合器就淘汰了锥形盘和多盘离合器。 第一个认识到单盘离合器是离合器未来发展方向的人。随着 棉摩擦片的出现，离合器技术取得了一大进步。石棉摩擦片大概从 1920 年代起一直使用到当代，直到其被非石棉摩擦片取代。单盘干式离合器的优点是很明显的：较低的从动盘质量使其分离后可更快地停止转动，从而使换档更容易 彻底告别了变速器制动结构。 第 8 页 共 8 页 单盘干式的最初构造相对较复杂。离合器外罩用法兰固定在飞轮上，离合器盖用螺栓固定在离合器外罩里。带弹簧向内侧压缩的分离杠杆的离合器盖从中间盘经由摩擦盘传递压力，将来自飞轮的转矩传到变速器。摩擦盘通过驾驶员将其连接到连接处或变速器输入轴。离合器通过一个可让锥形盘前后移动的滑动环片来实现分离和接合。锥盘的各侧相应地作用于分离杠杆，分离 杠杆由螺旋弹簧起作用，受到压紧或分开，即中间盘接合 /分离。由于锥盘是转动的，而滑动环片是静止的，故需要定期地润滑。 压紧力由螺旋弹簧提供的螺旋弹簧离合器，获得了人们的认可。起初，是将螺旋弹簧放在中间进行试验，但只有几个较小的螺旋或螺旋弹簧沿离合器外罩外圈排列的结构才得到大批量的生产。分离杠杆通过可在变速器输入轴上自由移动的分离轴承来压缩螺旋弹簧，以分离压盘使离合器分离。压紧力可因使用不同的弹簧组而有变化，但其有一个致命的缺点，即随着发动机转速的增加，位于压盘外圈的螺旋弹簧，因离心力作用对着弹簧外罩方 向继续向外压，在弹簧和外罩之间发生了摩擦，使压紧力性能曲线发生改变。 随着发动机转速的不断增加，离合器变得越来越重。除此以外，用来作用于分离杠杆的分离轴承一直处在受压状态下，使其和离合器外罩很容易发生磨损，尤其是在发动机高转速时换档，会很快地磨损。 膜片式离合器的诞生 为了解决上述这些系统性的不足，人们便开发出了膜片弹簧离合器，膜片弹簧离合器诞生于 1936年通用汽车的研究实验室里，并在 1930年代后期在美国大批量生产。在欧洲，是在第二次世界大战之后，人们通过美国通用公司的军用卡车才开始熟悉膜片弹簧离合器，并在 1950 年代中期应用在一些单一的欧洲车型上。保时捷 356， 马 700 和第一批配备了膜片弹簧离合器的德国制造的汽车。膜片弹簧离合器大批量生产始于 1965 年的欧宝 型。 由于膜片弹簧离合器能够均衡、对称地转动， 因而不受发动机转速的影响。膜片弹簧离合器在 1960 年代获得了成功，那时凸轮轴顶置式高转速发动机 (马，阿尔法罗密欧 )大范围地取代了凸轮轴下置式发动机。到 1960 年代末，几乎所有的汽车制造商都采用膜片弹簧离合器。 这里需要强调的是： 司在让膜片弹簧离合器大批量生产方面，起了至关重要的作用。用膜片弹簧取代螺旋弹簧系统的所有分离杠杆，带来了诸多优点：结构简单，压紧力恒定不变，相对较高的压紧力仅需较小的安装空间 (对横置发动机非常重要 )和不受发动机转速影响。由于这些特点，当代几乎全部都是用膜片 弹簧离合器，而且其在多功能车上的应用也是越来越多 以前一直是使用螺旋弹簧离合器。 与此发展相对应的是，离合器从动盘也得到了优化。往复式活塞式内燃机不断变化的转速和波动的转矩所产生的振动从曲轴、离合器、变速器输入轴传递到变速器，导致了噪声和严重的齿轮磨损。现代汽车中不断轻量化的飞轮和整车质量，加剧了这种现象，所以人们开发了带扭矩减振器和波形弹簧片的离合器从动盘。 长时间操纵离合器需要一个强大的大腿，因为踏板力必须通过连接杆 /拉线或轴来传递。随着 1930 年代离合器拉线和 1950 年代液压分离机构 的应用，驾驶舒适性得到了提高。 让离合器自动化的不同尝试使离合器的操作越来越简单：在 1918 年， 先提出了电磁离合器的概念。在 1930 年代早期，法国 司生产了一种用在豪华轿车上的带电磁离合器的、有预选择器的变速器。其中最著名的是通过离心力来调节压紧力的离心式离合器和自动离合器，如 萨克斯公司 )， 司 )， 司 )和 司 )。 I 轻型汽车的膜片式弹簧离合器设计 摘要 :汽车技术飞速发展，各国路况水平逐渐完善，要求发动机高转速、高功率和汽车电子高科技，各方面都在向着高精尖的技术层次发展，人们的使用需求和要求也在日渐提高，对离合器性能的要求也与日俱增。推式膜片弹簧离合器不能满足实际需要，拉式膜片弹簧离合器可满足实际需要逐渐取代了它。由于其操作形式不便，正慢慢被自动操纵这种新的发展形式而取代。因此，离合器的发展趋势很明显，拥有很高的结构性能和满足使用要求的寿命，并且能够在高转速确保良好的工作状态，拥有简洁的部件构成和很高的传递效率。 本文根据离合器技术发展的具体要求，对某汽车离合器进行了设计。首先，根据当前离合器研究现状，包括功用、工作原理、具体的设计要求，对本文要完成的各项内容和所要完成的成果进行了全面概要的安排。然后，对离合器的结构进行了详细的设计，根据相关标准和要求，重点介绍了离合器构成部件及其构成方式的选取方案；根据设计要点，对主要构成部件的设计进行了详细的阐述。最后，对离合器构成部件的具体参数进行了科学的计算和优选。 关键词 ： 离合器；摩擦片；膜片弹簧；从动盘 of of in of of s is It of in of it is of of is a to of to in a of a to of a is to of of a of is to on of is of 3D 录 摘要 . I . 绪论 . 1 题研究的背景及意义 . 1 合器的研究概述 . 2 合器的功用 . 3 现代汽车离合器设计应满足的要求 . 4 合器工作原理 . 4 式膜片弹簧离合器的优点 . 4 . 5 2 离合器的结构设计 . 5 合器结构方案分析 . 6 摩擦片的选择 . 6 压紧弹簧布置形式的 选择 . 6 压盘的驱动方式 . 7 离杠杆、分离轴承 . 7 合器的散热通风 . 7 动盘总成 . 7 合器结构设计的要点 . 8 离合器主要零件的设计 . 8 动盘 . 8 擦片 . 9 膜片弹簧 . 9 压盘 . 9 离合器盖 . 9 离合器的设计计算及说明 . 10 . 10 摩擦片主要参数的选择 . 10 摩擦片基本参数的优化 . 12 片弹簧主要参数的选择 . 13 ，都投入了大量的研发费用。汽车技术发展要比其它工业技术要发展更为迅猛，把汽车发展水平当做衡量一个国家工业技术水平发展的标志的意义是不言而喻的。 传统的汽车动力从发动机输出，经过离合器传递给变速器，离合器安装在发动机飞轮附近，传递或者切断来自发动机的动力，离合器必须和发动机的动力匹配好，采用手动挡的汽车一般需要摩擦式离合器来切断和接通来自发动机的动力，这是靠主动盘和从动盘之间的摩擦来传递动力。采用的摩擦片越多，传递的动力也就越大。 在离合器发展应用的初始阶段，最杰出的是锥形离合器，在当时应用很广泛。 1925年以后，多片盘式离合器开始被研发设计，并投入使用，它是最开始使用的盘片式离合器。 离合器有单片式和多片式，早期多片离合器采用油浸式，可以传递的动力 及其扭矩较大，动力可以采用气动或者液压式，在大功率高转速车辆上应用较多，但是，采用先进可靠的材料和先进的加工技术，加工的过程中优化好加工的顺序，选择好基准面，单片摩擦离合器已经可以满足汽车的实际需要。这也成为了首选 1。 近来，汽车技术飞速发展，各国路况水平逐渐完善，要求发动机高转速、高功率和汽车电子高科技，各方面都在向着高精尖的技术层次发展，人们的使用需求和要求也在日渐提高，对离合器提出更加严格的规范。离合器作为在动力传递过程中一个重要的总成，不论是什么类型的汽车，都具有离合装置，设计离合器有助于提高机械设计水平，属于底盘设计中的一个重要组成部分，离合器的各组成部分以机械零部件为主，没有电气化元器件以及控制程序部分，机械零部件在设计过程中考虑结构参数以及机械强度校核和应力分析，在传递动力过程中，保证动力能够顺利的传递到变速 器，而且传递的过程中，工作平稳可靠，不影响驾驶和乘坐感受。这就要求设计的过程中选择合理的离合器的类型及其结构，合理的设计选择并且优化所选的参数，减少离合器在工作工程中出现的振动和噪声。在这方面国内的设计水平和国外发达汽车国家差距不大，限于加工精度和新材料的使用，在使用可靠性和使用寿命上还有一定的差距，特别是离合器摩擦片以及从动盘毂，承受的载荷和应力较大，而且这种载荷和应力在离合器工作过程中，总是在不断变化的，这就要求在设计零部件过程中，考虑好这些零部件的设计参数，并且作好优化设计。另外在加工这些零部件过程中 ，需要考虑好加工精度，促使离合器压盘2 和飞轮接触的过程更加平顺，防止在操纵离合器过程中出现分离不彻底。除此以外，离合器工作在较大载荷和较大的应力状态，需要采用符合国家标准的耐磨材料，提高机械零部件的耐磨性。 推式隔膜弹簧离合器不能满足像拉式隔膜弹簧离合器的实际效果，以满足其逐渐更换的实际需要。由于其操作不便，正在慢慢地自动操纵这种新形式的开发和更换离合器操作过程需要一些技巧，离合器操作过程，包括两个过程的组合和分离，分离需求为了驾驶员踏步到最后，要确保离合器完全分离，否则难以转移，影响齿轮的使用寿命。当组合释 放离合器速度开始更快时，当接近离合器半连接状态时，缓慢释放，促使离合器压板缓慢组合飞轮，同时驾驶员轻轻踩下加速踏板，以确保顺利启动。离合器在操作和使用过程中，如果没有正确使用，将导致离合器问题和故障。包括离合器声音和分离不够彻底。在这样的情况下，原因更多，润滑剂内部润滑剂分离不足或松动现象，驱动摩擦片铆钉松动或过度磨损，导致声音过程。这些原因或设计分析不能由标准引起，无论是由于安装和组装过程，还是在使用维护过程中引起的错误。简而言之，离合器在汽车中的作用很重要，相当于汽车的电源开关。无论什么车，都有一个离合 器装置，手动变速器需要驾驶员的左脚来操纵离合器，自动变速箱的车型更多，而且还需要离合器装置，或离合器装置安装在变速器内部。因此，离合器的发展趋势明显，具有较高的结构性能，能够满足使用寿命要求，并且可以在高速下显示良好的工作条件，组件简单，传递效率高。 随着计算机技术的快速发展，数字分析技术在汽车设计上的大量应用，各项设计大量可采用三维软件来设计分析和计算，对离合器的手工设计慢慢被取代，采用二维和三维辅助设计正越来越多的在实际中应用，用专业的三维设计软件设计和计算之后，再采用分析软件进行分析研究，提高了生产效 率，具有重要的工程意义。 合器 的研究 概述 发动机气体燃烧做功，首先把产生的动力传递给离合器，以完成向外输出。换句话说，离合器是控制着动力传递的开和关。在驾驶员操纵正确操纵下，离合器装置断开和分离，合理的进行动力传递，实现其功能。传动系各组成部分都需要承担扭矩，但是不能超过最大限制，离合器能够有效解决这一问题，为了减少对传动系其他部件的损害，避免传动系这些部件过载，摩擦式离合器的摩擦片之间的摩擦力、采用摩擦片的数量、摩擦系数以及摩擦片的尺寸都对最大扭矩有决定作用。 这些方面主要是指离合器的基本要求的标 准数据。膜片弹簧离合器结构简单，需要的零部件数量较少，价格也相对便宜，出现了离合器的故障后容易更换零部件，使用维3 护方便，在满足车辆的工作性能比如动力性能和平顺性的情况下，有如下优点： （ 1）平稳结合，平稳传递力矩和力，保证汽车平顺发动起步； （ 2）制动时，离合器分离彻底； （ 3）换档时齿轮副的冲击比较小； （ 4）散热性能好； （ 5）高速回转时只有可靠强度； （ 6）阻止车辆动力总成共振发生，减振降噪的效果很显著； （ 7）操纵轻便； （ 8）拥有稳定可靠的工作性能 （ 9）使用年限能满足要求。 合器的功用 离合器把发动机产生的动力逐渐传递给传动系，确保汽车安全平顺发动运行。文章在以上指出，车用活塞式发动机不能带负荷启动，它必须在空载的情况下启动，然后再渐渐增加承受的载荷。当刚性连接进行的突然时，一定会导致汽车向前猛烈运动，发动机熄火就会发生。离合器在汽车起步过程中作用很重要，使得发动机和传动系能够柔性的结合，避免刚性结合，发动机和离合器的结合需要一个过程。这样才可以保证汽车起步的平顺性 2。当驱动力大于行驶阻力时，缓慢平稳的起步。 虽然汽车在空挡的工况下，发动机与传动系也可以不连接传递。但在这种情况下时，变速器和发动机仍然在一定程度上保持连接，要保证发动机工作点火，就必须和变速器同时进行运转工作，而变速器拖转时候，他在很大的阻力下托转不容易。在低温情况下，如离合不发生分离作用，发动机点火是不容易的。所以离合器的第二个功用，踩下离合器的踏板，启动点火，起动的过程中注意要在 3到 5秒内就能顺利起动，避免起动机长时间运转，中断发动机的动力。这样能轻易的使发动机点火工作 3。 汽车行驶中会采用不同的工况，加速、急加速、减速、超车等，这时变化档 位必不可少，变速器内的齿轮在不断的脱开和结合，当从一个档位变化到另一个档位时，原来齿轮之间的压力变成了阻力，这个压力越大，变换档位的力就越大。这就需要离合器来发挥作用 4，保证需要更换到的档位齿轮之间的转速趋向一致，否则在换挡的过程中会发生打齿的现象，影响齿轮的使用寿命，也影响乘坐的舒适性。 离合器所能传递的最大扭矩是要不能超过限值的，汽车刹车突然的时候，显著的惯性负荷作用在传动系上，在这种情况下，离合器本身会发生打滑，能够确保传动系零件不会因为超载而发生损坏，具有很好的保护作用。 4 现代汽车 离合器设计应满足的要求 根据离合器的功用，为了满足实际所需，需要达到如下要求： （ 1）无论在何种情况下工作，不仅保证安全的传递发动机产生的最大转矩，而且还能合理的储存能量，避免载荷超过限值。 （ 2）平稳且无刚性结合。从发动机传递过来的扭矩应该逐渐变大，减少离合器摩擦片之间的摩擦。避免发动机熄火 5； （ 3）分离干脆利索。换档时假如离合器有联动，则飞轮上的力矩还会发生部分传递，导致不易换档，齿轮振动冲击严重； （ 4）离合器分离彻底，保证换挡平顺； （ 5）减振降噪的能力很突出；散热能力很出众，拥有良好的疲劳寿 命。 （ 6）散热性能良好，避免了因为温度过高出现打滑现象； （ 7）操纵简单易行，提高了驾驶的舒适性。这个优势对乘用车相当重要； （ 8）摩擦式离合器，摩擦衬面要耐高温、耐磨损，衬面磨损在一定范围内，确保自动调整，使其运行良好。 合器工作原理 摩擦离合器有四部分组成，缺一不可，包括主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构。 当放开踏板，回位弹簧使踏板返回原位。压紧弹簧具有一定的弹簧弹力，起到回正的作用，向右推动压盘，从动盘和飞轮结合在一起，传递力矩，发动机的力矩可以通过离合器传递给变速器。 式膜片弹簧离合器的优点 拉式膜片弹簧离合器相比推式优势也非常明显，具体如下：中间不再有零件支承，支承环使用数量也很低，最多一个。这样，其结构更简单，占用空间更小，组成部件更少，也不重，机构更紧凑；膜片弹簧是离合器中的一个重要组成部分，半径越大，相应传递效率高，但是这样会增加成本，且需要克服的阻力也会变大，在转矩能够满足时，膜片弹簧尺寸满足即可，在设计尺寸满足的情况下，进行优化设计，提高膜片弹簧的强度和刚度。 5 在离合器工作过程中，离合器盖有着不大形变，拥有足够的刚度，分离效果更佳； 拉式摩擦离合器有助于驾驶员省力的操纵离合器踏板，比推式摩擦离合器要省力 20%左右，因为拉式的能够传递更大的发动机转矩，接触紧密，不用调节机械部件之间的间隙，减少保养维护的频率，不需要象往常一样调节离合器踏板的自由行程，在使用过程中减少离合器的故障频率。更加可靠 6。 文研究的主要内容 本文根据离合器技术发展的具体要求，对某汽车离合器进行了设计。首先，根据当前离合器功用、工作原理、具体设计要求，对本文要完成的各项内容和所要完成的成果进行了全面概要的安排。然后，对离合器的结构进行了详细的设计；根据设 计要点，对主要部件的设计进行了详细的阐述。最后，对离合器各组成部件进行分析研究，论证其可靠性。包括具体参数进行了计算和优选 7。 6 2 离合器的结构设计 为了达到要求，设计时应根据车型行驶情况和使用标准，标准应该符合国家标准以及行业标准，可查阅汽车设计手册，离合器的零部件应该 “系列化、通用化、标准化”。 合器结构方案分析 摩擦片的选择 单片离合器广泛应用于汽车和小型卡车，以满足实际工程需要和国家标准，选择单离合器，摩擦数 2。 压紧弹簧布置形式的选择 离合器夹紧装置可分为周布弹簧，中心弹簧，隔膜弹簧等。 膜片弹簧的显着优点是，性能好，是具有良好弹簧的隔膜实现传动的效果。 隔膜弹簧与其他类别相比，其优点如下： （ 1）由于膜片弹簧工作环境复杂多变，弹簧压力可以保持原来的数值大小，在这种情况下，离合器工作时，能保持其传递效率一直发挥很好的效果。当离合器分离时， 需要驾驶员踩下离合器踏板。促使弹簧变形，弹力减小 8； （ 2）膜片弹簧有着双重作用，既能压紧又分割，使结构占用空间小，零件少，质量低； （ 3）高速运行时，压紧力基本保持不变，性能维持良好；而圆柱弹簧压紧力降低的比较显著； （ 4）压紧力均匀，摩擦片磨损均匀，使用年限较长； （ 5）冷却性能较好，工作年限长； （ 6）平衡性好； （ 7）对量产很有利，制造费用低。 但膜片弹簧加工工艺繁多，加工精度高，对质量要求也比较严格，其非线性特性很容易发生改变，比较复杂，开口处容易产生裂纹，末尾易因为摩擦而发生损坏。但是随着加工工艺的发展，采用新材料新技术，膜片弹簧已经可以满足实际所需。因此，选用膜片弹簧式离合器 10。 7 压盘的驱动方式 在 膜片弹簧离合器中，扭矩从离合器盖传递到压盘的方法有三种： （ 1）凸台 窗孔式：传递性能更好；缺点：传动过程中，滑动摩擦会产生，导致接触部分在分离时发生半联动状态。 （ 2）径向传动驱动式：此传动的方式复杂性较显著，但不会发生相对滑动的现象，因而不存在磨损，操作省力易行；另外，相对位置保持不变，因此离合器盖等旋转物件会保持平衡，工作安静无较大的冲击现象发生。 （ 3）径向传动片驱动方式：从离合器盖传递过来的扭矩，传递给压盘，通过钢制的传动片连接，传动片的强度和刚度有一定的要求，来传递相应大小的扭矩，两者的方向分别 沿不同的方向。通过比较，选择径向传动驱动方式 11。 离杠杆、分离轴承 分离杠杆的作用是使传动分离，截断力和力矩的传递路线。分离轴承的作用是使分离轴承作轴向移动，使离合器起到分离作用。本次设计选用的是油封轴承，具有很好的密封性能，不需要在使用过程中提供额外的润滑。 合器的散热通风 数据表明，压盘温度的升高时，摩擦片的磨损也会跟着加剧，当温度超过一定数值时，摩擦破坏很严重。离合器盘在满足要求的工作条件下，表面的瞬时温度一般低于 180 C。但是在汽车行驶在特殊的工况下，或者行驶的路况比较差的时候，离合器的使用频率增加，需要频繁的操纵离合器，离合器盘的表面温度可能达到 C1000 。裂纹和碎裂会在高温下发生。为保证摩擦表面温度不超标，压盘质量应该最够大，以保这样能更好的起到降温效果。所以合理选择通风的方法和制造特殊的结构来保证离合器的散热通风，比如在压盘内设计通风槽，采用先进的导热材料，加大其散热量。采用先进的加工导流罩的结构等 12。 动盘总成 从动盘虽然对离合器有重要的作用，并对其产生很 大的影响，但是其使用年限较低，必须对其结构和材料重点设计。从动盘总成设计要求如下： （ 1）转动惯量要小，使换档平顺易操作； 8 （ 2）具有轴向弹性，使离合器接合安全柔和，平稳起步。降低因摩擦产生的损耗。 （ 3）应按装扭转减振器，杜绝共振现象，使工作状态安静无冲击。 合器结构设计的要点 （ 1）从动盘上安装有波状弹簧，这些弹簧在从动片上均匀分布，弹簧的个数根据实际需要选择，在从动盘上还装配有扭转减震器，减缓从发动机传递的扭矩带来的振动作用，摩擦片的表面一般不是平面，往往有一定的角度，即有一定的锥形量，表面 大的一面对着飞轮，增加和飞轮的接触面积，确保结合的更加紧密，操纵离合器分离时，更容易实现。 （ 2）离合器的从动部分在主动部分的带动下，转动传递扭矩，从动轴上有花键，能在花键上轴向移动，为了确保工作时的稳定可靠，避免离合器轴向产生振动，通常把轴承安装在曲轴的中心孔内。 （ 3）前轴承在离合器机构中作用明显，起到支撑和约束的作用，轴承的外圈固定，内圈旋转，飞轮和从动轴合理设计和装配，保证在操纵离合器的时候，轴向能够固定牢固，另外有后轴承也起到相应的规定和支撑作用。分离轴承因为承受的载荷较大，需要加入润滑脂，提高其 耐磨性，在使用过程中注意定期保养，否则会改变自由行程，造成离合器的故障。为避免润滑油六道接触面之间，造成离合器打滑，因采取合理的结构和措施避免这一情况的发生。 （ 4）离合器在工作的过程中，压盘和摩擦片的紧密结合至关重要，否则会产生离合器打滑现象，另外离合器的踏板有一定的自由行程，在机械部件磨损的时候，能够自动调节分离轴承和分离弹簧间距，刹车制动时，要合理设计选取踏板的最大行程。 离合器主要零件的设计 动盘 从动刚片和摩擦片采用铆接的方式，扇形弹簧对称铆接在从动片上，铆接需要采用铆钉，在铆接之后，为了使离合器工作更加平顺，需要在铆接的地方磨削加工，提高表面的加工精度，铆接在机械结合件的连接中应用广泛，从动盘的材料选用 45 号钢，提高工作时的强度和刚度，并且在上面设置径向切口，改善工作性能。 9 擦片 摩擦片在性能上要满足如下要求： （ 1）刚强度最够大，满足要求，散热性比较好； （ 2）接合平稳柔和无冲击； （ 3）长期停放，摩擦面会发生粘着现象。 （ 4）摩擦片选石棉基摩擦材料，其摩擦系数为 石棉基摩擦材料密度小，工作温度比 180还要低，成本低，性能好，认可度很高。 膜片弹簧 膜片弹簧使用的钢材料质量比较优秀。其碟簧部分的加工要求很高，碟簧材料为60了能使膜片弹簧承受更大的载荷，要对膜片弹簧特殊的热加工处理，使其具有高抗疲劳能力的回火索氏体。膜片弹簧的膜片应该经过特殊的工艺处理，提高膜片的变形能力，膜片内缘和外援都会受到力的作用，防止在工作的时候膜片产生塑性变形，对其内表面喷丸处理，这是一种提高膜片弹簧寿命的加工方法，喷 丸是 白口铁小丸。同时，为了增大膜片弹簧的 耐磨性，对其进行局部高频淬火式镀铬。 压盘 压盘的材料选用 造制成。 压盘的主要作用是和摩擦片相结合 13，传递来自于发动机的动力，当驾驶员操纵离合器踏板结合时，压盘和摩擦片相互结合。当驾驶员操纵离合器踏板分离时，压盘和摩擦片相互分离，压盘表面的表面粗糙度要求较高，压盘壳用 12栓将其固定在飞轮和压盘端面 。 离合器盖 离合器盖属于离合器的主动部分，膜片弹簧经过特殊工艺处理，在支撑处可以承受较大的强度和 刚度，表面粗糙度应该更小，促使离合器结合和分离更加彻底，在支撑处采用铆钉作为连接方式，但是必须保证分离轴承和曲轴中心的中心线在一条直线上，否则离合器在工作的时候发生一些故障，比如离合器出现异响，离合器铆钉处出现磨损过量，从而影响离合器结合和分离时的彻底性与否。材料采用 10 号钢材、 10 3 离合器的设计计算及说明 选车系的基本参数 整车参数： 车辆最大总质量： 1600 整备重量： 1165大功率： 88000 发动机最大转矩 :200高车速（手动变速箱）： 200km/h；轮胎型号： 195/60摩擦片主要参数的选择 由于离合器摩擦片传递来自发动机的动力，离合器静摩擦力矩 摩擦片的静压力： T （ 3 式中： 是 离合器后备系数（ 1 ） （ 1）选择时，应注意以下几点： a. 摩擦片即使发生磨损后，传递发动机最大扭矩还能得到保证； b. 确保离合器本身滑磨程度较小； c. 确保传动系受力不会超过限值。一般轿车和轻型货车 =合设计实际情况，故选择 = 则有可有表 3得 表 3合器后备系数的取值范围 车型 后备系数 乘用车及最大总质量小于 6大总质量为 6 14车 擦片的外径可有式 :（ 3 直径系数，取值见表 3 取 K 得 D=180 表 3 径系数的取值范围 车型 直径系数 乘用车 大总质量为 片离合器 ) 片离合器 ) 11 最大总质量大于 擦片的尺寸已系列化和标准化 ,标准如下表 (部分 ): 表 3合器摩擦片尺寸系列和参数 外径 D60 180 200 225 250 280 300 325 内径 d10 125 140 150 155 165 175 190 厚度 /1 C 面面积 06 132 160 221 302 402 466 546 所以选取摩擦片的尺寸为 D=180mm,d=125度 h=擦片的摩擦因数 f 取决于所选择的材料，材料不同，摩擦系数也不同，如表 3 也取决于工作的温度，温度的高低同样会改变摩擦片的摩擦系数，另外滑摩速度和压力越大，导致离合器摩擦片的工作温度升高，摩擦系数会发生相应的变化。 本论文设计单片离合器， Z=2。离合器间隙 t 多数为 3 4选 t=44。 表 3擦材料的摩擦因数的取值范围 摩擦材料 摩擦因数 f 石棉基材料 模压 织 末冶金材料 铜基 基 属陶瓷材料 合器的静摩擦力矩为： = 得 152= （ 3 与式（ 立得： 330 112 P C （ 3 代入上式得： 12 表 3擦片单位压力的取值范围 摩擦片材料 单位压力0p/棉基材料 模压 织 末冶金材料 模压 织 金属陶瓷材料 摩擦片基本参数的优化 （ 1）摩擦片外径 D（ 选取最大圆周速度05 70m/s，即 331 0 5 2 0 0 1 8 0 1 0 4 8 9 86 0 6 0v n D m/s 7065 m/s （ 3 （ 2）摩擦片的内、外径比 C 取值 C （ 3）为了确保安全可靠地传送，防止传动系受力过大，各种车型的值应在一定范围内，范围为 （ 4）摩擦片内径 0 502 0 Rd 5）单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即 0220 2 3 T （ 3中，0N.m/可按表 3经检查 ,合格。 表 3离合器规格 210 250210 325250 325 20 10/ 0 28 0 30 0 35 0 40 （ 6）为消散离合器滑磨产生的热能，避免结构发生破坏，对于不同车型，单位压力0 p 3 （ 7）离合器单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值 ,即 224 （ 3 对于最大总质量小于 商用车： J/于最大总质量大于 J/W 为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功（ J），可利用下式计算 2202221800 （ 3 000 r/用车取 1500 r/中： i .0330 J，代入式（ ，合格。 （ 8）离合器接合的温升 （ 3 式中 ,不超过 108 C； c J/( C)；为传到压盘的热量所占的比例， ， m 为压盘的质量 15.3m 入， 79.4t C，合格。 片弹簧主要参数的选择 较 H/h 的选择 当 2， 增函数； 2， 一极值，而该极值点又恰为拐点； 2， 一极大值和极小值；当 2， 小值在横坐标上，见图 35。 14 1- 2/ 2- 2/ 3- 22/2 4- 22/ 5- 22/ 图 3膜片弹簧的弹性特性曲线 为了使汽车平稳起步，离合器膜片弹簧的 H/h 通常在 2 范围内选择。常见的膜片弹簧板厚度为 2 4论文选 2 h=3则 H=6 R/r 选择 通过分析表明， R/r 越小，载荷越大，刚性越强，直径误差对结构性能影响越大。本设计中取 25.1摩擦片的平均半径 94r 18R 255.1 锥底角 圆锥底角 a r c t a n 得 ，在 159 之间合格。 槽宽度 1092 31 102 满足 2 要求。 盘加载点半径 1R 和支承环加载点半径 1r 的确定 1r 接近且大于 r， 1R 小于 R 尽量靠近 R。此设计取 1161 R 961 r 国常用的碟簧材料的为 60量应力取 1600 1700N/ 差与精度 离合器盖的膜片弹簧支承处，压力盘高度公差要小，支承环和支承铆钉安装尺寸精度要高，耐磨性要好 16。 15 膜片弹簧的优化设计 （ 1）弹簧的 初始锥角 应在一定范围内，即 （ 2）弹簧各部分有关尺寸的比值应满足具体要求的范围，即 （ 3）拉式膜片弹簧的压盘加载点半径 1r 的取值应该合理， 推式： 24/)( 1 拉式： ( 1 （ 4） 1R 与 R ， 621 1 620 1 40 0 （ 5）膜片弹簧能起到分离杠杆的效果，即 推式： rR rr f 拉式： rR rR f 由上式可得出 34320 片弹簧的载荷与变形关系 碟形弹簧见图 3关设计公式对膜片弹簧也适用。支承点处受力 载点间的相对变形（轴向）为 1，则压紧力 变形 1 之间的关系式为 1718: 2111111211211 r/ （ 3 式中： E 弹性模量，对于钢， 泊松比，对于钢， = 内锥高度 h 弹簧钢板厚度 16 R 弹簧自由状态时碟簧部分的大端半径 r 弹簧自由状态时碟簧部分的小端半径 压盘加载点半径 支承环加载点半径 图 3片弹簧的尺寸简图 表 3片弹簧弹性特性所用到的系数 R r R1 h 118 94 116 96 6 3 代入（ 1213111 7 2 8 （ 3 对（ 求一次和二次导数，可得到极大值和极小值。 凸点： F N 凹点： F N 拐点： 51 ， 92731 F N 2、设分离轴承对膜片弹簧指所加的载荷为 应此载荷作用点的变形为 2。由 111 112 （ 3 11112 f （ 3 列出表 3表 3片弹簧工作点的数据 1 17 2 F 273 2F 片弹簧的应力计算 选定坐标子午断面（如图 3使 断面上任意点的切向应力为： 2/1 2（ 3 图 3膜片弹簧工作点位置 式中 碟簧部分子午断面的转角 碟簧部分子有状态时的圆锥底角 e 碟簧部分子午断面内中性点的半径 e=（ (R/r) （ 3 将（ 写成 轴的关系式： 3 18 图 3切向应力在子午断面的分布 当 0t 时 X)2(Y ，因为 )2( 的值较小小，将 )2( 看成 )2(，由上式可写成 X)2(。从式（ 以看出当 时无论取任何值，都有e)2(Y 。将 =（ Y=h/2 代入（ 有： 2221 22 （ 3 令 0t 可以求出切向压应力达极大值的转角 由于： 4/11894118) 以： ， ，在分离轴承推力 2r 2 （ 3 式中 n 分离指数目 n=18 单个分离指的根部宽 22182 0 rb r 此： N/9 由于 以根据最大剪应力强度理论， 5 4 9 N/700 N/膜片弹簧当量应力达到标准，所以设计数据合适。 转减振器设计 扭转阻尼器由弹性元件和阻尼元件构成。 弹性元件的功能是减小扭转刚度，改善系统的振动特性，避免自然频率耦合的共振。 阻尼元件的功能主要是消散工作产生的热量。 扭转减振器具有以下功能： 1）调整传动系扭振固有频率。 2）改善阻尼，避免共振，减轻振动和冲击。 3）在空转条件下控制离合器和其他部件的振动和噪音。 4）减少传动系统的非线性扭转冲击，使离合器工作平稳，平稳。 减震器极转矩 a x m 摩擦转矩 a x m 预紧转矩 1