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摘 要
離合器位于發(fā)動機(jī)與變速器之間，是實現(xiàn)發(fā)動機(jī)動力傳遞或分離的裝置，在機(jī)械傳動系統(tǒng)中屬于獨立部件。本次畢業(yè)設(shè)計主要是對3噸載重躍進(jìn)貨車的離合器進(jìn)行設(shè)計。首先對離合器的作用及種類進(jìn)行簡單的介紹，因為3噸載重貨車屬于輕型貨車，為保證起步平穩(wěn)，換擋平順，所以選用離合器為膜片彈簧離合器。接下來詳細(xì)說明了膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)輕型貨車的主要參數(shù)選擇離合器的基本參數(shù)，再對離合器主要零部件的尺寸進(jìn)行設(shè)計計算及校核。最后運用CAD繪圖軟件繪制離合器的零件圖及裝配圖。
關(guān)鍵詞：離合器;輕型貨車;膜片彈簧
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Abstract
Clutch between the engine and the transmission gearbox belongs to the independent parts in the mechanical transmission system, which is a device for engine power transfer or separation . The graduation project is mainly on the clutch of 3 tons truck leap to design. First simply introduced the function and the type of clutch, than choice the diaphragm spring clutch because 3 tons truck belongs to light trucks, in order to ensure a smooth start, smooth shift . Next, a detailed description of the diaphragm spring clutch, and the basic parameters of the clutch are selected according to the main parameters of the light truck, and then the size of the main parts of the clutch is calculated and checked.Finally,the use of CAD drawing software to draw clutch.?
Key words: clutch; Truck; Diaphragm spring
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目錄
目錄 I
摘 要 III
Abstract IV
1 緒 論 1
1.1 離合器的功能 1
1.2 離合器的種類 1
1.3 輕型貨車 2
1.4 膜片彈簧離合器 2
1.5 本論文所需要設(shè)計的對象 2
2 膜片彈簧離合器的總體設(shè)計 4
2.1 離合器設(shè)計分析 4
2.2 離合器主要參數(shù)的確定 6
3 從動盤總成設(shè)計 9
3.1 從動盤類型選擇 9
3.2 從動片設(shè)計 9
3.3 從動盤轂的設(shè)計 9
3.4 摩擦片設(shè)計 11
3.5 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計 12
4 膜片彈簧設(shè)計 15
4.1 膜片彈簧的材料 15
4.2 膜片彈簧的彈性特性 15
4.3 膜片彈簧的基本參數(shù) 16
4.4 膜片彈簧數(shù)據(jù)校核 16
5 壓盤與離合器蓋的設(shè)計 18
5.1 壓盤設(shè)計 18
5.2 離合器蓋的設(shè)計 19
6 操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計軸的選擇 21
6.1 操縱機(jī)構(gòu) 21
6.2 從動軸 21
6.3 分離軸承總成 22
7 膜片彈簧離合器裝配圖 23
8 結(jié)論 24
參考文獻(xiàn) 25
致 謝 26
II
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1 緒 論
現(xiàn)階段，汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展日新月異，在日常生活中扮演著極其重要的角色。各個品牌推出的汽車種類越來越花樣繁多，特別是許多輕型貨車走進(jìn)人們的生活，人們對于汽車自身的舒適性、安全性、節(jié)能性、環(huán)保性等一系列的要求也越來越高。當(dāng)然這一系列要求中首當(dāng)其沖的還是汽車的舒適性以及安全性。而對于這兩項要求，離合器起著重要的作用。
在汽車上需要一種將發(fā)動機(jī)曲軸和變速器連接或分離的裝置，保證在汽車靜止時發(fā)動機(jī)能夠啟動和運轉(zhuǎn)，并且汽車可以以各種加速度從靜止起步[1]。離合器在連接或分離發(fā)動機(jī)曲軸和變速器時必須要遵循幾個要求：起步平穩(wěn)齒輪相嚙合時不發(fā)生剛性沖擊、結(jié)合平順、分離時徹底不存在斷斷續(xù)續(xù)的現(xiàn)象。這樣能夠保證駕駛?cè)藛T的安全及舒適度，避免在加速或者減速的過程中發(fā)生沖撞；同時能夠保證在加速或者減速時齒輪可以避免受到急速變化的力，出現(xiàn)齒輪損壞。
隨著現(xiàn)代科技的日益發(fā)展，發(fā)動機(jī)能提供的轉(zhuǎn)速越來越快，汽車動力性也越來越強。為了順應(yīng)這一趨勢，離合器也隨著時間在變化。
1.1 離合器的功能
離合器的安裝位置在發(fā)動機(jī)與變速器之間，在機(jī)械傳動系統(tǒng)中是以一個獨立的總成存在的，用來實現(xiàn)發(fā)動機(jī)與變速器間動力的傳遞與分離。因此，離合器在使用過程中主要有4個功能：
1．車輛由靜止起步時，離合器通過駕駛員動作將發(fā)動機(jī)曲軸與變速器逐步連接，以實現(xiàn)平穩(wěn)起步；
2．駕駛?cè)藛T進(jìn)行換擋操作時，離合器可以快速的結(jié)合與分離，在轉(zhuǎn)速變換中起到緩沖作用，避免汽車在行駛過程中出現(xiàn)沖擊；
3．離合器在過載時能夠起到過載保護(hù)的作用，即當(dāng)離合器受到的扭矩大于離合器的最大摩擦力矩時會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，進(jìn)行卸載。能夠有效的保護(hù)汽車的發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)；
4．減少傳動系中的震動和噪音。
1.2 離合器的種類
根據(jù)工作形式的不同，汽車離合器可以分為：摩擦式離合器、液力耦合器、電磁離合器等常用的幾類。其中摩擦式離合器又有干式離合器和濕式離合器。
液力耦合器：又可稱為液力聯(lián)軸器，是一種靠工作液將動力源與工作機(jī)相連，實現(xiàn)傳遞力矩的液力傳動裝置。由于液力耦合器是以液體為介質(zhì)進(jìn)行力的傳遞，是一種非剛性的聯(lián)軸器。液力耦合器在汽車運行過程中，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)具有柔性傳動適應(yīng)性能；但由于自身的工作介質(zhì)是液體，不能承受過大的載荷。液力耦合器常應(yīng)用在汽車的半自動變速器及自動變速器中。
電磁離合器：靠線圈的通斷電來控制離合器的結(jié)合與分離。電磁離合器也有好幾種種類。當(dāng)線圈通電時會產(chǎn)生磁力，在磁力的作用下，彈簧片變形，動盤與銜鐵吸合，此時的電磁離合器處于結(jié)合狀態(tài)；當(dāng)線圈斷電，磁力消失，彈簧片就會變回原來的形狀將銜鐵帶回原位，離合器分離。
摩擦式離合器：摩擦式離合器可以分為多個類型，結(jié)構(gòu)形式不盡相同，但是它的基本要求是一致的，具體內(nèi)容如下：
a．能夠可靠地傳遞發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩；
b．結(jié)合過程平順、柔和，使汽車起步時沒有抖動和沖擊，分離時徹底、迅速；
c．從動部分轉(zhuǎn)動慣量小，能減小換擋時變速器齒輪間的沖擊；
d．高速運轉(zhuǎn)時具有可靠地強度，操作輕便工作性能穩(wěn)定[2]。
摩擦式離合器除了有干式和濕式之分，還可以根據(jù)從動盤的數(shù)目，又分為單盤式、雙盤式和多盤式等幾種，而濕式離合器多為多盤式離合器。
1.3 輕型貨車
輕型貨車是載重貨車的一類，根據(jù)載重的不同貨車可以分為微型、輕型、中型和重型四個類別。正常來說載重量在3.5噸以下的為輕型載重貨車，而本文的針對對象是3噸載重躍進(jìn)貨車屬于輕型貨車。
輕型貨車主要的工作環(huán)境就是城市公路或環(huán)鄉(xiāng)馬路，工況較好，沒有什么大的顛簸。所以輕型貨車所采用通常為摩擦式、干式離合器，而摩擦式離合器中膜片彈簧離合器運用最為廣泛，性能優(yōu)良。
因此在設(shè)計中，3噸載重躍進(jìn)貨車使用膜片彈簧離合器。
1.4 膜片彈簧離合器
膜片彈簧離合器是用膜片彈簧取代一般螺旋彈簧及分離機(jī)構(gòu)組成的離合器。膜片彈簧離合器因為所采用的彈簧形式的特別，有很多特點：
a．膜片彈簧本身既起到壓緊彈簧的作用又起到分離桿的作用，減少了離合器部件的數(shù)目，使結(jié)構(gòu)簡單化且減輕離合器的重量；
b．因為膜片彈簧自身特點，大大縮短了離合器的軸間尺寸；
c．膜片彈簧具有良好的非線性特性，只要設(shè)計得當(dāng)，可以在摩擦片磨損到極致的時候依然維持壓緊力，且可以減輕分離離合器時的踏板力，操縱輕便，減輕駕駛員的工作[2]。
1.5 本論文所需要設(shè)計的對象
本論文對于輕型貨車的膜片彈簧離合器所需設(shè)計的對象如下：
1．離合器結(jié)構(gòu)的設(shè)計
根據(jù)車輛的基本參數(shù)選定膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)，并且對膜片彈簧離合器的基本參數(shù)進(jìn)行選取。
2．從動總成的設(shè)計
從動總成的組成元件比較多，如從動片、從動盤轂、摩擦片等。從動總成的設(shè)計主要是選擇恰當(dāng)類型的元件并對元件的尺寸進(jìn)行計算，對重要尺寸進(jìn)行校核。
3．膜片彈簧的設(shè)計
膜片彈簧是膜片彈簧離合器的重要組成部分，對彈簧的彈性特性要求高。首先對膜片彈簧的材料進(jìn)行選擇，要確保設(shè)計出的膜片彈簧能符合離合器的工作性能要求。其次對膜片彈簧的主要尺寸進(jìn)行設(shè)計計算并對數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化。
4．壓盤和離合器蓋設(shè)計
提出對壓盤的設(shè)計要求，因為要與飛輪相連接，要有較高的對中性。對壓盤尺寸進(jìn)行計算，及溫升校核。
5．膜片彈簧離合器的操縱機(jī)構(gòu)、軸及軸承
從離合踏板到分離軸承之間的系統(tǒng)統(tǒng)稱為離合器操縱機(jī)構(gòu)，駕駛員可以在駕駛室通過踩離合器踏板的形式來操控離合器軸承。汽車行駛過程中，離合器使用頻繁，要多次踩離合器踏板，所以操縱機(jī)構(gòu)必須能夠緩解駕駛員的疲勞，踩下踏板時不需要很大的力氣，松開踏板時踏板能自動回位。
31
第二章 膜片彈簧離合器的總體設(shè)計
2 膜片彈簧離合器的總體設(shè)計
2.1 離合器設(shè)計分析
2.1.1 離合器設(shè)計所需車輛數(shù)據(jù)
本次設(shè)計對象是3噸載重躍進(jìn)貨車的離合器，關(guān)于3噸躍進(jìn)貨車的參數(shù)見表2.1。
表2.1 躍進(jìn)貨車的參數(shù)
車輛名稱：
載貨汽車
車輛類別：
貨車
中文品牌：
躍進(jìn)牌
英文品牌：
公告批次：
238
免檢：
否
發(fā)動機(jī)
發(fā)動機(jī)生產(chǎn)企業(yè)
排量(ml)
功率(kw)
CY4102-C3E
東風(fēng)朝陽朝柴動力有限公司
3856
75
發(fā)動機(jī)商標(biāo)：
燃料種類：
柴油(mm)
外形尺寸：
6500×1960,2050×2275(mm)
貨廂尺寸：
4230×1810,1900×370,420(mm)
總質(zhì)量：
6290(Kg)
載質(zhì)量：
0.98
整備質(zhì)量：
3170(Kg)
額定質(zhì)量：
2990(Kg)
掛車質(zhì)量：
(kg)
半掛鞍座：
額定載客：
(人)
駕駛室準(zhǔn)乘人數(shù)：
2(人)
接近角/離去角：
25/16(°)
前懸/后懸：
1080/1820(mm)
軸荷：
2850/3440
軸距：
3600(mm)
軸數(shù)：
2
最高車速：
90(km/h)
油耗：
彈簧片數(shù)：
8/9+3
輪胎數(shù)：
6
輪胎規(guī)格：
7.00-16
前輪距：
1584
后輪距：
1485
制動前：
制動后：
制操前：
制操后：
轉(zhuǎn)向形式：
方向盤
起動方式：
底盤排放標(biāo)準(zhǔn)：
GB17691-2005國Ⅲ,GB3847-2005
傳動型式：
依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：
發(fā)布日期：
20120711
標(biāo)識企業(yè)：
南京賽康交通實業(yè)有限公司,浙江方遠(yuǎn)夜視麗反光材料有限公司,3M中國有限公司
Vin車輛識別代碼：
LNYAEFA2×××××××××
整車備注：
整車寬度1960mm對應(yīng)車廂內(nèi)寬1810mm,車廂內(nèi)高370mm,整車寬度2050mm對應(yīng)車廂內(nèi)寬1900mm,車廂內(nèi)高420mm?？蛇x裝駕駛室前圍裝飾板、格柵、前部燈具、后視鏡及保險杠(附照片)。裝備側(cè)面防護(hù)裝置材料:鋼Q235,連接方式:螺栓。后下部防護(hù)裝置材料:鋼Q235,連接方式:螺栓 。斷面尺寸:槽形,斷面高135mm,槽深40mm , 離地高度:485mm。
2.1.2 膜片彈簧離合器總體結(jié)構(gòu)分析
1）離合器摩擦片片數(shù)的選擇
根據(jù)前文提到的根據(jù)從動盤的數(shù)目，離合器可以分為單盤式、雙盤式和多盤式等幾類，這三類離合器適用的范圍各有不同。
單片式離合器只有一個摩擦片，從而結(jié)構(gòu)簡單，離合器質(zhì)量小并且調(diào)節(jié)起來也容易，在分離離合器是能夠快速、徹底。單片式離合器接觸面少，便于散熱，有利于延長離合器的使用壽命。但從另一方面來講，單片式離合器不能承受過大的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩過大極易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。通常都會運用在轎車和微、輕型客車或貨車中，整車總質(zhì)量低于6000kg。
雙片式離合器與單片式離合器相比接觸面變多，摩擦面積變大，能夠傳遞更大的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，有兩個摩擦面進(jìn)行緩沖，離合器結(jié)合時能夠更柔和、平順。且摩擦面積變大，摩擦扭矩也會變大，在傳遞同一個轉(zhuǎn)矩的時候，所需要的踏板力更小。由于摩擦片的增加，軸向尺寸變大，離合器的結(jié)構(gòu)也會更復(fù)雜，處于兩從動盤間的構(gòu)件不利于散熱，很有可能發(fā)生過熱而損壞摩擦片的現(xiàn)象。通常使用在傳動轉(zhuǎn)矩較大的場合。
多盤式離合器由于摩擦片數(shù)目過多必須采用濕式，通過油液來給摩擦片降溫。接觸面多，結(jié)合時會更加平順，且有外界介質(zhì)進(jìn)行散熱，多盤式離合器的使用壽命會是前兩種離合器的五至六倍。但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，這類離合器造價高、工藝復(fù)雜，調(diào)節(jié)起來也不方便，所以通常只適用于商用車上。
3噸載重躍進(jìn)貨車是輕型貨車，其總質(zhì)量為6290kg，根據(jù)上述三種離合器的優(yōu)點，選用單片式離合。
2）膜片彈簧的工作形式選擇
根據(jù)作用在膜片彈簧上你的方向的不同，可分為推式和拉式兩類。這兩類最明顯的區(qū)別就是膜片彈簧的安裝方向是相反的。拉式與推式相比，減少了中間支撐的部件，結(jié)構(gòu)簡單，并且減少了部件間的相對摩擦，提高工作效率。拉式彈簧離合器在任何工作環(huán)境下膜片彈簧都是和離合器蓋接觸的，因此在離合器結(jié)合或是斷開時都不會產(chǎn)生振動或是噪音。因此本次設(shè)計所選取的是拉式彈簧離合器。
2.2 離合器主要參數(shù)的確定
2.2.1 摩擦片外徑D
摩擦片外徑D的取值非常重要，外觀上直接決定了摩擦片的大小，小徑d也要根據(jù)D來選擇。摩擦片的尺寸直接影響到了離合器的使用壽命，并且決定了離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩，尺寸越大則能傳遞的扭矩越大。可以根據(jù)已有數(shù)據(jù)最大轉(zhuǎn)矩來計算，摩擦片外徑D的計算公式如下：
（2-1）
公式中:KD——摩擦片直徑系數(shù)，具體數(shù)據(jù)表2.2選擇。
表2.2 直徑系數(shù)KD的選取
車 型
直徑系數(shù)KD
乘用車
14.6
最大總質(zhì)量為1.8～14.0t的商用車
(單片離合器)
(雙片離合器)
最大總質(zhì)量大于14.0t的商用車
本設(shè)計貨車最大總質(zhì)量為6290Kg，所屬車型是最大總質(zhì)量為1.8～14.0噸的商用車，離合器為雙片式，則直徑系數(shù)KD的選取范圍為，初選KD=16.0，帶入式（2.1）中算得。
摩擦片屬于標(biāo)準(zhǔn)件，必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)，表2.3為我國摩擦片外徑等尺寸的選取標(biāo)準(zhǔn)。
表2.3離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)
外徑
內(nèi)徑
厚度
內(nèi)外徑之比d/D
單位面積A
/mm2
根據(jù)計算值選取近似標(biāo)準(zhǔn)值：摩擦片外徑，小徑，厚度。可計算單片摩擦片的面積。
2.2.2 后備系數(shù)β的確定
后備系數(shù)β是進(jìn)行離合器設(shè)計必須要運用到的一個參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的一個可靠度。在選取β的數(shù)值時不宜過大也不宜過小，要防止傳動系統(tǒng)過載又要防止離合器在正常過程中非正常打滑，表2.4為不同車型β值選取范圍。
表2.4 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
最大總質(zhì)量為6～14t的商用車
掛車
1.80～4.00
本貨車最大總質(zhì)量為6290kg。屬于車型是最大總質(zhì)量為6-14t的商用車，后備系數(shù)β的數(shù)值范圍。初選。
2.2.3 單位壓力p0
摩擦片的單位壓力p0反映了摩擦面的耐磨性，關(guān)系到了摩擦片的使用壽命。若是單位壓力p0過小，離合器結(jié)合時可能出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，不能有效的傳遞轉(zhuǎn)矩；若是單位壓力p0過大，汽車過載時不能提供過載保護(hù)，極有可能損壞傳動系統(tǒng)。對于采用有機(jī)材料作為基礎(chǔ)的摩擦面片，表2.5的數(shù)據(jù)可以作為參考。
表2.5 摩擦片單位壓力p0的取值范圍
摩擦片材料
單位壓力p0/MPa
石棉基材料
模壓
編織
粉末冶金材料
銅基
鐵基
金屬陶瓷材料
本車是輕型貨車，并且選取的是單片式離合器，初選p0=0.2 MPa，摩擦片材料選石棉基材料，模壓。
2.2.4壓盤工作壓力F∑的確定
F∑是壓盤施加在摩擦片上的壓力，可以根據(jù)下列計算公式求得：
(2-2)
2.2.5摩擦因數(shù)和離合器間隙
1．摩擦因數(shù)?的確定
表2.6 摩擦材料的摩擦因數(shù)f的取值范圍
摩擦片材料
摩擦因數(shù)f
石棉基材料
模壓
編織
粉末冶金材料
銅基
鐵基
金屬陶瓷材料
可以根據(jù)摩擦定律來計算摩擦因數(shù)?，公式如下：
(2-3)
式中：Z——摩擦面數(shù)，是摩擦片面數(shù)的雙倍，；
RC——摩擦片的平均摩擦半徑。
將具體數(shù)值代入式（2-2）中，計算結(jié)果，與表2.6中的數(shù)值進(jìn)行比照，選近似值，摩擦片材料為石棉基材料，制造形式為模壓。與上述選取一致。
2．離合器間隙
在設(shè)計離合器時都會在分離軸承與分離杠桿內(nèi)側(cè)留有間隙，若是這個間隙不存在或被破壞，在行駛中會出現(xiàn)打滑或粘合的嚴(yán)重故障。離合器間隙△t一般為3-4mm，本車選取。
第三章 從動盤總成設(shè)計
3 從動盤總成設(shè)計
3.1 從動盤類型選擇
從動盤主要是由從動片、摩擦片及從動盤轂3個基礎(chǔ)部分組成。有的從動盤帶有扭轉(zhuǎn)減震器，而有的沒有。
1）不帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動盤：
若不帶有扭轉(zhuǎn)減振器，從動片會與從動盤轂會直接鉚接。為了減小從動盤的轉(zhuǎn)動慣量、加強散熱和防止散熱后拱曲變形，從動片通常用薄彈簧鋼板制成，并在其外援部分開有徑向窄切槽，為了獲得足夠的摩擦力矩，在從動片上會鉚接兩個摩擦片[3]。
2）帶有扭轉(zhuǎn)減振器的從動盤：
和不帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動盤的區(qū)別之處在于從動片和從動盤轂之間裝有扭轉(zhuǎn)減振器，通過扭轉(zhuǎn)減振器來傳遞扭矩。從動片與減振器鉚接在一起，并將從動盤轂及兩側(cè)的減振器阻尼片夾在中間。有扭轉(zhuǎn)減振器的存在，離合器結(jié)合時從動盤收的扭矩的過程中會有一個減振緩沖過程，使接合更加平順。
3）彈性從動盤：
所謂彈性從動盤，即在從動片與摩擦片間鉚接一個波浪形彈性鋼片，從動盤具有了軸向彈性，使得離合器接合時更加平順。
本次設(shè)計的離合器為滿足輕型貨車的使用要求獲得好的傳動性與接合性，并且在離合器分離時能迅速、徹底，我選用帶有扭轉(zhuǎn)減振器的從動盤。
3.2 從動片設(shè)計
從動片的設(shè)計主要的兩個指標(biāo)是重量和重量的分布，因為從動片外援開有徑向切割槽，所以從動片的質(zhì)量要均勻分布在旋轉(zhuǎn)中心，且在離合器性能正常的前提下從動片的重量要盡可能的小。
從動片材料可選用中碳鋼，外緣厚度要薄一點，厚度值選取范圍為，本次選定從動片中心厚度為1.5mm，外緣厚度為1.00mm。
3.3 從動盤轂的設(shè)計
從動盤轂是通過花鍵與變速器的旋轉(zhuǎn)軸相連，是離合器中承受載荷最大的部件，幾乎承受了所有發(fā)動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩。因此從動盤轂的材料不能隨意選擇，對硬度有很高的要求，現(xiàn)在汽車中通常選用的是碳鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后硬度能達(dá)到。從動盤轂的花鍵內(nèi)表面需要進(jìn)行鍍鉻出來，提高與變速器旋轉(zhuǎn)軸相連面的硬度和耐磨性。
3.3.1 從動盤轂的花鍵設(shè)計
從動盤轂的花鍵目前一般采用齒側(cè)對中的矩形花鍵，花鍵的齒數(shù)以及內(nèi)外徑尺寸都可以根據(jù)摩擦片的外徑D以及發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax來確定，見表3.1。
表3.1 從動盤轂花鍵的尺寸
摩擦片
外徑
D/mm
發(fā)動機(jī)的
最大轉(zhuǎn)矩
Temax/N·m
花鍵尺寸
擠壓應(yīng)力
σj/Mpa
齒數(shù)n
外徑
D′/mm
內(nèi)徑
d′/mm
齒厚
b/mm
有效齒長
l/mm
3噸躍進(jìn)貨車的發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，取近似值，摩擦片外徑，對照表中數(shù)據(jù)得：齒數(shù)，花鍵外徑，花鍵內(nèi)徑，鍵齒寬，有效齒長。
3.3.2 花鍵強度校核
因為花鍵連接的特性并且是與變速器旋轉(zhuǎn)軸相連，花鍵的內(nèi)表面會受到高強度、高頻率的交變壓力，所以花鍵內(nèi)表面很容易遭到疲勞破壞，使離合器性能下降甚至損壞。設(shè)計時需要對花鍵表面進(jìn)行擠壓應(yīng)力計算，公式如下：
(3-1)
上述公式中：h——花鍵的工作高度，數(shù)值用公式求得：
P——花鍵的齒側(cè)面壓力，其大小可以由式計算得出：
(3-2)
式中：Z——從動盤轂的數(shù)目，取1。
帶入具體數(shù)據(jù)，計算得出： (3-3)
將(3-3)帶入(3-1)中：
實際擠壓應(yīng)力小于許用擠壓應(yīng)力，從動盤轂花鍵能夠正常使用，花鍵尺寸符合使用要求。
圖3.2 從動盤轂三維圖
從動盤轂的加工材料為碳鋼，成型后要對盤轂進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。因為花鍵內(nèi)表面工作時所受載荷校核較大，所以要對花鍵表面進(jìn)行單獨處理，增加表面硬度及耐磨性。從動盤轂上的孔洞安裝時會裝入減振彈簧，對定位要求高，所以加工時一定要精準(zhǔn)。
從動盤轂的結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。
3.4 摩擦片設(shè)計
摩擦片的尺寸在前文中已經(jīng)進(jìn)行計算并圓整，現(xiàn)在對摩擦片的尺寸進(jìn)行校核：
1） 摩擦片外徑D的大小應(yīng)使摩擦片的最大圓周速度vD不超出的范圍，即：
（3-4）
摩擦片外徑D符合要求。
上式中：——摩擦片最大圓周速度；
——發(fā)動機(jī)最高轉(zhuǎn)速。
2） 摩擦片內(nèi)徑與外徑的比值c應(yīng)在，即：
符合要求。
3） 在按裝時為保證扭轉(zhuǎn)減振器的位置正確，摩擦片內(nèi)徑d必須大于減振器彈簧位置直徑約，即。
圖3.3 摩擦片三維零件圖
摩擦片（如圖3.3）是由石棉基材料模壓而成，具有較高的摩擦力。加工后的摩擦面不得有毛刺或斷裂現(xiàn)象，影響離合器的正常使用。
3.5 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計
扭轉(zhuǎn)減振器是由彈性元件和阻尼元件構(gòu)成，在離合器中起到減輕旋轉(zhuǎn)軸振動的作用，并且在離合器結(jié)合中起到緩沖作用，減輕傳動系統(tǒng)所受到的沖擊。
3.5.1 性能參數(shù)
1)極限轉(zhuǎn)矩Tj
表示離合器在限位銷與從動盤轂上的缺口間完全接觸，不留間隙時，所能夠傳遞的最大轉(zhuǎn)矩。與發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩有關(guān)聯(lián)。一般取，對于輕型貨車，系數(shù)取1.5即
2)扭轉(zhuǎn)角剛度
適當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛度能夠避免傳動系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)產(chǎn)生共振，影響離合器的使用壽命?？捎山?jīng)驗公式進(jìn)行取值，即。初取。
3）阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩
扭轉(zhuǎn)剛度受結(jié)構(gòu)及發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的選址，其選值不能過小。所以為了在發(fā)動機(jī)正常工作的前提下能夠進(jìn)一步消除共振現(xiàn)象，必須合理選擇減振器阻尼裝置的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩。一般按下式初選:，初選。
4）預(yù)緊轉(zhuǎn)矩
減振彈簧在安裝時需要有一定的預(yù)緊，用以保證安裝正確。預(yù)緊轉(zhuǎn)矩一般用下式初選：，初選
5）減振彈簧的位置半徑R0
減震彈簧位置半徑R0取值時，在保證減振器正常工作性能的前提下，數(shù)值盡可能的大。并且在上文對摩擦片內(nèi)徑進(jìn)行檢驗時也涉及到R0。計算R0的經(jīng)驗公式為：
并且同時還需滿足：
綜合兩式考慮，取。
6）減震彈簧個數(shù)Zj
摩擦片外徑D為250mm，當(dāng)外徑時，Zj的取值范圍。取。
3.5.2 減振彈簧計算
1）減振彈簧尺寸
減震彈簧的彈簧中徑通常在范圍內(nèi)，其數(shù)值要根據(jù)結(jié)構(gòu)和布置形式來確定，取。彈簧鋼絲直徑d通常在取值范圍內(nèi)，取。
2） 減振彈簧的剛度k
減震彈簧的剛度k的大小與已選值的扭轉(zhuǎn)角剛度及位置半徑有關(guān)，可由下述公式計算得到：
（3-5）
帶入具體數(shù)值，求得k=266.7N/mm
3）減振彈簧有效圈數(shù)i
（3-6）
上述公式中：G——材料剪切模量，彈簧材料為碳鋼，。
將數(shù)值帶入公式（3-6）中，計算得出，則減震彈簧有效圈數(shù)取整后為3圈。
減震彈簧總?cè)?shù)可由公式求得：。
4）減振彈簧各種狀態(tài)下的尺寸
減振彈簧最小高度是指彈簧被壓縮到極限的理想狀態(tài)下的高度與實際彈簧圈間隙之和。具體數(shù)值可由下列公式算得：
（3-7）
彈簧總變形量是指彈簧由原始狀態(tài)到壓縮到極限位置時，彈簧變化的長度，可用公式表示：
（3-8）
彈簧自由長度是指在自由狀態(tài)下的原始長度，用下式計算：
（3-9）
圖3.4 減振彈簧三維圖
根據(jù)所計算出來的優(yōu)化尺寸，繪制出減振彈簧（如圖3.4）。減振彈簧具有較好的彈力，能在離合器使用過程中，減少結(jié)合或分離產(chǎn)生的沖擊。加工好的成品不得出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，影響離合器的正常使用。
第4章 膜片彈簧設(shè)計
4 膜片彈簧設(shè)計
膜片彈簧是膜片彈簧離合器中重要的一個組成部分，外形呈碟狀，中間是圓形通孔。膜片彈簧的圓形中心通孔圓周方向均勻分布著一定數(shù)量的分離指，這些分離指在離合器工作中起著杠桿的作用，此設(shè)計用來緩和沖擊，吸收振動。另外當(dāng)分離指起到作用時，會受到過大的集中應(yīng)力，為避免出現(xiàn)分離指斷裂，分離指的根部會用過渡圓弧來過渡消除應(yīng)力集中點。
4.1 膜片彈簧的材料
由于膜片彈簧的形狀特性并且中心分布著分離指，它的材料必須有較強的硬度和良好的綜合力學(xué)性能，能在工作中承受較大的沖擊和集中應(yīng)力，一般選用合金材料?，F(xiàn)在普遍采用的是硅錳鋼。
4.2 膜片彈簧的彈性特性
1）能夠自動調(diào)節(jié)壓緊力。當(dāng)摩擦片磨損量達(dá)到容許的極限值時，膜片彈簧的壓緊力雖有變化，但與原壓緊力的數(shù)值相差不大，確保離合器仍然能夠正常工作。
2）操作輕便。對膜片彈簧進(jìn)行壓縮，與其他彈簧相比，壓縮距離相同的情況下，膜片彈簧所需的壓力小。另外，膜片彈簧離合器采用傳動片裝置，具有軸向彈性，在分離其彈性恢復(fù)力和分離方向一致，而且膜片彈簧離合器中膜片彈簧代替了分離杠桿裝置，減少了這一部分的摩擦損失，因此分離時的踏板操縱力大大減小。
3）結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。
4）高速時平衡性好，壓緊力穩(wěn)定。膜片彈簧與壓盤以整個圓周接觸，壓力分布均勻，與摩擦片的接觸良好，磨損均勻增強摩擦片使用壽命；此外膜片彈簧的安裝位置對離合器的中心線是對稱的，其壓力不受離心力的影響，具有高速性能好、平衡性好、造作運轉(zhuǎn)時沖擊和噪音小的優(yōu)點[3]。
圖4.1 膜片彈簧的彈性特性
4.3 膜片彈簧的基本參數(shù)
①膜片彈簧H/h的取值通常在的范圍中，取?，F(xiàn)在市場上膜片彈簧材料的厚度正常在范圍內(nèi)，取厚度為3mm，則。
②的取值通常在的范圍內(nèi)，關(guān)系到膜片彈簧的軟硬度，越小，彈簧收到的壓力越大，而膜片彈簧越硬。為使彈簧軟硬適中，取中間值，。摩擦片平均半徑，要求，取。算得，圓周后。
③膜片彈簧起始圓錐底角一般在之間，由公式大致算得，在允許范圍內(nèi)。
④膜片彈簧的分離指數(shù)，現(xiàn)在市面上的膜片彈簧通常會取18。分離指數(shù)為偶數(shù)便于生產(chǎn)制造。
⑤，，取，。re要滿足。取。
4.4 膜片彈簧數(shù)據(jù)校核
對膜片彈簧初選的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，是為了保證設(shè)計出來的膜片彈簧能夠滿足離合器的使用性能，并在這個前提下使離合器的操縱更加平穩(wěn)。對彈簧的強度也要有所要求，已達(dá)到更好地綜合效果。
1）膜片彈簧H/h起始圓錐底角所取值要在一定范圍內(nèi)，即：
2）膜片彈簧的和取值要控制在一定范圍內(nèi)，即
3）為了使膜片彈簧與壓盤以整個圓周接觸，壓力作用點分布均勻，結(jié)合平順，即為下列公式：
4）因為膜片彈簧結(jié)構(gòu)安裝的要求，、以及所求的值都要在規(guī)定范圍內(nèi)，即：
5）前文中提及膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用，且具有一定的軸向彈性，杠桿比不定，可由下述公式計算得出：
計算得出， 。
圖4.2 膜片彈簧三維視圖
膜片彈簧（如圖4.2）根據(jù)計算后的參數(shù)進(jìn)行繪制，使用材料為硅錳鋼，分離指沿圓周方向均勻分布，根部采用圓弧過渡防止應(yīng)力集中。加工結(jié)束后工件上不得有毛刺、裂紋等現(xiàn)象。
第5章 壓盤與離合器蓋的設(shè)計
5 壓盤與離合器蓋的設(shè)計
5.1 壓盤設(shè)計
壓盤是離合器的重要組成部分，關(guān)系到汽車的行駛安全性。發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，通過飛輪及壓盤與從動盤接觸面的摩擦作用傳給從動盤。因此壓盤上也帶有摩擦面，并且可以更換，避免發(fā)生不可逆損壞影響離合器的使用。對于壓盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計也有一定的要求：
A. 壓盤要將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩由飛輪傳輸?shù)綇膭颖P，必須具有較高的剛度和一定的質(zhì)量，防止在工作過程中因為溫度過高而產(chǎn)生彎曲變形。材料選用鑄造。
B. 為保證高速時傳動平衡性，飛輪與壓盤要有良好的對中心。工作表面需光滑平整，正常對粗糙度的要求是。
壓盤的高度公差要小。
5.1.1 壓盤尺寸與結(jié)構(gòu)
壓盤的內(nèi)外徑大小要跟摩擦片尺寸相關(guān)聯(lián)，以保證能便于安裝且正常工作。根據(jù)摩擦片的內(nèi)外徑選定壓盤外徑，壓盤內(nèi)徑，能完全覆蓋摩擦片。知道了內(nèi)外徑，還需知曉壓盤的厚度，厚度選擇依據(jù)如下：
1） 壓盤要有足夠的質(zhì)量
離合器在汽車行駛中會頻繁使用，在滑磨中存在摩擦功，會使離合器在短時間內(nèi)聚集大量的熱，熱量發(fā)散不出去，很容易使壓盤和摩擦片出現(xiàn)不同程度的損壞。為避免這類情況的發(fā)生，摩擦片必須具有較大的熱容量，這樣壓盤的質(zhì)量必須要大。
2）壓盤要有較大的剛度
為防止在壓盤工作過程中因為溫度過高而產(chǎn)生彎曲變形，影響離合器的正常工作，壓盤必須具有較高的剛度。
壓盤質(zhì)量要大，厚度就不可能小，載重汽車壓盤厚度，本次設(shè)計初選壓盤厚度為。
5.1.2 壓盤厚度校核
初選壓盤厚度后，對離合器進(jìn)行升溫校核，要求結(jié)合一次的溫升不得超過，則視為合格，若溫升過高還要再適當(dāng)增加壓盤厚度。
校核公式如下：
（5-1）
式中：——溫升，單位℃
y——分配到壓盤上的滑磨功所占的百分比，單片離合器，雙片離合器
W——滑磨功，單位
首先要計算出每次結(jié)合的滑磨功，計算公式如下：
（5-2）
上式中：——汽車總質(zhì)量，本設(shè)計汽車總質(zhì)量為6290kg
——車輪滾動半徑，本設(shè)計
——起步時所用變速器檔位的傳動比，
——主減速器傳動比，
——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，計算時取
將具體數(shù)值代入（5-2），算得,計算結(jié)果代入（5-1）。
℃
未超出允許范圍值，選擇的壓盤厚度合格。
圖5.1 壓盤三維視圖
壓盤（如圖5.1）厚度較大，內(nèi)外徑尺寸根據(jù)摩擦片的大小所決定。壓盤圓周方向的三個腳要與飛輪及離合器蓋相連，位置精準(zhǔn)度高，且要求有較高的對中性，所以三腳是圓周方向均勻分布的。加工過程中要特別注意。
5.2 離合器蓋的設(shè)計
離合器蓋在離合器中主要起兩方面的作用：一、與飛輪相連，將發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩傳遞給飛輪；二、是離合器的外部殼體，將離合器構(gòu)件放置在內(nèi)，起到支撐保護(hù)的作用。此外，在設(shè)計離合器蓋時需要注意以下幾個方面：
1） 蓋的剛度
離合器蓋既然是離合器的外部殼體，必然需要較好的剛度，確保在高速旋轉(zhuǎn)過程中不會發(fā)生變形，才能保護(hù)好內(nèi)部構(gòu)件。通常采用厚度均勻的低碳鋼板沖壓成形狀復(fù)雜的離合器蓋。
2） 通風(fēng)散熱性
離合器在汽車行駛中的正常工作狀態(tài)就是高速旋轉(zhuǎn)，但內(nèi)部有多處有滑磨，極易在短時間產(chǎn)生大量的熱，為能有效的散除熱量，離合器蓋制造時要留有多處通風(fēng)口。
3） 對中心
要求離合器蓋以旋轉(zhuǎn)中心軸呈對稱，對中性好，確保在旋轉(zhuǎn)過程中不會產(chǎn)生離心力，使離合器正常工作。
圖5.2 離合器蓋三維視圖
離合器蓋（如圖5.2）根據(jù)離合器結(jié)構(gòu)尺寸以及設(shè)計要求繪制，有較好的對中性，能將離合器其他元件覆蓋在內(nèi)。
第6章 操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計及軸的選擇
6 操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計及軸的選擇
6.1 操縱機(jī)構(gòu)
離合器操縱機(jī)構(gòu)是為駕駛員能在駕駛室操控離合器接合或分離的一套機(jī)構(gòu)。離合器在行駛時使用頻繁，提高了對操縱機(jī)構(gòu)的性能要求。首先必須要省力，減少駕駛員工作量，避免疲勞駕駛。其次，要有校正機(jī)構(gòu)的踏板行程，不能出現(xiàn)輕點踏板時就出現(xiàn)離合器分離現(xiàn)象，會提高駕駛員的操作錯誤率。因此設(shè)計操縱機(jī)構(gòu)時要注意以下幾方面：
1）踩下踏板力要下；
2）踏板行程要小，并且要留有校正機(jī)構(gòu)的踏板行程；
3）對踏板要設(shè)有極限位置；
4）機(jī)構(gòu)要具有一定的剛度：
5）傳動效率要高。
離合器操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)見圖6.1
圖6.1 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
6.2 從動軸
6.2.1 從動軸的材料
本次設(shè)計的離合器中的從動軸受了很大的載荷，但是行駛車況良好，傳遞載荷平穩(wěn)，所以從動軸的材料選用40Cr調(diào)質(zhì)剛。
6.2.2 確定軸的輸出端直徑
從動軸的直徑由下列公式進(jìn)行計算：
（6-1）
由表6-1列出的幾種材料，取，n 為軸的轉(zhuǎn)速，r/min，則mm，取mm。
表6-1 軸常用幾種材料的[τ]及A值
軸的材料
[τ]/MPa
6.3 分離軸承總成
分離軸承由離合器操縱機(jī)構(gòu)直接操控，駕駛員踩下離合踏板時分離軸承推動壓盤向從動盤靠近。分離軸承承受的載荷比較大，且若是時間變長或者工作環(huán)境惡化導(dǎo)致潤滑效果下降，分離軸承中的分離套筒的內(nèi)表面會產(chǎn)生表面疲勞失效，摩擦變大，還會產(chǎn)生噪聲、抖動。以前采用推力球和向心球兩種形式比較，但這兩種形式缺點很明顯，因為結(jié)構(gòu)不密封導(dǎo)致潤滑條件差時間長了磨損比較嚴(yán)重，隨之而來噪聲就變大影響駕駛員的操作感受，可靠性降低，使用壽命也較低。上面兩種結(jié)構(gòu)因為缺點明顯，越來越不能滿足汽車快速發(fā)展的要求，很快就被淘汰了。目前主流是角接觸推力球軸承，這種分離軸承采用全密封結(jié)構(gòu)并且使用耐高溫的潤滑油，這樣使得軸承工作時的潤滑條件非常好，長時間工作過后磨損不大，工作時噪音也比較小。
本次設(shè)計選擇分離軸承7007C，具體參數(shù)如表6-2。
表6-2 分離軸承參數(shù)表
型號
C
7007C
19.1KN
1.2
3
分離軸承壽命可由下式：
式中：
計算得： h，即該分離軸承壽命為29192小時。
第7章 膜片彈簧離合器裝配圖
7 膜片彈簧離合器裝配圖
圖7.1 膜片彈簧離合器總裝配圖
圖7.1為繪制好膜片彈簧離合器各個零件后，進(jìn)行組裝形成的總裝配圖。
第7章 結(jié)論
8 結(jié)論
這次論文主要對象是3噸載重躍進(jìn)貨車的離合器，有具體的設(shè)計對象。論文在第一章緒論中主要介紹了離合器作用及離合器種類，并選出適合輕型貨車的離合器。畢業(yè)設(shè)計的工作是對離合器的重要部件進(jìn)行設(shè)計計算及校核，并用繪圖軟件繪制出離合器的主要構(gòu)成零件和最后總組裝圖。由于時間和能力的有限，畢業(yè)設(shè)計中還存在著許多不足之處，望老師見諒并提出有缺陷的地方，我會努力修正。
本次設(shè)計還有一個重要的設(shè)計依據(jù)，那便是膜片彈簧的非線性彈性特性。膜片彈簧的非線性彈性特性分析對于離合器的結(jié)構(gòu)、尺寸、性能等各方面產(chǎn)生重要影響。
本文所有的設(shè)計計算和強度校核都要考慮離合器本身的材料及其性質(zhì)、各部件的尺寸大小、發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，還有就是駕駛員的操作體驗也非常重要。
本次所設(shè)計的膜片彈簧離合器主要適于汽車總質(zhì)量不大、發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩適中的車型。其他人員涉及到此類離合器設(shè)計時可將本論文作為參考，若有錯誤之處，歡迎指出修正。
參考文獻(xiàn)
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致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計到這里已經(jīng)接近尾聲了，在這里我想感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師黃大宇老師。在幾個月的畢業(yè)設(shè)計過程中，黃老師一直耐心指導(dǎo)。畢業(yè)設(shè)計不同于以往的試卷考試，時間很充足，目標(biāo)也很明確，但是它對于態(tài)度、方法的要求同樣重要。剛開始的時候付老師就給我們組的幾個同學(xué)集中開了指導(dǎo)會議，那次會議不僅僅是強調(diào)畢業(yè)設(shè)計過程中的各項注意事項，黃老師更是提醒我們畢業(yè)設(shè)計是一項系統(tǒng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ?，態(tài)度決定我們能否按時按量完成并且是否能夠出色地完成畢業(yè)設(shè)計。在設(shè)計過程中，確實遇到了黃老師強調(diào)過的細(xì)節(jié)問題。
其次，我還要感謝我們學(xué)院。因為設(shè)計過程中需要用到學(xué)校的機(jī)房。學(xué)院及時為我們安排了機(jī)房，并且學(xué)院在教務(wù)系統(tǒng)上發(fā)了一些資料供我們參考。
最后，我為自己本次畢業(yè)設(shè)計作簡單評價。我覺得我通過這次設(shè)計，我對汽車結(jié)構(gòu)的理論知識有了更深刻的認(rèn)識，并將理論知識與實際相結(jié)合，正確認(rèn)識汽車零件。有了這次的實際操作，我對繪圖軟件的運用也比以前熟系。而且在設(shè)計過程中我翻閱了許多關(guān)于機(jī)械設(shè)計方面的書籍，豐富了自己的知識面弄懂了許多之前覺得不明白的知識。為今后的工作打下了好的基礎(chǔ)。