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附 錄
How Clutches Work
If you drive a manual transmission car, you may be surprised to find out that it has more than one clutch. And it turns out that folks with automatic transmission cars have clutches, too. In fact, there are clutches in many things you probably see or use every day: Many cordless drills have a clutch, chain saws have a centrifugal clutch and even some yo-yos have a clutch.
Clutch Image Gallery
Diagram of car showing clutch location. See more clutch images
In this article, you'll learn why you need a clutch, how the clutch in your car works and find out some interesting, and perhaps surprising, places where clutches can be found.
Clutches are useful in devices that have two rotating shafts. In these devices, one of the shafts is typically driven by a motor or pulley, and the other shaft drives another device. In a drill, for instance, one shaft is driven by a motor and the other drives a drill chuck. The clutch connects the two shafts so that they can either be locked together and spin at the same speed, or be decoupled and spin at different speeds.
In a car, you need a clutch because the engine spins all the time, but the car's wheels do not. In order for a car to stop without killing the engine, the wheels need to be disconnected from the engine somehow. The clutch allows us to smoothly engage a spinning engine to a non-spinning transmission by controlling the slippage between them.
To understand how a clutch works, it helps to know a little bit about friction, which is a measure of how hard it is to slide one object over another. Friction is caused by the peaks and valleys that are part of every surface -- even very smooth surfaces still have microscopic peaks and valleys. The larger these peaks and valleys are, the harder it is to slide the object. You can learn more about friction in How Brakes Work.
A clutch works because of friction between a clutch plate and a flywheel. We'll look at how these parts work together in the next section.
Fly Wheels, Clutch Plates and Friction
In a car’s clutch, a flywheel connects to the engine, and a clutch plate connects to the transmission. You can see what this looks like in the figure below.
When your foot is off the pedal, the springs push the pressure plate against the clutch disc, which in turn presses against the flywheel. This locks the engine to the transmission input shaft, causing them to spin at the same speed.
Pressure plate
The amount of force the clutch can hold depends on the friction between the clutch plate and the flywheel, and how much force the spring puts on the pressure plate. The friction force in the clutch works just like the blocks described in the friction section of How Brakes Work, except that the spring presses on the clutch plate instead of weight pressing the block into the ground.
When the clutch pedal is pressed, a cable or hydraulic piston pushes on the release fork, which presses the throw-out bearing against the middle of the diaphragm spring. As the middle of the diaphragm spring is pushed in, a series of pins near the outside of the spring causes the spring to pull the pressure plate away from the clutch disc (see below). This releases the clutch from the spinning engine.
Common Problems
From the 1950s to the 1970s, you could count on getting between 50,000 and 70,000 miles from your car's clutch. Clutches can now last for more than 80,000 miles if you use them gently and maintain them well. If not cared for, clutches can start to break down at 35,000 miles. Trucks that are consistently overloaded or that frequently tow heavy loads can also have problems with relatively new clutches.
Photo courtesy Carolina Mustang
Clutch plate
The clutch only wears while the clutch disc and the flywheel are spinning at different speeds. When they are locked together, the friction material is held tightly against the flywheel, and they spin in sync. It's only when the clutch disc is slipping against the flywheel that wearing occurs. So, if you are the type of driver who slips the clutch a lot, you'll wear out your clutch a lot faster.
Sometimes the problem is not with slipping, but with sticking. If your clutch won't release properly, it will continue to turn the input shaft. This can cause grinding, or completely prevent your car from going into gear. Some common reasons a clutch may stick are:
Broken or stretched clutch cable - The cable needs the right amount of tension to push and pull effectively.
Leaky or defective slave and/or master clutch cylinders - Leaks keep the cylinders from building the necessary amount of pressure.
Air in the hydraulic line - Air affects the hydraulics by taking up space the fluid needs to build pressure.
Misadjusted linkage - When your foot hits the pedal, the linkage transmits the wrong amount of force.
Mismatched clutch components - Not all aftermarket parts work with your clutch.
A "hard" clutch is also a common problem. All clutches require some amount of force to depress fully. If you have to press hard on the pedal, there may be something wrong. Sticking or binding in the pedal linkage, cable, cross shaft, or pivot ball are common causes. Sometimes a blockage or worn seals in the hydraulic system can also cause a hard clutch.
Another problem associated with clutches is a worn throw-out bearing, sometimes called a clutch release bearing. This bearing applies force to the fingers of the spinning pressure plate to release the clutch. If you hear a rumbling sound when the clutch engages, you might have a problem with the throw-out.
Types of Clutches
There are many other types of clutches in your car and in your garage.
An automatic transmission contains several clutches. These clutches engage and disengage various sets of planetary gears. Each clutch is put into motion using pressurized hydraulic fluid. When the pressure drops, springs cause the clutch to release. Evenly spaced ridges, called splines, line the inside and outside of the clutch to lock into the gears and the clutch housing. You can read more about these clutches in How Automatic Transmissions Work.
An air conditioning, compressor in a car has an electromagnetic clutch. This allows the compressor to shut off even while the engine is running. When current flows through a magnetic coil in the clutch, the clutch engages. As soon as the current stops, such as when you turn off your air conditioning, the clutch disengages.
Most cars that have an engine-driven cooling fan have a thermostatically controlled viscous clutch -- the temperature of the fluid actually drives the clutch. This clutch is positioned at the hub of the fan, in the airflow coming through the radiator. This type of clutch is a lot like the viscous coupling sometimes found in all-wheel drive cars. The fluid in the clutch gets thicker as it heats up, causing the fan to spin faster to catch up with the engine rotation. When the car is cold, the fluid in the clutch remains cold and the fan spins slowly, allowing the engine to quickly warm up to its proper operating temperature.
Many cars have limited slip differentials or viscous couplings, both of which use clutches to help increase traction. When your car turns, one wheel spins faster than the other, which makes the car hard to handle. The slip differential makes up for that with the help of its clutch. When one wheel spins faster than the others, the clutch engages to slow it down and match the other three. Driving over puddles of water or patches of ice can also spin your wheels. You can learn more about differentials and viscous couplings in How Differentials Work.
Gas-powered chain saws and weed eaters have centrifugal clutches, so that the chains or strings can stop spinning without you having to turn off the engine. These clutches work automatically through the use of centrifugal force. The input is connected to the engine crankshaft. The output can drive a chain, belt or shaft. As the rotations per minute increase, weighted arms swing out and force the clutch to engage. Centrifugal clutches are also often found in lawn mowers, go-karts, mopeds and mini-bikes. Even some yo-yos are manufactured with centrifugal clutches.
Clutches are valuable and necessary to a number of applications. For more information on clutches and related topics, check out the links on the following page.
離合器工作原理
如果您駕駛手動(dòng)變速箱的汽車，您可能會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，它有一個(gè)以上的離合器。事實(shí)證明，與自動(dòng)變速器汽車離合器相比，有許多種類離合器在你可能看到或每天使用：許多無(wú)繩演習(xí)有離合器，鏈鋸有離心離合器，甚至一些部件也有一個(gè)離合器。
Diagram of car showing clutch location. See more clutch images.
在本文中，您會(huì)了解為什么你需要一個(gè)離合器，在您的汽車離合器工程和一些有趣的發(fā)現(xiàn)，也許不足為奇。
離合器是有用的設(shè)備，有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。在這些設(shè)備中，其中一個(gè)軸通常是驅(qū)動(dòng)馬達(dá)或滑輪，其他軸驅(qū)動(dòng)其他設(shè)備。例如，一軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)和其他驅(qū)動(dòng)鉆夾頭。離合器連接從動(dòng)盤和壓盤，以便它們可以被貼在一起，旋轉(zhuǎn)同樣的速度，或脫鉤，并以不同的速度旋轉(zhuǎn)。
在汽車中，您需要一個(gè)離合器，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速所有的時(shí)間中，但并不是所有的時(shí)間都傳遞動(dòng)力。為了讓汽車停止傳遞動(dòng)力不造成發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)載，車輪需要斷開發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞動(dòng)力。離合器使我們能夠順利地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的非線性傳遞，通過(guò)控制離合器壓盤與摩擦片之間的滑動(dòng)。
了解離合器的特點(diǎn)，它有助于了解一點(diǎn)摩擦片，這是衡量離合器的標(biāo)準(zhǔn)。摩擦所造成的傳力高峰和低谷的每一部分，每一個(gè)平面-甚至是非常平滑的表面仍然有微小的高峰和低谷。這些較大的高峰和低谷，就是摩擦片研究的對(duì)象。您可以了解更多關(guān)于離合器如何摩擦工作。
離合器的工作，產(chǎn)生于摩擦離合器壓盤和飛輪。我們將探討如何共同工作，這些零件將在下面介紹。
飛輪，離合器片和摩擦在汽車的離合器，一個(gè)飛輪連接到發(fā)動(dòng)機(jī)，離合器踏板連接傳輸。
當(dāng)你的腳離開踏板，彈簧推動(dòng)壓力板對(duì)離合器盤，而這反過(guò)來(lái)壓力又回位。這種轉(zhuǎn)速控制包括發(fā)動(dòng)機(jī)，變速器輸入軸，使他們自旋同樣的速度。
壓盤
離合器傳遞的動(dòng)力取決于摩擦離合器盤和飛輪，有多少轉(zhuǎn)矩通過(guò)飛輪壓盤傳遞給膜片彈簧。摩擦離合器作用就像描述的摩擦制動(dòng)器的工作一樣，但彈簧壓力離合器壓盤不是像制動(dòng)器那樣依靠抱緊制動(dòng)盤。
當(dāng)離合器踏板被踏下時(shí)，機(jī)械或液壓活塞推動(dòng)撥叉，這些壓力通過(guò)分離軸承對(duì)中間的膜片彈簧起作用。把膜片彈簧是推離了壓盤的附近達(dá)到讓離合器分離的效果。
請(qǐng)注意彈簧離合器從動(dòng)盤。這些彈簧有助于緩解傳輸?shù)倪^(guò)大動(dòng)力沖擊離合器盤轂。這種設(shè)計(jì)通常非常有效，但它確實(shí)有一些缺點(diǎn)。讓我們分別看看離合器問(wèn)題和其他用途的離合器在以下的內(nèi)容中講解。
從動(dòng)盤
常見問(wèn)題：
從20世紀(jì)50年代到20世紀(jì)70年代，你可以指望得到5萬(wàn)至七萬(wàn)里程汽車的離合器。離合器現(xiàn)在可以超過(guò)去年八點(diǎn)零零零萬(wàn)英里如果您使用它們輕輕地和維持好。如果不是照顧，離合器就可以開始打破在35000英里。卡車一貫超載或經(jīng)常拖重物，也可以有問(wèn)題相對(duì)較新的離合器。
最常見的問(wèn)題是，離合器摩擦材料的磨損。摩擦材料在離合器盤非常相似的摩擦材料的墊片的盤式制動(dòng)器的鼓式制動(dòng)器-過(guò)了一段時(shí)間，它磨穿了。當(dāng)大部分或全部的摩擦材料已經(jīng)一去磨損了了，離合器效率將開始下滑，并最終將不會(huì)傳送任何轉(zhuǎn)矩從發(fā)動(dòng)機(jī)到車輪。
離合器只能傳送離合器盤和飛輪的旋轉(zhuǎn)速度不同。當(dāng)他們被鎖在一起，摩擦材料是緊密舉行接合與飛輪，他們自旋同步。只有當(dāng)離合器盤下滑對(duì)飛輪的穿著發(fā)生。因此，如果您是一個(gè)司機(jī)，踩離合器的次數(shù)多，您的離合器磨損快得多。
有時(shí)，問(wèn)題不在于傳遞的摩擦力下滑，但問(wèn)題是。如果您的離合器裝配不正確，它將繼續(xù)聯(lián)入輸入軸。這可能會(huì)導(dǎo)致磨，或完全防止您的車進(jìn)入齒輪。一些常見的原因可能導(dǎo)致離合器出問(wèn)題：
? 損壞或拉伸離合器拉線-拉線需要適量的張緊力。
? 液壓泵有缺陷/或主離合器液壓瓶-泄漏保持液壓瓶必須建立必要的壓力。
? 空氣中的氣壓線-空氣影響液壓，空氣流體需要建立適當(dāng)壓力。
? 不匹配的離合器組件-并非所有的售后配件與您的離合器能匹配。
“硬”離合器也是一種常見的問(wèn)題。所有離合器需要一些相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩范圍。如果您必須緊逼踏板上，可能會(huì)有一些錯(cuò)誤的。堅(jiān)持或有約束力的踏板聯(lián)系，電纜，交叉軸或旋轉(zhuǎn)球的常見原因。有時(shí)堵塞或磨損在液壓系統(tǒng)也可能導(dǎo)致硬離合器。
另一個(gè)問(wèn)題與離合器是一個(gè)破舊投擲出軸承，有時(shí)稱為離合器釋放軸承。以手指旋轉(zhuǎn)壓力板松開離合器。如果你聽到隆隆聲時(shí)，離合器繼續(xù)接合，您可能有一個(gè)問(wèn)題，間隙沒(méi)有調(diào)整好。
離合器診斷試驗(yàn)
如果您發(fā)現(xiàn)您的離合器已經(jīng)失效，這是一個(gè)在家的診斷測(cè)試，任何人都可以執(zhí)行：
啟動(dòng)你的車，設(shè)置停車休息，并把汽車停在原位。
讓您的汽車空轉(zhuǎn)，聽取了咆哮的噪音的前提下，如果你聽到離合器有這種聲音，這是最有可能傳輸裝置有問(wèn)題。如果您沒(méi)有聽到噪音，請(qǐng)繼續(xù)執(zhí)行步驟 。
讓汽車仍處于原地，開始推動(dòng)離合器和聆聽噪音。如果你能聽到一些唧唧噪音，這是最有可能的離合器分離軸承的故障。如果您沒(méi)有聽到噪音，請(qǐng)繼續(xù)執(zhí)行步驟 用盡全力推動(dòng)離合器。如果你聽到尖叫聲的噪音，可能故障出自軸承或套管。
如果你聽不到任何噪音在這四個(gè)步驟，那么你的問(wèn)題可能不是出自離合器。如果你能聽到的噪音，并在停止時(shí)消失時(shí)，離合器可能的一個(gè)問(wèn)題是離合器的操縱機(jī)構(gòu)出了問(wèn)題。
在以下的內(nèi)容中，我們會(huì)研究一些不同類型的離合器以及他們?nèi)绾问褂谩?
各類離合器：
還有許多其他類型的離合器在并不在您的知識(shí)庫(kù)。自動(dòng)變速器包含幾個(gè)離合器。這些離合器接觸和脫離接觸的各種成套行星齒輪。每個(gè)離合器付諸實(shí)施使用加液壓油。當(dāng)壓力下降，彈簧導(dǎo)致離合器分離。間隔均勻的離合器鎖環(huán)，稱為樣條線的內(nèi)部和外部的離合器鎖定齒輪和離合器。你可以看到更多關(guān)于這些離合器在自動(dòng)變速器如何工作。
空調(diào)壓縮機(jī)的汽車有一個(gè)電磁離合器。這使得壓縮機(jī)即使在引擎關(guān)閉也能正常運(yùn)行。當(dāng)電流流經(jīng)磁場(chǎng)線圈的離合器，如當(dāng)您關(guān)閉您的空調(diào)，離合器分離。
大多數(shù)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的冷卻風(fēng)扇的溫控粘性離合器-溫度流體實(shí)際驅(qū)動(dòng)離合器。這離合器是處于樞紐的地位，氣流通過(guò)散熱器。這種類型的離合器是一種很像粘性聯(lián)軸器，在全輪驅(qū)動(dòng)汽車經(jīng)常出現(xiàn)。液體離合器較多，因?yàn)樗鼰崃看?，?dǎo)致風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)的速度要快趕上發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)汽車是冷車時(shí)，流體在離合器仍然寒冷，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速慢，使發(fā)動(dòng)機(jī)迅速升溫，以適當(dāng)?shù)牟僮鳒囟取?
許多汽車有限滑差或粘性聯(lián)軸器，兩者都使用離合器，以提高牽引力。當(dāng)您的汽車變成一個(gè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度超過(guò)了其它車輪時(shí)，這使汽車難以應(yīng)付。在防滑差速器以及離合器的幫助下，當(dāng)一個(gè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度超過(guò)了其它車輪，這樣會(huì)使離合器緩慢下來(lái)，并符合其它三個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速。車下有水坑的水或浮動(dòng)的冰塊也可以讓車輪空轉(zhuǎn)。您可以了解更多關(guān)于差速粘性聯(lián)軸器在如何工作。
天然氣動(dòng)力鏈鋸離心式離合器，從而使鏈反轉(zhuǎn)可以停止旋轉(zhuǎn)，而您不需要關(guān)掉引擎。這些工作自動(dòng)離合器通過(guò)利用離心力。輸入連接到發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸。輸出可以驅(qū)動(dòng)鏈條，皮帶或骨干。由于輪調(diào)，每分鐘增加，逼迫滾珠移出，并迫使離合器進(jìn)行。離心離合器也常常發(fā)現(xiàn)于割草機(jī)，卡丁車，輕便摩托車和小型摩托車。甚至一些纜車離心離合器。
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1選題的目的
本次設(shè)計(jì)，我力爭(zhēng)把離合器設(shè)計(jì)系統(tǒng)化，為離合器設(shè)計(jì)者提供一定的參考價(jià)值。拋棄傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器，設(shè)計(jì)新式的拉式膜片彈簧離合器是本次設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。
1.2離合器發(fā)展歷史
近年來(lái)各國(guó)政府都從資金、技術(shù)方面大力發(fā)展汽車工業(yè)，使其發(fā)展速度明顯比其它工業(yè)要快的多，因此汽車工業(yè)迅速成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。
對(duì)于內(nèi)燃機(jī)汽車來(lái)說(shuō)，離合器在機(jī)械傳動(dòng)系中作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在，它是汽車傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接聽總成。目前，各種汽車廣泛采用的摩擦式離合器主要依靠主、從動(dòng)部分之間的摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力且能分離的裝置。
在早期研發(fā)的離合器中，錐形離合器最為成功?，F(xiàn)今所用的盤片式離合器的先驅(qū)是多片盤式離合器，它是直到1925年以后才出現(xiàn)的。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采用多片離合器。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離合器[1]。
近來(lái)，人們對(duì)離合器的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器結(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)的操縱形式的操縱形式正向自動(dòng)操縱的形式發(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)的高轉(zhuǎn)速，增加離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡(jiǎn)化操縱，已成為離合器的發(fā)展趨勢(shì)。
隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率不斷提高和汽車電子技術(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)操縱的形式發(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)的高轉(zhuǎn)速，增加離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡(jiǎn)化操縱，已成為離合器的發(fā)展趨勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，設(shè)計(jì)工作已從手工轉(zhuǎn)向電腦，包括計(jì)算、性能演示、計(jì)算機(jī)繪圖、制成后的故障統(tǒng)計(jì)等等。
1.3離合器概述
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矩，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)[2]：
（1）結(jié)合時(shí)平順、柔和，使汽車起步時(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（最大摩擦力矩和后備系數(shù)保持穩(wěn)定）；
（9）使用壽命長(zhǎng)。
1.3.1 離合器的功用
離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸接合，保證汽車平穩(wěn)起步。如前所述，現(xiàn)代車用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)不能帶負(fù)荷啟動(dòng)，它必須先在空負(fù)荷下啟動(dòng)，然后再逐漸加載。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，得以穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速約為300～500r/min，而汽車則只能由靜止開始起步，一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī)，要帶一個(gè)靜止的傳動(dòng)系，是不能突然剛性接合的。因?yàn)槿绻峭蝗坏膭傂赃B接，就必然造成不是汽車猛烈攢動(dòng)，就是發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。所以離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸地柔和地接合在一起，使發(fā)動(dòng)機(jī)加給傳動(dòng)系的扭矩逐漸變大，至足以克服行駛阻力時(shí)，汽車便由靜止開始緩慢地平穩(wěn)起步了。
雖然利用變速器的空檔，也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的分離。但變速器在空檔位置時(shí)，變速器內(nèi)的主動(dòng)齒輪和發(fā)動(dòng)機(jī)還是連接的，要轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，就必須和變速器內(nèi)的主動(dòng)齒輪一起拖轉(zhuǎn)，而變速器內(nèi)的齒輪浸在黏度較大的齒輪油中，拖轉(zhuǎn)它的阻力是很大的。尤其在寒冷季節(jié)，如沒(méi)有離合器來(lái)分離發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)是很困難的。所以離合器的第二個(gè)功用，就是暫時(shí)分開發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的聯(lián)系，以便于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。
汽車行駛中變速器要經(jīng)常變換檔位，即變速器內(nèi)的齒輪副要經(jīng)常脫開嚙合和進(jìn)入嚙合。如在脫檔時(shí)，由于原來(lái)嚙合的齒面壓力的存在，可能使脫檔困難，但如用離合器暫時(shí)分離傳動(dòng)系，即能便利脫檔。同時(shí)在掛檔時(shí)，依靠駕駛員掌握，使待嚙合的齒輪副圓周速度達(dá)到同步是較為困難的，待嚙合齒輪副圓周速度的差異將會(huì)造成掛檔沖擊甚至掛不上檔，此時(shí)又需要離合器暫時(shí)分開傳動(dòng)系，以便使與離合器主動(dòng)齒輪聯(lián)結(jié)的質(zhì)量減小，這樣即可以減少掛擋沖擊以便利換檔。
離合器所能傳遞的最大扭矩是有一定限制的，在汽車緊急制動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)系受到很大的慣性負(fù)荷，此時(shí)由于離合器自動(dòng)打滑，可避免傳動(dòng)系零件超載損壞，起保護(hù)作用。
1.3.2 現(xiàn)代汽車離合器應(yīng)滿足的要求
根據(jù)離合器的功用，它應(yīng)滿足下列主要要求：
（1）能在任何行駛情況下，可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩。為此，離合器的摩擦力矩（）應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩（）；
（2）接合平順、柔和。即要求離合器所傳遞的扭矩能緩和地增加，以免汽車起步?jīng)_撞或抖動(dòng)；
（3）分離迅速、徹底。換檔時(shí)若離合器分離不徹底，則飛輪上的力矩繼續(xù)有一部份傳入變速器，會(huì)使換檔困難，引起齒輪的沖擊響聲；
（4）從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。離合器分離時(shí)，和變速器主動(dòng)齒輪相連接的質(zhì)量就只有離合器的從動(dòng)盤。減小從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，換檔時(shí)的沖擊即降低；
（5）具有吸收振動(dòng)、噪聲和沖擊的能力；
（6）散熱良好，以免摩擦零件因溫度過(guò)高而燒裂或因摩擦系數(shù)下降而打滑；
（7）操縱輕便，以減少駕駛員的疲勞。尤其是對(duì)城市行駛的轎車和公共汽車，非常重要；
（8）摩擦式離合器，摩擦襯面要耐高溫、耐磨損，襯面磨損在一定范圍內(nèi)，要能通過(guò)調(diào)整，使離合器正常工作。
1.3.3 離合器工作原理
如圖1.1所示，摩擦離合器一般是有主動(dòng)部分、從動(dòng)部分組成、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)四部分組成。
離合器在接合狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩自曲軸傳出，通過(guò)飛輪2和壓盤借摩擦作用傳給從動(dòng)盤3，在通過(guò)從動(dòng)軸傳給變速器。當(dāng)駕駛員踩下踏板時(shí)，通過(guò)拉桿，分離叉、分離套筒和分離軸承8，將分離杠桿的內(nèi)端推向右方，由于分離杠桿的中間是以離合器蓋5上的支柱為支點(diǎn)，而外端與壓盤連接，所以能克服壓緊彈簧的力量拉動(dòng)壓盤向左，這樣，從動(dòng)盤3兩面的壓力消失，因而摩擦力消失，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩就不再傳入變速器，離合器處于分離狀態(tài)。當(dāng)放開踏板，回位彈簧克服各拉桿接頭和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。此時(shí)壓緊彈簧就推動(dòng)壓盤向右，仍將從動(dòng)盤3壓緊在飛輪上2，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩又傳入變速器。
1-軸承 2-飛輪 3-從動(dòng)盤 4-壓盤 5-離合器蓋螺栓
6-離合器蓋 7-膜片彈簧 8-分離軸承 9-軸
圖1.1 離合器總成
1.3.4 拉式膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn)
與推式相比，拉式膜片彈簧離合器具有許多優(yōu)點(diǎn)：取消了中間支承各零件，并不用支承環(huán)或只用一個(gè)支承環(huán)，使其結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、緊湊，零件數(shù)目更少，質(zhì)量更少；拉式膜片彈簧是中部與壓盤相壓在同樣壓盤尺寸的條件下可采用直徑較大的膜片彈簧，提高了壓緊力與傳遞轉(zhuǎn)矩的能力，且并不增大踏板力，在傳遞相同的轉(zhuǎn)矩時(shí)，可采用尺寸較小的結(jié)構(gòu)；在接合或分離狀態(tài)下，離合器蓋的變形量小，剛度大，分離效率更高；拉式的杠桿比大于推式的杠桿比，且中間支承減少了摩擦損失，傳動(dòng)效率較高，踏板操縱更輕便，拉式的踏板力比推式的一般可減少約；無(wú)論在接合狀態(tài)或分離狀態(tài)，拉式結(jié)構(gòu)的膜片彈簧大端與離合器蓋支承始終保持接觸，在支承環(huán)磨損后不會(huì)形成間隙而增大踏板自由行程，不會(huì)產(chǎn)生沖擊和哭聲；使用壽命更長(zhǎng)。
1.4 設(shè)計(jì)的預(yù)期成果
本次設(shè)計(jì)，我將取得如下成果：1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書：（1）離合器各零件的結(jié)構(gòu)；（2）離合器主要參數(shù)的選擇與優(yōu)化；（3）膜片彈簧的計(jì)算與優(yōu)化；（4）扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)；（5）離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。2、圖紙有：扭轉(zhuǎn)減振器、摩擦片、膜片彈簧、從動(dòng)盤、軸、壓盤、離合器總成。
第2章 離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了達(dá)到計(jì)劃書所給的數(shù)據(jù)要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)車型的類別、使用要求、制造條件，以及“系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化”的要求等，合理選擇離合器結(jié)構(gòu)。
2.1 離合器結(jié)構(gòu)選擇與論證
2.1.1 摩擦片的選擇
單片離合器因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，散熱良好，維修調(diào)整方便，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，在使用時(shí)能保證分離徹底接合平順，所以被廣泛使用于轎車和中、小型貨車，因此該設(shè)計(jì)選擇單片離合器。摩擦片數(shù)為2。
2.1.2 壓緊彈簧布置形式的選擇
離合器壓緊裝置可分為周布彈簧式、中央彈簧式、斜置彈簧式、膜片彈簧式等。其中膜片彈簧的主要特點(diǎn)是用一個(gè)膜片彈簧代替螺旋彈簧和分離杠桿。膜片彈簧與其他幾類相比又有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)[9]：
（1）由于膜片彈簧有理想的非線性特征,彈簧壓力在摩擦片磨損范圍內(nèi)能保證大致不變，從而使離合器在使用中能保持其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力不變。當(dāng)離合器分離時(shí)，彈簧壓力不像圓柱彈簧那樣升高，而是降低，從而降低踏板力；
（2）膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)，壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；而圓柱彈簧壓緊力明顯下降；
（4）由于膜片彈簧大斷面環(huán)形與壓盤接觸，故其壓力分布均勻，摩擦片磨損均勻，可提高使用壽命；
（5）易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長(zhǎng)；
（6）平衡性好；
（7）有利于大批量生產(chǎn)，降低制造成本。
但膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜，對(duì)材料質(zhì)量和尺寸精度要求高，其非線性特性在生產(chǎn)中不易控制，開口處容易產(chǎn)生裂紋，端部容易磨損。近年來(lái)，由于材料性能的提高，制造工藝和設(shè)計(jì)方法的逐步完善，膜片彈簧的制造已日趨成熟。因此，我選用膜片彈簧式離合器。
2.1.3 壓盤的驅(qū)動(dòng)方式
在膜片彈簧離合器中，扭矩從離合器蓋傳遞到壓盤的方法有三種[9]：
（1）凸臺(tái)—窗孔式：它是將壓盤的背面凸起部分嵌入在離合器蓋上的窗孔內(nèi)，通過(guò)二者的配合，將扭矩從離合器蓋傳到壓盤上，此方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多；缺點(diǎn)：壓盤上凸臺(tái)在傳動(dòng)過(guò)程中存在滑動(dòng)摩擦，因而接觸部分容易產(chǎn)生分離不徹底。
（2）徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)式：這種方式使用彈簧剛制的徑向片將離合器蓋和壓盤連接在一起，此傳動(dòng)的方式較上一種在結(jié)構(gòu)上稍顯復(fù)雜一些，但它沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)部分，因而不存在磨損，同時(shí)踏板力也需要的小一些，操縱方便；另外，工作時(shí)壓盤和離合器蓋徑向相對(duì)位置不發(fā)生變化，因此離合器蓋等旋轉(zhuǎn)物件不會(huì)失去平衡而產(chǎn)生異常振動(dòng)和噪聲。
（3） 徑向傳動(dòng)片驅(qū)動(dòng)方式：它用彈簧鋼制的傳動(dòng)片將壓盤與離合器蓋連接在一起，除傳動(dòng)片的布置方向是沿壓盤的弦向布置外，其他的結(jié)構(gòu)特征都與徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式相同。經(jīng)比較，我選擇徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。
2.1.4 分離杠桿、分離軸承
分離杠桿的作用由膜片彈簧承擔(dān)，其作用是通過(guò)分離軸承克服離合器彈簧的推力并推動(dòng)壓盤移動(dòng)，從而使壓盤與從動(dòng)盤和從動(dòng)盤與飛輪相互分離，截?cái)鄤?dòng)力的傳遞，分離杠桿要具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受反復(fù)作用在其上面的彎曲應(yīng)力，分離軸承的作用是通過(guò)分離叉的作用使分離軸承沿變速器前端蓋導(dǎo)向套作軸向移動(dòng)，推動(dòng)旋轉(zhuǎn)中的膜片彈簧中部分離前端，使離合器起到分離作用。分離本次設(shè)計(jì)選用的是油封軸承，它可以將潤(rùn)滑脂密封在軸承殼內(nèi)，使用中不需要增加潤(rùn)滑，相比供油式軸承則需增加。
2.1.5 離合器的散熱通風(fēng)
試驗(yàn)表明，摩擦片的磨損是隨壓盤溫度的升高而增大的，當(dāng)壓盤工作表面超過(guò)°C時(shí)摩擦片磨損劇烈增加，正常使用條件的離合器盤，工作表面的瞬時(shí)溫度一般在°C以下。在特別頻繁的使用下，壓盤表面的瞬時(shí)溫度有可能達(dá)到。過(guò)高的溫度能使壓盤受壓變形產(chǎn)生裂紋和碎裂。為使摩擦表面溫度不致過(guò)高，除要求壓盤有足夠大的質(zhì)量以保證足夠的熱容量外，還要求散熱通風(fēng)好。改善離合器散熱通風(fēng)結(jié)構(gòu)的措施有：在壓盤上設(shè)散熱筋，或鼓風(fēng)筋；在離合器中間壓盤內(nèi)鑄通風(fēng)槽；將離合器蓋和壓桿制成特殊的葉輪形狀，用以鼓風(fēng)；在離合器外殼內(nèi)裝導(dǎo)流罩。膜片彈簧式離合器本身構(gòu)造能良好實(shí)現(xiàn)通風(fēng)散熱效果，故不需作另外設(shè)置。
2.1.6 從動(dòng)盤總成
從動(dòng)盤總成由摩擦片，從動(dòng)片，減震器和從動(dòng)盤穀等組成。它雖然對(duì)離合器工作性能影響很大的構(gòu)件，但是其工作壽命薄弱，因此在結(jié)構(gòu)和材料上的選擇是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。從動(dòng)盤總成應(yīng)滿足如下設(shè)計(jì)要求：
（1）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減小變速器換檔時(shí)輪齒簡(jiǎn)單沖擊；
（2）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，減小磨損。
（3）應(yīng)裝扭轉(zhuǎn)減振器，以避免傳動(dòng)系共振，并緩和沖擊。
1、摩擦片要求
摩擦系數(shù)穩(wěn)定、工作溫度、單位壓力的變化對(duì)其影響要小，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性；熱穩(wěn)定性好，磨合性好，密度小；有利于結(jié)合平順，長(zhǎng)期停放離合器摩擦片不會(huì)粘著現(xiàn)象的。綜上所述，選擇石棉基材料。石棉基摩擦材料是由石棉或石棉織物、粘結(jié)劑（樹脂或硅膠）和特種添加劑熱壓制成，其摩擦系數(shù)為0.25～0.3，密度小，價(jià)格便宜，多年來(lái)在汽車離合器上使用效果良好。同時(shí)，摩擦片從動(dòng)鋼片用鉚釘連接，連接可靠，更換摩擦片方便，而且適宜在從動(dòng)鋼片上裝波形彈簧片以獲得軸向彈性。
2、從動(dòng)盤的軸向彈性
從動(dòng)盤的軸向彈性可改善離合器性能，使離合器接合柔和，摩擦面接觸均勻，磨損較小。為使從動(dòng)盤有軸向彈性，單獨(dú)制造扇形波狀彈簧與從動(dòng)鋼片鉚接。波狀彈簧可用比鋼片輕薄的材料制造，軸向彈性較好，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，適宜高速旋轉(zhuǎn)，且彈簧對(duì)置分布，彈性好。因此設(shè)計(jì)中選用此類彈簧。
3、扭轉(zhuǎn)減震器
扭轉(zhuǎn)減震器幾乎是現(xiàn)代汽車離合器從動(dòng)盤上必備的部件，主要由彈性元件和阻尼元件組成。彈性元件可降低傳動(dòng)系的首端扭轉(zhuǎn)剛度，從而降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階固有頻率，改變系統(tǒng)的固有振型，使之盡可能避免由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵(lì)引起的共振。但是,這種共振往往難以避免。汽車行駛在不平的道路上行駛阻力也會(huì)時(shí)刻變化。當(dāng)由于路面不平引起的激力頻率與傳動(dòng)系的某階自振頻率重合時(shí)，也會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。阻尼元件則可有效的耗散此時(shí)的振動(dòng)能量，因而扭轉(zhuǎn)減震器可有效地降低傳動(dòng)系共振載荷與噪聲。
扭轉(zhuǎn)減震器的彈性特性，又線性和非線性兩種。彈性元件采用圓柱螺旋彈簧的減震器，其彈性特點(diǎn)為線性。阻尼元件采用摩擦片通過(guò)碟形彈簧建立阻尼默片的正應(yīng)力，其阻尼力矩比較穩(wěn)定。因此發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩實(shí)際上是通過(guò)一些彈性元件傳遞到傳動(dòng)系的。
摩擦式扭轉(zhuǎn)減震器工作原理：離合器工作時(shí)，扭矩從摩擦片傳給從動(dòng)鋼片再傳給從動(dòng)盤轂，此時(shí)彈簧被壓縮，從動(dòng)鋼片相對(duì)從動(dòng)盤轂前移（從動(dòng)轂邊緣上的缺口控制著鋼片與轂的最大位移）。
2.2 離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)
在進(jìn)行離合器的具體設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)保證傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩為前提，然后滿足下列條件[15]:
（1）如前所述，扇形波狀彈簧對(duì)置分布鉚接在從動(dòng)鋼片上，并在從動(dòng)盤上設(shè)置扭轉(zhuǎn)減震器保證離合器接合柔和，摩擦片制成一定錐度（從動(dòng)盤錐形量約為0.5mm）使其大端面向飛輪，這樣從動(dòng)盤轂在從動(dòng)軸（即變速器第一軸）花鍵上易于滑動(dòng)，有利于離合器徹底分離。
（2）離合器主動(dòng)部分與從動(dòng)部分的連接和支撐形式，離合器的主動(dòng)部分包括飛輪，離合器蓋與他們一起轉(zhuǎn)動(dòng)并能軸向移動(dòng)的壓盤，壓盤通過(guò)鋼片與離合器蓋相連，離合器從動(dòng)部分有從動(dòng)盤，從動(dòng)軸，從動(dòng)軸裝在飛輪與壓盤之間，可在從動(dòng)軸花鍵上滑動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)把離合器從動(dòng)軸的前軸承安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的中心孔內(nèi)。
（3）離合器從動(dòng)軸的軸向定位及軸承潤(rùn)滑，離合器從動(dòng)軸在安裝后應(yīng)保持軸向定位，在拆卸時(shí)便于離合器中抽出來(lái)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)使從動(dòng)軸前軸承外圓與飛輪為過(guò)渡配合，而前軸承內(nèi)圈與從動(dòng)軸為間隙配合，離合器的從動(dòng)軸軸向定位是靠從動(dòng)軸后軸承來(lái)保證的。離合器分離軸承靠注入黃油潤(rùn)滑的，而從動(dòng)軸前軸承靠油杯定期注入潤(rùn)滑。 為防止?jié)櫥土鞯侥Σ烈r面，造成離合器打滑，除在軸承處安有自緊油封外，還在飛輪上開泄油孔。
（4）離合器運(yùn)動(dòng)零件的限位，離合器處于接合時(shí)為使壓盤與摩擦片很好接合，應(yīng)使分離彈簧與分離軸承之間保持一定間隙，這是分離軸承回位彈簧加以保證。分離時(shí)，應(yīng)對(duì)踏板的最大行程加以限制。
2.3 離合器主要零件的設(shè)計(jì)
2.3.1 從動(dòng)盤
扇形波狀彈簧兩兩對(duì)置鉚接與從動(dòng)鋼片上，兩側(cè)在鉚接摩擦片，鉚釘都采用鋁制埋頭鉚釘，摩擦襯面在鉚接后腰磨削加工，使其工作表面的不平度誤差小于0.2mm，從動(dòng)盤本體采用45號(hào)鋼沖壓加工得到，為防止其彎曲變形而引起分離不徹底，一般在從動(dòng)盤本體上設(shè)徑向切口。
2.3.2 摩擦片
摩擦片在性能上要滿足如下要求：
（1）摩擦系數(shù)穩(wěn)定，工作溫度，滑磨速度，單位壓力的變化對(duì)其影響；
（2）具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性，熱穩(wěn)定性好；
（3）有利于接合平順；4.長(zhǎng)期停放離合器摩擦面會(huì)發(fā)生粘著現(xiàn)象。
（4）摩擦片選用材料為石棉基摩擦材料，它是由石棉或石棉織物、粘結(jié)劑和特種添加劑熱壓而成，其摩擦系數(shù)為。石棉基摩擦材料密度小，工作溫度小于180℃，價(jià)格便宜，使用效果良好，在汽車離合器中廣泛使用。
2.3.3 膜片彈簧
膜片彈簧使用優(yōu)質(zhì)高精質(zhì)鋼。其碟簧部分的尺寸精度要求高，碟簧材料為60SiMnA。為了提高膜片彈簧的承載能力，要對(duì)膜片彈簧進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，得具有高抗疲勞能力的回火索氏體。要防止膜片內(nèi)緣離開，同時(shí)對(duì)膜片彈簧進(jìn)行強(qiáng)壓處理（將彈簧壓平并保持小時(shí)），使其高壓力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應(yīng)力，對(duì)膜片彈簧的凹表面進(jìn)行噴丸處理，噴丸是φ0.8的白口鐵小丸， 可提高彈簧的疲勞壽命。同時(shí)，為提高分離指的耐磨性，對(duì)其進(jìn)行局部高頻淬火式鍍鉻。采用乳白鍍鉻，若膜片彈簧許用應(yīng)力可取為1500～1700N/mm2。
2.3.4 壓盤
壓盤的材料選用HT20-40鑄造制成。它要有一定的質(zhì)量和剛度，以保證足夠的熱容量和防止溫度升高而產(chǎn)生的彎曲變形。壓盤應(yīng)與飛輪保持良好的對(duì)中，并進(jìn)行靜平衡。壓盤的摩擦工作面需平整光滑，其端面粗糙不低于0.8。壓盤殼用M8×12mm螺栓將其一端固定在飛輪端面上，另一端固定在壓盤端面上。
2.3.5 離合器蓋
離合器蓋的膜片彈簧支撐處須具有較大的剛度和較高的尺寸精度，壓盤高度（叢承壓點(diǎn)到摩擦面的距離）公差要小，支撐環(huán)和支撐鉚釘?shù)陌惭b尺寸精度要高，耐磨性好，膜片彈簧的支撐形式采用鉚釘作支承時(shí)，如果分離軸承與曲軸中心線不同心，可引起鉚釘?shù)倪^(guò)度磨損。提高鉚釘硬度的套筒和支承與曲軸中心線不同心，亦可引起鉚釘?shù)倪^(guò)度。提高鉚釘硬度的套筒和支承圈是提高耐磨性的結(jié)構(gòu)措施，采用10鋼材材料、HRc40-50。
2.4 本章小結(jié)
本章系統(tǒng)介紹了膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)，并講述了離合器各零件的結(jié)構(gòu)和材料，以及各部分的連接關(guān)系，為下章離合器的計(jì)算打下基礎(chǔ)。
第3章 離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明
3.1 離合器設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù)
表3.1 離合器原始數(shù)據(jù)
汽車的驅(qū)動(dòng)形式
4×2
汽車最大加載質(zhì)量
2000 kg
汽車的質(zhì)量
4325 kg
發(fā)動(dòng)機(jī)位置
前置
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率
75KW
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速
4500r/min
發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩
≥170N.m
離合器形式
機(jī)械、干式、單片、膜片彈簧（壓式）
操縱形式
液壓人力操縱
摩擦片最大外徑
f=225mm
踏板行程
mm
i0=6.17 ig1=5.913 ig2=2.659 ig3=1.775 ig4=1.000
汽車最大時(shí)速
≥110 km/h
3.2 摩擦片主要參數(shù)的選擇
采用單片摩擦離合器是利用摩擦來(lái)傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的，為保證可靠度，離合器靜摩擦力矩應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩
摩擦片的靜壓力：
（3.1）
（
式中：離合器后備系數(shù)（）
發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩可由式: （3.2）求得
式中： Kw,r/min。α在1.1～1.3之間 ，取α=1.16，則N.m
（1）后備系數(shù)β是離合器的重要參數(shù)，反映離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的可靠程度，選擇β時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：a. 摩擦片在使用中有一定磨損后，離合器還能確保傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩；b. 防止離合器本身滑磨程度過(guò)大；c. 要求能夠防止傳動(dòng)系過(guò)載。通常轎車和輕型貨車β=1.2～1.75。結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)際情況，故選擇β=1.5。
則有β可有表3.2查得 β＝1.5。
表3.2 離合器后備系數(shù)的取值范圍
車型
后備系數(shù)β
乘用車及最大總質(zhì)量小于6t的商用車
1.20～1.75
最大總質(zhì)量為6～14t的商用車
1.50～2.25
掛車
1.80～4.00
摩擦片的外徑可有式: （3.3） 求得
為直徑系數(shù)，取值見表3.3 取 得D=221.11mm。
表3.3 直徑系數(shù)的取值范圍
車型
直徑系數(shù)
乘用車
14.6
最大總質(zhì)量為1.8～14.0t的商用車
16.0～18.5(單片離合器)
13.5～15.0(雙片離合器)
最大總質(zhì)量大于14.0t的商用車
22.5～24.0
摩擦片的尺寸已系列化和標(biāo)準(zhǔn)化,標(biāo)準(zhǔn)如下表(部分):
表3.4 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)
外徑D\mm
160
180
200
225
250
280
300
325
內(nèi)徑d\mm
110
125
140
150
155
165
175
190
厚度/mm
3.2
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
0.687
0.694
0.700
0.667
0.620
0.589
0.583
0.585
0.676
0.667
0.657
0.703
0.762
0.796
0.802
0.800
單面面積cm2
106
132
160
221
302
402
466
546
摩擦片的摩擦因數(shù)取決于摩擦片所用的材料及基工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素。可由表3.5查得：
摩擦面數(shù)Z為離合器從動(dòng)盤數(shù)的兩倍，決定于離合器所需傳遞轉(zhuǎn)矩的大小及其結(jié)構(gòu)尺寸。本題目設(shè)計(jì)單片離合器，因此Z=2。離合器間隙Δt是指離合器處于正常接合狀態(tài)、分離套筒被回位彈簧拉到后極限位置時(shí)，為保證摩擦片正常磨損過(guò)程中離合
器仍能完全接合，在分離軸承和分離杠桿內(nèi)端之間留有的間隙。該間隙Δt一般為3～4mm。取Δt=4mm。
表3.5 摩擦材料的摩擦因數(shù)的取值范圍
摩擦材料
摩擦因數(shù)
石棉基材料
模壓
0.20～0.25
編織
0.25～0.35
粉末冶金材料
銅基
0.25～0.35
鐵基
0.30～0.50
金屬陶瓷材料
0.4
離合器的靜摩擦力矩為： （3.4）
與式（3.1）聯(lián)立得：
（3.5） 代入數(shù)據(jù)得：?jiǎn)挝粔毫Pa。
表3.6 摩擦片單位壓力的取值范圍
摩擦片材料
單位壓力/MPa
石棉基材料
模壓
0.15~0.25
編織
0.25~0.35
粉末冶金材料
模壓
0.35~0.50
編織
金屬陶瓷材料
0.70~1.50
3.3 摩擦片基本參數(shù)的優(yōu)化
（1）摩擦片外徑D（mm）的選取應(yīng)使最大圓周速度不超過(guò)65～70m/s，即
m/sm/s （3.6）
式中，為摩擦片最大圓周速度（m/s）；為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速(r/min)。
（2）摩擦片的內(nèi)、外徑比應(yīng)在0.53～0.70范圍內(nèi)，即
（3）為了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，不同車型的β值應(yīng)在一定范圍內(nèi)，最大范圍為1.2～4.0。
（4）為了保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝，摩擦片內(nèi)徑d必須大于減振器振器彈簧位置直徑約50mm，即
mm
（5）為反映離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩并保護(hù)過(guò)載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于其許用值，即
（3.7）式中，為單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩(N.m/mm2)，可按表3.6選取
經(jīng)檢查,合格。
表3.7 單位摩擦面積傳遞轉(zhuǎn)矩的許用值
離合器規(guī)格
0．28
0．30
0．35
0．40
（6）為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，對(duì)于不同車型，單位壓力的最大范圍為0.11～1.50MPa,即
MPaMPaMPa
（7）為了減少汽車起步過(guò)程中離合器的滑磨，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摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其許用值,即
（3.8）
式中,為單位摩擦面積滑磨(J/mm2)；為其許用值(J/mm2)，對(duì)于乘用車：J/mm2，對(duì)于最大總質(zhì)量小于6.0t的商用車：J/mm2，對(duì)于最大總質(zhì)量大于6.0t商用車：J/mm2：W為汽車起步時(shí)離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功（J），可根據(jù)下式計(jì)算
（3.9）
式中，為汽車總質(zhì)量(Kg)；為輪胎滾動(dòng)半徑（m）；為汽車起步時(shí)所用變速器擋位的傳動(dòng)比；為主減速器傳動(dòng)比；為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min，計(jì)算時(shí)乘用車取r/min，商用車取r/min。其中： m Kg代入式（3.9）得J，代入式（3.8）得，合格。
（8）離合器接合的溫升
式中,t為壓盤溫升,不超過(guò)°C；c為壓盤的比熱容，J/(Kg·°C)；γ為傳到壓盤的熱量所占的比例，對(duì)單片離合器壓盤；，為壓盤的質(zhì)量Kg
代入，°C，合格。
3.4 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇
1. 比較H/h的選擇
此值對(duì)膜片彈簧的彈性特性影響極大，分析式（3.10）中載荷與變形1之間的函數(shù)關(guān)系可知，當(dāng)時(shí)，F(xiàn)2為增函數(shù)；時(shí)，F(xiàn)1有一極值，而該極值點(diǎn)又恰為拐點(diǎn)；時(shí)，F(xiàn)1有一極大值和極小值；當(dāng)時(shí)，F(xiàn)1極小值在橫坐標(biāo)上，見圖3.1。
1- 2- 3-
4- 5-
圖3.1 膜片彈簧的彈性特性曲線
為保證離合器壓緊力變化不大和操縱方便，汽車離合器用膜片彈簧的H/h通常在1.5～2范圍內(nèi)選取。常用的膜片彈簧板厚為2～4mm，本設(shè)計(jì) ，h=3mm ，則H=6mm 。
2. R/r選擇
通過(guò)分析表明，R/r越小，應(yīng)力越高，彈簧越硬，彈性曲線受直徑誤差影響越大。汽車離合器膜片彈簧根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求，R/r常在1.2～1.3 的范圍內(nèi)取值。本設(shè)計(jì)中取，摩擦片的平均半徑mm， 取mm則mm取整mm 則。
3.圓錐底角
汽車膜片彈簧在自由狀態(tài)時(shí)，圓錐底角α一般在°范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)中 得°在°之間，合格。分離指數(shù)常取為18，大尺寸膜片彈簧有取24的，對(duì)于小尺寸膜片彈簧，也有取12的，本設(shè)計(jì)所取分離指數(shù)為18。
4.切槽寬度
mm，mm，取mm，mm，應(yīng)滿足的要求。
5. 壓盤加載點(diǎn)半徑和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑的確定
應(yīng)略大于且盡量接近r，應(yīng)略小于R且盡量接近R。本設(shè)計(jì)取mm，mm。膜片彈簧應(yīng)用優(yōu)質(zhì)高精度鋼板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。國(guó)內(nèi)常用的碟簧材料的為60SizMnA，當(dāng)量應(yīng)力可取為1600～1700N/mm2。
6. 公差與精度
離合器蓋的膜片彈簧支承處，要具有大的剛度和高的尺寸精度，壓力盤高度（從承壓點(diǎn)到摩擦面的距離）公差要小，支承環(huán)和支承鉚釘安裝尺寸精度要高，耐磨性要好。
3.5 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)
（1）為了滿足離合器使用性能的要求，彈簧的與初始錐角應(yīng)在一定范圍內(nèi)，即
（2）彈簧各部分有關(guān)尺寸的比值應(yīng)符合一定的范圍，即
（3）為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，推式膜片彈簧的壓盤加載點(diǎn)半徑（或拉式膜片彈簧的壓盤加載點(diǎn)半徑）應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，即
推式：
拉式：
（4）根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求，與，與之差應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即
（5）膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用，，因此杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即
推式：
拉式：
由（4）和（5）得mm，mm。
3.6膜片彈簧的載荷與變形關(guān)系
碟形彈簧的形狀如以錐型墊片，見圖3.2，它具有獨(dú)特的彈性特征，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)中。膜片彈簧是具有特殊結(jié)構(gòu)的碟形彈簧，在碟簧的小端伸出許多由徑向槽隔開的掛狀部分——分離指。膜片彈簧的彈性特性與尺寸如其碟簧部分的碟形彈簧完全相同（當(dāng)加載點(diǎn)相同時(shí)）。因此，碟形彈簧有關(guān)設(shè)計(jì)公式對(duì)膜片彈簧也適用。通過(guò)支承環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的沿圓周分布的載荷，假象集中在支承點(diǎn)處，用F1表示，加載點(diǎn)間的相對(duì)變形（軸向）為λ1，則壓緊力F1與變形λ1之間的關(guān)系式為:
（3.10）
式中： E——彈性模量，對(duì)于鋼，
μ——泊松比，對(duì)于鋼，μ=0.3
H——膜片彈簧在自由狀態(tài)時(shí)，其碟簧部分的內(nèi)錐高度
h——彈簧鋼板厚度
R——彈簧自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的大端半徑
r——彈簧自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的小端半徑
R1——壓盤加載點(diǎn)半徑
r1——支承環(huán)加載點(diǎn)半徑
圖3.2 膜片彈簧的尺寸簡(jiǎn)圖
表3.8 膜片彈簧彈性特性所用到的系數(shù)
R
r
R1
r1
H
h
118
94
116
96
6
3
代入（3.10）得
（3.11）
對(duì)（3.11）式求一次導(dǎo)數(shù)，可解出λ1=F1的凹凸點(diǎn)，求二次導(dǎo)數(shù)可得拐點(diǎn)。
凸點(diǎn)：mm時(shí)，N
凹點(diǎn)：mm時(shí)，N
拐點(diǎn)：mm時(shí)，N
2、當(dāng)離合器分離時(shí)，膜片彈簧加載點(diǎn)發(fā)生變化。設(shè)分離軸承對(duì)膜片彈簧指所加的載荷為F2，對(duì)應(yīng)此載荷作用點(diǎn)的變形為λ2。由
（3.12）
（3.13）
列出表3.8:
表3.9 膜片彈簧工作點(diǎn)的數(shù)據(jù)
2.96
7.04
5
9.18
2.182
15.5
11796.93
6748.98
9273
3775.02
2159.67
2967.36
膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇。從膜片彈簧的彈性特性曲線圖分析出，該曲線的拐點(diǎn)H對(duì)應(yīng)著膜片彈簧壓平位置，而。新離合器在接合狀態(tài)時(shí)，膜片彈簧工作點(diǎn)B一般取在凸點(diǎn)M和拐點(diǎn)H之間，且靠近或在H點(diǎn)處，一般,以保證摩擦片在最大磨損限度Δλ范圍內(nèi)壓緊力從F1B到F1A變化不大。當(dāng)分離時(shí)，膜片彈簧工作點(diǎn)從B變到C ，為最大限度地減小踏板力，C點(diǎn)應(yīng)盡量靠近N點(diǎn)。為了保證摩擦片磨損后仍能可靠的傳遞傳矩，并考慮摩擦因數(shù)的下降，摩擦片磨損后彈簧工作壓緊力應(yīng)大于或等于新摩擦片時(shí)的壓緊力，見圖3.3。3.7膜片彈簧的應(yīng)力計(jì)算
假定膜片彈簧在承載過(guò)程中其子午斷面剛性地繞此斷面上的某中性點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)（圖3.4）。斷面在O點(diǎn)沿圓周方向的切向應(yīng)變?yōu)榱?，故該點(diǎn)的切向應(yīng)力為零，O點(diǎn)以外的點(diǎn)均存在切向應(yīng)變和切向應(yīng)力?，F(xiàn)選定坐標(biāo)于子午斷面，使坐標(biāo)原點(diǎn)位于中性點(diǎn)O。令X軸平行于子午斷面的上下邊，其方向如上圖所示，則斷面上任意點(diǎn)的切向應(yīng)力為：
（3.14）
圖3.3 膜片彈簧工作點(diǎn)位置
式中 φ——碟簧部分子午斷面的轉(zhuǎn)角（從自由狀態(tài)算起）
α——碟簧部分子有狀態(tài)時(shí)的圓錐底角
e ——碟簧部分子午斷面內(nèi)中性點(diǎn)的半徑
e=（R-r）/In(R/r) （3.15）為了分析斷面中斷向應(yīng)力的分布規(guī)律，將（3.14）式寫成Y與X軸的關(guān)系式：
（3.16）
圖3.4 切向應(yīng)力在子午斷面的分布
由上式可知，當(dāng)膜片彈簧變形位置φ一定時(shí)，一定的切向應(yīng)力αt在X-Y坐標(biāo)系里呈線性分布。
當(dāng)時(shí)，因?yàn)榈闹岛苄?，我們可以將看成，由上式可寫成。此式表明，?duì)于一定的零應(yīng)力分布在中性點(diǎn)O而與X軸承角的直線上。從式（3.16）可以看出當(dāng)時(shí)無(wú)論取任何值，都有。顯然，零應(yīng)力直線為K點(diǎn)與O點(diǎn)的連線，在零應(yīng)力直線內(nèi)側(cè)為壓應(yīng)力區(qū)，外側(cè)位拉應(yīng)力區(qū)，等應(yīng)力直線離應(yīng)力直線越遠(yuǎn)，其應(yīng)力越高。由此可知，碟簧部分內(nèi)緣點(diǎn)B處切向壓應(yīng)力最大，A處切向拉應(yīng)力最大，分析表明，B點(diǎn)的切向應(yīng)力最大，計(jì)算膜片彈簧的應(yīng)力只需校核B處應(yīng)力就可以了，將B點(diǎn)的坐標(biāo)X=（e-r）和Y=h/2 代入（3.17）式有：
（3.17）
令可以求出切向壓應(yīng)力達(dá)極大值的轉(zhuǎn)角
由于： mm
所以： ，N/mm2
B點(diǎn)作為分離指根部的一點(diǎn)，在分離軸承推力F2作用下還受有彎曲應(yīng)力：
（3.18）
式中 n——分離指數(shù)目 n=18
br——單個(gè)分離指的根部寬
mm
因此： N/mm2
由于σrB是與切向壓應(yīng)力σtB垂直的拉應(yīng)力，所以根據(jù)最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論，B點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力為：
N/mm2
N/mm2
膜片彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力一般都稍高于材料的局限，為提高膜片彈簧的承載能力，一般要經(jīng)過(guò)以下工藝：先對(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，得到具有較高抗疲勞能力的回火索氏體，對(duì)膜片彈簧進(jìn)行強(qiáng)壓處理（將彈簧壓平并保持12～14h），使其高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應(yīng)力，對(duì)膜片彈簧的凹表面進(jìn)行噴丸處理，提高彈簧疲勞壽命，對(duì)分離指進(jìn)行局部高頻淬火或鍍鋁，以提高其耐磨性。
故膜片彈簧和當(dāng)量應(yīng)力不超出允許應(yīng)力范圍，所以用設(shè)數(shù)據(jù)合適。
3.8 扭轉(zhuǎn)減振器設(shè)計(jì)
減震器極轉(zhuǎn)矩 N·m
摩擦轉(zhuǎn)矩 N·m
預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 N·m
極限轉(zhuǎn)角 °
扭轉(zhuǎn)角剛度 N·m/rad
詳細(xì)見圖3.5。
3.9 減振彈簧的設(shè)計(jì)
1．減振彈簧的安裝位置
，
結(jié)合mm，得取49mm，則。
2．全部減振彈簧總的工作負(fù)荷
N
3．單個(gè)減振彈簧的工作負(fù)荷
N
式中Z為減振彈簧的個(gè)數(shù)，按表3.9選擇：
取Z=6
表3.10 減振彈簧個(gè)數(shù)的選取
摩擦片的外徑D/mm
225～250
250～325
325～350
〉350
Z
4～6
6～8
8～10
〉10
圖3.5 扭轉(zhuǎn)減振器
4．減振彈簧尺寸
（1）選擇材料，計(jì)算許用應(yīng)力
根據(jù)《機(jī)械原理與設(shè)計(jì)》(機(jī)械工業(yè)出版社)采用65Mn彈簧鋼絲， 設(shè)彈簧絲直徑mm,MPa,MPa。
（2）選擇旋繞比，計(jì)算曲度系數(shù)
根據(jù)下表選擇旋繞比
表3.11 旋繞比的薦用范圍
d/mm
C
確定旋繞比，曲度系數(shù)
（3）強(qiáng)度計(jì)算
mm，與原來(lái)的d接近，合格。
中徑 mm；外徑 mm
（4）極限轉(zhuǎn)角°取 °，則mm
（5）剛度計(jì)算
彈簧剛度 mm
其中，為最小工作力，
彈簧的切變模量MPa，則彈簧的工作圈數(shù)
取，總?cè)?shù)為
（6）彈簧的最小高度
mm
（7）減振彈簧的總變形量
mm
（8）減振彈簧的自由高度
mm
（9）減振彈簧預(yù)緊變形量
mm
（10）減振彈簧的安裝高度
mm
（11）定位鉚釘?shù)陌惭b位置
取mm，則°，mm，mm，，合格。
3.10 操縱機(jī)構(gòu)
汽車離合器操縱機(jī)構(gòu)是駕駛員用來(lái)控制離合器分離又使之柔和接合的一套機(jī)構(gòu)。它始于離合器踏板，終止于離合器殼內(nèi)的分離軸承。由于離合器使用頻繁，因此離合器操縱機(jī)構(gòu)首先要求操作輕便。輕便性包括兩個(gè)方面，一是加在離合器踏板上的力不應(yīng)過(guò)大，另一方面是應(yīng)有踏板形成的校正機(jī)構(gòu)。離合器操縱機(jī)構(gòu)按分離時(shí)所需的能源不同可分為機(jī)械式、液壓式、彈簧助力式、氣壓助力機(jī)械式、氣壓助力液壓式等等。
離合器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足的要求是[3]：
（1）踏板力要小，轎車一般在80～150N范圍內(nèi)，貨車不大于150～200N；
（2）踏板行程對(duì)轎車一般在mm范圍內(nèi)，對(duì)貨車最大不超過(guò)180mm；
（3）踏板行程應(yīng)能調(diào)整，以保證摩擦片磨損后分離軸承的自由行程可復(fù)原；
（4）應(yīng)有對(duì)踏板行程進(jìn)行限位的裝置，以防止操縱機(jī)構(gòu)因受力過(guò)大而損壞；
（5）應(yīng)具有足夠的剛度；
（6）傳動(dòng)效率要高；
（7）發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)及車架和駕駛室的變形不會(huì)影響其正常工作。
機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)有杠系傳動(dòng)和繩索系兩種傳動(dòng)形式，杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，但是機(jī)械效率低，質(zhì)量大，車架和駕駛室的形變可影響其正常工作，遠(yuǎn)距離操縱桿系，布置困難，而繩索傳動(dòng)可消除上述缺點(diǎn)，但壽命短，機(jī)構(gòu)效率不高。
本次設(shè)計(jì)的普通輪型離合器操縱機(jī)構(gòu)，采用液壓式操縱機(jī)構(gòu)。液壓操縱機(jī)構(gòu)有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）液壓式操縱，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率高，質(zhì)量小，布置方便；便于采用吊掛踏板，從而容易密封，不會(huì)因駕駛室和車架的變形及發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉；
（2）可使離合器接合柔和，可以降低因猛踩踏板而在傳動(dòng)系產(chǎn)生的動(dòng)載荷，正由于液壓式操縱有以上的優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)用日益廣泛，離合器液壓操縱機(jī)構(gòu)由主缸、工作缸、管路系統(tǒng)等部分組成。
mm，mm，mm，mm
mm，mm，mm，mm
3.10.1 離合器踏板行程計(jì)算
踏板行程由自由行程和工作行程組成：
（3.19）
式中，為分離軸承的自由行程，一般為mm，取mm；反映到踏板上的自由行程一般為mm；、分別為主缸和工作缸的直徑；Z為摩擦片面數(shù)；為離合器分離時(shí)對(duì)偶摩擦面間的間隙，單片：mm，取mm；、、、、、為杠桿尺寸。
得：mm，mm，合格。
圖3.6 液壓操縱機(jī)構(gòu)示意圖
3.10.2踏板力的計(jì)算
踏板力為
?。?.20）
式中，為離合器分離時(shí)，壓緊彈簧對(duì)壓盤的總壓力；為操縱機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比，；為機(jī)械效率，液壓式：%，機(jī)械式：%；為克服回位彈簧1、2的拉力所需的踏板力，在初步設(shè)計(jì)時(shí)，可忽略之。N，，%；則
N
合格。
分離離合器所作的功為
式中，為離合器拉接合狀態(tài)下壓緊彈簧的總壓緊力，N，則
J
合格。
3.11從動(dòng)軸的計(jì)算
1．選材
40Cr調(diào)質(zhì)鋼可用于載荷較大而無(wú)很大沖擊的重要軸，初選40Cr調(diào)質(zhì) 。
2．確定軸的直徑
式中，A為由材料與受載情況決定的系數(shù)，見表3.11:
表3.12 軸常用幾種材料的及A值
軸的材料
Q235-A，20
Q275，35
（1Cr18Ni9Ti）
45
40Cr,35SiMn
38SiMnMo,3Cr13
15～25
20～35
25～45
35～56
A
149～126
135～112
126～103
112～97
取，n 為軸的轉(zhuǎn)速，r/min，則
mm，取mm。
3.12 從動(dòng)盤轂
從動(dòng)盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受由發(fā)動(dòng)機(jī)傳來(lái)的全部轉(zhuǎn)矩。它一般采用齒側(cè)對(duì)中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(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩由表3.12選?。?
一般取1.0～1.4倍的花鍵軸直徑。從動(dòng)盤轂一般采用碳鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，表面和心部硬度一般26～32HRC。為提高花鍵內(nèi)孔表面硬度和耐磨性，可采用鍍鉻工藝；對(duì)減振彈簧窗口及與從動(dòng)片配合處，應(yīng)進(jìn)行高頻處理。取，mm，mm，mm，mm，MPa。
驗(yàn)證：擠壓應(yīng)力的計(jì)算公式為：
式中，P為花鍵的齒側(cè)面壓力，它由下式確定：
從動(dòng)盤轂軸向長(zhǎng)度不宜過(guò)小，以免在花鍵軸上滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生偏斜而使分離不徹底，
，分別為花鍵的內(nèi)外徑；
Z為從動(dòng)盤轂的數(shù)目；取Z=1
h為花鍵齒工作高度；
得N，MPaMPa，合格。
表3.13 花健的的選取
摩擦片的外徑
/mm
/N.m
花健尺寸
擠壓應(yīng)力
/MPa
齒數(shù)
n
外徑
/mm
內(nèi)徑
/mm
齒厚
/mm
有效齒長(zhǎng)
/mm
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
3.13 分離軸承的壽命計(jì)算
分離軸承的參數(shù)
表3.14 分離軸承參數(shù)表
型號(hào)
Cr
ε
n
7014C
48.2KN
1.2
3
4500r/min
則由下式：
得：
h
3.14 本章小結(jié)
本章講述了離合器的計(jì)算，包括摩擦片主要參數(shù)的選擇與優(yōu)化、膜片彈簧主要參數(shù)的選擇與優(yōu)化、通過(guò)膜片彈簧載荷與變形的關(guān)系計(jì)算離合器的壓緊力與膜片彈簧的應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)減振器與減振彈簧的計(jì)算、操縱機(jī)構(gòu)與輸出軸的計(jì)算、選取從動(dòng)盤轂，最后計(jì)算分離軸承的壽命。本章所用原始數(shù)據(jù)為CA1040貨車的數(shù)據(jù)。
結(jié) 論
通過(guò)以上對(duì)膜片彈簧離合器及液壓操縱機(jī)構(gòu)的工作原理的闡述及各構(gòu)件的計(jì)算說(shuō)明，可以看出離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要從選材，尺寸約束，傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，駕駛員操作等各方面的綜合考慮。
計(jì)算方面：離合器的主要參數(shù)β，P0,D,d，結(jié)果按照基本公式運(yùn)算得出并通過(guò)約束條件，檢驗(yàn)合格。操縱機(jī)構(gòu)自由行程符合規(guī)格，總行程131mm<180mm符合標(biāo)準(zhǔn)條件，在此前提下同時(shí)也保證了機(jī)件具有足夠的剛度，在有外部壓力的情況下不會(huì)輕易變形。設(shè)計(jì)所得尺寸既符合工作機(jī)理的需求又滿足安裝的要求。
選材方面：摩擦片選用石棉基材料，保證其有足夠的強(qiáng)度和耐磨性、熱穩(wěn)定性、磨合性，不會(huì)發(fā)生粘著現(xiàn)象。扭轉(zhuǎn)減振器中的扭轉(zhuǎn)彈簧選用65Si2MnA，其中所含硅成分提高了機(jī)件的彈性，所含錳，加強(qiáng)了耐高溫性；設(shè)計(jì)后的離合器順利通過(guò)溫升校核，目的是防止摩擦元件過(guò)快地磨損和溫度過(guò)高。
綜上所述，本次設(shè)計(jì)遵從了：（1）分離徹底；（2）接合柔和；（3）操縱輕便，工作特征穩(wěn)定；（4）從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，數(shù)據(jù)全部通過(guò)約束條件檢驗(yàn)，原件所使用的材料基本上符合耐磨，耐壓和耐高溫的要求，而且離合器尺寸合適，適宜安裝，能最高效率傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，完全符合計(jì)劃書及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。但是，我的設(shè)計(jì)中仍存在大量的錯(cuò)誤和缺點(diǎn)，如加工精度問(wèn)題等等。
對(duì)于我在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，希望廣大讀者和專家批評(píng)指正。
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致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成除了自己付出的汗水外，還有指導(dǎo)老師的辛勤教誨。在這里我要特別感謝趙強(qiáng)老師，謝謝他們?cè)诎倜χ袑?duì)我的指正和教導(dǎo)，也因此使我在設(shè)計(jì)后的學(xué)習(xí)與人生的道路上向著更高更深層次地方向前進(jìn)！
趙強(qiáng)老師知識(shí)淵博、平易近人經(jīng)常利用休息時(shí)間為我指導(dǎo)。我在畫圖方面基礎(chǔ)很差，趙老師仔細(xì)審閱我的CAD圖紙，指出一系列的問(wèn)題，使我的圖紙得到完善，再次向趙老師表示衷心的感謝。
齊曉杰老師和蘇清源老師為我指出許多關(guān)于CAD錯(cuò)誤。在此，向齊老師和蘇老師表示感謝。
方彬、李紹輝、許雨濤等同學(xué)以及同組的劉飛同學(xué)也給我許多幫助，在這里，一并感謝。
實(shí)驗(yàn)室免費(fèi)開放，為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供實(shí)物和模型。在此，向?qū)嶒?yàn)室老師表示感謝。
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