膜片彈簧離合器

1、洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 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，汽車傳動系發(fā)生了巨大的變化。作為傳動系重要組成部件之一的離合器總成，擔負著傳力、減震和防止系統(tǒng)過載等重要作用。伴隨著自動變速器技術(shù)及與之相配套的離合器技術(shù)的完善，離合器產(chǎn)品不論是性能結(jié)構(gòu)方面還是生產(chǎn)制造方面都發(fā)生了很大變化。 隨著汽車運輸業(yè)的發(fā)展，離合器還要在原有的基礎(chǔ)上不斷地提高改進，以適應(yīng)新的使用條件。從國外的發(fā)展動向來看，近年來汽車的各項性能指標有了新的提高，載貨汽車趨于大型化，國內(nèi)也有類似情況。此外隨著汽車

2、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、功率的不斷提高和汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對離合器的要求越來越高。從提高離合器工作性能的角度出發(fā)，傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)正逐步地向拉式結(jié)構(gòu)發(fā)展，傳統(tǒng)的操縱形式正向自動操縱的形式發(fā)展。因此，提高離合器的可靠性和延長其使用壽命，適應(yīng)發(fā)動機的高轉(zhuǎn)速，增加離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡化操縱，已成為離合器的發(fā)展趨勢。 汽車傳動系的設(shè)計對汽車的動力學(xué)和燃油經(jīng)濟性有重大影響，而離合器又是汽車傳動系中的重要部件。在離合器設(shè)計中，合理地選擇離合器的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計參數(shù)不僅保證了其在任何情況下都能可靠地傳遞發(fā)動機轉(zhuǎn)矩，還使其有足夠的使用壽命。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2

3、60; 第1章 汽車離合器整體描述   1.1 離合器的概述 離合器位于發(fā)動機和變速器之間的飛輪殼內(nèi)，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平面上，它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)需要踩下離合器或松開離合器踏板，使發(fā)動機與變速箱暫時分離或逐漸接合，以切斷或傳遞發(fā)動機向變速器輸入的動力  1.1.1 離合器的基本組成 一般由主動部分（飛輪、離合器蓋、壓盤）、從動部分（從動盤）、壓緊機構(gòu)（壓緊彈簧）、分離機構(gòu)（分離拉桿、分離叉、分離套筒、分離軸承、分離杠桿等）和操縱機

4、構(gòu)（離合器踏板）五大部分組成。   1.1.2 離合器的功用及分類 離合器是汽車傳動系中直接與發(fā)動機相連接的總成，其主要功用是切斷和實現(xiàn)對傳動系的動力傳遞，以保證汽車起步時將發(fā)動機與傳動系平順地接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換擋時將發(fā)動機與傳動系分離，減少變速器中換擋齒輪之間的沖擊；在工作中受到大的動載荷時，能限制傳動系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，防止傳動系各零件因過載而損壞；有效地降低傳動系中的振動和噪聲。汽車離合器有摩擦式離合器、液力偶合器、電磁離合器等幾種。目前在汽車上廣泛采用的是用彈簧壓緊的摩擦離合器(簡稱為摩擦離合器)。摩擦式離合器又分為濕式和干式

5、兩種。干式摩擦式離合器，按其從動盤的數(shù)目，又分為單盤式、雙盤式和多盤式等幾種。濕式摩擦式離合器一般為多盤式的，浸在油中以便于散熱      1.1.3 離合器的設(shè)計的基本要求 為了保證離合器具有良好的工作性能，對汽車離合器設(shè)計提出如下基本要求： (1)在任何行駛條件下均能可靠地傳遞發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當?shù)穆尻柪砉W(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 轉(zhuǎn)矩儲備。 (2)接合時要平順柔和，以保證汽車起步時沒有抖動和沖擊。 (3)分離時要迅速、徹底。 (4)離合器從動部

6、分轉(zhuǎn)動慣量要小，以減輕換擋時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)使傳動系避免扭轉(zhuǎn)共振，并具有吸收振動、緩和沖擊和減小噪聲的能力。 (7)操縱輕便、準確，以減輕駕駛員的疲勞。 (8)作用在從動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 (9)應(yīng)有足夠的強度和良好的動平衡，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。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 

7、7 作軸向移動。當發(fā)動機驅(qū)動時，鋼帶受拉；當拖動發(fā)動機時，鋼帶受壓。此結(jié)構(gòu)中壓盤與飛輪對中性能好，使用平衡性好，使用可靠，壽命長。但反向承載能力差，汽車反拖時易折斷傳動片，故對材料要求較高，一般采用高碳鋼。 使用彈性傳動片的方式不僅消除了前三種的缺點，而且簡化了結(jié)構(gòu)，降低了對裝配精度的要求且有利于壓盤的定中，固選用彈性傳動片式驅(qū)動壓盤。  2.5 離合器的通風散熱 試驗表明，摩擦片的磨損是隨壓盤溫度的升高而增大的，當壓盤工作表面超過200180°C時摩擦片磨損劇烈增加，正常使用條件的離合器盤，工作表面的瞬時溫度一般在180&

8、#176;C以下。在特別頻繁的使用下，壓盤表面的瞬時溫度有可能達到Co1000。過高的溫度能使壓盤受壓變形產(chǎn)生裂紋和碎裂，為使摩擦表面溫度不致過高，除要求壓盤有足夠大的質(zhì)量以保證足夠的熱容量外，還要求散熱通風好。改善離合器散熱通風結(jié)構(gòu)的措施有：在壓盤上設(shè)散熱筋，或鼓風筋；在離合器中間壓盤內(nèi)鑄通風槽；將離合器蓋和壓桿制成特殊的葉輪形狀，用以鼓風；在離合器外殼內(nèi)裝導(dǎo)流罩。膜片彈簧式離合器本身構(gòu)造能良好實現(xiàn)通風散熱效果，故不需作另外設(shè)置。  2.6 設(shè)計方案的確定  2.6.1 離合器結(jié)構(gòu)圖 鑒于以上結(jié)構(gòu)方案的分析比較，再結(jié)合離合

9、器的實用性、可靠性、工藝性及經(jīng)濟性分析，本課題36.7kW輪式拖拉機離合器設(shè)計，方案最終確立為干式單片摩擦離合器。  主副離合均采用單摩擦片。主離合器壓盤采用6組圓柱形組簧壓緊，采取圓周型的布局方式；副離合器壓盤采用膜片式彈簧（膜片彈簧）壓緊。主、副離合器由同一個操縱系統(tǒng)控制，即靠離合器腳踏板的行程來控制主、副離合器的開合。主、副傳動軸同軸安裝，其中主傳動軸為空心軸，副傳動軸為實心軸。二者均采用漸開線花鍵與摩擦片盤轂配合。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8  2.6.2 離合器工作原理和構(gòu)造示意圖 發(fā)動機工作時，飛

10、輪和壓盤通過它們與摩擦片之間的摩擦帶動從動盤轂一起旋轉(zhuǎn)，再由花鍵連接將扭矩傳遞給主、副傳動軸。當駕車者踩下離合器踏板，操縱部分的分離叉將分離軸承推向前，推動分離杠桿克服壓緊簧反力，拉動主離合器壓盤向后移動，解除了主離合器壓盤與摩擦片之間的壓緊力，此時主離合器分離，發(fā)動機只能帶動主動部分及副離合器旋轉(zhuǎn)，無法將扭矩傳遞給主傳動軸。當駕駛者繼續(xù)踩離合器踏板時，分離拉桿螺栓將克服膜片彈簧及組合彈簧反力拉動副離合器壓盤向后移動，解除了副離合器壓盤與副摩擦片之間的壓緊力，此時，副離合器也分離，發(fā)動不再有功率輸出。當駕車者松開離合器踏板，操縱部分通過回位彈簧將分離軸承拉回來，膜片彈簧先恢復(fù)原位，副離合器嚙合

11、；隨后分布在主離合器壓盤上的組合彈簧恢復(fù)原位，主離合器也嚙合。 具體工作過程圖如下；       圖2-5摩擦離合器構(gòu)造示意圖 1-飛輪  2-從動盤 3-踏板 4-壓緊彈簧 5-從動軸 6-從動盤轂 1）分離過程 l 踩下踏板      分離叉頂壓分離軸承前       壓向分離杠桿內(nèi)端

12、             分離杠桿內(nèi)端向前外端向后運動        拉動壓盤克服壓緊彈簧彈力向后洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 移動        解除飛輪、從動盤、壓盤三者之間的壓緊狀        &#

13、160;中斷動力傳遞 。    2）接合過程 l 抬起踏板       分離叉離開分離軸承        分離軸承在回位彈簧作用下回位       在壓緊彈簧作用下壓盤前移         帶動分離杠桿內(nèi)端向后外端向前運

14、動        此時飛輪、從動盤、壓盤三者之間處于壓緊狀態(tài)        接通動力傳遞。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 簧上還包括有徑向開槽部分。膜片彈簧上的徑向開槽部分像一圈瓣片，它的作用是，當離合器分離時作為分離杠桿。故它又稱分離爪。分離爪與碟簧部分交接處的徑向槽較寬呈長方圓形孔。這樣做，一方面可以減少分離爪根部應(yīng)力集中，一方面又可用來安置銷釘固定膜片彈簧，分離爪根部的過渡圓角R4.5。 

15、0;4.4.2 膜片彈簧基本參數(shù)的選擇 1）比值H/h 和 h 的選擇  H/h比值是指碟簧的原始內(nèi)截錐高度H及彈簧片厚度h之比。設(shè)計膜片彈簧時，要利用其非線性的彈性變形規(guī)律，因此要正確選擇其彈性特性曲線的形狀，以獲得最佳的使用性能。膜片彈簧的彈性特性和H/h比值有關(guān)，不同的H/h比值可以得到不同的彈性特性曲線。一般汽車汽車膜片彈簧的H/h值的范圍在1.52.5之間，板厚 h 為24 mm 。 本次設(shè)計取h =2.5 mm ，H/h =

16、2.2 ，即 H = 2.2h =5.5mm 。 2）R/r比值和 R、r的選擇 通過分析表明，R/r越小，應(yīng)力越高，彈簧越硬，彈性曲線受直徑誤差影響越大。汽車離合器膜片彈簧根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求，R/r常在1.21.3的范圍內(nèi)取值。 本設(shè)計中取R/r = 1.3，cRR>,由于摩擦片的平均半徑為 4dDRc+=128.75 故取R=120mm，則r=R/1.3=92.3mm 。 3）膜片彈簧起始圓錐底角 膜片彈簧自

17、由狀態(tài)下圓錐角與內(nèi)截錐高度H關(guān)系密切，一般在9°15°范圍內(nèi)。 = arctan H/(R-r) ，代入數(shù)值計算可得=10°，符合要求。 4）分離指數(shù)目n、切槽寬1d、窗孔槽寬2d、及半徑re 汽車離合器膜片彈簧的分離指數(shù)目n12，一般在18左右，采用偶數(shù)，本次設(shè)計取分離指數(shù)目n =18。 切槽寬1d=3.23.5 mm，窗孔槽寬2d=910 mm，半徑re的取值應(yīng)滿洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 足r- re2d。 本次

18、設(shè)計取1d= 3.5 mm，2d=10 mm ，rer-2d=92.3mm。 5）膜片彈簧小段內(nèi)半徑r0及分離軸承作用半徑rf的確定 r0的值主要由離合器的結(jié)構(gòu)決定，其最小值應(yīng)大于變速器第一軸花鍵的外徑。分離軸承作用半徑rf應(yīng)大于r0。本次設(shè)計取r0=55mm，rf=57mm。 6）壓盤加載點半徑R1 和支承環(huán)加載點半徑r1 的確定 R1和r1的取值將影響膜片彈簧的剛度。r1應(yīng)略大于r且盡量接近r，R1應(yīng)略小于R且盡量接近R。故選擇R1=118，r1=92.3。  4.4.3

19、 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計就是要確定一組彈簧的基本參數(shù)，使其彈性特性滿足離合器的使用性能要求，而且彈簧強度也滿足設(shè)計要求，以達到最佳的綜合效果。 1）為了滿足離合器使用性能的要求，彈簧的H/h 與初始底錐角H/(R-r)應(yīng)在一定范圍內(nèi)，即   2.22.26.1£=£hH  2）彈簧各部分有關(guān)尺寸的比值應(yīng)符合一定的范圍，即   3）為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，拉式膜片彈簧的壓盤加載點半徑r1應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，即

20、60; 4）根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求，R1與R，rf與r0之差應(yīng)在一定范圍內(nèi)，即   5）膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用，因此其杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即  洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26  4.4.4 彈簧材料及制造工藝 國內(nèi)膜片彈簧一般采用60Si2MnA或50CrVA等優(yōu)質(zhì)高精度鋼板材料。為了保證其硬度、幾何形狀、金相組織、載荷特性和表面質(zhì)量等要求，需進行一系列熱處理。為了提高膜片彈簧的承載能力，要對膜片彈簧進行強壓處理，即沿其分離狀態(tài)的工作方向，超過徹底分離點后繼續(xù)施加過量

21、的位移，使其過分離38次，并使其高應(yīng)力區(qū)發(fā)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應(yīng)力。另外，對膜片彈簧的凹面或雙面進行噴丸處理，即以高速彈丸流噴射到膜片彈簧表面，使表層產(chǎn)生塑性變形，形成一定厚度的表面強化層，起到冷作硬化的作用，同樣也可提高疲勞壽命。為提高分離指的耐磨性，可對其端部進行高頻感應(yīng)加熱淬火或鍍鉻。為了防止膜片彈簧與壓盤接觸圓形處由于拉應(yīng)力的作用產(chǎn)生裂紋，可對該處進行擠壓處理，以消除應(yīng)力源。  膜片彈簧表面不得有毛刺、裂紋、劃痕等缺陷。碟簧部分的硬度一般為4550HRC，分離指端硬度為5562HRC，在同一片上同一范圍內(nèi)的硬度差不大于3個單位。碟簧部分應(yīng)為均勻的回火托氏體和少量

22、的索氏體。單面脫碳層的深度一般不得超過厚度3。膜片彈簧的內(nèi)外半徑公差一般為H1l和h11，厚度公差為±0025mm，上、下表面的表面粗糙度為1.6m，底面的平面度一般要求小于0.1mm，初始底錐角公差為±10。膜片彈簧處于接合狀態(tài)時，其分離指端的相互高度差一般要求小于0.81.0mm。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 再對操縱系統(tǒng)第二部分（分離杠桿）進行受力分析和計算： 由  23PePf´=´  得；   78.22364232=fePPK 

23、整個操縱系統(tǒng)力的傳遞比： 21KKi´=å                                  （5-1） 2.5478.25.19=´=  5.4.2 操縱機構(gòu)踏板

24、行程    （1）操縱主離合器踏板行程S 踏板行程S由自由行程1S和工作行程2S兩部分組成； dcbafefSSSS××÷÷øöççèæD+=+=021                    （5-2） mm10555125457

25、5sin40032647.12»´´´÷øöçèæ´+=o 式中   0S分離軸承的自由行程，一般0S=1.5-3.0mm，本設(shè)計取0S=2mm。        fD分離彈簧的附加變形，也稱壓盤分離行程。        fD=mmSn7.185.02=´=D×（n為摩擦

26、副數(shù)，SD為主，從動片間必要的分離間隙，SD=0.751.0mm）        e,a,c,f,b,d分別為操縱杠桿主動臂與被動臂長。 （2）操縱主副離合器總的踏板行程cS dcbafeffefSSc××÷÷øöççèæD+D+=0              

27、;      （5-3） 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30                    mm172551254575sin40032647.132647.12»´´´÷øöçèæ´+´+=

28、o  均滿足S<150mm, cS<200mm的設(shè)計要。  5.4.3 操縱力的校核     (1) 離合器踏板力zcP可按下式計算 SzcFiFP+×å=h'                                  （5-4） NN1680%802.547300»+´»  滿足設(shè)計要求NPzc200<  式中   'F為離合器分離時，壓緊彈簧對壓盤的總壓力； ()6'´+D+=baMMfQF