汽车膜片弹簧离合器设计---设计说明书

课程设计

汽车膜片弹簧离合器设计

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汽车膜片弹簧离合器设计---课程设计任务书

汽车离合器是发动机与变速箱之间的连接装置，起连接或断开动力的作用。离合器类型有多种，本课程设计要求设计膜片弹簧离合器，这种离合器是目前汽车上应用最多的一类离合器。要求通过学习掌握汽车膜片弹簧离合器的原理,结构和设计知识，用所给的基本设计参数进行汽车膜片弹簧离合器设计，绘制主要的零部件图纸，写出内容详细的设计说明书。

一、基本设计参数：

1.发动机型号: TJ370Q

2.发动机最大扭矩: 58.8/3200 Nm/(r/min)

3.传动系统传动比: 1挡:3.966

主减速比:5.125

4.驱动轮类型与规格: 5.00-12-8PR 145/70SR12

5.汽车总质量: 1429KG

二、设计内容及步骤

1、离合器主要参数的确定

（1）根据基本设计参数确定离合器主要参数：①后备系数；②单位压力；③摩

擦片内外径D、d和厚度b；④摩擦因素f、摩擦面数Z等。

（2）摩擦片尺寸校核与材料选择。

2、扭转减震器的设计

（1）确定扭转减震器结构

（2）确定扭转减震器主要参数

（3）确定减震弹簧尺寸

3、从动盘总成设计

（1）从动片设计

（2）从动盘毂设计

（3）确定从动盘摩擦材料

4、离合器盖总成的设计

（1）选择压盘内外径、厚度及材料，并进行校核

（2）离合器盖设计

（3）支撑环设计

5、膜片弹簧的设计

（1）膜片弹簧基本参数选择

（2）膜片弹簧强度计算

三、设计成果要求

1、设计计算说明书

（1）设计计算说明书要包括：封面、课程设计任务书、目录、中英文摘要、正

文、参考文献等。

（2）正文主要体现：进行各零部件的参数选择与计算时的理论依据、计算步骤

及对计算结果合理性的阐述。

（3）课程设计说明书统一用A4纸打印或撰写，要求排版整洁合理，字迹工整，

图文并貌。

2、设计图纸

（1）零件图纸包括: 磨擦片、从动片、从动盘毂、压盘、膜片弹簧图

（2）离合器总成结构装配图

尺寸标注、公差标注、技术要求、明细栏等完整。

摘要 ............................................................................................................................. 1

第1章绪论 ............................................................................................................... 3

第2章离合器主要参数的确定 ............................................................................... 7

2.1根据基本设计参数确定离合器主要参数： ............................................... 7

2.2摩擦片尺寸校核与材料选择....................................................................... 8

第3章扭转减震器的设计 ....................................................................................... 9

3.1确定扭转减震器结构 .................................................................................. 9

3.2确定扭转减震器主要参数........................................................................... 9

3.3确定减振弹簧尺寸 .................................................................................... 11

第4章从动盘总成设计 ......................................................................................... 13

4.1从动片设计 ................................................................................................ 13

4.2从动盘毂设计 ............................................................................................ 13

4.3确定从动盘摩擦材料 ................................................................................ 14

第5章离合器盖总成的设计 ................................................................................. 16

5.1选择压盘内外径、厚度及材料，并进行校核 ......................................... 16

5.2离合器盖设计 ............................................................................................ 17

5.3支撑环设计 ................................................................................................ 17

第6章膜片弹簧的设计 ......................................................................................... 19

6.1膜片弹簧基本参数选择 ............................................................................ 19

6.2膜片弹簧工作点位置的选择..................................................................... 21

6.3膜片弹簧强度计算 .................................................................................... 21

总结 ........................................................................................................................... 23

参考文献 ................................................................................................................... 24

摘要

离合器是汽车传动系中的重要部件，主要功用是是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车平稳起步，保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动系统所承受的最大转矩，防止传动系统过载。膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型汽车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。此设计说明书详细的说明了轻型汽车膜片弹簧离合器的结构形式，用所给的基本参数,进行汽车膜片弹簧离合器的扭转减振器、从动盘、离合器盖、膜片弹簧等的设计,并对摩擦片和压盘尺寸、膜片弹簧强度进行了校核计算，并用CAD软件绘制了磨擦片、从动片、从动盘毂、压盘、膜片弹簧和总装配图。

关键字：汽车；离合器；膜片弹簧；设计；强度校核

摘要

关键字：汽车；离合器；膜片弹簧；设计；强度校核

Abstract

Clutch is an important component in vehicle transmission system, whose main function is to cut off or transmit the power come from the engine, insuring the car can start smoothly, the transmission system smoothly when the shift work and limiting of maximum torque that transmission system could stand. Diaphragm spring clutch is a kind of clutch that most used in the vehicle and light vehicle in recent years, whose torque capacity is large and relatively stable, operation is convenient, balance system is good, and it can be product in a mass, the research on which has become more and more important. This design specification is described in detail in the structure of diaphragm spring clutch of light vehicle, With the basic parameters, torsional damper, clutch disc, clutch cover and diaphragm spring are designed, Checking calculation of the size of the friction plate and the platen and the strength of diaphragm spring was done. At last, I Used CAD software to draw the friction sheet, driven plate, pressure plate, clutch disc hub, diaphragm spring and assembly drawings.

Key word: Car; Clutch; Diaphragm spring; Design; Strength check

第1章绪论

1.1离合器的概述

按动力传递顺序来说，离合器应是传动系中的第一个总成。顾名思义，离合器是“离”与“合”矛盾的统一体。离合器的工作，就是受驾驶员操纵，或者分离，或者接合，以完成其本身的任务。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。膜片弹簧离合器在技术上比较先进，经济性合理，同时其性能良好，使用可靠性高寿命长，结构简单、紧凑，操作轻便，在保证可靠地传递发动机最大扭矩的前提下，有以下优点：

（1）结合时平顺、柔和，使汽车起步时不震动、冲击；

（2）离合器分离彻底；

（3）从动部分惯量小，以减轻换档时齿轮副的冲击；

（4）散热性能好；

（5）高速回转时只有可靠强度；

（6）避免汽车传动系共振，具有吸收震动、冲击和减小噪声能力；

（7）操纵轻便；

（8）工作性能（最大摩擦力矩Temax和后备系数保持稳定）；

（9）使用寿命长。

图1-1

1.2离合器的功用

离合器可使发动机与传动系逐渐接合，保证汽车平稳起步。如前所述，现代车用活塞式发动机不能带负荷启动，它必须先在空负荷下启动，然后再逐渐加载。发动机启动后，得以稳定运转的最低转速约为300～500r/min，而汽车则只能由静止开始起步，一个运转着的发动机，要带一个静止的传动系，是不能突然刚性接合的。因为如果是突然的刚性连接，就必然造成不是汽车猛烈攒动，就是发动机熄火。所以离合器可使发动机与传动系逐渐地柔和地接合在一起，使发动机加给传动系的扭矩逐渐变大，至足以克服行驶阻力时，汽车便由静止开始缓慢地平稳起步了。

虽然利用变速器的空档，也可以实现发动机与传动系的分离。但变速器在空档位置时，变速器内的主动齿轮和发动机还是连接的，要转动发动机，就必须和变速器内的主动齿轮一起拖转，而变速器内的齿轮浸在黏度较大的齿轮油中，拖转它的阻力是很大的。尤其在寒冷季节，如没有离合器来分离发动机和传动系，发动机起动是很困难的。所以离合器的第二个功用，就是暂时分开发动机和传动系的联系，以便于发动机起动。

汽车行驶中变速器要经常变换档位，即变速器内的齿轮副要经常脱开啮合和进入啮合。如在脱档时，由于原来啮合的齿面压力的存在，可能使脱档困难，但如用离合器暂时分离传动系，即能便利脱档。同时在挂档时，依靠驾驶员掌握，使待啮合的齿轮副圆周速度达到同步是较为困难的，待啮合齿轮副圆周速度的差异将会造成挂档冲击甚至挂不上档，此时又需要离合器暂时分开传动系，以便使与离合器主动齿轮联结的质量减小，这样即可以减少挂挡冲击以便利换档。

离合器所能传递的最大扭矩是有一定限制的，在汽车紧急制动时，传动系受到很大的惯性负荷，此时由于离合器自动打滑，可避免传动系零件超载损坏，起保护作用。

1.3离合器的工作原理

如图1-2所示，摩擦离合器一般是有主动部分、从动部分组成、压紧机构和操纵机构四部分组成。

图1-2 离合器的基本组成和工作原理示意图

1-曲轴；2-从动轴；3-从动盘；4-飞轮；5-压盘；6-离合器盖；7-分离杠杆；8-弹簧；9-分离轴承； 10、15-回位弹簧；11-分离叉；12-踏板；13-拉杆；14-拉杆调节叉；16-压紧弹簧；17-从动盘摩擦片；18-轴

承

离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮4和压盘借摩擦作用传给从动盘3，在通过从动轴传给变速器。当驾驶员踩下踏板时，通过拉杆，分离叉、分离套筒和分离轴承9，将分离杠杆的内端推向右方，由于分离杠杆的中间是以离合器盖6上的支柱为支点，而外端与压盘连接，所以能克服压紧弹簧的力量拉动压盘向左，这样，从动盘3两面的压力消失，因而摩擦力消失，发动机的扭矩就不再传入变速器，离合器处于分离状态。当放开踏板，回位弹簧克服各拉杆接头和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。此时压紧弹簧就推动压盘向右，仍将从动盘3压紧在飞轮上4，这样发动机的扭矩又传入变速器。

1.4 膜片弹簧离合器

膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型载货汽车上广泛采用的一种离合器。因其作为压簧，可以同时兼起分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，质量减少，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。其次，由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀。另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性，故能在从动盘摩擦片磨损后，弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩，而不致产生滑离。离合器分离时，使离合器踏板操纵轻便，减轻驾驶员的劳动强度。此外，因膜片是一种对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很少，而周布置弹离合器在高速时，因受离心力作用会产生横向挠曲，弹簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力，从而引起离合器传递转矩能力下降。那么可以看出，对于轻型车膜片弹簧离合器的设计研究对于改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义。

图1-3 膜片弹簧离合器图

作为压紧弹簧的所谓膜片弹簧，是由弹簧钢冲压成的，具有“无底碟子”形状的截锥形薄壁膜片，且自其小端在锥面上开有许多径向切槽，以形成弹性杠杆，而其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。膜片弹簧的两侧有支承圈，而后者借助于固定在离合器盖上的一些（为径向切槽数目的一半）铆钉来安装定位。当离合器盖用螺栓固定到飞轮上时，由于离合器盖靠向飞轮，后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形，锥顶角变大，甚至膜片弹簧几乎变平。同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。当离合器分离时，分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变，使膜片弹簧大端后移，并通过分离钩拉动压盘后移使离合器分离。膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，由于膜片弹簧具有非线性特性，因此设计摩擦片磨损后，弹簧压力几乎不变，且可以减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便；其次，膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对称的，因此其压紧力实际上不受离心力的影响，性能稳定，平衡性也好；再者，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著缩短了轴向尺寸；另外，由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片的接触良好，摩擦均匀，也易于实现良好的通风散热等。

由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点，并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平在不断提高，因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用，而且正大力扩展到载货汽车和重型汽车上，国外已经设计出了传递转矩为80~~2000N.m、最大摩擦片外径达420的膜片弹簧离合器系列，广泛用于轿车、客车、轻型和中型货车上。甚至某些总质量达28~32t的重型汽车也有采用膜片弹簧离合器的，但膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高。膜片弹簧离合器的操纵采用压式机构，即离合器分离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分离指处是承受压力。

第2章离合器主要参数的确定

2.1根据基本设计参数确定离合器主要参数：

①后备系数β

后备系数β是离合器设计中的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择β时，应考虑摩擦片在使用中的磨损后离合器仍能可靠地传递发动机最大转矩、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系过载以及操纵轻便等因素。乘用车β选择：1.20～1.75 ，本次设计取β = 1.3。

②摩擦片内外径D、d和厚度b

摩擦片外径是离合器的重要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。按发动机的最大转矩来初选

D

（2-1）

式中：系数k反应了不同结构和使用条件对D的影响，小轿车K=47，由公式（2-1）得，

D111.85mm ，

根据表2-1，取D160mm，d110mm,厚度h3.2，mm

C'd

0.687，单面面积为106 cm2。

③摩擦因素f、摩擦面数Z

摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。摩擦因数f的取值范围见下表。

本次设计选取石棉基编织材料，取f = 0.30 。

摩擦面数Z为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸。本次设计取单片离合器 Z = 2 。

④单位压力

单位压力p 决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素

对于采用有机材料作为基础摩擦面片的小轿车，D≤230mm时，p的允许值约为0.25MPa

2.2摩擦片尺寸校核与材料选择

依据使用条件，初选摩擦材料为石棉基摩擦材料

为了保证离合器能可靠地传递发动机的转矩，将离合器转矩容量Te和发动机最大转矩Temax的关系如下

TeTemax

①假设压盘压力均匀分布，

（2-2）

2Ro3Ri3

TeZpS

3Ro2Ri2

（2-3）

其中：Ro为摩擦片外半径，取Ro=80mm；Ri为摩擦片内半径，取

Ri=55mm；Z为摩擦片面数，Z2，为摩擦因数=0.30，S为单面

面积，S=106cm。

联立公式（2-2）和（2-3），得p=0.211MPa ②假设压盘压力从Ri到Ro递减

(RoRi)

（2-4） ZF

联立公式（2-2）和（2-4），得p=0.21MPa

单位压力p在容许范围（p0.25MPa）内，认为所选离合器的尺寸、参数

Te

合适。

第3章扭转减震器的设计

3.1确定扭转减震器结构

扭转减振器主要由弹性元件(减振弹簧或橡胶)和阻尼元件(阻尼片)等组成。弹性元件的主要作用是降低传动系的首段扭转刚度，从而降低传动系扭转系统的某阶(通常为三阶)固有频率，改变系统的固有振型，使之尽可能避开由发动机转矩主谐量激励引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地耗散振动能量。因此，扭转减振器具有如下功能：

1）降低发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率。

2）增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的瞬态扭振。

3）控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器轴系的扭振，消减变速器怠速噪声和主减速器与变速器的扭振及噪声。

4）缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷，改善离合器的接合平顺性。现在绝大多数离合器从动盘减震器采用弹簧摩擦式。

图3-1 扭转减振器图

3.2确定扭转减震器主要参数

1）极限转矩Tj

极限转矩是指减振器在消除了限位销与从动盘毂缺口之间的间隙△1时所能传递的最大转矩，即限位销起作用时的转矩。它受限于减振弹簧的许用应力等因素，与发动机最大转矩有关，一般可取

Tj = (1.5～2.0) Temax

（3-1）

一般乘用车：系数取2.0 即 Tj = 2 Temax= 117.6 N·m 2）扭转角刚度

K≤13Tj

（3-2）

所以，K≤13Tj=13x117.6=1528.8 ，取K=1500 N·m 3）阻尼摩擦转矩T

由于减振器扭转刚度K受结构及发动机最大转矩的限制，不可能很低，故为了在发动机工作转速范围内最有效地消振，必须合理选择减振器阻尼装置的阻尼摩擦转矩T 。

一般可按下式初选：T=(0.06～0.17) Temax (3-3) 取T= 0.1Temax = 5.85 N·m

4）预紧转矩Tn

减振弹簧在安装时都有一定的预紧。研究表明，Tn增加，共振频率将向减小频率的方向移动，这是有利的。但是Tn不应大于T ，否则在反向工作时，扭转减振器将提前停止工作，故取

Tn= (0.05～0.15) Temax

取Tn = 0.1Temax =5.85 N·m 5）减振弹簧的位置半径R0

(3-4)

R0 的尺寸应尽可能大些，一般取

R0 =(0.60～0.75)d/2

(3-5)

取R0= 0.7d/2 = 38.5 mm

6）减振弹簧个数Zj

Zj参照摩擦片外径D = 160 mm ，选取Zj=4

7）减振弹簧总压力 F

当限位销与从动盘毂之间的间隙△1或△2被消除，减震弹簧传递的转矩达到最大值Tj时，减震弹簧受到的压力F为

F

= 117600/38.5 = 3054.5 N (3-6)

3.3确定减振弹簧尺寸

图3-2 减振弹簧计算简图

1）单个减振弹簧的工作负荷F F

F

3054.5



763.N6

2）减振弹簧 ①弹簧中经Dc

一般由结构布置来决定，通常Dc=11~15mm。取Dc=12mm ②弹簧钢丝直径d

d

（[]取550~600MPa）

d0.2mm ，通常取d=3~4mm

所以，取

d=3mm

(3-7)

(3-8)

③减振弹簧刚度K

K

k1000R0Zj

(3-9)

带入数据得，K=253N/mm ④减振弹簧有效圈数i

Ed44

i （K=8.310MPa） 3

8DcK

(3-10)

带入数据得，i=1.9 ，取i=2 ⑤减振弹簧总圈数n

一般在6圈左右，总圈数n和有效圈数i间的关系为 n=i+（1.5~2）取i=4

⑥减振弹簧最小长（高）度lmin

指减振弹簧在最大工作负荷下地工作长（高）度，考虑到此时弹簧的被压缩各圈之间仍需要留一定的间隙，可确定为

为

lminnd1.1dn1.13413.2mm

(3-11)

⑦减振弹簧总变形量l

指减振弹簧在最大工作负荷下所产生的最大压缩变形，为

lF

3.02mm

(3-12)

⑧减振弹簧自由高度l0

指减振弹簧无负荷时的高度，为

l0lminl13.23.0216.22mm

⑨减振弹簧预变形量l

(3-13)

指减震弹簧安装时的预压缩变形，它和选取的预紧力矩Tn有关，其值

Tn5.85103

l0.15mm

KZjR0253438.5

(3-14)

⑩减振弹簧安装工作高度l

它关系到从动盘榖等零件窗口尺寸的设计，为

ll0l'16.220.1516.07mm

3）从动盘钢片相对从动盘毂的最大转角i

(3-15)

减振器从预紧转矩增加到极限转矩时，从动钢片相对从动盘毂的极限

转角i与减震弹簧的工作变形量l(lll)有关，其值为

l"

j2arcsin4.27

2R0

(3-16)

i通常取312，对于平顺性要求高或对工作不均匀的发动机，去

上限

第4章从动盘总成设计

4.1从动片设计

从动盘对离合器工作性能影响很大，设计时应满足如下要求：

1)从动盘的转动惯量应尽可能小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。 2) 从动盘应具有轴向弹性，使离合器结合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，以减小磨损。因为分开式弹性从动盘钢片是将钢片沿半径尺寸方向分开，波形弹簧片较薄，且位于从动盘钢片的最大半径上，从动盘钢片的尺寸较大，但它在旋转中心。具有更小的转动惯量。因此本设计采用分开式弹性从动盘钢片

图4-1 从动盘

4.2从动盘毂设计

从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受由发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对中的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的迟钝可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩Temax由表4-1选取。

表4-1 从动盘毂花键尺寸系列

本次设计D = 160mm ，Temax= 58.8 N·m 故选择花键类型见下表：花键毂轴向工作长度应满足一下两个方面的要求：

①. 导向要求: 为了保证从动盘毂在变速器第一轴上滑动时不产生自锁，花键毂的轴向长度不宜过小，一般应与花键外径大小相同。

②．强度要求: 花键尺寸选定后应进行强度校核。由于花键损坏的主要形式是由于表面受挤压过大而破坏，所以花键要进行挤压应力计算，当应力偏大时可适当增加花键毂的轴向长度。挤压应力计算公式如下

花键的齿侧面压力：

F

2Temax21.358.8

3252.8N 3''

DdZ(2621)10

(4-1)

花键齿的工作高度：

hD'd'/22621/22.5mm

挤压应力：

(4-2)

jy

F3252.86.5MPa nhl102.520

(4-3)

挤压应力一般不超过11.8MPa，符合要求。

4.3确定从动盘摩擦材料

摩擦片应满足以下要求：

1)摩擦因数较高且稳定，工作温度、单位压力、滑磨速度的变化对其影响

要小

2)具有足够的机械强度与耐磨性

3)密度要小，以减少从动盘的转动惯量。 4)热稳定性要好

5)磨合性要好，不至刮伤飞轮和压盘表面本设计采用石棉基编织摩擦材料

第5章离合器盖总成的设计

5.1选择压盘内外径、厚度及材料，并进行校核

1)由于摩擦片的尺寸在前面已经确定,故压盘的内外径也可因此而确定。 D=165mm， d=110mm

2)压盘的厚度确定主要依据以下

①压盘应具有较大的质量,以增大热容量，减小温，防止其产生裂纹和破碎，有时可设置各种形状的散热筋或鼓风筋，以帮助散热通风。中间压盘可铸出通风槽，也可以采用传热系数较大的铝合金压盘。

②压盘应具有较大刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减小受热后的翘曲变形，以免影响摩擦片的均匀压紧及与离合器的彻底分离，厚度约为15～25 mm 。

③与飞轮应保持良好的对中，并要进行静平衡，压盘单件的平衡精度应不低于15～20 g·cm 。

④压盘高度(从承压点到摩擦面的距离)公差要小。

在该设计中，初步确定该离合器的压盘的厚度为20mm。

3)压盘形状较复杂，要求传热性好，具有较高的摩擦因数，通常采用灰铸铁，一般采用HT200、HT250、HT300，硬度为170～227HBS。因此，在该设计中，选择HT250为压盘材料。

图5-1 压盘

4)校核

在初步确定压盘的厚度后，应校核离合器接合一次时的温升，它不应超过8~10℃。校核公式如下

tL

cmy （5-1）

L0.5J02 （5-2）

mrK2J22 i0iK （5-3）

my = V=h(D2d2) （5-4）式中，t为压盘温升(℃)；L为滑磨功（N·m），J为汽车整车质量转化的转动惯量；m为汽车总质量；rK=0.275m为车轮滚动半径；i0=5.125为主传动比，iK=3.966为变速器起步档传动比；0= 2n为离合器开始滑磨时发动机的角速度；c为压盘的比热容，铸铁：c=544.28 J/(kg·K)；my为压盘质量(kg)；为传到压盘的滑磨功所占的比例，对单片离合器压盘，=0.5；

由上式，计算

mrK214290.2752

J220.26 22i0iK3.9335.125

L0.50.2623200/60335.1

my0.020.16520.1127800 = 2.3595 kg

tL

cmy0.514597.965.7℃ 544.282.3595

由计算知，离合器接合一次时的温升符合要求。

5.2离合器盖设计

1)应具有足够的刚度，否则影响离合器的工作特性，增大操纵时的分离行程，减小压盘升程，严重时使摩擦面不能彻底分离。

2)应与飞轮保持良好的对中，以免影响总成的平衡和正常的工作。

3)盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度。

4)为了便于通风散热，防止摩擦表面温度过高，可在离合器盖上开较大的通风窗孔，或在盖上加设通风扇片等。

乘用车离合器盖一般用08、10钢等低碳钢板。

5.3支撑环设计

推式膜片弹簧离合器，采用双支承环式形式，如图5-1。这是一种较为成熟

的膜片弹簧支承形式。膜片弹簧、两个支撑环与离合器盖之间用一个台肩式铆钉定位并铆合在一起，此结构较简单。

图5-2 膜片弹簧与离合器盖连接方式

第6章膜片弹簧的设计

6.1膜片弹簧基本参数选择

图6-1 膜片弹簧尺寸符号示意图

1）比值H/h 和 h 的选择

为保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的H/h 一般为1.5～2.0 ，板厚 h 为2～4 mm 。

取h = 2 mm ，H/h =1.7 ，即 H = 1.7h =3.4 mm 。

2）R/r比值和 R、r的选择

研究表明。R/r越大，弹簧材料利用率越低，弹簧越硬，弹性特性曲受直径误差的影响越大，且应力越高。根据结构布置和压紧力的要求。R/r一般为1.20～

1.3 。对于R，应和摩擦片的外径尺寸相适应，大于摩擦片内径，近似等于摩擦片外径。即

55mm

取R/r = 1.26 ，R =r/1.26 = 60 mm。

3）膜片弹簧起始圆锥底角

膜片弹簧自由状态下圆锥角与内截锥高度H关系密切，α一般在9°～15°范围内,≈H/(R-r)

= H/(R-r) = 3.4/(75-60)=13°，符合要求。

4）膜片弹簧小端半径rf及分离轴承作用半径rp

rf由离合器的结构决定，其最小值应大于变速器第一轴花键的外径。rp应大于rf 。

在前面已经确定变速器第一轴花键外径D=26，所以，取

rf=20mm， rp=40mm

5）分离指数目n、切槽宽1、窗孔槽宽2及窗孔内半径rc

分离指数目n常取18，采用偶数，便于制造时模具分度，

取分离之数目n =18 ；取切槽宽1=4mm；窗孔槽宽2=（2.5~4.5）1，取2=12mm；窗孔内半径rc一般情况下由rrc0.81.42计算，取rc=48mm

6）支撑环作用半径和膜片弹簧与压盘接触半径

一般来说，r1值应尽量接近r而略大于r，RL应接近R而略小于R，取， r1=62mm，RL=73mm

初选上述参数后，可根据下式，

F1lnR/rEh11Rr2Rr(6-1) HHh12Rr2Rr612RLr1L1L1

5式中：E为弹性模量，钢材料取E= 2.010MPa；为泊松比，钢材料

取0.3；h为弹簧片厚（mm）；H为碟簧部分内锥高（mm）；1为轴向变形量（mm）；R为碟簧部分外半径（大端半径）（mm）；r为碟簧部分内半径（mm）；RL为膜片弹簧与压盘接触半径（mm）；r1为支承环平均半径（mm）。

用matlab绘制出F1N1mm特性曲线，见图6-2

图6-2 膜片弹簧特性曲线

6.2膜片弹簧工作点位置的选择

B点，当离合器处于结合状态时，膜片弹簧的轴向变形量1B，可在下列范围内选取，

1B0.70.85H0.70.853.42.382.89mm

取1B=2.5，则FB=2122.5N，与F1的最大值相差8.6%，可以使用。 (6-2)

A点，由上图可知，适合作为A点的1值为1.2（对应F1值为2180.9N，大过于B点），由式

Zcs0

可算出s02.51.20.65mm，该值符合一般情况s0在Zc2

0.65~1.1mm之间。

C点为离合器分离时膜片弹簧的工作位置，它一般在特性曲线凹点附近，此时分离力较小。C点的位置决定于压盘升程1f。1f可由下式求的。

1fZcs

式中：单片式可取s=0.75~1.0mm。 s为彻底分离时每对摩擦片面之间的间隙，

1f20.751.5

此时，膜片弹簧总的变形量为1=2.5+1.5=4.0mm，则对应压紧力F1=2220N，从特性曲线可知，该点比较合适。

6.3膜片弹簧强度计算

膜片弹簧在各种变形情况下，其碟簧部分的内半径处应力最大，因此在任一轴向剖面上B点的应力总是大于其它各点。

分离轴承载荷F2

R1Rr2RrF2HHh659.4N12RLr12RLr161RLr1(r1rp)Eh1ln

膜片弹簧的应力： (6-3)

Bd

H13rrpF2ERr11h1 1r2h212rlnRRr2RLr1RLr12rRLr1r

5 (6-4) 式中：E为弹性模量，钢材料取E= 2.010MPa；为泊松比，钢材料

取0.3；h为弹簧片厚（mm）；H为碟簧部分内锥高（mm）；1为轴向变形量（mm）；R为碟簧部分外半径（大端半径）（mm）；r为碟簧部分内半径（mm）；RL为膜片弹簧与压盘接触半径（mm）；r1为支承环平均半径（mm）。 Bd=1345.4MPa

该应力值小于允许值1500~1700MPa。

总结

本次课程设计，我设计的是膜片弹簧离合器。

万事开头难，刚把任务书拿到手时，没什么头绪，感觉这次的设计工作还是有一定难度的。后来把老师提供的参考资料和网上浏览一些相关视频的图片，同时参照离合器设计书的叙述，在指导老师谭老师的指导帮助下，才使得设计工作顺利的开始并进行了下来。我深深的体会到做设计之前的资料检索及相关准备工作是至关重要的。

和其它课程设计一样，离合器设计也是一项要求严密复杂的工作。数据的计算经历了反复的计算，并利用Matalab软件对参数进行了多次调整才得到合适的结果；对于制图环节，我是先用PRO/E进行三维绘制，能非常理性的看待离合器的各种结构，然后利用CAD软件，在对于一些结构和尺寸是经过反复的推敲后，完成了绘图工作。虽开始有些制图规则和表达方式记不太清了，查阅了参考资料后确定下来，但最终还是完成了图纸绘制；对于说明书的编写，同时也再一次提高了自己的对于文档操作的熟练度和使用Mathtype公式编辑器的使用。

通过这次课程设计，不紧加深了我对汽车离合器的认识，更重要的是将知识实践化，这样更有利于我们对知识全面系统的掌握。这次的课程设计也让我感触良多，做课程设计，亦或是做其他的设计，应该在已有的参考资料的基础上多下功夫，多琢磨，要吃透资料，全面考虑。同时，很重要的一点，是要加入自己的想法，这样才能作出自己更加出色的设计。

参考文献

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社,2009,3.

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[5]王望舒.汽车设计[M].北京.机械工业出版社,2007,6.

[6]徐绍军，云忠.工程制图[M].长沙.中南大学出版社,2007,9.