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1、前 言 隨著科技的飛速發(fā)展,特別是液壓技術(shù)、電子技術(shù)在汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,汽車傳動(dòng)系發(fā)生了巨大的變化。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)矩的能力和簡化操作,已成為離合器目前發(fā)展趨勢。 本文主要是對高級轎車的單片周布式彈簧離合器進(jìn)行設(shè)計(jì)主要依據(jù)國家有關(guān)離合器設(shè)計(jì)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。以及汽車行業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn)手冊中的標(biāo)準(zhǔn)等。根據(jù)車輛使用條件和車輛參數(shù),按照離合器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和要求,主要進(jìn)行了以下工作：1〕相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇：摩擦片外經(jīng)D的確定,離合器后備系數(shù)的確定,單位壓力

2、p的確定。2〕總成設(shè)計(jì)：分離裝置的設(shè)計(jì),從動(dòng)盤的設(shè)計(jì)〔從動(dòng)盤轂的設(shè)計(jì)〕和圓柱螺旋彈簧設(shè)計(jì)等。 目 錄 摘要I ABSTRACTII 第1章緒論1 第2章設(shè)計(jì)任務(wù)及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)3 2.1 任務(wù)來源及設(shè)計(jì)依據(jù)3 2.2 設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)要求3 2.3課題容及要求3 第3章摩擦式離合器的結(jié)構(gòu)型式及工作特性5 3.1摩擦式離合器的結(jié)構(gòu)型式5 3.1.1周布彈簧離合器7 第5章離合器零件的結(jié)構(gòu)選擇型及設(shè)計(jì)計(jì)算22 5.1從動(dòng)盤總成22 5.1.1從動(dòng)盤結(jié)構(gòu)22 5.1.2從動(dòng)盤總成設(shè)計(jì)22 5.1.3從動(dòng)盤摩擦材料24 5.2壓盤和離合器蓋25 5.2.1壓盤設(shè)計(jì)25

3、 5.2.2離合器蓋設(shè)計(jì)26 5.3離合器的分離裝置設(shè)計(jì)27 5.3.1分離桿設(shè)計(jì)27 5.3.2分離軸承及分離套筒28 5.4圓柱螺旋彈簧設(shè)計(jì)29 5.4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)29 5.4.2彈簧的材料及許用應(yīng)力29 5.4.3 彈簧的計(jì)算30 第6章扭轉(zhuǎn)減振器簡單設(shè)計(jì)22 6.1扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)簡單介紹29 6.2減振器彈簧設(shè)計(jì)29 第7章操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)22 7.1操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求29 7.2操縱機(jī)構(gòu)的類型29 7.3機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)的主參數(shù)29 第8章結(jié)論與展望30 致　32 參考文獻(xiàn)33 附錄34 45 / 51 摘

4、 要 汽車離合器位于發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間的飛輪殼,用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平面上,離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。在汽車行駛過程中,駕駛員可根據(jù)需要踩下或松開離合器踏板,使發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱暫時(shí)分離和逐漸結(jié)合,以切斷或傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)向變速器輸入的動(dòng)力。其功用為：〔1〕使汽車平穩(wěn)起步；〔2〕中斷給傳動(dòng)系的動(dòng)力,配合換擋；〔3〕防止傳動(dòng)系過載。 本文主要是對高級轎車的單片周布式彈簧離合器進(jìn)行設(shè)計(jì),根據(jù)車輛使用條件和車輛參數(shù),按照離合器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和要求,主要進(jìn)行了以下工作：選擇相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)主要為：摩擦片外徑D的確定,離合器后備系數(shù)β的確定,單位壓力P的確定。并進(jìn)行了總成設(shè)計(jì)主要為：分離裝置的

5、設(shè)計(jì),從動(dòng)盤的設(shè)計(jì)〔從動(dòng)盤轂的設(shè)計(jì)〕和圓柱螺旋彈簧的設(shè)計(jì)等。 關(guān)鍵詞：飛輪,離合器,設(shè)計(jì) ABSTRACT Automobile Clutch in the engine and gearbox between the flywheel shellwith screw will be fixed in the clutch assembly after the plane of the flywheel,clutch gearbox output shaft is the input shaft.In the process of moving vehicle,the driver

6、may need Pedal or release the clutch pedal so that the engine and gearbox temporary separation and progressive jointto cut off the engine or transmission to the transmission input power.Its function as:<1> the car a smooth start; <2> to interrupt the transmission of power to meet the shift; <3> to p

7、revent transmission of the overload. This paper is the single-car high-level cloth-spring clutch design, According to traffic conditions and vehicle parametersin accordance with the clutch system of stepsand requirement,mainly for the following works:Select the design for the main parameters: the d

8、etermination of friction-diameter D,the determining factor clutch reserveβ,the pressure on the units identified P.And the design of the main assembly:the separation device design,set design and follower and cylindrical coil spring design. Keywords:Flywheel, Clutch, design

9、 第1章 緒 論 離合器位于發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)件根本無法分離的自鎖現(xiàn)象。 現(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,

10、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,能經(jīng)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達(dá)到較大的輸出轉(zhuǎn)矩,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。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(dòng)盤金屬片上是沒有摩擦面片的,摩擦面

11、片是貼附在主動(dòng)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?dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)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,已能做到接合盤時(shí)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(dòng)盤,提高了離合器原有基

12、礎(chǔ)上得到不斷改進(jìn),客用車上越來越多地采用具有雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減振器,能更好地降低傳動(dòng)系的噪聲。 對于重型離合器,由于商用車趨于大型化,發(fā)動(dòng)機(jī)功率不斷加大,但離合器允許加大尺寸的空間有限,離合器的使用條件越來越嚴(yán)峻,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

13、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圍才能實(shí)現(xiàn)的,超過這一溫度圍將起負(fù)面效應(yīng)。目前此技術(shù)尚不夠完善。 離合器的主要功能是切斷和實(shí)現(xiàn)對傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞。其主要作用為[2]： （1） 汽車起步時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順地結(jié)合,確保汽車平穩(wěn)起步； （2） 在換擋時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系分離,減少變速器中換擋齒輪之間的沖擊； （3） 限制傳動(dòng)系所承受的最大轉(zhuǎn)矩,防止傳動(dòng)系各零件因過載而損壞； （4） 有效地降低傳動(dòng)系中的振動(dòng)和噪聲。 離合器的主動(dòng)部分和

14、從動(dòng)部分借接觸面間的摩擦作用,或是用液體作為傳動(dòng)介質(zhì)〔液力耦合器〕,或是利用磁力傳動(dòng)〔電磁離合器〕來傳遞轉(zhuǎn)矩,使兩者之間可以暫時(shí)分離,又可逐漸結(jié)合,在傳動(dòng)過程中又允許兩部分互相轉(zhuǎn)動(dòng)。 目前在汽車上廣泛采用的是用彈簧壓緊的摩擦離合器〔簡稱摩擦離合器〕。 摩擦離合器主要由主動(dòng)部分〔發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪、離合器蓋和壓盤〕、從動(dòng)部分〔從動(dòng)盤〕、壓緊機(jī)構(gòu)〔壓緊彈簧〕和操縱機(jī)構(gòu)〔分離叉、分離軸承、離合器踏板及傳動(dòng)部件等〕四部分組成。主、從動(dòng)部分和壓緊機(jī)構(gòu)是保證離合器處于結(jié)合狀態(tài)并能傳遞動(dòng)力的既不能結(jié)構(gòu),操縱機(jī)構(gòu)是使離合器主、從動(dòng)部分分離的裝置。由于離合器在汽車上的重要作用,因此其設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求[3]； 1

15、>在任何行駛條件下均能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩,并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲備。 2>接合時(shí)要平順柔和,以保證汽車起步時(shí)沒有抖動(dòng)和沖擊。 3>分離時(shí)要迅速、徹底。 4>離合器從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小,以減輕換擋時(shí)變速器齒輪間的沖擊,便于換擋 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高,延長其使用壽命。 6>應(yīng)使傳動(dòng)系避免扭轉(zhuǎn)共振,并具有吸收振動(dòng)、緩和沖擊和減小噪聲的能力。 7>操縱輕便、準(zhǔn)確,以減輕駕駛員的疲勞。 8>作用在從動(dòng)盤上的壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在使用過程中變化要盡可能小,以保證有穩(wěn)定的工作性能。 9>應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和良好的動(dòng)平衡,以

16、保證其工作可靠、壽命長。 10>結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、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 設(shè)計(jì)任務(wù)及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù) 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及依據(jù) 設(shè)計(jì)任務(wù)：根據(jù)交通大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)選題,選擇了高級轎車單片周布式彈簧離合器設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)依據(jù)：國家有關(guān)離合器設(shè)計(jì)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn),以及汽車行業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn)手冊中的標(biāo)準(zhǔn)等。 2.2 設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)原則[3]： 〔1〕通過對離合器進(jìn)行設(shè)計(jì),以滿足動(dòng)力系統(tǒng)分離和結(jié)合的要求。 〔2〕產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),在滿足使用性能的前提下零件盡可能采用國先進(jìn)技術(shù)和成熟的產(chǎn)品,保證產(chǎn)品的通用化和系列化。 除此之外由于離合器的重要性

17、其設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足離合器的設(shè)計(jì)要求： 〔1>在任何行駛條件下均能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩,并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲備。 〔2>接合時(shí)要平順柔和,以保證汽車起步時(shí)沒有抖動(dòng)和沖擊。 〔3>分離時(shí)要迅速、徹底。 〔4>離合器從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小,以減輕換擋時(shí)變速器齒輪間的沖擊,便于換擋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高,延長其使用壽命。 〔6>應(yīng)使傳動(dòng)系避免扭轉(zhuǎn)共振,并具有吸收振動(dòng)、緩和沖擊和減小噪聲的能力。〔7>操縱輕便、準(zhǔn)確,以減輕駕駛員的疲勞。 〔8>作用在從動(dòng)盤上的壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在使用過程中變化要盡可能小,以保證有穩(wěn)定的

18、工作性能。 〔9>應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和良好的動(dòng)平衡,以保證其工作可靠、壽命長。 〔10>結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、緊湊、質(zhì)量小,制造工藝性好,拆裝、維修、調(diào)整方便等。 2.3設(shè)計(jì)的課題容及要求 已知參數(shù)： 汽車總質(zhì)量1210㎏,發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸扭矩220N·m/3000rpm,輪胎規(guī)格 6.70—13〔r=0.303m〕,一擋總減速比17.4. 設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)一單片周布式彈簧離合器,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行法案對比分析,進(jìn)行離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并進(jìn)行滑摩功,壓片彈簧,從動(dòng)盤花鍵轂強(qiáng)度進(jìn)行校核。 第3章 摩擦式離合器的結(jié)構(gòu)型式及工作原理 3.1摩擦式離合器的結(jié)構(gòu)型式 對于摩擦離合器,根據(jù)其所用從動(dòng)

19、盤的數(shù)目、壓緊彈簧的形式及其安裝方式以及操縱機(jī)構(gòu)形式的不同,其總體結(jié)構(gòu)也各不相同。 對轎車和輕、中型客車和貨車而言,發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩一般不是很大,在汽車總體布置尺寸容許的條件下,離合器常只設(shè)有一片從動(dòng)盤,其前后兩面都裝有摩擦片,因而具有兩個(gè)摩擦表面,這種離合器稱為單盤離合器,如圖3.1所示,其結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)整方便,軸向尺寸小,分離徹底,從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,散熱性能好,如果用有軸向彈性的從動(dòng)盤時(shí)結(jié)合也比較平順。目前在一些發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩不大于1000N·m的大型客車和重型貨車上也有應(yīng)用,圖3.2,3.3為其組成和工作原理。 圖3.1 1—離合器殼底蓋 2—飛輪 3—摩擦片鉚釘 4—從動(dòng)

20、片 5—摩擦片 6—減震器盤 7—減震器彈簧 8—減震器阻尼片 9—阻尼片鉚釘 10—從動(dòng)盤轂 11—變速器第一軸〔離合器從動(dòng)軸〕 12—阻尼彈簧鉚釘 13—減震器阻尼彈簧 14—從動(dòng)盤鉚釘 15—從動(dòng)盤鉚釘隔套 16—壓盤 17—離合器蓋定位銷 18—離合器殼〔飛輪殼〕 19—離合器蓋 20—分離杠桿支承柱 21—擺動(dòng)支片22—浮動(dòng)銷 23—分離杠桿體調(diào)整螺母 24—分離杠桿彈簧 25—分離杠桿 26—分離軸承 27—分離套筒回位彈簧 28—分離套筒 29—變速器第一軸承蓋 30—分離叉 31—壓緊彈簧 32—傳動(dòng)片鉚釘 33—傳動(dòng)片 圖3.2 摩擦片式離合器的結(jié)構(gòu)組成[4]

21、〔1〕 圖3.3 摩擦片式離合器的工作原理〔2〕 為了使汽車能平穩(wěn)起步,離合器應(yīng)能柔和結(jié)合,這就需要從動(dòng)盤在軸向具有一定彈性。為此,往往在從動(dòng)盤本體圓周部分,沿徑向和周向切槽。再將分割形成的扇形部分沿周向翹曲成波浪形,兩側(cè)的兩片摩擦片分別與其對應(yīng)的凸起部分相鉚接,這樣從動(dòng)盤被壓縮時(shí),壓緊力隨翹曲的扇形部分被壓平而逐漸增大,從而達(dá)到結(jié)合柔和的效果。由上面我們知道摩擦離合器按壓緊彈簧形式的不同可以分為周布彈簧離合器、中央彈簧離合器和膜片彈簧離合器,按從動(dòng)片數(shù)目不同可以分為單盤摩擦離合器、雙盤摩擦離合器。從動(dòng)片數(shù)目、壓緊彈簧的形式及安裝位置,以及操縱機(jī)構(gòu)形式的不同,其總體構(gòu)造也有差異。摩擦

22、離合器所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩的數(shù)值取決于摩擦面間的壓緊力和摩擦系數(shù),以及摩擦面的數(shù)目和尺寸。 3.1.1周布彈簧離合器 單片周布彈簧式離合器的構(gòu)造如圖3.1所示。離合器的主動(dòng)部分、從動(dòng)部分和壓緊機(jī)構(gòu)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)后部的離合器殼,而操縱機(jī)構(gòu)的各個(gè)部分分別位于離合器殼部、外部和駕駛室中。 1 主動(dòng)部分 離合器蓋是用低碳鋼沖壓成的,為了保證離合器與飛輪同心,離合器蓋通過定位銷地更為,固定按裝在飛輪上。為了散熱,離合器蓋的側(cè)面制有通風(fēng)口,當(dāng)離合器旋轉(zhuǎn)時(shí),就由此抽出,以加強(qiáng)通風(fēng)。壓盤的平面和飛輪的平面一起組成了主動(dòng)件的摩擦面,平面要平整并經(jīng)磨光,壓盤承受很大的機(jī)械負(fù)荷,為防止使用中變形,常用強(qiáng)度和剛度

23、都較大且耐磨性和散熱性能都比較好的高強(qiáng)度鑄鐵制成。 壓盤和離合器蓋之間是通過周向均勻布置的四組傳動(dòng)片來傳遞扭矩的。傳動(dòng)片用彈簧鋼片制成。每組鋼片,其一端用鉚釘鉚在離合器蓋上,另一端則用螺釘與壓盤相連接,在離合器分離或結(jié)合過程中,依靠彈簧片的彎曲變形,使壓盤前后移動(dòng)。正常工作時(shí),離合器蓋通過傳動(dòng)片拉動(dòng)壓盤旋轉(zhuǎn)。 2. 從動(dòng)部分 從動(dòng)部分的主要部件是從動(dòng)盤其結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。從動(dòng)盤的基本結(jié)構(gòu)是由兩片摩擦襯片和從動(dòng)鋼片、從動(dòng)盤轂組成,從動(dòng)盤鋼片通常是用薄彈簧鋼板制成,并與從動(dòng)盤轂鉚在一起,其上開有輻射狀的槽,可防止熱變形。摩擦襯片應(yīng)有較大的摩擦系數(shù)、良好的耐磨性和耐熱性,襯片和從動(dòng)鋼片之間一

24、般用銅或鋁鉚釘鉚合,也有的用樹脂粘接的。為了使離合器結(jié)合柔和、啟動(dòng)平穩(wěn),單片離合器從動(dòng)盤鋼片具有軸向彈性特性結(jié)構(gòu)。從動(dòng)盤鋼片與后襯片之間有六塊波浪形彈簧片就其軸向彈性的作用,鋼片輻射狀切槽之間的扇形面上有六個(gè)孔,其中兩孔與前襯片鉚接,彈簧片有兩孔與后襯片鉚接,最后扇形面中間的兩孔將鋼片和彈簧鉚接在一起。這樣,從動(dòng)盤在自由狀態(tài)時(shí),后襯片與鋼片之間有一定間隙。在離合器結(jié)合時(shí),彈性變形使壓緊力逐漸增加,產(chǎn)生軸向彈性,結(jié)合柔和。由于發(fā)動(dòng)機(jī)傳到汽車傳動(dòng)系的轉(zhuǎn)速和扭矩是周期地不斷變化的,這就使傳動(dòng)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng),另一方面由于汽車行駛在不平的道路上,使汽車傳動(dòng)系出現(xiàn)角速度的突然變化,也會(huì)引起上述扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。這些

25、都會(huì)對傳動(dòng)系零件造成沖擊性載荷,使其壽命縮短,甚至損壞零件。為了消除扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和避免共振,防止傳動(dòng)系過載,多數(shù)汽車在離合器從動(dòng)盤中裝有扭轉(zhuǎn)減震器。 圖3.4[5] 1— 前襯片 2—壓片 3—從動(dòng)盤鋼片 4—波浪形彈簧鋼片 5—從動(dòng)盤轂 6—后襯片 7—平衡片 帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤的組成如圖3.5所示 圖3.5 在離合器從動(dòng)盤組件中裝有扭轉(zhuǎn)減振器,其作用是緩和離合器結(jié)合瞬間的沖擊,并消除離合器工作過程中的周期性振動(dòng),保證傳動(dòng)件的平穩(wěn)工作。 從動(dòng)盤主要由從動(dòng)盤本體、摩擦片、從動(dòng)盤轂、減振

26、盤和減振阻尼片等部分組成。 從動(dòng)盤本體的外沿部分被切槽分成多個(gè)扇形,每個(gè)扇形制成翹曲的波浪形而菲平面。當(dāng)量份額摩擦片用鉚釘夾住從動(dòng)盤時(shí),具有一定的軸向間隙,這是的從動(dòng)盤結(jié)合時(shí)在軸向上具備一定的彈性和壓縮量,避免了壓緊力驟然上升帶來的沖擊。 從動(dòng)盤本體的中心部分開有六個(gè)方形窗口可以安放彈簧,在從動(dòng)盤轂和減振器盤上也開有相應(yīng)的窗口,用鉚釘將三者聯(lián)接形成安裝彈簧的空腔。從動(dòng)盤轂上還開有3個(gè)切口,允許連接從動(dòng)盤本體和減振器盤的鉚釘在開口中移動(dòng)。 這樣,從動(dòng)盤本體通過彈簧把力傳給了從動(dòng)盤轂和從動(dòng)軸,由于彈簧的壓縮,使從動(dòng)盤轂相對于從動(dòng)盤本體和減振器盤轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,消除了沖擊振動(dòng)。在三者之間還裝有振

27、動(dòng)阻尼片,可衰減振動(dòng)能量。 減振原理： 如圖3.6b所示,當(dāng)從動(dòng)盤受到扭矩的作用后,由摩擦襯片傳來的扭矩首先傳到鋼片和從動(dòng)盤,再經(jīng)彈簧傳給輪轂,這時(shí)彈簧被進(jìn)一步被壓縮如圖3.6c所示。因而,由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳來的扭轉(zhuǎn)及、振動(dòng)所產(chǎn)生的沖擊即被彈簧所緩和以及摩擦片所吸收,而不會(huì)傳到變速器以后總成部件上；同樣汽車行駛于不平路面上所引起傳動(dòng)系角速度的變化也不會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)。 圖3.6 有些汽車上采用剛度不等〔圈數(shù)不同〕的彈簧,并使安裝彈簧的窗孔長度尺寸不一,從而使彈簧起作用的時(shí)間吸納后不一而獲得變剛度的特性,可避免傳動(dòng)系的共振和降低傳動(dòng)系的噪聲。另外,也有采用橡膠彈性元件的。 離合器從動(dòng)盤在安

28、裝時(shí),應(yīng)具有方向性,以避免連接長度不足〔花鍵轂處〕、摩擦片懸空、頂分離軸承等現(xiàn)象。 3.壓緊機(jī)構(gòu) 沿壓盤周向?qū)ΨQ布置的螺旋彈簧將壓盤和從動(dòng)盤壓向飛輪,使離合器處于結(jié)合狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力一部分由飛輪經(jīng)摩擦作用直接傳到從動(dòng)盤上；另一部分由離合器蓋、傳動(dòng)片傳給壓盤,最后也通過摩擦片傳給從動(dòng)盤如圖3.7所示。 圖3.7 為了減小壓盤向彈簧傳熱引起退火,壓緊力降低,在壓盤的彈簧座處做成凸起的圓柱形肋柱,以減小接觸面積,或加隔熱墊。 4. 分離機(jī)構(gòu) 〔1〕分離叉：分離叉與其轉(zhuǎn)軸制成一體,軸的兩端靠襯套支承在離合器殼上。 〔2〕分離杠桿：采用了支點(diǎn)移動(dòng),重點(diǎn)擺動(dòng)的綜合式防干涉機(jī)構(gòu)。如圖3.

29、8所示： 圖3.8 綜合式防干涉分離杠桿及工作情況 從離合器的分離過程來看,若分離杠桿中間支承是固定鉸鏈,則其外端與壓盤鉸接處的運(yùn)動(dòng)軌跡將是一弧線,而壓盤上該點(diǎn)只能作軸向直線運(yùn)動(dòng),這就使分離杠桿產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉而不能正常運(yùn)動(dòng)。要防止這種干涉,在結(jié)構(gòu)上就得使支點(diǎn)或杠桿和壓盤連接點(diǎn)〔重點(diǎn)〕處能沿徑向移動(dòng)〔平移或擺動(dòng)〕。 由于離合器結(jié)合過程中存在著滑磨現(xiàn)象,從動(dòng)盤、壓盤和飛輪長期使用磨損后,壓盤會(huì)向前<飛輪方向>移動(dòng),分離杠桿端相應(yīng)地要向后移動(dòng),如果安裝時(shí)分離杠桿端與分離軸承間不留間隙,則磨損后,分離杠桿端將由于壓在分離軸承上而不能自由的后移,使外端牽制壓盤不能前移,從而不能壓緊從動(dòng)盤。這將造

30、成離合器打滑,不能保證傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩,摩擦副和分離軸承也會(huì)很快磨損和燒壞。因此在離合器踏板上,是踏板產(chǎn)生一個(gè)空行程,稱為踏板的自由行程。由于從動(dòng)盤有一定的彈性,飛輪、壓盤和從動(dòng)盤的接觸面積也會(huì)有一定的翹曲變形。要使離合器分離徹底,就必須使壓盤向后移動(dòng)充分的距離〔1—3㎜〕.這一距離通過一系列杠桿機(jī)構(gòu)放大,反映到踏板上就是踏板的有效行程。有效行程之和就是踏板的總行程。 5. 分離軸承 分離杠桿是隨離合器主動(dòng)部分一起繞其中心轉(zhuǎn)動(dòng)的,而分離套筒則沿其軸線移動(dòng),因此二者之間裝有分離軸承。分離軸承廣泛采用軸向或徑向推力軸承,其多為潤滑脂在軸承裝配之前一次加足的封閉式,及預(yù)潤滑軸承。 在小

31、尺寸的離合器上也采用結(jié)構(gòu)簡單的石墨滑動(dòng)軸承,為降低滑動(dòng)接觸面的單位壓力,減小磨損,在分離杠桿端用卡簧浮動(dòng)地安裝一個(gè)與之一起轉(zhuǎn)動(dòng)的分離環(huán),利用其環(huán)形平面與分離軸承接觸傳動(dòng)。 分離杠桿與分離軸承間有周向滑動(dòng),也有徑向滑動(dòng),當(dāng)二者在旋轉(zhuǎn)中不同心時(shí),徑向滑動(dòng)加劇。為了消除因不同心引起的磨損,離合器中廣泛采用自動(dòng)調(diào)心式分離軸承。 6. 離合器殼 離合器在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間,用離合器殼〔也稱飛輪殼〕連接起來。大多數(shù)離合器殼是單獨(dú)用鑄鐵或鋁合金制成的。前端面與氣缸體的后斷面間用定位套〔銷〕定位,并用螺栓緊固。變速器用螺栓緊固于離合器殼后端面,并用變速器第一軸的軸承該凸緣與離合器殼后孔定心。為了保證變速

32、器第一軸與曲軸的同軸度,離合器殼安裝在氣缸體上,使其后端應(yīng)與曲軸線同軸。 周布式彈簧離合器的壓緊彈簧采用圓柱螺旋彈簧,其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、容易制造,因此應(yīng)用較為廣泛。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速很高時(shí),由于螺旋彈簧是線性的,周置彈簧由于受離心力作用而向外彎曲,當(dāng)摩擦片磨損后,彈簧伸長,壓緊力下降,這對離合器可靠傳扭是很不利的,使離合器傳遞轉(zhuǎn)矩能力隨之降低。 3.1.2膜片彈簧離合器 膜片彈簧離合器與周布置彈簧離合器大致相同,但采用膜片彈簧作為壓緊彈簧,省略了分離杠桿。 推式操縱的拉式膜片彈簧離合器,其特點(diǎn)是膜片彈簧反裝〔即結(jié)合狀態(tài)下錐頂向前〕,離合器的支承環(huán)移到膜片彈簧的外端,分離離合器時(shí),須通過分

33、離套筒將膜片中央部分向后拉。這樣,支承結(jié)構(gòu)大為簡化,膜片彈簧的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也增大。它主要由主、從動(dòng)部分、操縱機(jī)構(gòu)組成。 1. 膜片彈簧 膜片彈簧用優(yōu)質(zhì)彈簧鋼板制成,形狀為碟形,其上開有若干個(gè)徑向切槽,切槽的端開通,外端為圓孔〔防止該處產(chǎn)生應(yīng)力集中,進(jìn)而產(chǎn)生裂紋〕,沒兩切槽之間鋼板形成一個(gè)彈性杠桿,它既是壓緊彈簧又是分離杠桿。 2. 壓緊裝置及工作原理〔圖3.9所示〕 圖3.9 壓緊裝置是由壓盤、離合器蓋、膜片彈簧、支承圈、支承固定鉚釘、分離鉤和從動(dòng)片組成。在通常情況下,上述各零件組成一個(gè)整體。在膜片彈簧中部的兩側(cè)有支承圈和用固定鉚釘夾持在離合器

34、蓋上,這兩個(gè)支承為膜片彈簧變形時(shí)的支點(diǎn)。在壓盤的周邊,對稱的固定有多個(gè)分離鉤,把彈簧的外邊緣和壓盤鉤在一起,膜片彈簧的外緣就壓在壓盤的換型臺上。 當(dāng)壓盤在沒有固定在飛輪之前,離合器與飛輪端面之間有一定的距離,此時(shí)膜片彈簧變形很小。 當(dāng)離合器蓋安裝螺栓緊固后,從動(dòng)盤和壓盤迫使膜片彈簧以右側(cè)支承圈為支點(diǎn)發(fā)生彈性變形,這樣,膜片彈簧的反彈力使其外緣對壓盤和從動(dòng)盤產(chǎn)生壓緊力,此時(shí)離合器處于結(jié)合狀態(tài)。 分離時(shí),分離軸承推動(dòng)膜片彈簧緣前移,膜片彈簧便以左側(cè)支承圈為支點(diǎn),其外緣便通過分離鉤將壓盤向后拉動(dòng),使離合器分離。 由此可知,膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的雙重作用,從而使離合器的結(jié)構(gòu)簡化,同時(shí)

35、也大大縮短了離合器的軸向尺寸。 3. 膜片彈簧的特點(diǎn) 膜片彈簧式離合器具有結(jié)構(gòu)簡單、軸向尺寸小、彈性性能良好、能自動(dòng)調(diào)節(jié)壓緊力、操縱輕便、高速時(shí)壓緊力穩(wěn)定、分離杠桿平整勿需調(diào)整,和螺旋彈簧相比其最大的優(yōu)點(diǎn)在于具有非線性特性的剛度特性。 3.2離合器的工作原理 離合器在結(jié)合狀態(tài)時(shí),從動(dòng)件作為整體一起轉(zhuǎn)動(dòng),直接傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。此狀態(tài)下,離合器的主,從動(dòng)件沒有相對運(yùn)動(dòng),摩擦副表面就沒有磨損,也不發(fā)熱,也沒有能量耗損。但是,在汽車起步過程中需要利用離合器主,從動(dòng)件的相對滑動(dòng),也就是說離合器在結(jié)合過程中讓其從動(dòng)件的轉(zhuǎn)速增長有一過程,使汽車平穩(wěn)起步。因此,離合器結(jié)合過程的滑磨是其重要特性。離合器滑

36、磨的結(jié)果,一方面使摩擦片磨損；另一方面會(huì)引起壓盤,飛輪等零件的溫度升高,而摩擦表面溫度的過分升高,將加劇摩擦片的磨損,并將嚴(yán)重影響離合器的正常工作和使用壽命。為此,必須充分了解離合器在結(jié)合過程中滑磨的特性及評價(jià)和分析計(jì)算方法,壓盤的零件的熱負(fù)荷狀況,以便能正確設(shè)計(jì)和使用離合器。 3.2.1離合器結(jié)合過程分析及滑磨功的計(jì)算 離合器的結(jié)合過程為：在汽車起步前,駕駛員首先要踩下離合器踏板,使離合器分離,變速器掛上低檔,此時(shí),離合器的主動(dòng)件與發(fā)動(dòng)機(jī)相連,從動(dòng)件通過傳動(dòng)系和車輪相連〔轉(zhuǎn)速為零〕。主,從動(dòng)件間轉(zhuǎn)速相差很大。起步時(shí),駕駛員逐漸放松離合器踏板,并踩下加速踏板,這時(shí)離合器的主,從動(dòng)件開始結(jié)合

37、。其工作過程一般大致分為兩個(gè)階段如圖3.10： 〔1〕壓緊力p很快增長,但摩擦力矩開始還不足以克服外籍阻力讓汽車很快起由此,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速使離合器從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速很快上升。這一段時(shí)間大約為0.5S。 〔2〕工作壓力p幾乎不變,從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速增長很快,盡管駕駛員繼續(xù)加大油門開度,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速還是幾乎直線下降,知道和離合器從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速同步,停止打滑為止。 圖3.10 主離合器接合過程示意圖 在離合器結(jié)合過程中要通過評價(jià)滑磨嚴(yán)重程度來說明離合器結(jié)合過程的負(fù)荷狀況,通常用指標(biāo)"滑磨功"來評價(jià) 式〔3.1〕[6] 式中： L—滑磨功； —離合器從結(jié)合開始到結(jié)合結(jié)束離合器停止打滑所經(jīng)歷的時(shí)

38、間； —摩擦力矩； —發(fā)動(dòng)機(jī)角速度； —離合器從動(dòng)盤角速度； 不同駕駛員在不同的操作技巧下,所得到的滑磨功不完全一樣〔但是還是相當(dāng)接近的〕。由于滑磨功在計(jì)算上的不確定因素很多,難以計(jì)算精確,為此,基本上有3類處理方法。 〔1〕分析計(jì)算法：把起步滑磨過程依據(jù)實(shí)際情況適度理想化,以便計(jì)算。此法簡單明了,對影響滑磨功主要因素的數(shù)量關(guān)系分析得相當(dāng)清楚,但它只能反映一般情況。 〔2〕圖解法：方法一的發(fā)展,進(jìn)一步考慮到了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變化等非線性因素對滑磨功的影響。由于求解困難,只能采用圖解的方法代替分析計(jì)算。 〔3〕統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)分析法：它考慮到更多的實(shí)際使用情況。由于汽車的使用情況復(fù)雜,所以要對

39、大量的汽車起步情況進(jìn)行分類,并做各類實(shí)驗(yàn),統(tǒng)計(jì)。按理說此方法更能反映實(shí)際情況,但若運(yùn)用不當(dāng)還不如前兩種方法。 目前大多數(shù)都采用的還是分析計(jì)算方法。 1. 分析計(jì)算法 分析計(jì)算法的基礎(chǔ)是系統(tǒng)建模<如圖3.11>,并根據(jù)實(shí)際情況作如下假設(shè)： 1） 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩Te和離合器摩擦力矩在整個(gè)汽車起步過程中不變； 2） 汽車是平直良好路面上起步,道路阻力不大； 忽略汽車在起步前的離合器滑磨。 圖3.11 摩擦離合器結(jié)合過程的力學(xué)模型 對于主動(dòng)件： 式〔3.2〕 對于從動(dòng)件： 式〔3.3〕 從0到t0

40、時(shí)刻,汽車起步完畢,主動(dòng)件角速度由開始的we下降成為,從動(dòng)件角速度由開始為零上升至we,和主動(dòng)件角速度we相等,離合器停止滑磨。通過分析可得： 式〔3.4〕 式中,為離合器開始滑磨時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)角速度。 離合器停止滑滑磨時(shí)所滑過的角度為 式〔3.5〕 按照功的定義,滑磨功可寫成如下公式： 式〔3.6〕 最后可得滑磨功為： 式〔3.7〕 式中,——主動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ——汽車整車質(zhì)量轉(zhuǎn)化為相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)

41、慣量,由下式計(jì)算： 式〔3.8〕 式中,為汽車總質(zhì)量；為車輪滾動(dòng)半徑；為主動(dòng)傳動(dòng)比,取=1；為變速器一檔傳動(dòng)比。 如果汽車起步時(shí),其摩擦力矩就等于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩,且忽略道路阻力矩,則 式〔3.9〕 對于本設(shè)計(jì)由已知參數(shù)：汽車總質(zhì)量1210kg,發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩220Nm/3000rpm,輪胎規(guī)格6.70-13〔〕,一檔總減速比17.4。可得； 式〔3.10〕 式〔3.11〕 2.離合器的熱負(fù)荷 離合器接合時(shí)發(fā)生滑磨。此時(shí),離

42、合器處于調(diào)整的大負(fù)荷下工作,伴有大量熱的產(chǎn)生。熱會(huì)使摩擦副的機(jī)械物理性能發(fā)生變化,摩擦片的磨損就和其熱負(fù)狀況有很大的關(guān)系。熱負(fù)荷將導(dǎo)致摩擦片的對偶件-飛輪、壓盤可能出現(xiàn)裂紋和翹曲變形,這將加劇摩擦片的磨損。在設(shè)計(jì)階段如能計(jì)算摩擦副的溫度,預(yù)測在使用條件下的摩擦熱狀況,明確影響熱過程各因素的相互關(guān)系,就能有效地改變這些因素,做好摩擦副的材料匹配,降低熱應(yīng)力,減少壓盤裂紋的生成和變形,從而可有效地提高離合器的可靠性。 離合器摩擦副摩擦?xí)r的熱負(fù)荷狀況可由摩擦副表面的最高溫度來表現(xiàn)。對離合器的摩擦副來說,它主要由以下3項(xiàng)組成： 式〔3.12〕[7]

43、這說明摩擦副的熱負(fù)荷狀況,不是簡單地看它們平均的體積溫度和表面溫度,而要更深入到表面局部點(diǎn)的溫度,故為3項(xiàng)之和。 研究表明,對于石板摩擦材料的離合器,在絕大部分使用條件下,只是的3%——4%,即使在最嚴(yán)重工況下,輕便汽車也只有3%——4%,載貨汽車會(huì)到7%——11%。因此,對于輕型汽車來說,在校核其摩擦副的最大溫度時(shí),可以不考慮的影響, 只有載貨汽車在惡劣的工況下,摩擦面局部點(diǎn)上的溫度對的影響才不能忽略。 對摩擦副熱負(fù)荷的討論著眼于摩擦材料的失效,依據(jù)不同的摩擦材料結(jié)合劑和溫度影響的時(shí)間長短,推薦以下值作為參考： 體積溫度是長時(shí)間起作用的溫度,依據(jù)不同的結(jié)合劑材料,規(guī)定摩擦面片體積溫度

44、的允許值 120℃——用橡膠作為結(jié)合劑 160℃——用組合結(jié)合劑 200℃——用組合結(jié)合劑和用樹脂作為結(jié)合劑。 是短時(shí)間起作用的溫度,它的允許值相應(yīng)于上面3種情況分別為200℃,300℃,350℃。 所以僅從摩擦材料失效來考慮熱負(fù)荷是不夠的,嚴(yán)重情況下摩擦表面熱應(yīng)力狀況雖然不致引起摩擦材料失效,但對摩擦材料的磨損有很大的影響。 第4章 離合器基本結(jié)構(gòu)尺寸及主要參數(shù)的選擇 汽車上所使用的摩擦離合器,既要傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩,又要靠它的滑磨來使汽車平穩(wěn)起步,工作條件極為惡劣。因此,在設(shè)計(jì)離合器時(shí),不僅要求它在任何情況下都能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩,而且還應(yīng)使它有足夠的使用壽命,這就要從合

45、理的選擇離合器的基本結(jié)構(gòu)尺寸和相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)入手。 4.1離合器的轉(zhuǎn)矩容量 轉(zhuǎn)矩容量反映的是摩擦所能傳遞轉(zhuǎn)矩的極限能力而不一定是它實(shí)際傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。具體計(jì)算公式如下： 式〔4.1〕[8] 式中：——有效作用半徑 u——摩擦系數(shù) N——正壓力 Z——離合器摩擦工作面數(shù)〔單片為2,雙片為3〕 上式中如何確定是計(jì)算的關(guān)鍵,一般有兩種數(shù)學(xué)模型可用如圖4.1； 圖4.1摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖 一種是認(rèn)為正壓力均勻分布于摩擦面上,此時(shí)： 式〔4.2〕

46、 式中：為摩擦片半徑；為摩擦片外半徑； 實(shí)際上,由于溫度的影響造成接觸表面的翹曲使正壓力分布不均,摩擦系數(shù)在各處并不相等,于是提出來另一種模型,該模型認(rèn)為正壓力從到遞減,此時(shí) 式〔4.3〕 4.2離合器的基本性能關(guān)系式 離合器的基本功能之一就是傳遞轉(zhuǎn)矩,因此離合器轉(zhuǎn)矩容量是離合器最基本的性能之一。但通常它只能用來初步定出離合器的原始參數(shù),尺寸。它是否合適最終取決于試驗(yàn)驗(yàn)證。由于N,等的選取和發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩特性的變動(dòng)有關(guān),為保證能可靠傳扭,確定離合器轉(zhuǎn)矩容量是應(yīng)含有設(shè)計(jì)因子,離合器轉(zhuǎn)矩容量和發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩有如下關(guān)系：

47、其中式中為后備參數(shù),且大于1 離合器的另一個(gè)重要的功能就是保證汽車平穩(wěn)起步。根據(jù)常識,汽車起步時(shí)要靠離合器的滑磨。根據(jù)分析,至少有大于一半的機(jī)械能消耗在滑磨上,而只有小于一半的能量用于使汽車起步加速。這表明汽車起步時(shí)滑磨很嚴(yán)重?；?dǎo)致離合器摩擦片的磨損,最終導(dǎo)致它的失效,這是離合器的薄弱環(huán)節(jié)。因此要保證離合器有足夠的壽命,只能用有足夠允許磨損的體積來保證摩擦片有可靠的使用期限,這是最為切實(shí)有效的辦法。通常的具體做法是,讓摩擦片有足夠大的摩擦面積A〔不靠增加厚度來實(shí)現(xiàn)〕。因此引入單位壓力這一參數(shù),這樣就可把面積因素引入。在一定的工作壓力N下,取小的摩擦面積時(shí)單位壓力大,取大的摩擦面積時(shí)單位壓

48、力就小。這樣,單位壓力的大小在一定程度上反映了離合器磨損壽命的長短。依據(jù)此概念,關(guān)系式可寫成； 式〔4.4〕 由于有兩模型故還可寫成： 第一種模型 式〔4.5〕 第二種模型 式〔4.6〕 上兩式中,d,D分別為摩擦片的徑和外徑；為發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩；p為摩擦片單位壓力；A為摩擦片有效作用面積,。 有了上面的關(guān)系式,對于一定的離合器結(jié)構(gòu)而言,只要合適的選擇其中,p,D并能滿足上面兩式中的一個(gè),就可以預(yù)先估算出所設(shè)計(jì)或選用的離合

49、器是否合適。 4.2基本結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)的選擇 初步確定了離合器的結(jié)構(gòu)形式后〔本設(shè)計(jì)是采用單片周布式彈簧離合器〕,就要確定相關(guān)的結(jié)構(gòu)尺寸及有關(guān)參數(shù)根據(jù)上一節(jié)的有關(guān)公式可知,這些參數(shù)和尺寸是；〔1〕摩擦片外徑〔2〕單位壓力〔3〕后備系數(shù)。在選定這些尺寸參數(shù)時(shí)其中發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩,整車總質(zhì)量,一檔總減速比以及車輪的滾動(dòng)半徑對尺寸參數(shù)的選擇有重大影響。 4.2.1摩擦片外徑D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)矩大小和摩擦片最大圓周速度的限制有一定關(guān)系。顯然,傳遞大的轉(zhuǎn)矩,就需要有大的尺寸。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是重要參數(shù),當(dāng)按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩來

50、選定D時(shí),按下式經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行初選； 式〔4.7〕[9] 實(shí)際上,由于溫度的影響造成接觸式中A反映不同結(jié)構(gòu)和使用條件對D的影響。小轎車A=47；一般載貨汽車A=36〔單片〕或A=50〔雙片〕；自卸車或使用條件惡劣的載貨汽車A=19。按初選D后,還需要將摩擦片尺寸進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和系列化,根據(jù)表4.1選擇D=225mm,d=150mm,厚度h=3.5mm〔我國規(guī)定了三種厚度；3.2mm,3.5mm,4mm〕。 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)表 表 4.1

51、 摩擦片徑d不作為一個(gè)獨(dú)立的參數(shù),它和外徑有一定的關(guān)系,用比值來反映,即,由于比值關(guān)系到從動(dòng)片總成的結(jié)構(gòu)和使用性能,所以按照目前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)=0.53-0.7。一般來說發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高,取值越大。通過計(jì)算當(dāng)D=225mm,d=150㎜, =150/225=0.67,故滿足設(shè)計(jì)要求。 摩擦片圓周速度的限制 式〔4.8〕[9] 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)速取3000； 為摩擦片外徑徑取225； 故符合條件。 4.2.2離合器后備系數(shù)的確定 后備系數(shù)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。后備系數(shù)保證了離合器可靠

52、傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的同時(shí),還有助于減少汽車起步時(shí)的滑磨,提高離合器的使用壽命。但是后備系數(shù)不是越大越好,因?yàn)榇蟮暮髠湎禂?shù)不但使離合器尺寸加大,而且增加了分離離合器時(shí)操縱力,對防止傳動(dòng)系過載也是很不利的,所以鑒于此離合器的后備系數(shù)不宜過大。 在選擇時(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大、要能防止傳動(dòng)系過載。因此,在選擇時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)[10]： 〔1〕為可靠傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩,不宜選取太??； 〔2〕為減少傳動(dòng)系過載,保證操縱輕便,不宜選取太大； 〔3〕當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率較大、使用條件較好時(shí),可選取小些； 〔4〕當(dāng)使用條件惡劣,為提高起少能力、減少離合器滑磨,應(yīng)選取

53、大些； 由于轎車的后備功率較大,使用條件較好,故取=1.2。 4.2.3摩擦系數(shù)的確定 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?？捎杀?.3查得 摩擦材料的摩擦因數(shù)的取值圍 表4.3 摩擦材料 摩擦因數(shù) 石棉基材料 模壓 0.20～0.35 編織 0.25～0.35 粉末冶金材料 銅基 0.25～0.35 鐵基 0.30～0.50 金屬瓷材料 0.4 現(xiàn)在最常用的摩擦材料是石棉基摩擦材料,本設(shè)計(jì)從動(dòng)盤采用石棉基摩擦材料, 所

54、以取=0.3。 4.2.4單位壓力的確定 影響摩擦片磨損的物理因素是,單獨(dú)考慮大小對摩擦片耐磨耗的影響是沒有意義 4.2.4校核離合器所選尺寸 離合器尺寸的校核可用如下公式 式〔4.9〕 式中 ——摩擦片外徑,mm； ——摩擦片徑,mm； ——單位壓力,Mpa； ——摩擦片工作面數(shù),單片為2,雙片為3； ——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩,Nm； ——離合器后備系數(shù)； ——離合器的轉(zhuǎn)矩容量 Nm。 綜上所述,由已知條件得：=1.2,,摩擦參數(shù)u=0.3,則： 可得=0.211 MPa 單位壓力在允許的圍0.15～0.25Mpa,因此

55、所選離合器尺寸、參數(shù)合理。 的從動(dòng)盤結(jié)構(gòu)簡單,重量輕。但現(xiàn)在汽車上都無一例外都采用帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤,用以避免汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的共振,緩和沖擊,減少噪聲,提 高傳動(dòng)系零件的壽命,改善汽車行駛的舒適性,并使汽車起步平穩(wěn)。 5.1.2從動(dòng)盤總成設(shè)計(jì) 從動(dòng)盤總成設(shè)計(jì)要求： 〔1〕為了減少變速器換擋時(shí)輪齒間的沖擊,從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能小。 〔2〕為了汽車能平穩(wěn)起步,摩擦面片上的壓力應(yīng)分布均勻,從動(dòng)盤還應(yīng)具有一定的軸向彈性。 〔3〕為了避免傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)共振以及緩和沖擊載荷,從動(dòng)盤中應(yīng)裝有扭轉(zhuǎn)減振器。 〔4故其剛度比較一致,另外這種結(jié)構(gòu)的從動(dòng)片也較容易得到較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。③組合式彈

56、性從動(dòng)片如圖5.1所示,以上兩種結(jié)構(gòu)的從動(dòng)片在小轎車上采用較多,由于它們的工作特性是軸向彈性波紋片在不受軸向力時(shí)將向飛輪,壓盤兩側(cè)彈出,恢復(fù)變形,容易造成從動(dòng)盤在飛輪一側(cè)分離不徹底,從而影響變速器掛擋,對于前兩種從動(dòng)片結(jié)構(gòu),對制造和裝配等要求較高。而對于組合式從動(dòng)片一般用 在載重汽車上,雖然組合式從動(dòng)片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是比較大的,但對于要求剛度較高的,外形穩(wěn)定性較好的大型從動(dòng)片來說,這個(gè)缺點(diǎn)是可以容忍的。 綜合上面的分析,本設(shè)計(jì)采用分開式的彈性從動(dòng)片,從動(dòng)片厚度為2mm。

57、 圖5.1 2.從動(dòng)盤轂設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是經(jīng)從動(dòng)盤轂的花鍵孔輸出,變速器第一軸花鍵軸就插在該花鍵孔。由于花鍵之間是動(dòng)配合,這樣,在離合器分離和結(jié)合過程中,從動(dòng)盤轂就能在花鍵 軸上自由移動(dòng)。我國生產(chǎn)的離合器,其從動(dòng)盤轂花鍵采用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)。 從動(dòng)盤轂的結(jié)構(gòu)有兩部分組成,盤轂和發(fā)蘭,過去都是將兩者做成一體的,現(xiàn)在為節(jié) 擠壓應(yīng)力的計(jì)算公式如下[11]： 式〔5.1〕 式〔5.2〕 式中： ——花鍵外表面所受的擠壓應(yīng)力,Mpa; P——花鍵的齒側(cè)面

58、壓力,N; ——花鍵的外徑,m； ——花鍵的徑,m； Z——從動(dòng)盤轂的數(shù)目,單片離合器Z=1； ——發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩,Nm; n——花鍵齒數(shù)； h——花鍵工作高度,m; l——花鍵有效長度,m; 根據(jù)附表查得從動(dòng)盤轂花鍵標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列,當(dāng)從動(dòng)盤外徑D=225㎜時(shí),相應(yīng)的花劍齒數(shù)n=10,花鍵外徑,花鍵徑=26mm,齒寬b=6mm,有效齒長l=30mm。此時(shí),對其擠壓應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算。由于從動(dòng)盤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)超過20Mpa。 式〔5.3〕 式〔5.4〕 所以當(dāng)從

59、動(dòng)盤外徑為D=225mm,這時(shí)通過驗(yàn)算滿足要求。此時(shí)由附表一查得相應(yīng)的花鍵齒數(shù)n=10,花鍵外徑,花鍵徑,齒寬b=6㎜,有效齒長l=30㎜,則。 5.1.3從動(dòng)盤摩擦材料 離合器摩擦面片在離合器結(jié)合過程中將遭到嚴(yán)重的滑磨,在相對很短的時(shí)間產(chǎn)生大量的熱,因此,要求摩擦面片應(yīng)有下列一些綜合性能： （1） 在工作時(shí)有相對較高的摩擦系數(shù)； （2） 在整個(gè)工作壽命期應(yīng)維持其摩擦特性,不希望出現(xiàn)摩擦系數(shù)衰退現(xiàn)象； （3） 在短時(shí)間能吸收相對較高的能量,且有好的耐磨性能； （4） 能承受較高的壓盤作用荷載,在離合器接合過程中表現(xiàn)良好的性能； （5） 能抵抗高轉(zhuǎn)速下大的離心力荷載而不被破壞；

60、（6） 在傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí),有足夠的剪切強(qiáng)度； （7） 具有小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,材料加工性能良好； （8） 在整個(gè)正常工作溫度圍,和對偶材料壓盤,飛輪等有良好的兼容摩擦性能； （9） 摩擦副對偶面有高度的容污性能,不容易影響它們的摩擦作用； （10） 具有優(yōu)良的性能,不會(huì)污染環(huán)境等。 鑒于以上各點(diǎn),近年來,摩擦材料的種類增長極快。挑選摩擦材料的基本原則是： ①滿足較高性能的標(biāo)準(zhǔn)； ②成本最小； ③考慮替代石棉。 常見的摩擦材料有石棉基摩擦材料〔它的粉塵對環(huán)境有污染〕,替代石棉的有機(jī)摩擦材料〔各項(xiàng)性能較好〕,金屬瓷摩擦材料〔它的從動(dòng)盤總成不能和有機(jī)摩擦材料面片的從動(dòng)盤總成互換〕,本設(shè)

61、計(jì)從動(dòng)盤采用石棉基摩擦材料。 5.2壓盤和離合器蓋 5.2.1壓盤設(shè)計(jì) 壓盤的設(shè)計(jì)包括傳力方式的選擇以及其幾何尺寸的確定。 1. 壓盤傳力方式的選擇 壓盤是離合器的主動(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)系又應(yīng)允許壓盤在離合器分離過程中能自由地做軸向移動(dòng),使壓盤和從動(dòng)盤脫離。 壓盤和飛輪之間常用的連接方式有凸臺式連接方式,鍵式連接方式,銷式連接方式,傳動(dòng)片的傳動(dòng)方式。前三種連接方式有一個(gè)共同的缺點(diǎn),即傳力處之間有間隙。這樣,在傳力開始的一瞬間,將產(chǎn)生沖擊和噪聲。并且,隨著接觸部分磨損的增加而加大了沖擊,這有可 〔1〕壓盤

62、應(yīng)具有足夠的質(zhì)量； 在離合器的接合過程中,由于滑磨的存在,每接合一次的過程都要產(chǎn)生大量的熱,而每次接合的時(shí)間又很短,因此熱量根本來不及全部傳到周圍空氣中去,這必然導(dǎo)致摩擦副的溫升。在使用頻繁和艱難條件下工作的離合器,這種溫升就更為嚴(yán)重。它不僅會(huì)引起摩擦片摩擦系數(shù)下降,加劇磨損,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹉Σ疗蛪罕P的燒損。 由于用石棉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,故要求壓盤具有足夠大的質(zhì)量來吸收熱量。 〔2〕壓盤應(yīng)具有較大的剛度 壓盤應(yīng)具有足夠大的剛度和合理的結(jié)構(gòu)形狀,以保證在受熱的情況下不致因產(chǎn)生翹曲變形而影響離合

63、器的徹底分離和摩擦片的均勻壓緊。 鑒于上述兩個(gè)原因,壓盤一般都做得比較厚〔一般不小于10㎜〕,本設(shè)計(jì)采用12㎜。而且在緣做成一定錐度以彌補(bǔ)壓盤因受熱變形后緣的凸起。此外壓盤的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮通風(fēng) 離合器的分離裝置包括分離桿,分離軸承和分離套筒。 5.3.1分離桿設(shè)計(jì) 1.分離桿結(jié)構(gòu)型式的選擇 在離合器分離和接合的過程中,踏板與壓盤之間運(yùn)動(dòng)聯(lián)系的最后環(huán)節(jié)為分離桿。對于周布式彈簧離合器的分離桿數(shù)目一般采用3—6個(gè),本設(shè)計(jì)采用3個(gè)。分離桿的結(jié)構(gòu)型式與壓緊彈簧的類型有著密切的關(guān)系。對于周布式的彈簧離合常見的分離桿結(jié)構(gòu)如圖5.2,有以下4種。 圖5.2 分離杠桿的結(jié)構(gòu) 通過分析比較本設(shè)計(jì)采

64、用擺塊式的分離桿,它是由鋼板沖壓而成,結(jié)構(gòu)比較簡單,而且分離桿在壓盤上的支承方式也很簡單,磨損小,調(diào)整也比較方便。 2. 分離桿設(shè)計(jì) 分離桿設(shè)計(jì)時(shí)要注意一下幾個(gè)問題： 〔1〕分離桿要有足夠的剛度 在分離離合器時(shí),分離桿要承受很大的力,如果剛度不夠,會(huì)引起較大的變形,這不僅要降低離合器操縱機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率,而且甚至?xí)霈F(xiàn)離合器分離不徹底。所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一定要增加分離桿的剛度,提高其抗彎能力,以減少在受力時(shí)的變形,所以在設(shè)計(jì)時(shí)對分離桿采用加強(qiáng)筋。 〔2〕分離桿的鉸接處應(yīng)避免運(yùn)動(dòng)上的干涉 分離離合器時(shí),壓盤沿其軸線做平行移動(dòng),分離桿與壓盤的鉸接點(diǎn)也跟著壓盤一起平移。與此同時(shí),這

65、個(gè)鉸接點(diǎn)還必須繞分離桿的中點(diǎn)做圓弧運(yùn)動(dòng)。所以避免這種運(yùn)動(dòng)的干涉,保證離合器能順利的分離,在離合器分離桿鉸接處的結(jié)構(gòu)上必須采取 相應(yīng)的措施,由于本設(shè)計(jì)采用的是擺塊式分離桿,從其結(jié)構(gòu)上能滿足要求。 〔3〕分離桿端的高度應(yīng)可以調(diào)整 為了保證在離合器分離時(shí)分離軸承能同時(shí)壓緊所有的分離桿,使每個(gè)分離桿的受力均衡,并使壓盤不致產(chǎn)生歪斜,造成離合器分離不徹底和結(jié)合過程中離合器的抖動(dòng)現(xiàn)象,要求各分離桿的端必須在平行于壓盤的同一平面上〔其高度差一般不超過0.2mm〕。 為了達(dá)到這個(gè)要求,分離桿在結(jié)構(gòu)上都有相應(yīng)的調(diào)整環(huán)節(jié),我們是通過調(diào)整分離桿外端的高度來實(shí)現(xiàn)的。 〔4〕分離桿的鉸接處應(yīng)采用滾針軸承 為了

66、減少磨損和提高效率,分離桿的鉸接處應(yīng)采用滾針軸承。 3.分離桿的材料選擇 本設(shè)計(jì)分離桿采用厚為2.5㎜的中碳鋼〔35號鋼〕板沖壓而成,并對表面進(jìn)行氰化處理。層深0.15—0.3㎜,硬度為HRC56-62。 5.3.2分離軸承及分離套筒 分離軸承在工作中主要承受軸向力。在分離離合器時(shí),由于分離軸承的旋轉(zhuǎn),在離心力的作用下,所以它同時(shí)還承受徑向力作用。分離軸承主要有兩類：徑向推力軸承〔適用于高速,低軸向負(fù)荷〕和推力軸承〔適用于低速,高軸向負(fù)荷〕。除此之外,在某些輕型汽車上還采用由浸油的碳和石墨混合壓制而成的滑動(dòng)止推軸承。 在以往的設(shè)計(jì)中,分離軸承在圈通常壓配在鑄造的分離套筒上,而分離套筒則裝在變速器第一軸軸承蓋套管外軸頸上,可以自由移動(dòng),分離離合器時(shí)軸承座圈不動(dòng),外座圈旋轉(zhuǎn)。在離合器處于結(jié)合狀態(tài)時(shí),分離軸承的端面與分離桿的端之間應(yīng)留有間隙＝3～4mm ,以備在摩擦片磨損的情況下,分離桿端后退而不致妨礙壓盤繼續(xù)壓緊摩擦片,以保證可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。這個(gè)間隙反映在踏板上為一段自由行程。現(xiàn)在離合器操縱中常裝有間隙自動(dòng)調(diào)整裝置,則＝0,踏板自由行程可減小。 所以本設(shè)計(jì)采用角接觸的徑向