1、离合器的发展 1 1.3 膜片弹簧离合器的结构及其优点 2 1.3.1 膜片弹簧离合器的结构 2 1.3.2 膜片弹簧离合器的工作原理 3 1.3.3 膜片弹簧离合器的优点 4 1.4 设计内容 4 1.5 Pro/E 软件的特点 4 1.6 方案选择 5 第 2 章 基本尺寸参数选择 6 2.1 离合器基本性能关系式 6 2.2 后备系数的选择 6 2.3 摩擦片外径的确定 6 2.4 摩擦片的 Pro/E 绘图过程 8 2.5 本章小结 10 第 3 章 主动部分设计 11 3.1 压盘设计 11 3.1.1 压盘参数的选择和校核 11 3.1.2 压盘的 Pro/E 绘图过程 11 3.
2、2 离合器盖设计 13 3.3 传动片设计 13 3.4 本章小结 14 第 4 章 从动盘总成设计 15 4.1 摩擦片设计 15 4.2 从动盘毂设计 15 4.3 从动片设计 17 4.4 扭转减振器设计 17 4.4.1 扭转减振器的功能 17 4.4.2 扭转减振器的结构类型的选择 17 4.4.3 扭转减振器的参数确定 19 4.4.4 减振弹簧的尺寸确定 21 4.4.5 扭转减振器的 Pro/E 绘图过程 22 第 5 章 膜片弹簧设计 26 5.1 膜片弹簧的概念 26 5.2 膜片弹簧的弹性特性 26 5.3 膜片弹簧的强度计算 28 1、膜片弹簧原始内截锥高与弹簧片厚度比
3、的选择 29 2、膜片弹簧工作点位置的选择 29 3、膜片弹簧大端半径及大端半径与分离指半径比的选择 30 4、膜片弹簧在自由状态下的圆锥底角 30 6、分离指的数目和切槽宽及半径 30 7、支承圈平均半径和膜片弹簧与压盘的接触半径 31 5.5 膜片弹簧的 Pro/E 绘图过程 31 5.6 本章小结 33 结 论 34 1.1 引言 以内燃机在作为动力的机械传动汽车中， 离合器是作为一个独立的总成 而存在的。离合器通常装在发动机与变速器之间，其主动部分与发动机 飞轮相连，从动部分与变速器相连。为各类型汽车所广泛采用的摩擦离 合器，实际上是一种依靠其主、从动部分间的摩擦来传递动力且能分离 的
4、机构。离合器的主要功用是切断和实现发动机与传动系平顺的接合， 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 档齿轮间的冲击；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所承受 的最大转矩，以防止传动系个零部件因过载而损坏；有效地降低传动系 中的振动和噪音。 1.2 离合器的发展 在早期研发的离合器结构中，锥形离合器最为成功。它的原型设计曾装 在 1889 年德国戴姆勒公司生产的钢制车轮的小汽车上。它是将发动机 飞轮的内孔做成锥体作为离合器的主动件。 采用锥形离合器的方案一直 延续到 20 世纪 20 年代中叶，对当时来说，锥形离合器的制造比较简单， 摩擦面容易修复。它的摩擦材料曾
5、用过骆毛带、皮革带等。那时曾出现 过蹄-鼓式离合器，其结构有利于在离心力作用下使蹄紧贴鼓面。蹄- 鼓 式离合器用的摩擦元件是木块、皮革带等，蹄- 鼓式离合器的重量较锥 形离合器轻。无论锥形离合器或蹄 -鼓式离合器，都容易造成分离不彻 底甚至出现主、从动件根本无法分离的自锁现象。 现今所用的盘式离合器的先驱是多片盘式离合器，它是直到 1925 年以 后才出现的。多片离合器最主要的优点是，汽车起步时离合器的接合比 较平顺，无冲击。早期的设计中，多片按成对布置设计，一个钢盘片对 着一青铜盘片。采用纯粹的金属的摩擦副，把它们浸在油中工作，能达 到更为满意的性能。 浸在油中的盘片式离合器，盘子直径不能太
6、大，以避免在高速时把油甩 掉。此外，油也容易把金属盘片粘住，不易分离。但毕竟还是优点大于 缺点。因为在当时，许多其他离合器还在原创阶段，性能很不稳定。 石棉基摩擦材料的引入和改进，使得盘片式离合器可以传递更大的转 矩，能耐受更高的温度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用较小的 摩擦面积，因而可以减少摩擦片数，这是由多片离合器向单片离合器转 变的关键。 20 世纪 20 年代末，直到进入 30 年代时，只有工程车辆、赛 车和大功率的轿车上才使用多片离合器。 早期的单片干式离合器由与锥形离合器相似的问题， 即离合器接合时不 够平顺。但是，由于单片干式离合器结构紧凑，散热良好，转动惯量小，所以以内燃
7、机为动力的汽车经常采用它， 尤其是成功地开发了价格便宜 的冲压件离合器盖以后更是如此。 实际上早在 1920 年就出现了单片干式离合器，这和前面提到的发明了 石棉基的摩擦面片有关。但在那时相当一段时间内，由于技术设计上的 缺陷，造成了单片离合器在接合时不够平顺的问题。第一次世界大战后 初期，单片离合器的从动盘金属片上是没有摩擦面片的，摩擦面片是贴 附在主动件飞轮和压盘上的，弹簧布置在中央，通过杠杆放大后作用在 压盘上。 后来改用多个直径较小的弹簧， 沿着圆周布置直接压在压盘上，成为现今最为通用的螺旋弹簧布置方法。 这种布置在设计上带来了实实 在在的好处，使压盘上的弹簧的工作压力分布更均匀，并减
8、小了轴向尺 寸。 多年的实践经验和技术上的改进使人们逐渐趋向于首选单片干式摩擦 离合器，因为它具有从动部分转动惯量小、散热性好、结构简单、调整 方便、尺寸紧凑、分离彻底等优点，而且由于在结构上采取一定措施， 已能做到接合盘式平顺，因此现在广泛采用于大、中、小各类车型中。 如今单片干式离合器在结构设计方面相当完善。 采用具有轴向弹性的从 动盘，提高了离合器的接合平顺性。离合器从动盘总成中装有扭转减振 器，防止了传动系统的扭转共振，减小了传动系统噪声和载荷。 随着人们对汽车舒适性要求的提高， 离合器已在原有基础上得到不断改 进，乘用车上愈来愈多地采用具有双质量飞轮的扭转减振器，能更好地 降低传动系
9、的噪声。 对于重型离合器，由于商用车趋于大型化，发动机功率不断加大，但离 合器允许加大尺寸的空间有限，离合器的使用条件日酷一日，增加离合 器传扭能力，提高使用寿命，简化操作，已成为重型离合器当前的发展 趋势。为了提高离合器的传扭能力，在重型汽车上可采用双片干式离合 器。从理论上讲，在相同的径向尺寸下，双片离合器的传扭能力和使用 寿命是单片的 2 倍。但受到其他客观因素的影响，实际的效果要比理论 值低一些。 近年来湿式离合器在技术上不断改进， 在国外某些重型车上又开始采用 多片湿式离合器。与干式离合器相比， 由于用油泵进行强制冷却的结果， 摩擦表面温度较低(不超过 93) ，因此， 起步时长时间
10、打滑也不致烧损 摩擦片。查阅国内外资料获知，这种离合器的使用寿命可达干式离合器 的 5-6 倍，但湿式离合器优点的发挥是一定要在某温度范围内才能实现 的，超过这一温度范围将起负面效应。目前此技术尚不够完善。 1.3 膜片弹簧离合器的结构及其优点 1.3.1 膜片弹簧离合器的结构 膜片弹簧离合总成由膜片弹簧、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 联结在一起。离合器盖是离合器中结构形状比较复杂的承载构件，压紧 弹簧的压紧力最终都要由它来承受。 2、膜片弹簧 膜片弹簧是离合器中重要的压紧元件， 在其内
11、孔圆周表面上开有许多均 布的长径向槽，在槽的根部制成较大的长圆形或矩形窗孔，可以穿过支 承铆钉，这部分称之为分离指；从窗孔底部至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。 压盘靠近外圆周处有断续的环状支承凸台， 最外缘均布有三个或四个传 力凸耳。 4、传动片 离合器接合时，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；在离合器分离时，压盘相对于 离合器盖作自由轴向移动，使从动盘松开。这些动作均由传动片完成。 传动片的两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或
12、螺栓联接， 一般采用周向 布置。在离合器接合时，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 小。 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 受轴向分离力，同时还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。目前 国产的汽车中多使用角接触推力球轴承， 采用全密封结构和高温铿基润 滑脂，其端面形状与分离指舌尖部形状相配合，舌尖部为平面时采用球 形端面，舌尖部为弧形面时采用平端面或凹弧形端面。 1.3.2 膜片弹簧离合器的工作原理 由图 1.1 可知，离合器盖 1 与发动机飞轮用螺栓紧固在一起，当膜片弹 簧
13、3 被预加压紧，离合器处于接合位置时，由于膜片弹簧大端对压盘 5 的压紧力，使得压盘与从动盘 6 摩擦片之间产生摩擦力。当离合器盖总 成随飞轮转动时 (构成离合器主动部分)，就通过摩擦片上的摩擦转矩带 动从动盘总成和变速器一起转动以传递发动机动力 （1）接合位置 （2）分离位置 1-离合器盖 2-铆钉 3-膜片弹簧 4-支撑环 5-压盘 6-摩擦片 7-分离轴承总成 8-离合器踏板 9-输出轴 图 1.1 膜片弹簧离合器的工作原理图 要分离离合器时，将离合器踏板 8 踏下，通过操纵机构，使分离轴承总 成 7 前移推动膜片弹簧分离指，使膜片弹簧呈反锥形变形，其大端离开 压盘，压盘在传动片的弹力作
14、用下离开摩擦片，使从动盘总成处于分离 位置，切断了发动机动力的传递。 1.3.3 膜片弹簧离合器的优点 膜片弹簧离合器与其他形式离合器相比，具有一系列优点： 1、膜片弹簧离合器具有较理想的非线性弹性特性； 2、膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向 尺寸小，零件数目少，质量小； 3、高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定； 4、膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良 好，磨损均匀； 5、易于实现良好的通风散热，使用寿命长； 6、膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。 1.4 设计内容 1、压盘设计。 2、离合器盖设计。 3、从动盘总成设计。 4、
15、膜片弹簧设计。 1.5 Pro/E 软件的特点 Pro/Engineer 是美国 PTC 公司开发的一套机械 CAD/CAE/CAM 集成 软件，其技术领先，在机械、电子、航空、邮电、兵工、仿真等各行各 业都有应用， CAD/CAE/CAM 领域中处于领先地位。 在 它集零件设计、 大型组件设计、钣金设计、造型设计、模具开发、数控加工、运动分析、 有限元分析、数据库管理等功能于一身，具有参数化设计，特征驱动， 单一数据库等特点，大大加快了产品开发速度。 本设计使用的 Pro/Engineer Wildfire3.0 是 Pro/Engineer 的最新版 本，其功能较以前的版本有了很大的提高，
16、而且操作界面也更为好用， 可以大大提高技术人员的工作效率。1.6 方案选择 本车设计采用单片膜片弹簧离合器。 本车采用的摩擦式离合器是因为其 结构简单，可靠性强，维修方便，目前大多数汽车都采用这种形式的离 合器。而采用干式离合器是因为湿式离合器大多是多盘式离合器，用于 需要传递较大转矩的离合器，而该车型不在此列。采用膜片弹簧离合器 是因为膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，由于膜片弹簧具有非线性 特性，因此可设计成当摩擦片磨损后，弹簧压力几乎可以保持不变，且 可减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便；其次，膜片弹簧的安装位 置对离合器轴的中心线是对的，因此其压力实际上不受离心力的影响， 性能稳定，
17、平衡性也好；再者，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆 的作用，使离合器的结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著地 缩短了其轴向尺寸；另外，由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触，使 压力分布均匀，摩擦片的接触良好，磨损均匀，也易于实现良好的散热 通风等。由于膜片弹簧离合器具有上述一系列的优点，并且制造膜片弹 簧的工艺水平也在不断地提高，因而这种离合器在轿车及微型、轻型客 车上已得到广泛的采用，而且逐渐扩展到载货汽车上。从动盘选择单片 式从动盘是一位其结构简单，调整方便。压盘驱动方式采用传动片式是 因为其没有太明显的缺点且简化了结构， 降低了装配要求又有利于压盘 定中。选择拉式离合器是因为其较拉
18、式离合器零件数目更少，结构更简 化，轴向尺寸更小，质量更小；并且分离杠杆较大，使其踏板操纵力较 轻。 综上本次设计选择单片拉式膜片弹簧离合器。 第 2 章 基本尺寸参数选择 2.1 离合器基本性能关系式 摩擦片或从动盘的外径是离合器的重要参数， 它对离合器的轮廓尺 寸有决定性的影响，并根据离合器能全部传递发动机的最大转矩来选 择。为了能可靠地传递发动机最大转矩 ，离合器的静摩擦力矩 应大于 发动机最大转矩 ，而离合器传递的摩擦力矩 又决定于其摩擦面数 Z、 摩擦系数 f、 作用在摩擦面上的总压紧力 P 与摩擦片平均摩擦半径 Rm， 即 （2.1） 式中： 离合器的后备系数，见下表。 摩擦系数，计算时一般取 0.250.30。
