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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
隨著汽車(chē)運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，汽車(chē)性能趨于高速化，載貨汽車(chē)趨于大型化，要求發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速不斷地提高，使離合器的使用條件也日漸惡化。因此，增加離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力，提高其使用可靠性及壽命，簡(jiǎn)化操作(在某些車(chē)型上以至向自動(dòng)操縱發(fā)展)，已成為當(dāng)代汽車(chē)離合器的發(fā)展趨勢(shì)。
離合器是汽車(chē)傳動(dòng)系中的重要部件，它的構(gòu)造特性與發(fā)展和傳動(dòng)系緊密相關(guān)，本文針沃爾沃汽車(chē)的各項(xiàng)參數(shù)，設(shè)計(jì)推式膜片彈簧離合器。
離合器設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括壓盤(pán)總成、從動(dòng)盤(pán)總成、膜片彈簧三個(gè)部分。首先，對(duì)離合器各零件的參數(shù)、尺寸、材料、及結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后用Auto CAD工程圖。
本文還重點(diǎn)研究了膜片彈簧在分離過(guò)程中的受力，對(duì)受力過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，并對(duì)其進(jìn)行校核，以提高膜片彈簧離合器的使用壽命，使膜片彈簧離合器在工作過(guò)程中處于最佳狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：離合器；膜片彈簧；設(shè)計(jì)；壓盤(pán)；從動(dòng)盤(pán)
ABSTRACT
The clutch is an important part of the automobile power train, its characteristic and development have close relation with the power train. Based on Beijing qienuoji’s parameter, this paper aim to design pushing type diaphragm-spring clutch.
There are three main parts of the clutch design: driven disc design, diaphragm-spring design and the driving disc design. Firstly, this paper calculates the parameters, and chooses sizes and materials for the clutch’s parts. Then draw the three-dimension-blueprint of the assembly and components. Finally transforms the three-dimension-blueprint into Auto CAD engineering plat.
Along with the development of automobile transportation, car performance, auto high-speed tends to request the engine tends to large-scale, power and speed continuously improve the conditions of use, make clutch is worsening. Therefore, to increase the ability of transmission torque clutch, improve its use, simplify the operation reliability and life (in some models and automatic controlling to develop), has become the development trend of modern automobile clutch.
This paper also studies force exerted on diaphragm in the process of separation, and analyzing the process mathematically, then examines and calculates relative parameter. In conclusion, the design will prolong the lifetime of diaphragm-spring clutch, and makes the clutch in best state when it’s working.
Key words:Clutch; Diaphragm-spring; Design; Pressure-plate; Platen
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
目 錄
摘要 Ⅰ
Abstract II
第1章 緒論 5
1.1 離合器的設(shè)計(jì)要求 5
1.2 離合器的發(fā)展歷史 5
1.3 離合器概況 6
第2章 離合器基本尺寸參數(shù)的選擇 9
2.1 摩擦離合器機(jī)構(gòu)形式的選擇 9
2.2從動(dòng)盤(pán)數(shù)及干、濕式的選擇 9
2.3壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)型式及布置 9
2.4壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式 10
2.5從動(dòng)盤(pán)數(shù)的選擇 11
2.6離合器基本性能關(guān)系式 11
2.7離合器后備系數(shù)的選擇 12
2.8摩擦材料中單位壓力和摩擦因數(shù)的選擇 12
2.9本章小結(jié) 13
第3章 離合器從動(dòng)盤(pán)總成設(shè)計(jì) 14
3.1 摩擦片的設(shè)計(jì) 14
3.2 從動(dòng)盤(pán)轂的設(shè)計(jì) 16
3.3 從動(dòng)片和波形彈簧片的設(shè)計(jì) 17
3.4 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì) 18
3.5 本章小結(jié) 21
第4章 離合器壓盤(pán)總成設(shè)計(jì) 22
4.1 壓盤(pán)的設(shè)計(jì) 22
4.2 離合器蓋的設(shè)計(jì) 23
4.3 傳動(dòng)片的設(shè)計(jì) 23
4.4 本章小結(jié) 24
第5章 膜片彈簧設(shè)計(jì) 25
5.1 膜片彈簧初選 25
5.2 膜片彈簧的分析 26
5.3 膜片彈簧的校核 28
5.4 膜片彈簧的材料以及制造工藝 28
5.5 本章小結(jié) 29
第6章 離合器的滑磨及熱工況 30
6.1 工況分析 30
6.2 約束條件 35
6.3 本章小結(jié) 36
結(jié)論 37
參考文獻(xiàn) 38
致謝 40
附錄A 41
附錄B 44
第1章 緒 論
1.1離合器的設(shè)計(jì)要求
隨著現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不斷提高，對(duì)離合器也提出了新的要求，除了要求它在高速下仍能保持傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩外，還要求其必須具有足夠的旋轉(zhuǎn)機(jī)械強(qiáng)度，以保證安全可靠的工作。
離合器在工作過(guò)程中與變速器飛輪相連，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成比較復(fù)雜，零件極易在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中在離心力的作用下，產(chǎn)生破壞，因此開(kāi)發(fā)耐用的離合器使其能承受高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的能力，避免其在使用過(guò)程中出現(xiàn)事故是十分必要的。
1.2離合器的發(fā)展歷史
隨著科技的飛速發(fā)展，特別是液壓技術(shù)、電子技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，汽車(chē)傳動(dòng)系發(fā)生巨大的變化。作為傳動(dòng)系重要組成部件之一的離合器總成，擔(dān)負(fù)著傳力、減震和防止系統(tǒng)過(guò)載等重要作用。伴隨著自動(dòng)變速器技術(shù)及與之相配套的離合器技術(shù)的完善，離合器產(chǎn)品不論是性能結(jié)構(gòu)方面還是生產(chǎn)制造方面都發(fā)生了很大變化。
1981年，法國(guó)人制成了摩擦片式離合器，此后浸在油中工作的濕式多片離合器逐漸取代了錐形離合器，但多片濕式摩擦離合器的片與片之間容易被油粘住，致使離合底，造成換檔困難，所以它又逐漸被干式多片離合器取代。多片干式離合器的主要優(yōu)點(diǎn)是由于接觸面多，故接合平順柔和，保證了汽車(chē)的平穩(wěn)起步；但因片數(shù)多，從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，還是感到換檔不夠容易。另外，中間壓盤(pán)的通風(fēng)散熱不良，容易引起過(guò)熱，加快了離合器的磨損，甚至燒傷和碎裂，如果調(diào)整不當(dāng)還可能引起離合器分離不徹底。
在離合器的操縱機(jī)構(gòu)中，由于重型和中型汽車(chē)的離合器壓緊彈簧的壓緊力很大，人們又采取各種助力裝置來(lái)減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，如日本產(chǎn)TKL20型重型汽車(chē)采用彈簧助力；紅巖CQ261和北京BJ370等重型車(chē)采用氣壓助力等。
隨著汽車(chē)運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，離合器還要在原有的基礎(chǔ)上不斷提高改進(jìn)，以適應(yīng)新的使用條件。從國(guó)外的發(fā)展動(dòng)向來(lái)看，近年來(lái)車(chē)輛在性能上向高速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速不斷提高，載貨汽車(chē)趨于大型化，國(guó)內(nèi)也有類(lèi)似情況。此外，隨著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速功率的不斷提高和汽車(chē)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)離合器的要求越來(lái)越高，離合器的使用條件也越來(lái)越苛刻。從提高離合器性能的角度出發(fā)，傳統(tǒng)推式膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)正逐步地向拉式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)發(fā)展，傳統(tǒng)的操縱形式正向自動(dòng)操縱形式發(fā)展。因此，提高離合器的可靠性和延長(zhǎng)其使用壽命，適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高速，增加離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡(jiǎn)化操作，已成為離合器目前發(fā)展趨勢(shì)。
隨著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率的不斷提高和汽車(chē)電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)離合器的要求越來(lái)越高。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)正逐步的向拉式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)發(fā)展，傳統(tǒng)的操作形式正向自動(dòng)操作的形式發(fā)展。自動(dòng)離合器、雙離合變速器等等使得操作簡(jiǎn)便、動(dòng)力更強(qiáng)的新技術(shù)層出不窮。所以，提高離合器的可靠性和延長(zhǎng)其使用壽命，適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速，增加離合器傳遞扭矩的能力和簡(jiǎn)化操作系統(tǒng)，已成為離合器的發(fā)展趨勢(shì)[5]：
離合器是汽車(chē)傳動(dòng)系的重要部件，它的構(gòu)造特性與發(fā)展和傳動(dòng)系緊密相關(guān)。在以?xún)?nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)汽車(chē)中，雖然發(fā)展自動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)是汽車(chē)傳動(dòng)系的發(fā)展趨勢(shì)，但手動(dòng)擋車(chē)款式仍然占多數(shù)，且考慮商用車(chē)中更多數(shù)采用手動(dòng)變速器，則手動(dòng)擋汽車(chē)目前仍然使世界汽車(chē)的主流。可以說(shuō)，從目前到將來(lái)，離合器這一部件將會(huì)隨著內(nèi)燃機(jī)一起存在，不可能在汽車(chē)上消失。因此，研究離合器結(jié)構(gòu)有實(shí)際的意義，設(shè)計(jì)更優(yōu)質(zhì)的離合器也就成為了推動(dòng)汽車(chē)技術(shù)進(jìn)步的課題之一。
1.3離合器概況
按動(dòng)力傳遞順序來(lái)說(shuō)，離合器應(yīng)是傳動(dòng)系中的第一個(gè)總成。顧名思義，離合器是“離”與“合”矛盾的統(tǒng)一體。離合器的工作，就是受駕駛員操縱，或者分離，或者接合，以完成其本身的任務(wù)。離合器是設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)，其功用是能夠在必要時(shí)中斷動(dòng)力的傳遞，保證汽車(chē)平穩(wěn)地起步；保證汽車(chē)平穩(wěn)地起步；保證傳動(dòng)系換檔時(shí)工作平穩(wěn)；限制傳動(dòng)系所能承受的最大扭轉(zhuǎn)，防止傳動(dòng)系過(guò)載。為使離合器起到以上幾個(gè)作用，目前汽車(chē)上廣泛采用彈簧壓緊的摩擦式離合器，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)結(jié)合時(shí)平順、柔和，使汽車(chē)起步時(shí)不震動(dòng)、沖擊；
2)離合器分離徹底；
3)從動(dòng)部分慣量小，以減輕換檔時(shí)齒輪副的沖擊；
4)散熱性能好；
5)高速回轉(zhuǎn)時(shí)只有可靠強(qiáng)度；
6)避免汽車(chē)傳動(dòng)系共振，具有吸收震動(dòng)、沖擊和減小噪聲能力；
7)操縱輕便；
8)工作性能；
9)使用壽命長(zhǎng)。
1.3.1離合器的功用
1.使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)逐漸接合，保證汽車(chē)平穩(wěn)起步。
汽車(chē)由靜止到行駛的過(guò)程，其速度應(yīng)由零逐漸增大。
如果傳動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間沒(méi)有離合器，而是剛性地連接，汽車(chē)起步時(shí)，駕駛將傳動(dòng)系統(tǒng)的變速器掛入一定的工作檔位，靜止的汽車(chē)在突然接上動(dòng)力的瞬間將會(huì)猛烈前沖，產(chǎn)生很大的慣性力的作用下，轉(zhuǎn)速急劇下降到最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速300～500r/min以下，而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。這樣，汽車(chē)將不能起步。
在發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)之間裝有離合器。則汽車(chē)在起步前，駕駛員先踏下離合器踏板，使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)分開(kāi)，待掛上適當(dāng)?shù)臋n位后，再慢慢抬起離合器踏板，同時(shí)，逐漸加大加速踏板開(kāi)度增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩也就逐漸地增大，于是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩便可由小到大地逐漸傳給傳動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力足以克制行駛阻力時(shí)，汽車(chē)便由靜止開(kāi)始緩慢地逐漸加速，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)平穩(wěn)起步。
2.暫時(shí)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)的聯(lián)系，便于發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和變速器平順換檔
發(fā)動(dòng)機(jī)在冷起動(dòng)時(shí)，讓離合器切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)的聯(lián)系，就可除去部分阻力，有利于提高起動(dòng)轉(zhuǎn)速，提高起動(dòng)成功率。
在汽車(chē)行駛過(guò)程中，為了適應(yīng)不斷變化的行駛條件，傳動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)常要換用不同檔位工作，實(shí)現(xiàn)齒輪式變速器的換檔，即將原用檔位的某一齒輪副退出傳動(dòng)，再使另一檔位的齒輪副進(jìn)入工作。在換檔前也必須踩下離合器踏板，中斷動(dòng)力傳遞，便于使原用檔位的齒輪副脫開(kāi)，換入新檔位。
3.限制所傳遞的轉(zhuǎn)矩，防止傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)載
當(dāng)汽車(chē)進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，若沒(méi)有離合器，則發(fā)動(dòng)機(jī)將因和傳動(dòng)系統(tǒng)剛性相連而急劇降低轉(zhuǎn)速，因而其中所有零件將產(chǎn)生很大的慣性力矩（其數(shù)值可能大大超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)所發(fā)出的最大轉(zhuǎn)矩），對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)造成超過(guò)其承載能力的載荷，而使其機(jī)件損壞。有了離合器，一方面在緊急制動(dòng)時(shí)，可先踏下離合器踏板，使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)分離，解除了它們之間的相互作用的；另一方面即使來(lái)不及先踏下離合器，當(dāng)慣性力矩超過(guò)了離合器允許的最大摩擦力矩時(shí)，離合器主、從動(dòng)部分就相對(duì)滑轉(zhuǎn)以消除這一危險(xiǎn)。從而防止傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)載，起到一定的保護(hù)作用。
1.3.2 現(xiàn)代汽車(chē)離合器應(yīng)滿足的要求:
1） 在任何行駛條件下，既能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲(chǔ)備，又能防止傳動(dòng)系過(guò)載。
2） 接合時(shí)要完全、平順、柔和，保證汽車(chē)起步時(shí)沒(méi)有抖動(dòng)和沖擊。
3） 分離時(shí)要迅速、徹底。
4） 從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕換檔時(shí)變速器齒輪間的沖擊，便于換檔和減小同步器的磨損。
5） 應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)散熱效果，以保證工作溫度不致過(guò)高，延長(zhǎng)其使用壽命。
6） 應(yīng)能避免和衰減傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，并具有吸收振動(dòng)、緩和沖擊和降低噪聲的能力。
7） 操縱輕便、準(zhǔn)確，以減輕駕駛員的疲勞。
8） 作用在從動(dòng)盤(pán)上的總壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在離合器工作過(guò)程中變化要盡可能小，以保證有穩(wěn)定的工作性能。
9） 具有足夠的強(qiáng)度和良好的動(dòng)平衡，以保證其工作可靠、使用壽命長(zhǎng)。
10） 結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單、緊湊，質(zhì)量小，制造工藝性好，拆裝、維修、調(diào)整方便等。
第2章 離合器的結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)的選擇
2. 1 摩擦離合器機(jī)構(gòu)型式的選擇
汽車(chē)離合器有摩擦式、電磁式和液力式三種類(lèi)型。其中，摩擦式的應(yīng)用最廣泛?，F(xiàn)代汽車(chē)摩擦離合器的典型結(jié)構(gòu)型式是單片或雙片干式，它由從動(dòng)盤(pán)、壓盤(pán)、壓盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置、壓緊彈簧（有沿圓周均布的圓柱螺旋彈簧、中央布置的錐形或圓柱螺旋彈簧和膜片彈簧等）、離合器蓋、分離杠桿、分離軸承等構(gòu)成。本次設(shè)計(jì)選定的機(jī)構(gòu)型式為單片摩擦式。
2. 2從動(dòng)盤(pán)數(shù)及干、濕式的選擇
（一）單片干式摩擦離合器
單片干式摩擦離合器其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，軸向尺寸緊湊，分離徹底，從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，散熱性好，采用軸向有彈性的從動(dòng)盤(pán)時(shí)也能接合柔順。因此，廣泛用于各級(jí)轎車(chē)及微、輕、中型客車(chē)與貨車(chē)上，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不大于1000N.M的大型客車(chē)和重型貨車(chē)上也有所推廣。當(dāng)轉(zhuǎn)矩更大時(shí)可以采用雙片離合器。
（二）雙片干式摩擦離合器
雙片干式摩擦離合器與單片離合器相比，由于摩擦面增多使傳遞轉(zhuǎn)矩的能力增大，接合也更平順、柔和；在傳遞相同轉(zhuǎn)矩的情況下，其徑向尺寸較小，踏板力較小。但軸向尺寸加大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜；中間壓盤(pán)的通風(fēng)散熱性差易引起過(guò)熱而加快摩擦片的磨損甚至燒傷碎裂；分離行程大調(diào)整不當(dāng)分離也不易徹底；從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大易使換檔困難等。僅用于傳遞的轉(zhuǎn)矩大且徑向尺寸受到限制時(shí)。
（三）多片濕式離合器
摩擦面更多，接合更加平順柔和；摩擦片浸在油中工作，表面磨損小。但分離行程大、分離也不易徹底，特別是在冬季油液粘度增大時(shí)；軸向尺寸大；從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，故過(guò)去未得到推廣。近年來(lái)，由于多片濕式離合器在技術(shù)方面的不斷完善，重型車(chē)上又有采用，并有不斷增加的趨勢(shì)。因?yàn)樗捎糜捅脤?duì)摩擦表面強(qiáng)制冷卻，使起步時(shí)即使長(zhǎng)時(shí)間打滑也不會(huì)過(guò)熱，起步性能好，據(jù)稱(chēng)其使用壽命可較干式高出5～6倍。
通過(guò)各結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)的比較及本次設(shè)計(jì)所針對(duì)的車(chē)型，故本次設(shè)計(jì)選用的是單片干式摩擦離合器。
2. 3壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)型式及布置
離合器壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)型式有：圓柱螺旋彈簧、矩形斷面的圓錐螺旋彈簧和膜片彈簧等?？刹捎醚貓A周布置、中央布置和斜置等布置形式。根據(jù)壓緊彈簧的型式及布置，離合器分為：
（一） 周置彈簧離合器
周置彈簧離合器的壓緊彈簧是采用圓柱螺旋彈簧并均勻布置在一個(gè)圓周上。有的重型汽車(chē)將壓緊彈簧布置在同心的兩上圓周上。周置彈簧離合器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，過(guò)去廣泛用于各種類(lèi)型的汽車(chē)上?，F(xiàn)代由于轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高（最高轉(zhuǎn)速高達(dá)5000～7000r/min或更高），在高轉(zhuǎn)速離心力的作用下，周置彈簧易歪斜甚至嚴(yán)重彎曲鼓出而顯著降低壓緊力；另外，也使彈簧靠到定位座位柱上而使接觸部位嚴(yán)重磨損甚至出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。因此，現(xiàn)代轎車(chē)及微、輕、中型客車(chē)多改用膜片彈簧離合器。但在中、重型貨車(chē)上，周置彈簧離合器仍得到廣泛采用。
（二） 中央彈簧離合器
采用一個(gè)矩形斷面的圓錐螺旋彈簧或用1～2個(gè)圓柱螺旋彈簧做壓簧并布置在離合接觸，因此壓盤(pán)由于摩擦而產(chǎn)生的熱量不會(huì)直接傳給彈簧而使其回火失效。壓簧的壓緊力是經(jīng)杠桿系統(tǒng)作用于壓盤(pán)，并按杠桿比放大，因此可用力量較小的彈簧得到足夠的壓盤(pán)壓緊力，使操縱較輕便。采用中央圓柱螺旋彈簧時(shí)離合器的軸向尺寸較大，而矩形斷面的錐形彈簧則可明顯縮小軸向尺寸，但其制造卻比較困難，故中央彈簧離合器多用在重型汽車(chē)上以減輕其操縱力。根據(jù)國(guó)外的統(tǒng)計(jì)資料：當(dāng)載貨汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大于400～450N.m時(shí)，常常采用中央彈簧離合器。
（三） 斜置彈簧離合器
是重型汽車(chē)采用的一種新型結(jié)構(gòu)。以數(shù)目較多的一組圓柱螺旋彈簧為壓緊彈簧，分別以?xún)A角（彈簧中心線與離合器中心線間的夾角）斜向作用于傳力套上，后者再堆動(dòng)壓桿并按杠桿比磨損后壓桿內(nèi)端隨傳力套前移，使彈簧伸長(zhǎng)，壓力減小，傾角亦減小，而cos值則增大。這樣即可使在摩擦片磨損范圍內(nèi)壓緊彈簧的軸向推力幾乎保持不變，從而使壓盤(pán)的壓緊力也幾乎保持不變。同樣，當(dāng)離合器分離時(shí)后移傳力套，壓盤(pán)的壓緊力也大致不變。因此，斜置彈簧離合器與前兩種離合器相比，其突出優(yōu)點(diǎn)是工作為性能十分穩(wěn)定。與周置彈簧離合器比較，其踏板力約可降低35%。
（四） 膜片彈簧離合器
作為壓緊彈簧的膜片彈簧，是由彈簧鋼制成的，具有“無(wú)底碟子”形狀的截錐形薄壁膜片。且自其小端在錐面上開(kāi)有許多徑向切槽，以形成彈性杠桿，而其余未切的槽大端截錐部分則起彈簧作用。膜片彈簧的兩側(cè)則有支撐圈。它借助固定在離合器蓋上的一些鉚釘來(lái)安裝定位。當(dāng)離合器蓋未固定到飛輪上是，膜片彈簧不受力而處于自由狀態(tài)。當(dāng)離合器蓋用螺栓固定到飛輪上時(shí)，由于離合器蓋靠向飛輪，后支撐圈則壓膜片彈簧使其產(chǎn)生彈性變形，錐頂角度變大，甚至膜片彈簧幾乎變平。同時(shí)在膜片彈簧的大端對(duì)壓盤(pán)產(chǎn)生壓緊力使離合器處于接合狀態(tài)。當(dāng)離合器分離時(shí)，分離軸承前移使膜片彈簧壓前支撐圈并以此為支點(diǎn)發(fā)生反錐形的轉(zhuǎn)變，使膜片彈簧大端后移，并通過(guò)分離鉤拉動(dòng)壓盤(pán)使離合器分離。
2. 4壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式
壓盤(pán)是離合器的主動(dòng)部分，在傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)它和飛輪一起帶動(dòng)傳動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以它與飛輪連接在一起。但是這種連接應(yīng)該允許壓盤(pán)在離合器分離過(guò)程中能自由地作軸向移動(dòng)。壓盤(pán)與飛輪的連接方式或其他的驅(qū)動(dòng)方式有：凸塊—窗口式、傳力銷(xiāo)式、鍵式（鍵槽—指銷(xiāo)式，鍵齒式）以及彈性傳動(dòng)片式等。
凸塊—窗口試是在單片離合器中長(zhǎng)期采用的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是在壓盤(pán)外緣鑄出3~4個(gè)凸片，裝配時(shí)伸入離合器蓋對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)方形窗口中，而離合器蓋則與飛輪相連?？紤]到摩擦片磨損后壓盤(pán)向前移。因此凸塊應(yīng)凸出窗口以外。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是凸塊與窗口的配合處磨損后易使定心精度降低而失去平衡，且會(huì)產(chǎn)生沖擊和噪音。所以在現(xiàn)在的離合器中已經(jīng)很少使用。
傳力銷(xiāo)式是雙片離合器采用的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它是用沿圓周均勻分布的幾個(gè)傳力銷(xiāo)將飛輪與中間的壓盤(pán)連接在一起。
鍵式也是一種壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式，包括鍵槽—指銷(xiāo)式和鍵齒式兩種。它是用鍵槽—指銷(xiāo)或鍵齒將壓盤(pán)與飛輪相連接而又不影響分離時(shí)壓盤(pán)的軸向移動(dòng)。
在雙片離合器的結(jié)構(gòu)中也有采用綜合式的壓盤(pán)驅(qū)動(dòng)方式的，即中間壓盤(pán)通過(guò)鍵連接，壓盤(pán)則通過(guò)凸塊—窗孔驅(qū)動(dòng)。
上述幾種壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即連接之間有間隙（如凸塊與窗孔之間的間隙約是0.2mm左右）。這樣，在傳動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生沖擊和噪音。且隨著接觸部分磨損的增加，間隙將加大，引起更大的沖擊和噪音，甚至可能導(dǎo)致凸塊根部出現(xiàn)裂紋而造成零件的早期損壞。另外，在離合器分離時(shí)，由于零件間的摩擦將降低離合器操縱部分的傳動(dòng)效率。
近年來(lái)，廣泛采用了彈性傳動(dòng)片的傳力方式。彈性傳動(dòng)片（鋼帶傳動(dòng)片）是由薄彈簧鋼帶沖壓制成一端鉚在離合器蓋上，另一端用鉚釘固定在壓盤(pán)上，并且多用3～4組（每組2～3片）沿圓周作切向布置以改善傳動(dòng)片的受力狀況。這時(shí)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)傳動(dòng)片受拉；當(dāng)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)傳動(dòng)片受壓。這種用傳動(dòng)片驅(qū)動(dòng)壓盤(pán)的方式不僅消除了上述幾種離合器的缺點(diǎn)，而且簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了對(duì)裝配精度的要求且有利于壓盤(pán)的穩(wěn)定。
通過(guò)比較以上各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式選用鋼帶傳動(dòng)片。
2. 5從動(dòng)盤(pán)數(shù)的選擇
對(duì)轎車(chē)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩一般不大，在布置尺寸允許的條件下，離合器通常只有一個(gè)片從動(dòng)盤(pán)。單片離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，散熱性好，維修調(diào)整方便，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下，在使用時(shí)能保證徹底、接合柔順。綜上所述，本次設(shè)計(jì)是采用單片膜片彈簧離合器。
2.6離合器基本性能關(guān)系式
離合器的基本功能之一是傳遞力矩，因此離合器轉(zhuǎn)矩容量是離合器最為基本的性能之一。通常它只能用來(lái)初步定出離合器的原始參數(shù)、尺寸，它們是否合適最終取決于試驗(yàn)驗(yàn)證。
根據(jù)摩擦力矩公式
(2.1)
式中：Tc—離合器靜摩擦力矩；β—后備系數(shù)；f—摩擦因數(shù)；Z：摩擦面數(shù)；po—單位壓力；D—摩擦片外徑；c—內(nèi)外徑之比。
有了上面的關(guān)系式，對(duì)于一定的離合器結(jié)構(gòu)而言，只要合理選擇其中的參數(shù)，并能滿足上面的關(guān)系式，就可估算出所設(shè)計(jì)的離合器是否合適[4]。
2.7 離合器后備系數(shù)的選擇
后備系數(shù)β是離合器一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度。
顯然，為可靠傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和防止離合器滑磨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不宜選的太小；為是離合器尺寸不致過(guò)大，減少傳動(dòng)系過(guò)載，保證操縱輕便，不宜選的太大；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率較大、使用條件較好時(shí)，可選的小一些；當(dāng)使用條件惡劣、需要拖帶掛車(chē)時(shí)，為提高起步能力，減少離合器滑磨，可選的大一些；汽車(chē)總質(zhì)量大，也應(yīng)選得越大。
在選擇β時(shí)，應(yīng)保證離合器應(yīng)能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩、要防止離合器滑磨過(guò)大、要能防止傳動(dòng)系過(guò)載。其數(shù)值按表2.1選取，而設(shè)計(jì)本車(chē)的離合器其β要求比較的大，初步選擇為1.60。
表2.1 離合器后備系數(shù)β的取值范圍
車(chē) 型
后備系數(shù)
乘用車(chē)及最大總質(zhì)量小于6t的商用車(chē)
1.20～1.75
最大總質(zhì)量為6～14t的商用車(chē)
1.50～2.25
掛車(chē)
1.80～4.00
2.8 摩擦材料中單位壓力和摩擦因數(shù)的選擇
石棉基摩擦材料的密度小，制造容易、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但受工作溫度、單位壓力、滑磨速度影響大，主要用于中、輕載荷的工作條件下，而粉末冶金材料的傳熱性好、熱穩(wěn)定性與耐磨性好、摩擦因數(shù)高，故在選擇摩擦片材料是粉末冶金材料中的鐵基[5]。初選po根據(jù)表2.2中可得：為0.5MPa，f為0.5。
表2.2 摩擦材料中單位壓力和摩擦因數(shù)的取值
摩擦片材料
單位壓力po/MPa
摩擦因數(shù)f
石棉基材料
模壓
0.15～0.25
0.20～0.25
編織
0.25～0.35
0.25～0.30
粉末冶金材料
銅基
0.35～0.50
0.25～0.30
鐵基
0.35～0.50
金屬陶瓷材料
0.70～1.50
0.4
2.9 本章小結(jié)
在離合器的基本性能關(guān)系式中我們得知要用到后備系數(shù)；摩擦因數(shù)；單位壓力等一些參數(shù)。通過(guò)查閱資料，工具用書(shū)，圖表等我能、我們可以對(duì)一些參數(shù)取值。為我們接下來(lái)的設(shè)計(jì)計(jì)算提供一定幫助。
第3章 離合器從動(dòng)盤(pán)總成設(shè)計(jì)
3.1 摩擦片的設(shè)計(jì)
摩擦片設(shè)計(jì)要求：
①摩擦因數(shù)較高且較穩(wěn)固，工作溫度，單位壓力，滑磨速度的變化對(duì)其影響要?。?
②具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度與耐磨性；
③密度要小，以減少?gòu)膭?dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
④熱穩(wěn)定性好，在高溫下分離出粘合劑力，無(wú)味，不易燒焦；
⑤磨合性能好，不致刮傷飛輪和壓盤(pán)表面；
⑥接合時(shí)應(yīng)平順，而不產(chǎn)生“咬合”或“抖動(dòng)”現(xiàn)象；
⑦長(zhǎng)期停放后，摩擦面間不發(fā)生“粘著”現(xiàn)象。
離合器摩擦片所用的材料主要有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金屬陶瓷摩擦材料。石棉基摩擦材料具有摩擦因數(shù)較高、密度較小、制造容易、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。但它性能不夠穩(wěn)定、摩擦因數(shù)受工作溫度、單位壓力、滑磨速度的影響大，故目前主要應(yīng)用于中、輕載荷下工作。由于石棉在生產(chǎn)和使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境有影響，對(duì)人體有害，故以玻璃纖維、金屬纖維來(lái)代替石棉纖維。粉末冶金和金屬陶瓷摩擦材料具有傳熱性好、熱穩(wěn)定性與耐磨性好、摩擦因數(shù)較高且穩(wěn)定、能承受的單位壓力較高以及壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較貴，密度較大，接合平順性較差，主要應(yīng)用于載荷質(zhì)量較大的商用車(chē)上。
摩擦片與從動(dòng)片的連接方式有鉚接和粘接兩種。鉚接方式連接可靠，更換摩擦片方便，適宜在從動(dòng)片上安裝波形片，但其摩擦面積利用率小，使用壽命短。粘接方式可增大實(shí)際摩擦面積，摩擦片厚度利用率高，具有較高的抗離心力和切向力的能力；但更換摩擦片困難，且使從動(dòng)盤(pán)難以安裝波形片，無(wú)軸向彈性，可靠性低。
摩擦片材料：粉末冶金材料（其具有傳熱性好，熱穩(wěn)定性與耐磨性好、摩擦因數(shù)較高而且穩(wěn)定、能承受的單位壓力較高及壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)）。
摩擦片與 從動(dòng)片的連接方式：鉚接（因具連接可靠、更換摩擦片方便、適宜在從動(dòng)盤(pán)上安裝波形片而采用）。
摩擦片基本尺寸的確定。摩擦片外徑是離合器的基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命，它和離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩有一定的關(guān)系。根據(jù)公式3.1：
(3.1)
式中：Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；β—后備系數(shù)；f—摩擦因數(shù)；Z：摩擦面數(shù)；po—單位壓力；D—摩擦片外徑；c—內(nèi)外徑之比
得到D=240mm。
計(jì)算離合器的外徑D同時(shí)參考經(jīng)驗(yàn)公式3.2：
(3.2)
式中：A—參考系數(shù)；D—摩擦片外徑；Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；
A取47，計(jì)算得到D=234mm。
初選D以后，還需根據(jù)摩擦片尺寸的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)一步確定[6]。
查找標(biāo)準(zhǔn)(GB1457—74)的規(guī)定：
表3.1 離合器尺寸選擇參數(shù)表
摩擦片外徑D/mm
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax/N×m
單片離合器
重 負(fù) 荷
中等負(fù)荷
極 限 值
225
130
150
170
250
170
200
230
……
……
……
……
最終確定：外徑D=250mm；內(nèi)徑d=155mm，內(nèi)外徑之比c=0.620，單片面積F=30200mm2 。
對(duì)摩擦片的厚度h，我國(guó)以規(guī)定了3種規(guī)格：3.2mm，3.5mm，4mm，這里選擇厚度為3.5mm。
(2)摩擦片的校核。在初步確定完摩擦片的基本尺寸后，要對(duì)摩擦片校核：
1)摩擦片外D(mm)的選擇應(yīng)使最大圓周速度vD不超過(guò)65～70m/s：
(3.3)
式中：nemax—發(fā)動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速（r/min）；
當(dāng)nemax取6 000時(shí)，代入可得：
vD=70 ≤ 65～70m/s。
2)摩擦片的內(nèi)外徑比c應(yīng)在0.53～0.70 范圍內(nèi)：
c=0.620∈｛0.53～0.70｝。
3)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(guò)載，β應(yīng)在1.2～1.75之間，代入式2—1：
β= Tc/ Temax=1.60∈｛1.20～1.75｝。
4)為了減少汽車(chē)起步過(guò)程中的離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過(guò)高而發(fā)生燒傷，離合器每一次接合的單位面積滑磨功應(yīng)小于其許用值，即：
(3.4)
式中：ω—單位摩擦面積滑磨功(J/mm2)；[ω] —其許用值0.4 J/mm2；W—汽車(chē)起步時(shí)離合器接合一次產(chǎn)生的總滑磨功(J)，可以根據(jù)下式計(jì)算：
(3.5)
式中：ne—發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，取2 000r/min；ma—汽車(chē)總質(zhì)量(kg)，取1 200kg；rr—汽車(chē)輪胎滾動(dòng)半徑(m)；ig—汽車(chē)起步時(shí)所用變速器檔位的傳動(dòng)比；數(shù)值取3.8；i0—主減速器傳動(dòng)比，取4.2。
各個(gè)數(shù)值代入3—5式得到：W=14 983J。
把W=14983J和摩擦片的各個(gè)數(shù)值代入式3.4，得：
w=0.338J/mm2≤[w]=0.4J/mm2。
經(jīng)過(guò)校核可知，摩擦片的設(shè)計(jì)符合相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求[7]。
3.2 從動(dòng)盤(pán)轂的設(shè)計(jì)
從動(dòng)盤(pán)數(shù)及干、濕式的選擇單片干式摩擦離合器，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，軸向尺寸緊湊，分離徹底，從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，散熱性能好，采用軸向有彈性的從動(dòng)盤(pán)時(shí)也能接順平和等優(yōu)點(diǎn)符合離合器的設(shè)計(jì)要求
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是經(jīng)從動(dòng)盤(pán)轂的花鍵孔輸出，花鍵之間為動(dòng)配合，在離合器分離和結(jié)合的過(guò)程中，從動(dòng)盤(pán)轂就能在花鍵軸上自由滑動(dòng)。我國(guó)生產(chǎn)的離合器，其從動(dòng)盤(pán)轂花鍵多用SAE標(biāo)準(zhǔn)，其有關(guān)尺寸見(jiàn)表
表3.2 從動(dòng)盤(pán)轂花鍵的尺寸
摩擦片的外徑D/mm
發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩
花鍵尺寸
擠壓應(yīng)力
齒數(shù)n
外徑
內(nèi)徑
齒厚
有效齒長(zhǎng)
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
查表3.2，可選花鍵尺寸如下齒數(shù)n=10、外徑mm、內(nèi)徑=28mm、齒厚=4mm、有效齒長(zhǎng)l=35mm
花鍵尺寸選定后應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核。由于花鍵損壞的主要形式是由于表面受擠壓過(guò)大而破壞，所以花鍵要進(jìn)行擠壓應(yīng)力計(jì)算，當(dāng)應(yīng)力偏大時(shí)可適當(dāng)增加花鍵轂的軸向長(zhǎng)度。
花鍵的擠壓應(yīng)力sj：
(3.6)
式中：Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；D—花鍵轂的外徑；d—花鍵轂的內(nèi)徑；n—花鍵轂的齒數(shù)；l—花鍵轂的有效長(zhǎng)度。
從動(dòng)盤(pán)轂一般都由中碳鋼鍛造而成，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其擠壓應(yīng)力不應(yīng)大于30MPa。
從動(dòng)盤(pán)轂采用鍛鋼（40Cr），采用調(diào)質(zhì)處理，表面和心部硬度在26～32HRC。提高花鍵內(nèi)孔表面硬度和耐磨度，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。
3.3 從動(dòng)片和波形彈簧片的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)從動(dòng)片，要盡量減輕其重量，并使其質(zhì)量的分布可能地靠近旋轉(zhuǎn)中心，以獲得最小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。為了減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從動(dòng)片做的比較薄，一般在1.3mm—2.2mm。根據(jù)設(shè)計(jì)的需要采用從動(dòng)片的厚度為2mm，材料為中碳鋼板（50號(hào)），表面硬度為35～40HRC，結(jié)構(gòu)采用分開(kāi)式彈性從動(dòng)片結(jié)構(gòu)。
波形片材料采用65Mn，厚度為0.7mm，硬度為40～46HRC，并經(jīng)過(guò)表面發(fā)藍(lán)處理。
3.4 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)
1.扭轉(zhuǎn)減震器的組成與功能
扭轉(zhuǎn)減震器主要由彈性元件、阻尼元件等組成。彈性元件的作用是降低傳動(dòng)系的手段扭轉(zhuǎn)剛度，從而降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階段固有頻率，改變系統(tǒng)的故有振型，使其盡可能避開(kāi)由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵(lì)引起的共振；阻尼元件的作用是有效地耗散振動(dòng)能量。因此，扭轉(zhuǎn)減震器具有如下功能；
（1）降低發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與傳動(dòng)系接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度，調(diào)諧傳動(dòng)系扭振固有頻率。
（2）增加傳動(dòng)系扭振阻尼，抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)振幅，并衰減因沖擊而產(chǎn)生的瞬態(tài)頻率。
（3）控制動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)總成怠速時(shí)離合器與變速器軸系的扭振，消減變速器怠速噪聲和主減速器與變速器的扭轉(zhuǎn)及噪聲。
（4）緩和非穩(wěn)定工況下傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)沖擊載荷，改善離合器的接合平順性。
2.扭轉(zhuǎn)減震器的的扭轉(zhuǎn)特性
扭轉(zhuǎn)減振器具有線性和非線性?xún)煞N特性。單級(jí)線性減振器的扭轉(zhuǎn)特性：其彈性元件一般采用圓柱螺旋彈簧，廣泛應(yīng)用于汽油機(jī)汽車(chē)中。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)為柴油機(jī)時(shí)由于怠速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)不均勻度較大，常引起變速器常嚙合齒輪間的敲擊，從而產(chǎn)生令人厭煩的變速器怠速噪聲。在扭轉(zhuǎn)減振器中，另設(shè)置一組剛度較小的彈簧，使其在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下起作用，以消除變速器怠速噪聲。此時(shí)可得到兩級(jí)非線性特性，第一級(jí)的剛度很小，稱(chēng)為怠速級(jí)；第二級(jí)的剛度較大。在柴油機(jī)汽車(chē)中，目前廣泛采用具有怠速級(jí)的兩級(jí)或三級(jí)非線性扭轉(zhuǎn)減振器。
3，由于發(fā)動(dòng)機(jī)傳到汽車(chē)傳動(dòng)系中的轉(zhuǎn)矩是周期地不斷變化的，從而使傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。若振動(dòng)頻率與傳動(dòng)系的自振頻率相重合會(huì)發(fā)生共振，影響傳動(dòng)系中零件的壽命。為避免共振，緩和傳動(dòng)系所受的沖擊載荷，在許多汽車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)中裝設(shè)了扭轉(zhuǎn)減振器，且大多數(shù)將扭轉(zhuǎn)減振器附裝在離合器的從動(dòng)盤(pán)中[8]。
a b
圖3.1 扭轉(zhuǎn)減振器工作示意圖
a—靜止?fàn)顟B(tài)；b—工作狀態(tài)
1、2—減振彈簧；3—從動(dòng)盤(pán)本體；4—阻尼片；
離合器接合時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)飛輪和壓盤(pán)傳給了從動(dòng)盤(pán)兩側(cè)的摩擦片，帶動(dòng)從動(dòng)盤(pán)本體和與從動(dòng)盤(pán)本體鉚接在一起的減振器盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)盤(pán)本體和減振器盤(pán)又通過(guò)六個(gè)減振器彈簧把轉(zhuǎn)矩傳給了從動(dòng)盤(pán)轂。因?yàn)橛袕椥原h(huán)節(jié)的作用，所以傳動(dòng)系受的轉(zhuǎn)動(dòng)沖擊可以在此得到緩和。傳動(dòng)系中的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)會(huì)使從動(dòng)盤(pán)轂相對(duì)于動(dòng)盤(pán)本體和減振器盤(pán)來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，夾在它們之間的阻尼片靠摩擦消耗扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能量，將扭轉(zhuǎn)振動(dòng)衰減下來(lái)[9]。
扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)計(jì)算著重于減振彈簧。
(1)減振彈簧的材料。選用60Si2MnA彈簧鋼絲。
(2)減振彈簧個(gè)數(shù)Zj的選取。根據(jù)表3.3，由于D=250mm，所以Zj取6。
表3.3 減振彈簧個(gè)數(shù)的選取
摩擦片外徑D/mm
225～250
250～325
325～350
>350
Zj
4～6
6～8
8～10
>10
(3)減振彈簧的位置半徑R0。減振彈簧的位置半徑R0一般取(0.60～0.75)d/2,同時(shí)為了保證離合器可靠的傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，減振彈簧位置直徑2R0約小于摩擦片內(nèi)徑約50mm，所以取R0=55mm。
(4)極限轉(zhuǎn)矩Tj。極限轉(zhuǎn)矩是指減振器在消除了限位銷(xiāo)與從動(dòng)盤(pán)轂之間的間隙時(shí)所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，即限位銷(xiāo)起作用時(shí)的轉(zhuǎn)矩。它受限于減振彈簧的許用應(yīng)力等因素，與發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩有關(guān)，一般可?。?
Tj=(1.5～2.0)Temax (3.7)
式中：Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；Tj—極限轉(zhuǎn)矩。
本車(chē)取相應(yīng)系數(shù)為2.0，所以Tj=400N×m。
(5) 扭轉(zhuǎn)角剛度kj 。為了避免引起傳動(dòng)系統(tǒng)的共振，要合理選擇減振器的扭轉(zhuǎn)角剛度kj，使共振現(xiàn)象不發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)常用的工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。kj取決于減振彈簧的線剛度及其結(jié)構(gòu)布置尺寸：
kj=KZjR02×103 (3.8)
式中：K—每個(gè)減振彈簧的線性剛度(N/mm)；Zj—減振彈簧的個(gè)數(shù)；R0—減振彈簧位置半徑(m)。
減振器的角剛度既要滿足傳遞足夠大的轉(zhuǎn)矩的要求，又要滿足為了避開(kāi)共振而盡量降低其值的要求，這在實(shí)際上是做不到的。因此，減振器的角剛度kj的最后確定，常常是結(jié)構(gòu)所允許的設(shè)計(jì)結(jié)果，設(shè)計(jì)時(shí)選kj為：kj ≤13Tj。
由于設(shè)計(jì)的是越野車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)，常工作時(shí)的轉(zhuǎn)速是較高的，且保證發(fā)動(dòng)機(jī)的工作較穩(wěn)定，所以選擇kj較小，取kj=10Tj=4 000N×m。
這樣每個(gè)彈簧的線性剛度為K= kj/(KZjR02)=2.1×106 N/mm。
(6)阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩Tm。由于減振器扭轉(zhuǎn)剛度kj受結(jié)構(gòu)及發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的限制，不肯能夠很低，故為了在發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)最有效地消振，必須合理選擇減振器的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩Tm，一般可選：
Tm=(0.06～0.17)Temax (3.9)
式中：Tm—阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩；Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。
按經(jīng)驗(yàn)選Tm=0.12Temax=24N。
(7)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn。減振彈簧在安裝時(shí)都有一定的預(yù)緊力。研究表明，Tn的增加，共振頻率將向減小頻率的方向移動(dòng)，這是有利的。但Tn不應(yīng)大于Tm，否則在反向工作時(shí)，扭轉(zhuǎn)減振器將提前停止工作，故?。?
Tn=(0.05～0.17) Temax (3.10)
式中：Tn—預(yù)緊轉(zhuǎn)矩；Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。
取Tn=0.10Temax=20N。
(8)極限轉(zhuǎn)角jj。減振器從預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn增加到極限轉(zhuǎn)矩Tj時(shí)，從動(dòng)片相對(duì)從動(dòng)盤(pán)轂的極限轉(zhuǎn)角jj為
(3.11)
式中：jj —極限轉(zhuǎn)角；R—減振彈簧位置半徑；Dl—減振彈簧的工作變量。
jj通常取3o～12o，由于設(shè)計(jì)的乘用車(chē)的離合器，所以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的平順性要求較高，所以jj取9o。
3.5本章小結(jié)
從動(dòng)盤(pán)對(duì)離合器來(lái)說(shuō)是一個(gè)十分重要的部件它由摩擦片；從動(dòng)盤(pán)轂；從動(dòng)片；波形彈簧片；扭轉(zhuǎn)減震器等部件組成。所以其設(shè)計(jì)的好壞對(duì)離合器的總體性能起著決定
性的作用，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們要對(duì)其各項(xiàng)結(jié)論精細(xì)的計(jì)算和校核，使其達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。
第4章 離合器壓盤(pán)總成設(shè)計(jì)
4.1 壓盤(pán)的設(shè)計(jì)
壓盤(pán)是離合器的主動(dòng)部分，在傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)，它和飛輪一起帶動(dòng)從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以它必須和飛輪有一定的聯(lián)系，但這種聯(lián)系有應(yīng)允許壓盤(pán)在離合器分離過(guò)程中自由的做軸向移動(dòng)，使壓盤(pán)和從動(dòng)盤(pán)脫離接觸。壓盤(pán)和飛輪間常用的連接方式有凸臺(tái)式、鍵式和銷(xiāo)式。但這些連接方式在離合器分離和結(jié)合的過(guò)程中，由于傳力零件之間有摩擦，將降低離合器操縱部分的傳動(dòng)效率。
為了消除上述缺點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中采用傳力片式。
在離合器的基本參數(shù)選定后，壓盤(pán)的基本尺寸應(yīng)和摩擦片的外徑和內(nèi)徑相同，確定壓盤(pán)的厚度應(yīng)符合下面四點(diǎn)要求。
(1)壓盤(pán)應(yīng)具有較大質(zhì)量，以增大熱容量，減少溫升。應(yīng)用下式校核壓盤(pán)的一次接合的溫升：
(4.1)
式中：t—壓盤(pán)溫升(oC)；c—壓盤(pán)的比熱容，鑄鐵：c=481.4J/(kg·oC)；m—壓盤(pán)質(zhì)量(kg)，經(jīng)計(jì)算約為4.2kg；W—汽車(chē)起步時(shí)離合器接合一次產(chǎn)生的總滑磨功(J)，經(jīng)上面計(jì)算得W=14 983J；g—傳到壓盤(pán)的熱量所占的比例，對(duì)于單片離合器壓盤(pán)：g=0.5。
根據(jù)式4—1得：t=3.7 oC≤8 oC。
(2)蓋的膜片彈簧支撐處應(yīng)具有高的尺寸精度，否則回造成分離不徹底；
(3)壓盤(pán)應(yīng)具較大的剛度。能使壓緊力在摩擦面上的壓力分布均勻并減少受熱后翹曲變形，以免影響摩擦片的均勻壓緊及與離合器的徹底分離[8]。
(4)為了便于通風(fēng)散熱，防止摩擦片表面溫度過(guò)高，可在離合器蓋上開(kāi)較大的通風(fēng)窗口，或在蓋上加通風(fēng)扇片，本設(shè)計(jì)采用前者。
與飛輪保持良好的對(duì)中，并要進(jìn)行靜平衡，壓盤(pán)單件的平衡精度不低于15～20g·cm
基于以上四點(diǎn)，選取壓盤(pán)的厚度為12mm。
由于壓盤(pán)的形狀較復(fù)雜，要求傳熱性好，具有較高的摩擦因數(shù)，所以采用灰鑄鐵，采用HT300，硬度為170～227HBS，另外添加少量的金屬元素（鎳鐵合金）以增加其機(jī)械強(qiáng)度[10]。
4.2 離合器蓋的設(shè)計(jì)
(1)離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。應(yīng)具有足夠的剛度，否則將影響離合器的工作特性，增大操縱時(shí)的分離行程，減小壓盤(pán)升程，嚴(yán)重時(shí)使摩擦面不能徹底分離。為此可采用如下的措施：適當(dāng)?shù)脑龃笊w的板厚，使鋼板厚度達(dá)到4mm；在蓋內(nèi)的圓周處翻邊。
離合器蓋應(yīng)和飛輪保持良好的對(duì)中，以免影響總成的平衡和正常的工作，其膜片彈簧支承處應(yīng)具有高的尺寸精度。
(2)離合器蓋的材料。由于設(shè)計(jì)的離合器是乘用車(chē)用的，所以離合器蓋的加工工藝為沖壓制造，所以采用的是4mm的10號(hào)鋼板沖壓而成[11]。
4.3 傳力片的設(shè)計(jì)
傳力片的作用是在離合器接合時(shí)，離合器蓋通過(guò)它來(lái)驅(qū)動(dòng)壓盤(pán)共同旋轉(zhuǎn)，分離時(shí)，又可以利用它的彈性來(lái)牽動(dòng)壓盤(pán)軸向分離并使操縱力減小。
傳力片為3組，每組2片，每片厚度為0.8mm，由65Mn的彈簧鋼帶制成。在布置傳力片時(shí)要注意，通常情況下傳力片應(yīng)該受拉力[11]。
傳力片的校核：
用公式4.2計(jì)算傳力片的有效長(zhǎng)度：
(4.2)
式中：l１—傳力片的有效長(zhǎng)度；l—傳力片上兩孔之間的距離；—孔的直徑。
用公式4.3計(jì)算傳力片的彎曲總剛度：
(4.3)
式中：E—傳力片材料的彈性模量；—截面慣性矩；n—為傳力片數(shù)量；i—傳力片的組數(shù)；l１—傳力片的有效長(zhǎng)度。
用公式4.4計(jì)算壓盤(pán)和離合器蓋組裝時(shí)的最大應(yīng)力：
(4.4)
式中：σmax—最大應(yīng)力值；W—傳力片的截面系數(shù)；n—傳力片數(shù)量；i—傳力片的組數(shù)； l１—傳力片的有效長(zhǎng)度；P—傳力片作用力的大小。
帶入數(shù)值計(jì)算得到913MPa
離合器傳扭時(shí)分為正向驅(qū)動(dòng)和反向驅(qū)動(dòng)，用公式4.5計(jì)算正向驅(qū)動(dòng)時(shí)的最大應(yīng)力:
=204.5MPa≤913MPa (4.5)
式中：σmax—最大應(yīng)力值；W—傳力片的截面系數(shù)；n—傳力片數(shù)量；i—傳力片的組數(shù)； P—傳力片作用力的大小；b—傳力片的寬度；l１—傳力片的有效長(zhǎng)度；h—傳力片厚度；R—傳力片的圓周半徑；fmax—傳力片軸向變形力最大值；Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。
用公式4.6計(jì)算反向驅(qū)動(dòng)時(shí)的最大應(yīng)力:
=823.5 MPa≤913MPa (4.6)
式中：σmax—最大應(yīng)力值；W—傳力片的截面系數(shù)；n—傳力片數(shù)量；i—傳力片的組數(shù)； P —傳力片作用力的大??；b—傳力片的寬度；l—傳力片的有效長(zhǎng)度；h—傳力片厚度；R—傳力片的圓周半徑；fmax—傳力片軸向變形力最大值；Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。
可見(jiàn)，傳力片的設(shè)計(jì)符合要求。
4.4本章小結(jié)
通過(guò)資料的學(xué)習(xí)我們可知壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式有很多種如，傳力銷(xiāo)式；鍵式等。但是，在離合器分離時(shí)，由于零件間的摩擦將降低離合器操縱部分的傳動(dòng)效率。為了消除上述缺點(diǎn)，近年來(lái)廣泛采用了彈性傳動(dòng)片的傳力方式。所以本設(shè)計(jì)也采用此方式作為此壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式。
第5章 膜片彈簧設(shè)計(jì)
5.1 膜片彈簧的初選
設(shè)計(jì)膜片彈簧，一定要初步選定其全部尺寸，然后進(jìn)行一系列的驗(yàn)算，最后優(yōu)選出合適的尺寸[12]。
表5.1 膜片彈簧的主要參數(shù)的選用參考值
基本參數(shù)
常用范圍
一般范圍
外內(nèi)徑比 R/r
1.2～1.3
1.2～1.35
膜片鋼板厚度 h(mm)
2～3.4
2～4
高厚比 H/r
1.7～2.0
1.6～2.2
外徑厚度比 H/h
75～95
70～100
比值 R/r0
4～5
3.5～5.0
杠桿比（推式） (r1-rf)/(R1-r1)
2.3～4.5
-
分離指的數(shù)目 n
18
-
分離指舌尖切槽寬 δ1(mm)
3.2～3.5
-
分離指舌根切槽寬δ2(mm)
9～10
-
分離指舌部最寬處半徑 re(mm)
≤ r-δ2
-
初始錐底角 a(o)
10～13
9～15
半徑差值(mm)
D1=R-R1
2～4
1～7
D2=r1-r
0.5～ 3
0～6
D3=rf-r0
0～3
0～4
圖5.1 膜片彈簧的基本尺寸
膜片的外徑R的大小約為摩擦片的平均半徑，即(D+d)/4，所以R的初選為106mm，
根據(jù)表5—1和圖5—1以及R的大小，選擇膜片彈簧的以下數(shù)值[13～15]：
大端半徑：R=120mm；
碟簧部分內(nèi)徑：r=100mm；
碟簧在自由狀態(tài)下的內(nèi)錐高：H=14mm；
膜片鋼板厚度：h=2.45mm；
膜簧壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑：R1=118mm；
膜簧支承環(huán)加載點(diǎn)半徑：r1=99mm；
小端內(nèi)徑r0=25mm；
分離加載半徑：rf=35mm；
分離指舌尖切槽寬：δ1=3.4mm；
分離指舌根切槽寬：δ2=10mm；
分離指舌部最寬處半徑：re=75mm。
5.2 膜片彈簧的分析
圖5.2 膜片彈簧的特征曲線
膜片彈簧由于它的變形和載荷關(guān)系并不成線性關(guān)系，在壓緊狀態(tài)時(shí)，通過(guò)支承環(huán)和壓盤(pán)在膜片彈簧上的載荷F1(N)集中在支承處，加載點(diǎn)相對(duì)軸向變形l1(mm)的彈簧的彈性特征如下式：
(5.1)
式中：材料的彈性模量(MPa)，對(duì)于剛材料：E=2.1×105MPa；m—材料的泊松比，對(duì)于鋼：m=0.3；H、h、R、r、R1、r1代表均是圖5—1中的含義[16～18]。
當(dāng)離合器分離時(shí)，膜片彈簧的加載點(diǎn)將發(fā)生變化，從支承環(huán)和壓盤(pán)的加載點(diǎn)轉(zhuǎn)移到支承環(huán)和分離軸承的加載點(diǎn)，設(shè)分離軸承的加載的力為F2(N)，則有如下的關(guān)系：
(5.2)
把上式代入式5.1則
F1與膜片彈簧末端變形l1關(guān)系為
(5.3)
根據(jù)圖5.2中的膜片彈簧的彈性特征曲線，M和N點(diǎn)為曲線的一階導(dǎo)數(shù)點(diǎn)為0點(diǎn)，而中間的H點(diǎn)位曲線的拐點(diǎn)，即為曲線的二階導(dǎo)數(shù)點(diǎn)為0點(diǎn)，所以：
(5.4) (5.5)
當(dāng)=0時(shí)，得：
(5.6)
式5.6代入R、r、R1、r1得l1=2.16mm，即l1H=3.24mm
而B(niǎo)點(diǎn)為膜片彈簧壓緊狀態(tài)的而l1B：0.8l1H≤l1B≤l1H則選l1B=3mm
當(dāng)=0時(shí)，得
(5.7)
式5—7代入R、r、R1、r1得l1=2.25mm和4.28mm，即l1M=2.25mm，l1N=4.28mm。而A點(diǎn)為摩擦片在最大磨損的情況下的膜片彈簧的彈性變形，其：
Dl=l1B－l1A=Zc×DS0
式中：Zc—離合器的摩擦片摩擦片表面數(shù)目，單片Zc=2；D