輕型車膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)

壓縮包已打包上傳。下載文件后為完整一套設(shè)計(jì)?！厩逦?，無水印，可編輯】dwg后綴為cad圖紙，doc后綴為word格式，所見即所得。有疑問可以咨詢QQ 197216396 或 11970985 工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)材料題 目膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化學(xué)生姓名 材 料 目 錄序號附 件 名 稱數(shù)量備注1任務(wù)書12畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書13設(shè)計(jì)圖紙84設(shè)計(jì)幻燈片1 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄第1章 緒論.1 1.1 引言.11.2 離合器的發(fā)展.21.3 膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn).21.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容41.5 Pro/E軟件的特點(diǎn).4第2章 方案論證.52.1 離合器車型的選定.52.2 方案選擇.5第3章 設(shè)計(jì)計(jì)算及參數(shù)的選擇. 63.1 離合器主要參數(shù)的選擇.63.2 膜片彈簧設(shè)計(jì).93.3 離合器蓋總成設(shè)計(jì).133.4 離合器主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算.15致謝.19參考文獻(xiàn).20第1章 緒論1.1引言以內(nèi)燃機(jī)在作為動力的機(jī)械傳動汽車中，離合器是作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在的。離合器通常裝在發(fā)動機(jī)與變速器之間，其主動部分與發(fā)動機(jī)飛輪相連，從動部分與變速器相連。為各類型汽車所廣泛采用的摩擦離合器，實(shí)際上是一種依靠其主、從動部分間的摩擦來傳遞動力且能分離的機(jī)構(gòu)。離合器的主要功用是切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)與傳動系平順的接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換擋時(shí)將發(fā)動機(jī)與傳動系分離，減少變速器中換檔齒輪間的沖擊；在工作中受到較大的動載荷時(shí)，能限制傳動系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，以防止傳動系個(gè)零部件因過載而損壞；有效地降低傳動系中的振動和噪音。1.2離合器的發(fā)展在早期研發(fā)的離合器結(jié)構(gòu)中，錐形離合器最為成功。它的原型設(shè)計(jì)曾裝在1889年德國戴姆勒公司生產(chǎn)的鋼制車輪的小汽車上。它是將發(fā)動機(jī)飛輪的內(nèi)孔做成錐體作為離合器的主動件。采用錐形離合器的方案一直延續(xù)到20世紀(jì)20年代中葉，對當(dāng)時(shí)來說，錐形離合器的制造比較簡單，摩擦面容易修復(fù)。它的摩擦材料曾用過駱毛帶、皮革帶等。那時(shí)曾出現(xiàn)過蹄-鼓式離合器，其結(jié)構(gòu)有利于在離心力作用下使蹄緊貼鼓面。蹄-鼓式離合器用的摩擦元件是木塊、皮革帶等，蹄-鼓式離合器的重量較錐形離合器輕。無論錐形離合器或蹄-鼓式離合器，都容易造成分離不徹底甚至出現(xiàn)主、從動件根本無法分離的自鎖現(xiàn)象?，F(xiàn)今所用的盤式離合器的先驅(qū)是多片盤式離合器，它是直到1925年以后才出現(xiàn)的。多片離合器最主要的優(yōu)點(diǎn)是，汽車起步時(shí)離合器的接合比較平順，無沖擊。早期的設(shè)計(jì)中，多片按成對布置設(shè)計(jì)，一個(gè)鋼盤片對著一青銅盤片。采用純粹的金屬的摩擦副，把它們浸在油中工作，能達(dá)到更為滿意的性能。浸在油中的盤片式離合器，盤子直徑不能太大，以避免在高速時(shí)把油甩掉。此外，油也容易把金屬盤片粘住，不易分離。但畢竟還是優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)。因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，許多其他離合器還在原創(chuàng)階段，性能很不穩(wěn)定。石棉基摩擦材料的引入和改進(jìn)，使得盤片式離合器可以傳遞更大的轉(zhuǎn)矩，能耐受更高的溫度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用較小的摩擦面積，因而可以減少摩擦片數(shù)，這是由多片離合器向單片離合器轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。20世紀(jì)20年代末，直到進(jìn)入30年代時(shí)，只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才使用多片離合器。早期的單片干式離合器由與錐形離合器相似的問題，即離合器接合時(shí)不夠平順。但是，由于單片干式離合器結(jié)構(gòu)緊湊，散熱良好，轉(zhuǎn)動慣量小，所以以內(nèi)燃機(jī)為動力的汽車經(jīng)常采用它，尤其是成功地開發(fā)了價(jià)格便宜的沖壓件離合器蓋以后更是如此。實(shí)際上早在1920年就出現(xiàn)了單片干式離合器，這和前面提到的發(fā)明了石棉基的摩擦面片有關(guān)。但在那時(shí)相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，由于技術(shù)設(shè)計(jì)上的缺陷，造成了單片離合器在接合時(shí)不夠平順的問題。第一次世界大戰(zhàn)后初期，單片離合器的從動盤金屬片上是沒有摩擦面片的，摩擦面片是貼附在主動件飛輪和壓盤上的，彈簧布置在中央，通過杠桿放大后作用在壓盤上。后來改用多個(gè)直徑較小的彈簧，沿著圓周布置直接壓在壓盤上，成為現(xiàn)今最為通用的螺旋彈簧布置方法。這種布置在設(shè)計(jì)上帶來了實(shí)實(shí)在在的好處，使壓盤上的彈簧的工作壓力分布更均勻，并減小了軸向尺寸。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨向于首選單片干式摩擦離合器，因?yàn)樗哂袕膭硬糠洲D(zhuǎn)動慣量小、散熱性好、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點(diǎn)，而且由于在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，已能做到接合盤式平順，因此現(xiàn)在廣泛采用于大、中、小各類車型中。如今單片干式離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面相當(dāng)完善。采用具有軸向彈性的從動盤，提高了離合器的接合平順性。離合器從動盤總成中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振，減小了傳動系統(tǒng)噪聲和載荷。隨著人們對汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎(chǔ)上得到不斷改進(jìn)，乘用車上愈來愈多地采用具有雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減振器，能更好地降低傳動系的噪聲。對于重型離合器，由于商用車趨于大型化，發(fā)動機(jī)功率不斷加大，但離合器允許加大尺寸的空間有限，離合器的使用條件日酷一日，增加離合器傳扭能力，提高使用壽命，簡化操作，已成為重型離合器當(dāng)前的發(fā)展趨勢。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上可采用雙片干式離合器。從理論上講，在相同的徑向尺寸下，雙片離合器的傳扭能力和使用壽命是單片的2倍。但受到其他客觀因素的影響，實(shí)際的效果要比理論值低一些。近年來濕式離合器在技術(shù)上不斷改進(jìn)，在國外某些重型車上又開始采用多片濕式離合器。與干式離合器相比，由于用油泵進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的結(jié)果，摩擦表面溫度較低(不超過93)，因此，起步時(shí)長時(shí)間打滑也不致燒損摩擦片。查閱國內(nèi)外資料獲知，這種離合器的使用壽命可達(dá)干式離合器的5-6倍，但濕式離合器優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮是一定要在某溫度范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)的，超過這一溫度范圍將起負(fù)面效應(yīng)。目前此技術(shù)尚不夠完善。1.3膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn)1.3.1膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)膜片彈簧離合總成由膜片彈簧、離合器蓋、壓盤、傳動片和分離軸承總成等部分組成。1、離合器蓋離合器蓋一般為120或90旋轉(zhuǎn)對稱的板殼沖壓結(jié)構(gòu)，通過螺栓與飛輪聯(lián)結(jié)在一起。離合器蓋是離合器中結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜的承載構(gòu)件，壓緊彈簧的壓緊力最終都要由它來承受。2、膜片彈簧膜片彈簧是離合器中重要的壓緊元件，在其內(nèi)孔圓周表面上開有許多均布的長徑向槽，在槽的根部制成較大的長圓形或矩形窗孔，可以穿過支承鉚釘，這部分稱之為分離指；從窗孔底部至彈簧外圓周的部分形狀像一個(gè)無底寬邊碟子，其截面為截圓錐形，稱之為碟簧部分。3、壓盤壓盤的結(jié)構(gòu)一般是環(huán)形盤狀鑄件，離合器通過壓盤與發(fā)動機(jī)緊密相連。壓盤靠近外圓周處有斷續(xù)的環(huán)狀支承凸臺，最外緣均布有三個(gè)或四個(gè)傳力凸耳。4、傳動片離合器接合時(shí)，飛輪驅(qū)動離合器蓋帶動壓盤一起轉(zhuǎn)動，并通過壓盤與從動盤摩擦片之間的摩擦力使從動盤轉(zhuǎn)動；在離合器分離時(shí)，壓盤相對于離合器蓋作自由軸向移動，使從動盤松開。這些動作均由傳動片完成。傳動片的兩端分別與離合器蓋和壓盤以鉚釘或螺栓聯(lián)接，一般采用周向布置。在離合器接合時(shí)，離合器蓋通過它來驅(qū)動壓盤共同旋轉(zhuǎn)；在離合器分離時(shí)，可利用它的彈性恢復(fù)力來牽動壓盤軸向分離并使操縱力減小。5、分離軸承總成分離軸承總成由分離軸承、分離套筒等組成。分離軸承在工作時(shí)主要承受軸向分離力，同時(shí)還承受在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力作用下的徑向力。目前國產(chǎn)的汽車中多使用角接觸推力球軸承，采用全密封結(jié)構(gòu)和高溫鏗基潤滑脂，其端面形狀與分離指舌尖部形狀相配合，舌尖部為平面時(shí)采用球形端面，舌尖部為弧形面時(shí)采用平端面或凹弧形端面。1.3.2膜片彈簧離合器的工作原理由圖1.1可知，離合器蓋1與發(fā)動機(jī)飛輪用螺栓緊固在一起，當(dāng)膜片彈簧3被預(yù)加壓緊，離合器處于接合位置時(shí)，由于膜片彈簧大端對壓盤5的壓緊力，使得壓盤與從動盤6摩擦片之間產(chǎn)生摩擦力。當(dāng)離合器蓋總成隨飛輪轉(zhuǎn)動時(shí)(構(gòu)成離合器主動部分)，就通過摩擦片上的摩擦轉(zhuǎn)矩帶動從動盤總成和變速器一起轉(zhuǎn)動以傳遞發(fā)動機(jī)動力（1）接合位置 （2）分離位置1-離合器蓋 2-鉚釘 3-膜片彈簧 4-支撐環(huán) 5-壓盤6-摩擦片 7-分離軸承總成 8-離合器踏板 9-輸出軸圖1.1膜片彈簧離合器的工作原理圖要分離離合器時(shí)，將離合器踏板8踏下，通過操縱機(jī)構(gòu)，使分離軸承總成7前移推動膜片彈簧分離指，使膜片彈簧呈反錐形變形，其大端離開壓盤，壓盤在傳動片的彈力作用下離開摩擦片，使從動盤總成處于分離位置，切斷了發(fā)動機(jī)動力的傳遞。1.3.3膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn)膜片彈簧離合器與其他形式離合器相比，具有一系列優(yōu)點(diǎn)：1、膜片彈簧離合器具有較理想的非線性彈性特性；2、膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，結(jié)構(gòu)簡單、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，使壓力分布均勻，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；6、膜片彈簧中心與離合器中心線重合，平衡性好。1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容1、壓盤設(shè)計(jì)。2、離合器蓋設(shè)計(jì)。3、從動盤總成設(shè)計(jì)。4、膜片彈簧設(shè)計(jì)。1.5 Pro/E軟件的特點(diǎn)Pro/Engineer是美國PTC公司開發(fā)的一套機(jī)械CAD/CAE/CAM集成軟件，其技術(shù)領(lǐng)先，在機(jī)械、電子、航空、郵電、兵工、仿真等各行各業(yè)都有應(yīng)用，在CAD/CAE/CAM領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位。它集零件設(shè)計(jì)、大型組件設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、模具開發(fā)、數(shù)控加工、運(yùn)動分析、有限元分析、數(shù)據(jù)庫管理等功能于一身，具有參數(shù)化設(shè)計(jì)，特征驅(qū)動，單一數(shù)據(jù)庫等特點(diǎn)，大大加快了產(chǎn)品開發(fā)速度。本設(shè)計(jì)使用的Pro/Engineer Wildfire3.0是Pro/Engineer的最新版本，其功能較以前的版本有了很大的提高，而且操作界面也更為好用，可以大大提高技術(shù)人員的工作效率。第2章 方案論證2.1 離合器車型的選定該車主要參數(shù)如下表：表2-1 離合器設(shè)計(jì)主要參數(shù)使用工況鄉(xiāng)間總質(zhì)量（kg）9550發(fā)動機(jī)型號Ca6102發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（Nm/(r/min)）373/1300變速器一檔傳動比7.640主減速器傳動比5.77驅(qū)動輪類型與規(guī)格8.25-202.2方案選擇本車設(shè)計(jì)采用單片膜片彈簧離合器。本車采用的摩擦式離合器是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡單，可靠性強(qiáng)，維修方便，目前大多數(shù)汽車都采用這種形式的離合器。而采用干式離合器是因?yàn)闈袷诫x合器大多是多盤式離合器，用于需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩的離合器，而該車型不在此列。采用膜片彈簧離合器是因?yàn)槟て瑥椈呻x合器具有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此可設(shè)計(jì)成當(dāng)摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎可以保持不變，且可減輕分離離合器時(shí)的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對離合器軸的中心線是對的，因此其壓力實(shí)際上不受離心力的影響，性能穩(wěn)定，平衡性也好；再者，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器的結(jié)構(gòu)大為簡化，零件數(shù)目減少，質(zhì)量減小并顯著地縮短了其軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤是以整個(gè)圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，磨損均勻，也易于實(shí)現(xiàn)良好的散熱通風(fēng)等。由于膜片彈簧離合器具有上述一系列的優(yōu)點(diǎn)，并且制造膜片彈簧的工藝水平也在不斷地提高，因而這種離合器在轎車及微型、輕型客車上已得到廣泛的采用，而且逐漸擴(kuò)展到載貨汽車上。從動盤選擇單片式從動盤是一位其結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。壓盤驅(qū)動方式采用傳動片式是因?yàn)槠錄]有太明顯的缺點(diǎn)且簡化了結(jié)構(gòu)，降低了裝配要求又有利于壓盤定中。選擇拉式離合器是因?yàn)槠漭^拉式離合器零件數(shù)目更少，結(jié)構(gòu)更簡化，軸向尺寸更小，質(zhì)量更??；并且分離杠桿較大，使其踏板操縱力較輕。綜上本次設(shè)計(jì)選擇單片拉式膜片彈簧離合器。第3章 設(shè)計(jì)計(jì)算及參數(shù)的選擇3.1 離合器主要參數(shù)的選擇離合器摩擦片在性能上應(yīng)滿足如下要求：1） 摩擦因數(shù)較高且穩(wěn)定，工作溫度、單位壓力、滑磨速度的變化對其影響要小；2） 有足夠的機(jī)械強(qiáng)度與耐磨性；3） 密度小，以減小從動盤的轉(zhuǎn)動慣量；4） 熱穩(wěn)定性好，在高溫下分離出的粘合劑少，無味，不易燒焦；5） 磨合性能好不致刮傷飛輪和壓盤表面；6） 接合時(shí)應(yīng)平順，不產(chǎn)生“咬合”或“抖動”現(xiàn)象；7） 長期停放后，摩擦面不發(fā)生“粘著”現(xiàn)象。摩擦片的外徑是離合器的重要參數(shù)。它對離合器的輪廓尺寸有決定性的影響，并根據(jù)離合器能全部傳遞發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩來選擇。為了能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)的最大的轉(zhuǎn)矩Temax，離合器的靜摩擦力矩TC應(yīng)大于發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Temax，而離合器傳遞的最大靜摩擦力矩TC又取決于其摩擦面數(shù)Z、摩擦系數(shù)f、作用在摩擦面上的總壓緊力P與摩擦片平均半徑RC，即=式中離合器的后備系數(shù)離合器的基本參數(shù)主要有性能參數(shù)有后備系數(shù)和單位壓力參數(shù)P0，尺寸參數(shù)D和d及摩擦片厚度。3.11后備系數(shù)后備系數(shù)是離合器設(shè)計(jì)時(shí)用到的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的可靠程度。在選擇時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1) 摩擦片在使用中磨損后，離合器還應(yīng)能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩；2) 要防止離合器滑磨過大；3) 要能防止傳動系過載。顯然，為了可靠地傳遞發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和防止離合器滑磨過大，不宜選取太??；為了使離合器尺寸不致過大，減少傳動系過載，保證操縱輕便，又不能選取太大；當(dāng)發(fā)動機(jī)后備功率較大，使用條件較好時(shí)，可選擇小些；當(dāng)使用條件惡劣，需要拖帶掛車時(shí)，為提高起步能力，減少離合器磨損，應(yīng)選取大些；貨車總質(zhì)量越大，也應(yīng)選得越大；采用柴油機(jī)時(shí)，由于工作比較粗暴，轉(zhuǎn)矩較不平穩(wěn)，選取的值應(yīng)比汽油機(jī)大些；發(fā)動機(jī)缸數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩波動越小，可選取小些；膜片彈簧離合器由于摩擦片磨損后壓力保持較穩(wěn)定，選取的值可以比螺旋彈簧的小些；雙片離合器的值應(yīng)大于單片離合器。各類汽車值的選取范圍通常為：轎車和微型車、輕型貨車=1.201.75中型和重型貨車=1.502.25越野車、帶拖掛的重型汽車和牽引汽車=1.804.00根據(jù)上述原因及所選車型，選取=1.8。3.1.2摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度h的確定摩擦片外徑是離合器的重要尺寸之一，它直接影響離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩大小，也關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命。在確定尺寸D時(shí)，發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩參數(shù)必須是已知的。在結(jié)構(gòu)空間允許的情況下，盡量選用比較大的D尺寸，這樣既可保證使用性能，也可提高離合器的使用壽命。初步確定D的方法有兩種。按發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩(N.m)來初選D,可參考下列公式D=100首先確定離合器的基本結(jié)構(gòu)為單片式，系數(shù)K反映了不同結(jié)構(gòu)和使用條件對D的影響，根據(jù)前面的該車基本數(shù)據(jù)可知該車為一般載貨車，所以K=36，且=373 N/m帶入數(shù)據(jù)可得D=321.88 mm在結(jié)構(gòu)空間允許的情況下，盡量選用比較大的D尺寸，這樣既可保證使用性能，也可提高離合器的使用壽命。所以D=325 mm摩擦片尺寸D應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（JB1457-74），的規(guī)定，表3-1給處了離合器摩擦片的尺寸系列和參數(shù)。表3-1 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)外徑D（mm）內(nèi)徑d(mm)厚度h（mm）內(nèi)外徑之比d/D單位面積F（mm2）3251903.50.585546所以由所計(jì)算的D值去參照表3-1，最后選定摩擦片的尺寸為下表：表3-2選定的摩擦片的尺寸外徑D（mm）內(nèi)徑d(mm)厚度h(mm)C=1-單位面積F（mm）3251903.50.5850.8005463.1.3單位壓力P0單位壓力對離合器工作性能和使用壽命有很大的影響，選取時(shí)應(yīng)考慮離合器的工作條件，包括發(fā)動機(jī)的后備功率大小，摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。離合器使用頻繁，發(fā)動機(jī)后備系數(shù)較小時(shí)，應(yīng)取小些；當(dāng)摩擦片外徑繳大時(shí)，為了降低摩擦片外緣處的熱負(fù)荷，應(yīng)取小些；后備系數(shù)較大時(shí)，可適當(dāng)增大。當(dāng)摩擦片采用不同材料時(shí)，按下列范圍選取：石棉基材料：=0.100.35MPa粉末冶金材料：=0.350.60MPa金屬陶瓷材料：=0.701.5Mpa驗(yàn)算單位壓力1.取R= 時(shí) =ZPA 因?yàn)槭菃纹?，所以摩擦盤工作面數(shù)Z=2。初選摩擦材料為石棉基摩擦材料 查表可取摩擦系數(shù)=0.3代入數(shù)據(jù)得p0.155(MPa)2取R 時(shí) ZPA 代入數(shù)據(jù)得p0.158(MPa)單位壓力P在容許范圍之內(nèi)，認(rèn)為所選離合器尺寸 參數(shù)合適。對于小轎車，D=380480時(shí)，P約為0.14mpa又因小汽車的離合器都采用莫片彈簧離合，在使用過程中其摩擦片的磨損工作壓力幾乎不會變小，轎車的后備功率較小，使用條件較好，所以宜取小值。 根據(jù)上述原因及所選車型，選取=0.14 MPa3.2 膜片彈簧設(shè)計(jì)在汽車膜片彈簧離合器中，膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用 它的特性決定了離合器的主要工作性能。因此，在離合器的開發(fā)中，膜片彈簧的設(shè)計(jì)尤為重要。3.2.1膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)膜片彈簧由彈簧鋼板沖壓而成（如圖3-1所示）。膜片彈簧在結(jié)構(gòu)上分兩部分，在膜片彈簧彈簧大端處為一完整的截面，它的形狀象一個(gè)無底的碟子和一般機(jī)械上用的碟形彈簧完全一樣，故稱為碟簧部分（如3-2所示）。膜片彈簧起彈性作用的正是碟簧部分。碟形彈簧的彈性作用是這一面沿其軸線方向加載，碟簧受壓變平，卸載后又恢復(fù)原形。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，在膜片彈簧上還包含有徑向開槽部分，膜片彈簧分離指與碟簧部分交接處的徑向槽較寬呈長方圓孔，這樣一方面可以減少分離指根部應(yīng)力集中，一方面又可用來安置銷釘以固定膜片彈簧。 圖3-1 膜片彈簧 圖3-2 碟形彈簧3.2.2膜片彈簧的彈性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的不一樣。它是一種非線性的彈性，其特性和碟簧部分的原始內(nèi)截錐高度H及彈簧厚度h之比值有關(guān)。不同的H/h值可以得到不同的彈簧變形特性。一般可分為四種情況（圖3-1）：11（1）時(shí)曲線1所示。載荷的增加，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，適合于作為緩沖裝中的行程限制器。（2）時(shí)如曲線2所示。彈簧的特性曲線在中間是異端平直的線，變形的增加，載荷幾乎維持不變。此種彈簧叫做零剛度彈簧。圖3-3 H/h對膜片彈簧彈性特性的影響（3）如曲線3所示。彈簧的特性曲線中有一段負(fù)剛度區(qū)域，即變形增加時(shí)，載荷反面減少。具有這種特性的膜片彈簧很適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，操縱省力之目的。但負(fù)剛度過大也不適宜，以免彈簧工作位置略微變動造成彈簧壓緊力變化過大。（4）如曲線4所示。則特性曲線的極小點(diǎn)落在橫坐標(biāo)軸上。（5）如曲線5所示。該特性曲線具有更大的負(fù)剛度區(qū)且具有載荷為負(fù)值的區(qū)域。這種彈簧適用于汽車液力傳動中的鎖止機(jī)構(gòu)。3.2.3膜片彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算的基本公式假設(shè)膜片彈簧在承載過程中，其子午斷面剛性地繞過斷面上的某中性點(diǎn)O轉(zhuǎn)動（圖3-2）。通過支承環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的載荷F1（N）集中在支承點(diǎn)處，加載點(diǎn)間的相對軸向變形為1（mm）（圖），則膜片彈簧彈簧特性如下式表示： （3-2-1）式中：E為材料的彈性模量（MPa），對于鋼：E=2.1105 MPa； 21為材料的泊松比，對于鋼：=0.3； H為膜片彈簧自由狀態(tài)下碟簧部分的內(nèi)截錐高度（mm）； h為膜片彈簧鋼板厚度（mm）； R ，r分別為壓盤加載點(diǎn)和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑（mm）； R1 ，r1分別為壓盤加載點(diǎn)和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑（mm）。圖3-4 子午斷面繞中性點(diǎn)的轉(zhuǎn)動a） b） c)圖3-5 膜片彈簧在不同工作狀態(tài)時(shí)的變形a）自由狀態(tài)b）壓緊狀態(tài)c)分離狀態(tài)當(dāng)離合器分離時(shí)，膜片彈簧的加載點(diǎn)將發(fā)生變化（圖3-3c）。設(shè)分離軸承對分離指端所加載荷為F2（N），相應(yīng)作用點(diǎn)變形為2（mm）；另外，在分離與壓緊狀態(tài)下，只要膜片彈簧變形到相同的位置，其子午端面從自由狀態(tài)也轉(zhuǎn)過相同的轉(zhuǎn)角，則有如下關(guān)系： （3-2-2） （3-2-3）式中，為分離軸承與分離指的接觸半徑（mm）。將式（3-2-2）和式（3-2-3）代入式（3-2-1），即可得F2與2的關(guān)系式為： （3-2-4）同樣，將式（3-2-2）和式（3-2-3）分別代入式（3-2-1）同樣可分別得到F1與2和F2與1的關(guān)系式。如果不計(jì)分離指在F2作用下的彎曲變形，則分離軸承推分離指的移動行程2f（圖3-3c）為： （3-2-5）式中，1f為壓盤的分離行程。（圖3-3b、3-3c）。3.2.4膜片彈簧基本參數(shù)的確定（1）比值H/h的選擇該比值對膜片彈簧的彈性特性影響極大，因此，要利用H/h對彈簧特性的影響，正確地選擇該比值，以得到理想的特性曲線及獲得最佳的使用性能。為保證離合器壓緊力變化不大和操縱輕便，汽車的膜片彈簧離合器的H/h一般取系 -3 ：板厚一般為24mm，本設(shè)計(jì)取： h=3mm則取H/h=2，代入h=3 得到： H=6mm（2）R及R/r的選擇膜片彈簧的大端半徑R應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)要求和摩擦片的尺寸來確定。比值R/r的選定影響到材料的利用效率。R/r越小，則彈簧材料的利用效率越好。碟形彈簧儲存彈簧性能的能力在R/r=1.82.0為最大，用于緩沖沖擊、吸收振動等需要儲存大量彈性能的碟簧最佳。但對汽車離合器膜片彈簧來說，并不要求儲存大量的彈性能，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)布置及壓緊力的需要，通常R/r=1.21.3（即1.25左右）。根據(jù)本設(shè)計(jì)所選車型，選取R/r=1.2。根據(jù)RRC=(D+d)/4=135mm（RC為膜片彈簧的平均半徑），取R=140mm，則r=110mm。（3）膜片彈簧在自由狀態(tài)下的圓錐底角膜片彈簧在自由狀態(tài)下的圓錐底角與內(nèi)截錐高度H關(guān)系密切，=arctanH/(R-r)H/(R-r),一般在10151范圍內(nèi)選擇。本設(shè)計(jì)之錐角為：6/（140-110）111835.76。落在1015的范圍內(nèi)，因此設(shè)計(jì)合理。（4）支承圈平均半徑r1和和膜片彈簧與壓盤的接觸半徑R1 。r1與R1的取值將影響膜片彈簧的剛度。r1 應(yīng)略大于r且盡量接近r；R1 應(yīng)略小于且盡量接近R。根據(jù)以上所述及已知R和r的值，本設(shè)計(jì)選取r1=115mm，R1=135mm 。（5）分離指的數(shù)目n和切槽寬1 、2的確定。（如圖3-5）N多取為18；1=3.24mm；2=912mm；re的取值應(yīng)滿足（r-re）2 。本設(shè)計(jì)選取1=4，2=12。（6）膜片彈簧小端半徑及分離軸承作用半徑。值主要由結(jié)構(gòu)決定，其最小值應(yīng)大于變速器第1軸花鍵的外徑以便安裝。分離軸承作用半徑大于。根據(jù)結(jié)構(gòu)可以定兩個(gè)參數(shù)分別為，=27 =293.3 離合器蓋總成設(shè)計(jì)離合器總成除了壓緊彈簧外，還有離合器蓋、壓盤、傳動片、分離杠桿裝置及支承環(huán)等。3.3.1離合器蓋設(shè)計(jì) 離合器蓋與飛輪固定在一起，通過它傳遞發(fā)動機(jī)的部分扭矩。此外它還是離合器壓緊彈簧和分離桿的支承殼體。在離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)達(dá)到以下幾個(gè)要求：1）應(yīng)具有足夠的剛度，以免影響離合器的工作特性，增大操縱時(shí)的分離行程，減小壓盤升程，嚴(yán)重時(shí)摩擦面不能徹底分離。為此可采取如下措施：適當(dāng)增大蓋的板厚，一般為2.54.0mm；在蓋上沖制加強(qiáng)肋或在蓋內(nèi)圓周處翻邊；尺寸大的離合器蓋可改用鑄鐵鑄造。2）應(yīng)與飛輪保持良好的對中，一面影響總成的平衡和正常的工作。對中方式采用定位銷或定位螺栓，也采用止口對中。3）蓋的膜片彈簧支承處應(yīng)具有高的尺寸精度。4）為了便于通風(fēng)散熱，防止摩擦表面溫度過高，可在離合器蓋上開較大的通風(fēng)口，將離合器制成特殊的葉輪形狀?；蛟谏w上下班加設(shè)通風(fēng)扇片等，用以鼓風(fēng)。乘用車和載質(zhì)量較小的商用車的離合器一般用08、10鋼等低碳鋼板，載質(zhì)量較大的商用車則常用鑄件或鋁合金壓鑄件。本設(shè)計(jì)采用厚3mm的08鋼板沖壓而成。3.3.2壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）對壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求1）壓盤應(yīng)具有較大的質(zhì)量以增大熱容量、減小溫升，防止其產(chǎn)生裂紋和破碎，有時(shí)可設(shè)置各種形狀的散熱肋或鼓風(fēng)肋，以幫助散熱通風(fēng)。中間壓盤可鑄出通風(fēng)槽，也可采用傳熱系數(shù)較大的鋁合金壓盤。2）壓盤應(yīng)具有較大的剛度。3）與飛輪應(yīng)保持良好的對中，并要進(jìn)行靜平衡。4）壓盤高度尺寸（從承壓點(diǎn)到摩擦面的距離）公差要小。（2）壓盤幾何尺寸的確定1）壓盤內(nèi)、外徑的確定（）前面我們已經(jīng)通過計(jì)算確定了摩擦片的內(nèi)、外徑。從一般而言，壓盤內(nèi)徑稍微小于摩擦片的內(nèi)徑，壓盤外徑稍大于摩擦片外徑。故本設(shè)計(jì)壓盤外徑 =330mm，壓盤內(nèi)徑為=185mm。2）壓盤厚度的確定（）壓盤厚度的確定主要依據(jù)以下兩點(diǎn)：壓盤的質(zhì)量在離合器的接合過程中，由于滑摩功的存在，第接合一次都要產(chǎn)生大量的熱，而第次接合的時(shí)間短（大約3秒鐘左右），因此熱量根本來不及全部傳到周圍空氣中去，這樣必然導(dǎo)致摩擦副的溫升。在使用頻繁和困難條件下工作的離合器，這種溫升就更為嚴(yán)重。它不僅會引起摩擦片摩擦系數(shù)的下降，磨損加劇，嚴(yán)重時(shí)引起摩擦片和壓盤的損壞。 由于用石棉材材料制成的摩擦片導(dǎo)熱性很差，在滑磨過程中所產(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，幫要求壓盤具有足夠大的質(zhì)量以吸收熱量。壓盤的剛度壓盤應(yīng)具有足夠大的剛度，使壓緊力在摩擦面上的壓力分布均勻并減少受熱后產(chǎn)生翹曲變形，以免影響摩擦片的均勻壓緊及離合器的徹底分離，厚度約為1525mm 。離合器接合一次時(shí)的溫升離合器一次結(jié)合會瞬間產(chǎn)生熱量，用溫升來表示。溫升不應(yīng)超過810。溫升越低，可以相應(yīng)減小壓盤厚度，以減小其轉(zhuǎn)動慣量。溫升公式為： （3-4-1）式中：溫升（）； W滑磨功（Nm）；分配到壓盤上的滑磨功所占的百分比（單片離合器壓盤=0.50；雙片離合器壓盤=0.25；雙片離合器中間壓盤 =0.50） C壓盤的比熱，C=481.4J/（kg）（鑄鐵壓盤）：壓盤重量（kg）。本設(shè)計(jì)選取=8，即：=8 （3-4-2）2）計(jì)算壓盤厚度汽車起步時(shí)離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功（J），可根據(jù)以下公式計(jì)算： （3-4-3）式中：汽車總質(zhì)量（Kg）；輪胎滾動半徑（m）； ig起步進(jìn)所用變速器檔位的傳動比； io主減速器傳動比； 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）， 根據(jù)以上計(jì)算所得，以及壓盤厚度，設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量取較小值，12。3.4離合器主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1從動盤總成從動盤總成主要由從動盤轂、摩擦片、從動片、扭轉(zhuǎn)減振器等組成。從動盤對離合器工作性能影響很大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足如下要求：1）從動盤的轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)盡可能小，以減小變速器換檔時(shí)輪齒的沖擊。2）從動盤應(yīng)具有軸向彈性，使離合器接合平順，便于起步，而且使摩擦面壓力均勻，以減小磨損。3）應(yīng)安裝扭轉(zhuǎn)減振器，以避免傳動系共振，并緩和沖擊。為了使從動盤具有軸向彈性，常用的方法有：1）在從動片外緣開612個(gè)“T”形槽，形成許多扇形，并將扇形部分沖壓成依次不同方向彎的波浪形。兩側(cè)的摩擦片則分別鉚在每隔一個(gè)的扇形上?！癟”形槽還可以減小由于摩擦發(fā)熱而引起的從動片翹曲變形。這種結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在商用車上。2）將扇形波形片的左、右凸起段分別與左、右側(cè)摩擦片鉚接，由于波形片（1.0mm）比從動片（1.5mm）薄，這種結(jié)構(gòu)的軸向彈性較好，轉(zhuǎn)動慣量較小，適宜于高速旋轉(zhuǎn)，主要應(yīng)用于乘用車和最大總質(zhì)量小于6t的商用車上。3）利用階梯形鉚釘桿的細(xì)段將成對波形片的左片鉚在左側(cè)摩擦片上，并交替地把右片鉚在右側(cè)摩擦片上。這種結(jié)構(gòu)的彈性行程較大，彈性特性較理想，可使汽車起步極為平順。這種結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于發(fā)動機(jī)排量大于2.5L的乘用車上。4）將靠近飛輪的左側(cè)摩擦片直接鉚合在從動片上，只在靠近壓盤側(cè)的從動片鉚有波形片，右側(cè)摩擦片用鉚釘與波形鉚合。這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量大，但強(qiáng)度較高，傳遞轉(zhuǎn)矩的能力大，主要應(yīng)用于商用車上。（1）從動盤轂從動盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受發(fā)動機(jī)傳來的全部轉(zhuǎn)矩。它一般采用齒側(cè)對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)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Temax按國標(biāo)GB114474選?。ㄒ姳?4）。從動盤的軸向長度不宜過小，以免在花鍵軸上滑動時(shí)產(chǎn)生偏斜而使分離不徹底，一般取1.01.4倍的花鍵軸直徑。從動盤轂一般采用鍛鋼（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：對減振彈簧窗口及從動片配合，應(yīng)進(jìn)行高頻處理?；ㄦI選取后應(yīng)進(jìn)行擠壓應(yīng)力j（MPa）及剪切應(yīng)力j（MPa）的強(qiáng)度校核：1 （3-6-1） （3-6-2）式中，z為從動盤轂的數(shù)目；其余參數(shù)見表33。表33 離合器從動盤轂花鍵尺寸系列摩擦片外徑D/mm發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Temax/Nm花鍵尺寸擠壓應(yīng)力j/Mpa齒數(shù)n外徑D/mm內(nèi)徑d/mm齒厚b/mm有效齒長l/mm16050102318320101807010262132011.820011010292342511.322515010322643011.525020010352843510.428028010353244012.730031010403254010.732538010403254511.635048010403255013.2根據(jù)摩擦片的外徑D=200mm與發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Temax=380 Nm，由表33查得n=10，D=40mm，d=32mm，b=5mm，l=45mm，j=11.6Mpa，則由公式（3-6-1）、（3-6-2）校核得：j=11.28MPaj=11.6 MPa。j=8.5 MPa j=17 MPa。所以，所選花鍵尺寸能滿足使用要求。（2）從動片從動片要求質(zhì)量輕，具有軸向彈性，硬度和平面要求高。材料常用中碳鋼板（50號或85號）或65Mn鋼板。一般厚度為1.32.5mm，表面硬度為3848HRC。考慮所選車型及從動盤結(jié)構(gòu)，選擇從動片的結(jié)構(gòu)型式為整體式，從動片外緣開6個(gè)“T”形槽，形成許多扇形，并將扇形部分沖壓成依次不同方向彎的波浪形。本設(shè)計(jì)，從動片由1.6 mm厚的65Mn鋼板沖壓而成，并且將其外緣的盤形部分磨薄至1mm，以減小其轉(zhuǎn)動慣量。（3）摩擦片離合器摩擦片在性能上應(yīng)滿足如下要求：1）摩擦因數(shù)較高且較穩(wěn)定，工作溫度、單位壓力、滑磨速度的變化對其影響要小。2）具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度與耐磨性。3）密度要小，以減小從動盤的轉(zhuǎn)動慣量。4）熱穩(wěn)定性好，在高溫下分離出的粘合劑少，無味，不易燒焦。5）磨合性能好，不致刮傷飛輪和壓盤表面。6）接合時(shí)應(yīng)平順而不產(chǎn)生“咬合”或“抖動”現(xiàn)象。7）長期停入后，摩擦面間不產(chǎn)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（大約為0.30.45）、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，故目前訂應(yīng)用于、輕載荷下工作。由于石棉在生產(chǎn)和使用過程中對環(huán)境有污染，對人體有害，故以玻璃纖維、金屬纖維等到來替代石棉纖維。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)用于載質(zhì)量較大的商用車上。摩擦片與從動片的連接方式有鉚接和粘接兩種。鉚接方式連接可先可靠，更換摩擦片方便，適宜在從動片上安裝波形片、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，且使從動盤難以安裝波形片，無軸向彈性，可靠性低。根據(jù)上述分析，本設(shè)計(jì)所采用的離合器摩擦片材料為石棉基摩擦材料，摩擦片與從動片的連接方式為鉚接，選取18顆鉚釘鉚接。其鉚接位置為摩擦片的平均半徑，即Ra=85mm。鉚釘型號為GB875-86 365，材料為15號鋼。鉚釘?shù)男：巳缦拢浩骄款w鉚釘所受的最大剪切力Fmax： 根據(jù)鉚釘所受的Fmax，分別校核鉚釘?shù)目辜魪?qiáng)度和從動片的抗壓強(qiáng)度： （3-6-3） （3-6-4）式中：d0為鉚釘孔直徑，mm；M為每個(gè)鉚釘?shù)目辜裘鏀?shù)量；為被鉚件中較薄板的厚度，對于雙蓋板，兩蓋板厚度之和為一個(gè)被鉚件厚度，mm。根據(jù)相關(guān)已知參數(shù)，可得：=1.5mm，m=2；并由參考文獻(xiàn)5，可得d0=3.2mm，=115MPa，=430MPa。則將各項(xiàng)數(shù)值代入公式（3-6-3）、（3-6-4）得：=4.5 MPa =115MPa； =15.0 MPa =430MPa。所以，所選鉚釘能滿足使用要求。致 謝 經(jīng)過努力，論文寫作工作終于接近了尾聲。論文的順利完成除了我個(gè)人的努力外，更多的要?dú)w功于系里的老師們。在此，我首先要感謝我的指導(dǎo)老師李付俊，在這段時(shí)間里，李老師盡心盡力、認(rèn)真負(fù)責(zé)的指導(dǎo)我進(jìn)行畢業(yè)論文的寫作工作。無論是論文的寫作思路、整體結(jié)構(gòu)，還是設(shè)計(jì)圖紙、數(shù)學(xué)計(jì)算。我前進(jìn)的每一步都是與李老師的幫助分不開的。除了專業(yè)知識，在李老師身上我還學(xué)到了應(yīng)該具有一絲不茍的工作態(tài)度與積極進(jìn)取的工作作風(fēng)。相信這些會在我以后的學(xué)習(xí)與生活中帶給我更多的收獲。最后對所有在論文寫作過程中幫助過我的朋友和同學(xué)表示深深的謝意！參考文獻(xiàn)1、劉惟信主編汽車設(shè)計(jì)北京：清華大學(xué)出版社，20012、王望予主編汽車設(shè)計(jì)第版北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20053、陳家瑞主編汽車構(gòu)造 下冊北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20044、汽車工程手冊編輯委員會主編汽車工程手冊設(shè)計(jì)版北京：人民交通出版社，20015、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會主編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊新版北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20046、余志生主編汽車?yán)碚摰?版北京：清華大學(xué)出版社，2005.3