轿车离合器设计M09机械设计制造及其自动化(车辆工程)Ⅱ.doc

1、金陵科技学院 题目题目：轿车离合器设计1、整车性能参数驱动形式42前轮轴距 2471mm轮距前/后 1429/1422mm整车质量 1060kg最高车速 180km/h最大爬坡度 35%最小转弯直径 11m最大功率/转速 74/5800kw/rpm最大转矩/转速 150/4000Nm/rpm轮胎型号 185/60R14T手动5挡2、具体设计任务1）广泛查阅离合器资料，根据使用条件，确定离合器的结构，进行膜片弹簧离合器的总体结构设计。2）确定膜片弹簧的结构参数，对压盘、摩擦盘和离合器壳体的结构、参数及材料进行选择，对主要零部件进行强度计算。3）完成设计说明书。26金陵科技学院 目录目录第一章 绪

2、论11.1 研究背景11.2 离合器的组成11.3 离合器的工作原理31.4 膜片弹簧离合器的优点31.5 设计基本要求3第二章 离合器基本参数的确定52.1 摩擦片的选择52.2 离合器后备系数52.3 单位压力62.4 摩擦片外径、内径和厚度62.5 所选离合器基本参数的确定8第三章 离合器零件的结构选型及设计计算103.1 从动盘总成103.2 离合器盖总成设计113.2.1 离合器盖的设计113.2.2 压盘设计123.2.3 分离轴承总成15第四章 膜片弹簧设计174.1 膜片弹簧的结构特点174.2 膜片弹簧的加载方式和弹性变形特性174.3 膜片弹簧主要参数的选择194.4 绘制

3、膜片弹簧的特性曲线204.5 确定膜片弹簧的工作点位置214.6 求离合器彻底分离时分离轴承作用的载荷224.7 求分离轴承的行程224.8 膜片弹簧强度校核234.9 膜片弹簧材料及制造工艺23第五章 总结25参考文献26金陵科技学院 第一章 绪论第一章 绪论1.1 研究背景离合器的出现是随着变速箱的出现而出现的，1889年戴姆勒在他的汽车上首次应用了四速变速箱和摩擦离合器，但扭矩仍然由皮带传到后轮。最开始的离合器是用齿轮传动（机械式），换挡时出现冲击和噪声，在不断发展中出现了带同步环的，同时出现了液压传动的。目前机械式离合器都有了同步器，使换挡更加平稳。离合器是汽车传动系中的重要部件，主要

4、功用是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；在工作中受到大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏，有效地降低传动系中的振动和噪声。随着汽车发动机转速、功率的不断提高和汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发，膜片弹簧离合器由于其转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离合器传递转矩的能力和简

5、化操纵，已成为离合器的发展趋势。汽车传动系的设计对汽车的动力学和燃油经济性有着重大影响，而离合器又是汽车传动系中的重要部件。在离合器设计中，合理地选择离合器的结构型式和设计参数不仅保证了其在任何情况下都能可靠地传递发动机转矩，还使其有足够的使用寿命。1.2 离合器的组成如图1-1所示，离合器由主动部分、从动部分、压紧装置、分离机构和操纵机构五部分组成。1-曲轴；2-从动轴；3-从动盘；从动盘；从动盘；4-飞轮；5-压盘；6-离合器盖； 7-分离杠杆；8-弹簧；9-分离轴承；10、15-回位弹簧；11-分离叉；12-踏板；13-拉杆；14-拉杆调节叉；16-压紧弹簧；17-从动盘摩擦片；18-轴

6、承。图1-1 离合器的基本组成(一)主动部分：离合器、压盘离合器盖6用螺钉固定于飞轮4上，压盘5沿圆周上的凸起伸入盖6的窗孔中，将分离轴承9可沿窗孔作轴向滑动。这样，曲轴旋转，便通过飞轮、离合器盖带动压盘一起转动，构成离合器的主动部分。(二)从动部分：从动盘、从动轴双面带摩擦衬片的从动盘通过滑动花键套在从动轴(变速器输入轴)上。(三)压紧装置：压紧弹簧沿圆周均布的压紧弹簧16装在离合器盖和压盘之间，把压盘和从动盘压向飞轮。(四)分离机构：分离杠杆、分离轴承、分离套筒、分离叉分离杠杆7外端和中部分别铰接于压盘和离合器盖上。分离轴承9和分离套筒压装成一体，松套在从动轴的轴套上。分离叉11是中部有支

7、点的杠杆。(五) 操纵机构：踏板、拉杆等1.3 离合器的工作原理离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮和压盘借摩擦作用传给从动盘，在通过从动轴传给变速器。当驾驶员踩下踏板时，通过拉杆，分离叉、分离套筒和分离轴承，将分离杠杆的内端推向右方，由于分离杠杆的中间是以离合器盖上的支柱为支点，而外端与压盘连接，所以能克服压紧弹簧的力量拉动压盘向左，这样，从动盘两面的压力消失，因而摩擦力消失，发动机的扭矩就不再传入变速器，离合器处于分离状态。当放开踏板，回位弹簧克服各拉杆接头和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。此时压紧弹簧就推动压盘向右，仍将从动盘压紧在飞轮上，这样发动机的扭矩又传入变速器。1.

8、4 膜片弹簧离合器的优点膜片弹簧离合器在技术上比较先进，经济性合理，同时其性能良好，使用可靠性高寿命长，结构简单、紧凑，操作轻便。在保证可靠地传递发动机最大扭矩的前提下，有以下优点： （1）结合时平顺、柔和，使汽车起步时不震动、冲击；（2）离合器分离彻底；（3）从动部分惯量小，以减轻换档时齿轮副的冲击；（4）散热性能好；（5）高速回转时只有可靠强度；（6）避免汽车传动系共振，具有吸收震动、冲击和减小噪声能力；（7）操纵轻便；（8）工作性能（最大摩擦力矩和后备系数保持稳定）；（9）使用寿命长。1.5 设计基本要求为了保证离合器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

9、条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩，并且还有一定的传递转矩余力。(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)能作到分离时，彻底分离，接合时柔和。(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)从动部分的转动惯量尽量小一些。这样，在分离离合器换档时，与变速器输入轴相连部分的转速就比较容易变化，从而减轻齿轮间冲击。(6)具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。(7)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。(8)操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。(9)作用在从动

10、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。(10)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。(11)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。金陵科技学院 第二章 离合器基本参数的确定第二章 离合器基本参数的确定2.1 摩擦片的选择单片离合器因为结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底接合平顺，所以被广泛使用于轿车和中、小型货车，因此该设计选择单片离合器，摩擦片数。2.2 离合器后备系数后备系数是离合器设计时用到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。后

11、备系数保证了离合器能可靠传递发动机转矩的同时，还有助于减少汽车起步时的滑磨，提高离合器的使用寿命。在选择时，应考虑以下几点： 1) 为可靠传递发动机最大转矩，不宜选取太小；2) 为减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜选取太大；3) 当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可选取小些；4) 当使用条件恶劣，为提高起步能力、减少离合器滑磨，应选取大些；5) 汽车总质量越大，也应选得越大；6) 发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些；7) 膜片弹簧离合器选取值可比螺旋弹簧离合器小些；8) 双片离合器的应大于单片离合器；9) 不同车型的值应在一定范围内，最大范围为1.24.0显然，为可靠传递发动机最大

12、转矩和防止离合器滑磨过大，不宜选取太小；为使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜选取太大；当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可选取小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力、减少离合器滑磨，应选取大些；货车总质量越大，也应选得越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取的值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的值应大于单片离合器。汽车离合器的后备系数推荐如下（供参考）：小轿车：=1.201.3 ；载货车：=1.72.25 ；带拖挂的重型汽车

13、或牵引车：=2.03.0。国外对小轿车的离合器推荐其后备系数值为1.2，因为小轿车的离合器都采用膜片弹簧离合器，在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小（开始时还有些增加），再加上小轿车的后备功率较大，使用条件较好，故宜取小值。2.3 单位压力单位压力对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件，发动机后备功率大小，摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。离合器使用频繁，发动机后备系数较小时，加应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处的热负荷，应取小些；后备系数较大时，可适当增大。当摩擦片采用不同材料时，按下列范围选取：石棉基材料 =0.100.35MP

14、a粉末冶金材料 =0.350.60MPa金属陶瓷材料 =0.701.50MPa2.4 摩擦片外径、内径和厚度摩擦片外径是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和使用寿命。它和离合器所需传递的转矩大小有一定的关系。显然，传递大的转矩，就需要大的尺寸。发动机转矩是重要的参数，当按发动机最大转矩（）来选定时，可根据公式： (2-1) 式中摩擦片外径，mm发动机最大转矩，和车型及使用情况有关的系数，一般小轿车47，载货汽车36（单片）或50（双片），故取=47.所给题目中的最大转矩为150，则摩擦片外径为：mm按照我国摩擦片尺寸标准，由表2-1最终选定摩擦片的尺寸为。摩擦片的内径不作为一个独立的参

15、数，它和外径有一定的关系，用比值来反映，定义为： (2-2)比值关系到从动片总成的结构设计和使用性能。增加有利于离合器的散热和减少摩擦片内外缘滑磨速度差。但是，过分增加会使得摩擦片面积减小，影响其传递转矩的能力。按照目前的设计经验，一般说来，发动机转速越高，取值越大。由离合器摩擦片的尺寸系列和参数表21取得，内径125 mm。表21离合器尺寸系列和参数外径内径厚度内外径之比C单位面积1601103.20.687106001801253.50.694132002001403.50.700160002251503.50.667221002501553.50.620302002801653.50.5

16、89402003001753.50.583466003251903.50.5855460035019540.5576780038020540.54072900对摩擦片的厚度，我国已规定了3种规格：3.2 mm，3.5 mm和4 mm。根据离合器摩擦片的尺寸系列和参数表21，取厚度3.5 mm。综上所述，选取摩擦片外径180 mm，内径125 mm，厚度3.5 mm，0.694。2.5 所选离合器基本参数的确定摩擦片的工作条件比较恶劣，为了保证它能长期稳定的工作，根据汽车的的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求：(1) 应具有较稳定的摩擦系数，温度，单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的

17、影响小。(2) 要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。(3) 要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好。(4) 热稳定性要好，要求在高温时分离出的粘合剂较少，无味，不易烧焦。(5) 磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面。(6) 油水对摩擦性能的影响应最小。(7) 结合时应平顺而无“咬住”和“抖动”现象。由以上的要求，目前车用离合器上广泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐热和化学稳定性能比较好的石棉和粘合剂及其它辅助材料混合热压而成，在该设计中选取的是石棉合成物制成的摩擦片。其摩擦因数取0.3，单位压力为0.100.35MPa。采用膜片弹簧离合器，使用条件较好，故取其后备系数。离合器尺寸

18、的校核可用如下公式验算单位压力 (2-3)式中，为摩擦面间的静摩擦因数，取；为摩擦面数，单片离合器的。则单位压力在容许范围之内，认为所选离合器的尺寸、基本参数合适。金陵科技学院 第三章 离合器零件的结构选型及设计计算第三章 离合器零件的结构选型及设计计算3.1 从动盘总成设计从动盘总成主要由摩擦片、从动片、减振器和从动盘毂等组成。从动盘对离合器工作性能影响很大，应满足如下设计要求： 1)转动惯量应尽量小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。 2)应具有轴向弹性，使离合器接合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，减小磨损。 3)应装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。摩擦面片采用石棉基材料。采

19、用带扭转减振器的从动盘（整体式弹性从动片），从动片通常用1.32.0mm厚的钢板冲压而成。将其外缘的盘形部分磨薄至0.651.0mm，以减小其转动惯量。整体式弹性从动片一般用高碳钢（如50）或65Mn钢板，热处理硬度3848HRC。从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它装在变速器输入轴前端的花键上，一般采用齿侧定心的矩形花键，花键轴与孔采用动配合。 从动盘毂轴向长度不宜过小，以免在花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底，一般取1.01.4倍的花键轴直径。从动盘毂一般采用锻钢(如45，40Cr等)，表面和心部硬度一般在2632HRC。为提高花键内孔表面硬度和耐磨性，可采用镀铬工艺，对减振弹簧窗口

20、及与从动片配合处应进行高频处理。减振弹簧常采用60Si2MnA、50CrVA、65Mn等弹簧钢丝。花键的结构尺寸可根据GB11441974选定从动盘毂花键尺寸系列表选取其尺寸入下：从动盘外径180mm，发动机转矩150N m，花键齿数10，花键外径26mm，花键内径21mm，齿厚3mm，有效长度20mm，挤压应11.8MPa。表3-1 所选从动盘毂花键参数从动盘外径D/mm花键齿数n花键外径D/mm花键内径d/mm齿厚b/mm有效齿长l/mm挤压应力18010262132011.8花键尺寸选定后应进行强度校核。由于花键损坏的主要形式是由于表面受挤压过大而破坏，所以花键要进行挤压应力计算，当应力

21、偏大时可适当增加花键毂的轴向长度。挤压应力计算公式： 挤压=（MPa） （3-1）式中，P为花键的齿侧面压力，单位为N。它由下式确定：花键的齿侧面压力 （3-2）式中，分别为花键的内外径，；为从动盘毂的数目；为发动机最大转矩，；为花键齿数；为花键齿工作高度，；为花键有效长度，。则故挤压=所以，所选花键的结构尺寸满足要求。根据经验、参照同类产品，选取从动盘摩擦材料为石棉基摩擦材料。采用它的原因是，一方面石棉有良好的耐热性能，而另一方面它又得到铜丝或锌丝的加强，可以说是一种性能比较良好的摩擦材料。3.2 离合器盖总成设计离合器盖总成除了压紧弹簧外还有离合器盖、压盘、传动片、分离杠杆装置及支承环等。

22、3.2.1 离合器盖设计离合器盖与飞轮固定在一起，通过它传递发动机的部分扭矩，此外它还是离合器压紧弹簧和分离机构的支撑体，对刚度、散热和对中都有较高的要求。通常用35mm低碳钢板冲压成型，并开设通风窗口，采用定位销对中。离合器盖结构设计的要求：1)应具有足够的刚度，否则影响离合器的工作特性，增大操纵时的分离行程，减小压盘升程，严重时使摩擦面不能彻底分离。为了减轻重量和增加刚度，小轿车和一般载货汽车的离合器常用厚度约为3-5mm的低碳钢板冲压成比较复杂的形状。重型汽车由于批量少，为了降低成本，增加刚度则长采用铸铁的离合器盖。2)应与飞轮保持良好的对中，以免影响总成的平衡和正常的工作。离合器盖的对

23、中方式有两种，一种是用止口对中，另有种是用定位销或定位螺栓对中，由于本设计选用的是传动片传动方式，因而离合器盖通过一外圆与飞轮上的内圆止口对中.3)盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度。4)为了便于通风散热，防止摩擦表面温度过高，可在离合器盖上开较大的通风窗孔，或在盖上加设通风扇片等。乘用车离合器盖一般用08、10钢等低碳钢板。3.2.2 压盘设计压盘设计包括传力方式选择及其几何尺寸的确定两个方面。1. 压盘传力方式选择采用传力片的传力方式，由弹簧钢带制成的传力片的一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上。传动片的作用是在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转，分离时，又可利用它的

24、弹性来牵动压盘轴向分离并使操纵力减小。由于各传动片沿圆周切向均匀分布，简化了压盘结构，降低了对装配精度的要求，还有利于压盘的对中性和离合器的平衡。压盘常有以下几种传力方式：(a)、凸台式连接方式；(b)、键式连接方式；(c)、销式连接方式； (d)、传动片式连接方式。压盘的结构除与传力方式有关外，还与压紧方式和分离方式有关。2. 压盘几何尺寸的确定初步确定压盘外径为200mm,内径为125mm，厚度为15mm，材料为灰铸铁HT200铸成，硬度为HB170227。压盘设计时，在初步确定压盘厚度以后，应校核离合器接合一次时的温升，它不应超过810。若温升过高，可适当增加压盘的厚度。校核计算公式为：

25、 （3-3）式中，温升，；滑磨功，；分配到压盘上的滑磨功所占的百分比，单片离合器压盘=0.50；压盘的比热容，铸铁压盘；压盘质量，。压盘质量取整车质量，滚动半径，设汽车起步时发动机转速，主减速器传动比，变速器最大传动比。滑磨功 （3-4）温升所以，压盘设计合理。3. 传力片的设计及强度校核初定离合器压盘传力片的设计参数：设3组传力片()，每组4片()，传力片的几何尺寸为：宽度；厚度；传力片上两孔之间的距离；螺钉孔直径；传力片切向布置，圆周半径；传力片材料的弹性模量。(1)计算传力片的有效长度：(2)计算传力片的弯曲总刚度： (3)根据上述分析，计算以下3种工况的最大驱动应力及传力片的最小分离力

26、：彻底分离时， （3-5）按照设计要求，,由上述公式可知。压盘和离合器盖组装成总成时,通过分析计算可知 计算最大应力离合器传扭时，分正向驱动（发动机向车轮）和反向驱动（车轮向发动机），出现在离合器摩擦片磨损到极限状况时，通过尺寸链计算可知。()正向驱动： （3-6） ()反向驱动： （3-7） 可见反向驱动最危险，由于在取计算载荷时比较保守，明显偏大，因此传力片的许用应力可取其屈服极限。故传力片材料选择80号钢。传力片的最小分离力（弹性恢复力）发生在新装离合器的时候，从动盘尚未磨损，离合器在接合状态下的弹性弯曲变形量此时最小，根据设计图纸确定。传力片的弯曲总刚度，当时，其弹性恢复力为： 其中：

27、为每一传力片的截面惯性矩。经以上校核计算可以认为所设计传力片满足要求，各尺寸参数是可行的。3.2.3 分离轴承总成本设计的是膜片弹簧离合器，为了保证在分离离合器时分离轴承能均匀地压紧膜片弹簧内端，采用可以自位（自动调准中心）的分离装置，其结构示意图3.1如下可以弥补因几何上偏移造成的强烈振动。图3.1 自动调心轴承1-分离轴承罩；2分离轴承；3分离套筒；4波形弹簧片自位分离轴承和分离套筒通过碟形弹簧装配在一起成为一体，碟形弹簧小端卡紧在轴承套筒座的外凸台部位，其大端压紧轴承外圈的内端面，依靠摩擦把分离轴承与轴承套筒连在一起。图中间隙A所允许的调节量为1.42.4mm。这种轴承的内外圈可由80C

28、r2轴承钢冲制加工而成，外密封环用0.5厚板材冲制,表面有硫化氟橡胶,其密封刃口朝向轴承内座圈来密封.轴承中分布了15个钢球。 分离套筒装在变速器第一轴承盖的轴颈上，两者之间为间隙配合，可以在自由移动，而分离轴承内圈与分离套筒座相配合处径向有0.5mm的间隙.在离合器处于结合状态时,分离轴承的端面与分离杠杆之间应留有34mm间隙，以备在摩擦片磨损的情况下，不致防碍压盘继续压紧从动盘总成，以保证可靠地传递发动机转矩。这个间隙反映为踏板上的一段自由行程。 在本设计中，由前面选择的花键毂花键的尺寸（外径26mm，内径21mm）因而根据有关结构尺寸数据可初选一系列有关分离轴承和分离套筒及轴颈之间的配合

29、尺寸：分离轴承内径分离套筒外径分离套筒内径365825分离轴承必须进行润滑，本设计采用的润滑方式为定期进行润滑，在分离套筒上开有用来注润滑油的缺口，而在离合器壳上装有注油杯并用软管通到分离套筒的缺口处。金陵科技学院 第四章 膜片弹簧设计第四章 膜片弹簧设计膜片弹簧的设计比较复杂，必须利用反求工程原理进行设计。即按照参考样件或先期的经验初步选定膜片弹簧的结构尺寸，然后对其工作弹性、应力强度等作出分析，最终经过优选定出其合理的结构尺寸。为此，需要清楚地了解膜片弹簧的结构特点、工作特性及失效的形式和原理，在此基础上要掌握有关膜片弹簧的弹性、强度等方面的计算方式。4.1 膜片弹簧的结构特点膜片弹簧在结

30、构形状上分为两部分。在膜片弹簧的大端处为一完整的截锥体，它的形状像一个无底的碟子和一般机械上用的碟形弹簧完全一样，故称作碟簧部分。膜片弹簧起弹性作用的正是其碟簧部分。碟形弹簧的弹性作用是这样：沿其轴线方向加载，碟簧受压变平，卸载后又恢复原形所。可以说膜片弹簧是碟形弹簧的一种特殊结构形式。所不同的是，在膜片弹簧上还包括有径向开槽部分。膜片弹簧上的径向开槽部分像一圈瓣片，它的作用是，当离合器分离时作为分离杠杆。故它又称分离爪。分离爪与碟簧部分交接处为圆形孔。这样做，一方面可以减少分离爪根部应力集中，一方面又可用来安置销钉固定膜片弹簧，分离爪根部的过渡圆角R4.5。4.2 膜片弹簧的加载方式和弹性变

31、形特性由于膜片弹簧采用拉式结构，故其正装。离合器在分离和接合时，膜片弹簧的加载情况不一样，相应的有两种加载方式：(1)接合时：离合器接合时，膜片弹簧起压紧弹簧之用，在压盘离合器盖总成未与飞轮装合以前，膜片弹簧近似处于自由状态，膜片弹簧对压盘无压紧作用。当压盘离合器盖总成与飞轮装合时，离合器盖前端面向飞轮前端面靠拢。因此，离合器盖通过支承环4对膜片弹簧施加载荷P，膜片弹簧几乎变平。同时在压盘处也作用有载荷P，我们把P称作压紧力。支承环4和膜片弹簧压盘接触处之间的高度变化称作大端变形，膜片弹簧分离轴承相对于压盘高度的变化称之为小端变形。(2)分离时：当分离轴承以P力作用在膜片弹簧的小端时，支承环4

32、逐渐不起作用，而支承环5开始起作用。当P力达到一定值时，膜片弹簧被压翻。分离时在膜片弹簧的大端处及小端处将进一步产生附加变形和。此时膜片弹簧大端处的变形=+。前面说过膜片弹簧起弹性作用的部分是其碟簧部分，碟簧部分的弹性变形特性和螺旋弹簧是不一样的，它是一种非线性的弹簧，其特性和碟簧部分的原始内截锥高H及弹簧片厚h的比值H/h有关。不同的H/h值可以得到不同的弹性变形特性曲线，如图4.1所示，载荷F与变形之间的关系：当时，载荷F增加，变形不断增加；当时，弹簧的特性曲线在中间有一段很平直，变形增加时，载荷几乎维持不变；当时，弹簧的特性曲线中有一段负刚度区域，即当变形增加，载荷反而减小。具有这种特性

33、的膜片弹簧很适用于作为离合器的压紧弹簧；当时，具有更大的负刚度区域；当时，具有载荷为负值的区域。1. 2. 3. 4. 5. 图4.1 膜片弹簧的弹性特性曲线4.3 膜片弹簧主要参数的选择在设计膜片弹簧时，一般初步选定其全部尺寸然后进行一系列的验算，最后优选最合适的尺寸。其结构示意图如图4.2。图4.2 膜片弹簧示意简图(1) 比值的选择设计膜片弹簧时，要利用其非线性的弹性变形规律，因此要正确选择其特性曲线的形状，以获得最佳性能。一般汽车汽车膜片弹簧的值的范围在1.52.0之间，常用的膜片弹簧板厚为24mm。因此，在本膜片弹簧设计中取： ，(2) 及的确定通过分析表明，越小，应力越大，弹簧越硬

34、，弹性曲线受直径误差影响越大。汽车离合器膜片弹簧根据结构布置和压紧力的要求，常在1.21.3的范围内取值。本设计中取，摩擦片的平均半径，由于，取，则。(3) 膜片弹簧起始圆锥底角汽车膜片弹簧一般起始底角在之间，。本设计取，则，。(4) 膜片弹簧小端半径及分离轴承作用半径膜片弹簧小端半径值应大于变速器第一轴花键的外径，取，。(5) 分离指的数目和切槽宽、窗孔槽宽及窗孔内半径，的取值应满足。故本设计取，。取，。(6) 支承圈平均半径和膜片弹簧与压盘的接触半径应略大于且尽量接近，应略小于且尽量接近。本设计取，。膜片弹簧应用优质高精度钢板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。国内常用的碟簧材料的为60Si2

35、MnA，当量应力可取为17001900N/mm2。4.4 绘制膜片弹簧的特性曲线根据工作压力和膜片弹簧在压盘接触点处的轴向变形关系式： （4-1）画出特性曲线。设， 则 （4-2）已知，把数值代入得：由不同的计算出的及和，结果列表如下：表4-1 载荷F与变形之间的关系0.10.20.40.60.81.0261.21.41.61.8962.00.0710.1310.2200.2740.3020.3100.3070.2990.2950.3120.328/mm0.210.420.851.271.702.182.542.973.394.024.24/N8191511253831613484357735

36、423450340436003784画出特性曲线，如图4.3。图4.3 膜片弹簧的弹性特性曲线4.5 确定膜片弹簧的工作点位置取离合器接合时膜片弹簧的大端变形量为，由特性曲线图可查的膜片弹簧的压紧力：校核后备系数：离合器彻底分离时，膜片弹簧大端的变形量为压盘的行程，故离合器刚开始分离时，压盘的行程，此时膜片弹簧大端的变形量为摩擦片磨损后，其最大磨损量，。4.6 求离合器彻底分离时分离轴承作用的载荷由膜片弹簧小端分离轴承处作用有分离力时膜片弹簧压盘接触处的变形和的关系式： （4-3）取，得4.7 求分离轴承的行程由膜片弹簧压盘接触处的轴向变形和小端分离轴承处的轴向变形的关系式：，取得，宽度系数

37、在力作用下膜片弹簧的小端变形由两部分组成：在力作用下，由于压盘接触处膜片弹簧的轴向变形而引起的小端变形，以及因分离指受力作用引起的弯曲附加变形。即则4.8 膜片弹簧强度校核膜片弹簧的大端的最大变形（离合器彻底分离时）。 校核得知，膜片弹簧的设计在允许的范围内，满足强度要求，故设计是合理的。4.9 膜片弹簧材料及制造工艺国内膜片弹簧一般采用65Si2MnA或50CrVA等优质高精度钢板材料。为了保证其硬度、几何形状、金相组织、载荷特性和表面质量等要求，需进行一系列热处理。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行强压处理，即沿其分离状态的工作方向，超过彻底分离点后继续施加过量的位移，使其过分离

38、38次，并使其高应力区发生塑性变形以产生残余反向应力。另外，对膜片弹簧的凹面或双面进行喷丸处理，即以高速弹丸流喷射到膜片弹簧表面，使表层产生塑性变形，形成一定厚度的表面强化层，起到冷作硬化的作用，同样也可提高疲劳寿命。为提高分离指的耐磨性，可对其端部进行高频感应加热淬火或镀铬。为了防止膜片弹簧与压盘接触圆形处由于拉应力的作用产生裂纹，可对该处进行挤压处理，以消除应力源。 膜片弹簧表面不得有毛刺、裂纹、划痕等缺陷。碟簧部分的硬度一般为4550HRC，分离指端硬度为5562HRC，在同一片上同一范围内的硬度差不大于3个单位。碟簧部分应为均匀的回火托氏体和少量的索氏体。单面脱碳层的深度一般不得超过厚

39、度3。膜片弹簧的内外半径公差一般为H1l和h11，厚度公差为0.025mm，初始底锥角公差为10。上、下表面的表面粗糙度为1.6m，底面的平面度一般要求小于0.1mm。膜片弹簧处于接合状态时，其分离指端的相互高度差一般要求小于0.81.0mm。金陵科技学院 第五章 总结第五章 总结本次课程设计根据给出的设计要求和原始设计参数，以及膜片弹簧离合器及其工作原理和使用要求，通过对其工作原理的阐述、结构方案的比较和选择、相关零件参数的计算，大致确定了离合器的基本结构和主要尺寸以及制造相关零部件所用的材料。计算方面：确定了离合器的主要参数、P0、D、d，结果按照基本公式运算得出并通过约束条件，检验合格。

40、根据膜片弹簧基本参数之间的约束关系，初步确定了膜片弹簧的尺寸参数，并进一步确定了膜片弹簧的工作点，同时进行了强度校核。选材方面：摩擦片选用石棉基材料，保证其有足够的强度和耐磨性、热稳定性、磨合性，不会发生粘着现象。膜片弹簧采用65Si2MnA，其中所含硅成分提高了机件的弹性，所含錳，加强了耐高温性；传动片采用80刚，满足其强度需要；压盘采用HT200，提高了耐磨性；离合器盖从用45钢，提高了散热能力；设计后的离合器温升校核合格。设计后的离合器顺利通过温升校核，目的是防止摩擦元件过快地磨损和温度过高。综上所述，本次设计遵从了：（1）分离彻底；（2）接合柔和；（3）操纵轻便，工作特征稳定；（4）从

41、动部分转动惯量小的设计要点，数据全部通过约束条件检验，原件所使用的材料基本上符合耐磨，耐压和耐高温的要求，而且离合器尺寸合适，适宜安装，能最高效率传递发动机扭矩，完全符合计划书及国家标准。但是，我的设计中仍存在大量的错误和缺点，如加工精度问题等等。虽然这次设计内容要求较多，涉及范围较广，比如材料力学、汽车构造、汽车设计、生产工艺等，但它使我对实际项目的设计过程有了充分的了解。另外，也加深了我对一些相关知识的了解，通过这次设计，让我觉得自己平日的理论知识仍没有真正应用于实际生产中，但利用课程设计这个平台，使我充分认识到自己理论学习中的不足，熟悉了一些新的设计方法。由于自己的水平有限，本次设计中可能有很多错误和遗漏，希望老师批评指正。金陵科技学院 参考文献参考文献1 阎春利,张希栋.汽车离合器膜片弹簧的优化设计J.林业机械与木工设备,2006.2 徐石安,江发潮.汽车离合器M.清华大学出版社,2005.3 王望予.汽车设计M.北京: 机械工业出版社,2007.4 禇祥元.汽车离合器膜片弹簧的优化设计J.轻型汽车技术,2005.5 许石安.离合器M.北京:人民交通出版社,1981.6 王望予.汽车设计M.机械工业出版社,2006.