汽车设计离合器课程设计

汽车设计课程设计离合器设计说明书

姓名：范小南

班级：B110210

学号：B11021023

目录

一、离合器设计的目的及相关概述 (1)

1.1 离合器基本功用 (1)

1.2 离合器相关结构的介绍 (1)

1.3 离合器的设计要求 (2)

1.4拉式膜片弹簧的优点 (3)

二、离合器摩擦片参数的确定 (3)

2.1摩擦片相关参数确定之前的数据准备 (3)

2.1.1后背系数确定 (3)

2.1.2单位压力的确定 (4)

2.1.3摩擦因数、摩擦面数和离合器间隙 (4)

2.2 摩擦片参数的选择 (5)

2.2.1初选摩擦片参数外径D、内径d和厚度b (5)

2.2.2 离合器传递最大转矩 (6)

2.3摩擦片参数的校核 (6)

2.3.1 摩擦片最大圆周速度的校核 (6)

2.3.1 单位滑磨功的校核 (6)

三、膜片弹簧的设计 (6)

3.1 膜片弹簧参数的设计 (7)

3.2 膜片弹簧参数的校核 (9)

四、主要零部件的设计 (10)

4.1 扭转减震器的设计 (10)

4.2 扭转用弹簧的设计 (12)

4.3 从动盘毂的设计 (14)

4.4 离合器盖结构的设计 (15)

4.5 压盘的设计 (14)

4.5.1 设计要求 (15)

4.5.2 压盘几何尺寸及材料的确定 (15)

4.5.3 压盘的校核 (16)

4.6 支撑环 (16)

五、操纵机构 (16)

5.1 操纵机构的简介 (16)

5.2离合器踏板行程计算 (18)

5.3 踏板力计算 (13)

六、设计小结 (19)

七、参考文献 (21)

附录 (22)

一、离合器设计的目的及相关概述

了解乘用车离合器的构造，掌握离合器的工作原理，了解从动盘总成的结构，掌握从动盘总成的设计方法，了解压盘和膜片弹簧的结构，掌握压盘和膜片弹簧的设计方法，通过对以上几方面的了解，从而熟悉轿车离合器的工作原理，同时，学会如何查找文献资料、相关书籍，培养学生动手设计项目，掌握单独设计课题和项目的方法，从而设计出满足整车要求并符合相关标准、具有良好的制造工艺性，结构简单，便于维护的乘用车离合器，为以后从事汽车方面的工作或工作设计打下良好的基础，通过这次课程设计，使学生充分认识到设计工程所需要的步骤，以及自身所应具备的专业素质，未进入社会提供良好的学习机会，对与由学生向工程技术人员转变具有重要的现实意义。

1.1离合器基本功用

离合器通常安装在发动机和变速器之间，其主动部分与发动机飞轮相连，从动部分与变速器相连。

1）在汽车起步时，通过离合器主、从动部分的滑磨而使它们的转速逐渐接近，以确保汽车起步平稳。

2) 当变速器换挡时，通过离合器主、从动部分的迅速分离来切断动力的传递，以减轻齿轮的冲击，保证换挡时工作平稳。

3) 当离合器转矩超过其所能传递的最大转矩时，其主、从动部分之间将产生滑磨，以防止传动系统过载。

1.2 离合器相关结构的介绍

膜片弹簧离合器总成由膜片弹簧、离合器盖、压盘、传动片和分离轴承总成等部分组成。

1）离合器盖

离合器盖一般为120或90旋转对称的板壳冲压结构，通过螺栓与飞轮连接在一起。离合器盖是离合器中结构形状比较复杂的承载构建，压紧弹簧的压紧力最总都要由它来承受。

2）膜片弹簧

膜片弹簧是离合器最重要的压紧元件，在其内孔圆周表面上开有许多均布的长径

内槽，在槽的根部制成较大的长圆形或矩形孔，可以穿过支撑铆钉，这部分称之为分离指；从窗孔底部直弹簧外圆周的部分形状像一个无底宽边碟子，其截面为截圆锥形，称之为碟簧部分。

3）压盘

压盘的结构一般是环形盘状铸件，离合器通过压盘与发动机紧密相连。压盘靠近外圆周面处有继续的环形职称凸台，最外缘均布有三个或四个传力凸耳。

4）传动片

离合器结合时，飞轮驱动离合器盖带动压盘一起转动，并通过压盘与从动盘摩擦片之间的摩擦力使从动盘转动；离合器分离时，压盘相对于离合器盖做自由轴向移动，使从动盘松开。这些动作均有传动片完成。传动片的两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓连接，一般才用轴向布置。在离合结合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转；在离合器分离时，可利用它的弹性恢复力来牵动压盘轴向分离并使操纵力减少。

5）分离轴承总成

分离轴承总成由分离轴承、分离套筒等组成。分离轴承在工作时主要承受轴向力，同时还承受高速旋转时离心力作用下的径向力。目前国产汽车中多使用角接触推力球轴承，采用全密封结构和高温润滑脂，其端面形状与分离指舌尖部分形状相匹配，舌尖部为平面时采用球星端面，为弧面时采用平端面或凹弧形断面。

1.3 离合器的设计要求

为了保证汽车具有良好的工作性能，对汽车离合器设计提出如下基本要求：1）在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备；

2）接合时要平顺柔和，以保证汽车起步时没有抖动和冲击；

3）分离时要迅速、彻底；

4）离合器从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损；

5）应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命；

6）应使传动系避免扭转共振，并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力；

7）操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳；

8）作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能；

9) 应有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、寿命长；

10) 结构应简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。

根据离合器的设计要求，进行离合器的总体方案的设计和选择，由于膜片式离合器有自动调节压紧力、操作轻便、结构简单紧凑、高速时平衡性好和寿命长等优点，所以选择膜片拉式离合器。

1.4 拉式膜片弹簧的优点

与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有许多优点：取消了中间支承各零件，并不用支承环或只用一个支承环，使其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更少；拉式膜片弹簧是中部与压盘相压在同样压盘尺寸的条件下可采用直径较大的膜片弹簧，提高了压紧力与传递转矩的能力，且并不增大踏板力，在传递相同的转矩时，可采用尺寸较小的结构；在接合或分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，分离效率更高；拉式的杠杆比大于推式的杠杆比，且中间支承减少了摩擦损失，传动效率较高，踏板操纵更轻便，拉式的踏板力比推式的一般可减少约25%~30%；无论在接合状态或分离状态，拉式结构的膜片弹簧大端与离合器盖支承始终保持接触，在支承环磨损后不会形成间隙而增大踏板自由行程，不会产生冲击和哭声；使用寿命更长。

二、离合器摩擦片参数的确定

2.1 摩擦片相关参数确定之前的数据准备

2.1.1 后备系数β的确定

后背系数保证离合器能可靠的传递发动机扭矩，同时它有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器使用寿命。但为了使离合器尺寸不至于过大，减少传递系的过载，使操作轻便等，后背系数有不宜过大。由于所设计的离合器为膜片弹簧离合器，在使用时其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小（开始时还会少许增加），再加上乘用车的后备功率比较大，使用条件比较好，宜取较小值，由于β取值范围为1.20~1.75，则取β=1.5。

2.1.2单位压力

p的确定

p决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器工作性能和使用寿命有很大的单位压力

影响，选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、

p取值范围见下材料及其质量和后备系数等因素。当摩擦片采用不同材料时，

表1：

p的取值范围

表1 摩擦片单位压力

p=0.2/MPa。

由上表可知：选用模压石棉基材料，取值

2.1.3摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙t?的确定

各种摩擦材料的摩擦因数f的取值范围见下表2：

表2 摩擦材料的摩擦因数f的取值范围

摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所选用的材料、工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。由上表可知摩擦片的材料主要有石棉基材料、粉末冶金材料和金属陶瓷材料。石棉基材料的膜材因数f受温度、单位压力和滑磨速度的影响较大，而粉末冶金材料和金属陶瓷材料的摩擦因数f较大且稳定。所以选用铜基粉末冶金材料，取f=0.3。

由于离合器为单片摩擦离合器。则2

Z=。

离合器t?是指离合器处于正常结合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中仍能完全结合，在分离轴承和分离杠杆之

间留有间隙。一般?t 为3~4mm 。这里取?t =3mm 。

摩擦片厚度主要有3.2mm 、3.5mm 、4.0mm 三种，这里取b=3.5mm 。

2.2摩擦片参数的选择

2.2.1初选摩擦片外径D 、内径d 、厚度b 的参数

摩擦片外径是离合器基本尺寸，它关系到离合器结构重量和寿命，他和离合器传递的转矩大小有一定的关系：

T emax =T b ×m a

D =√12βT emax πfZp 0(1?c 3)3

式中，比转矩T b =103 N ?m ?t ?1；

汽车总质量 1.6a m t ；

后背系数β=1.5；

摩擦因数f =0.3；

摩擦面数Z=2；

摩擦片内、外径之比c=d/D=0.6；

摩擦片单位压力0p =0.2Mpa ；

代入上述数据得摩擦片外径D =215.74mm 。

由离合器摩擦片尺寸系列和参数可知，如下表3：

表3 离合器摩擦片尺寸系列和参数

因此选外径D=225mm ，内径d=135mm ，厚度b=3.5mm 。

2.2.2离合器传递最大力矩c T

为了能保证离合器在任何工况下都能可靠的传动发动机最大转矩，设计时c T 应大于发动机最大转矩，即

T c =β×T emax =1.5×164.8=247.2N ?m

2.3 摩擦片参数的校核

2.3.1 摩擦片最大圆周速度的校核

摩擦片外径D （mm ）的选取应使最大圆周速度D v 不超过65~70m/s ，即

3max 1060D e v n D π

-=?

代入数据得v D =65.94≤70m/s ，则符合要求。

2.3.2 单位滑磨功的校核

为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，离合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值，即

224[](D d )

W w w Z π=≤- 222e 220n W=1800a r g m r i i π??

? ??? 式中，乘用车单位面积滑磨功需用值2[]0.4J/mm w =；

乘用车发动机转速2000/min e n r =；

轮胎半径360r r mm =；

取汽车起步时变速器档位传动比 3.4g i =

取主减速传动比0 4.5i =

代入数据得220.38/mm 0.4/mm w J J =≤，则符合要求。

三、 膜片弹簧的设计

3.1膜片弹簧参数的设计

1）/H h 比值和h 的选择

取/ 1.5H h =，h=2.5mm,H=3.75mm

2）/R r 比值和R 、r 的选择

研究表明，/R r 越大，弹簧材料利用率越低，弹簧越硬，弹性特性曲线受直径误差的影响越大，且应力越高。则

332223c R r R R r ??-= ?-??

代入数据得c R =91.88mm 。

为了使摩擦片上的压力分布均匀，拉式膜片弹簧的r 值宜取为大于或等于c R =91.88mm ，/R r =1.2~1.35，则取r=92mm ，/R r =1.25，R=115mm 。

3）α的选择

膜片弹簧只有状态下圆锥角α与内锥高H 的关系密切，一般在9°~15°。即

α=tan

?1H R ?r ≈H R ?r

代入数据得α=10°。

4）膜片弹簧工作位置点的选择

通过MATLAB 计算的曲线的拐点为(3.59,3.12×103)，最值如下图表示

图 一 膜片弹簧最值载荷力

由上图可知，最大载荷点的坐标为(2.9,3.17×103)，最小值坐标(4.28,3.07×103)（程序见附录）。