拉式膜片彈簧離合器

1、設(shè)計(jì)目錄第一章離合器簡介 錯誤！未定義書簽。1.1 離合器的功用 21.2 離合器的工作原理 31.3 離合器的工作過程 4第二章設(shè)計(jì)任務(wù) 9第三章方案分析及選擇 103.1 從動盤數(shù)的選擇 103.2 壓緊彈簧和布置形式的選擇 103.3 膜片彈簧的支承形式 113.4 壓盤的驅(qū)動方式 11第四章 主要零件設(shè)計(jì)及校核計(jì)算； 114.1 后備系數(shù)b 114.2 單位壓力 114.3 摩擦片外徑D內(nèi)徑D和厚度B 錯誤！未定義書簽。4.4 摩擦因數(shù)F、摩擦面數(shù)Z和離合器間隙 T .錯誤！未定義書簽。第五章離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 錯誤！未定義書簽。5.1 離合器基本參數(shù)的優(yōu)化 錯誤！未定義書簽。5.2

2、膜片彈簧的彈性特性 錯誤！未定義書簽。5.3 膜片彈簧基本參數(shù)的選擇 錯誤！未定義書簽。5.4 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì) 錯誤！未定義書簽。第六章設(shè)計(jì)小結(jié) 錯誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn) 錯誤！未定義書簽。-12 -第一章離合器簡介1.1 離合器的功用汽車傳動系的基本功用是將發(fā)動機(jī)發(fā)出的動力傳給驅(qū)動輪。離合器是 汽車傳動系中直接與發(fā)動機(jī)相聯(lián)系的部件。在汽車起步前，先要起動發(fā)動 機(jī)，這時應(yīng)使變速器處于空擋位置，將發(fā)動機(jī)與驅(qū)動輪之間聯(lián)系斷開，以 卸除發(fā)動機(jī)負(fù)荷。待發(fā)動機(jī)已起動并開始正常的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)后，方可將變速 器掛上一定檔位，使汽車起步。汽車起步時，汽車是從完全靜止的狀態(tài)逐 步加速的。如果傳動系（它聯(lián)系著整

3、個汽車）與發(fā)動機(jī)剛性地聯(lián)系，則變 速器一掛上檔，汽車將突然向前沖動一下，但并未能起步。這是因?yàn)槠?從靜止到前沖時，產(chǎn)生很大慣性力。對發(fā)動機(jī)造成很大的阻力矩。在這慣 性阻力矩作用下，發(fā)動機(jī)在瞬時間轉(zhuǎn)速急劇下降到最低轉(zhuǎn)速（一般為 300-500r/min ）以下，發(fā)動機(jī)即熄火而不能工作，當(dāng)然汽車也不能起步。離合器的首要功用是保證汽車平穩(wěn)起步。在傳動系中裝設(shè)了離合器后， 在發(fā)動機(jī)起動后，汽車起步之前，駕駛員先踩下離合器踏板，將離合器逐 漸接合，在離合器逐漸接合過程中，發(fā)動機(jī)所受阻力矩也逐漸增加，故應(yīng) 同時逐漸踩下加速踏板，即逐步增加對發(fā)動機(jī)的燃料供給量，使發(fā)動機(jī)的 轉(zhuǎn)速始終保持在最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速以上，

4、不致熄火。由于離合器的接合緊密程 度增大，發(fā)動機(jī)經(jīng)傳動系傳給驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)矩便逐漸增加。到牽引力足以 克服起步阻力時，汽車即從靜止開始運(yùn)動并逐步加速。離合器的另一項(xiàng)功用是保證傳動系換檔時工作平穩(wěn)。在汽車行使過程中，為了適應(yīng)不斷變化的行使條件，傳動系經(jīng)常要換用不同檔位工作。實(shí) 現(xiàn)齒輪式變速器的換檔，一般是撥動齒輪或其它掛檔機(jī)構(gòu)，使原用檔位的 某一齒輪副退出傳動，再使另一檔位的齒輪副進(jìn)入工作。在換檔前也必須 踩下離合器踏板，中斷動力傳遞，便于使原用檔位的齒輪副脫開，同時有 可能使新檔位齒輪副的嚙合部位的速度逐漸相等（同步），這樣，進(jìn)入嚙合 時的沖擊可以大為減輕。離合器的第三功用是防止傳動系過載。當(dāng)汽

5、車進(jìn)行緊急制動時，若 沒有離合器，則發(fā)動機(jī)將因和傳動系剛性相連而急劇降低轉(zhuǎn)速，因此其中 傳動件會產(chǎn)生很大的慣性力矩（數(shù)值可能大大超過發(fā)動機(jī)正常工作時所發(fā) 出大最大轉(zhuǎn)矩），對傳動系造成超過其承載能力的載荷，而是其機(jī)件損壞。 有了離合器，便可依靠離合器主動部分和從動部分之間可能產(chǎn)生的相對運(yùn) 動以消除這一危險(xiǎn)。欲使離合器起到以上幾個作用，離合器應(yīng)該是這樣一個傳動 機(jī)構(gòu)，其主動部分和從動部分可以暫時分離，又可以逐漸接合，并且在傳 動過程中還要有可能相對轉(zhuǎn)動。所以，離合器的主動件與從動件之間不可采用剛性聯(lián)系，而是借二者接觸面之間的摩擦作用來傳遞轉(zhuǎn)矩（摩擦離合器），或是利用液體作為傳動的介質(zhì)（液力耦合器）

6、，或是利用磁力傳動（電 磁離合器）。在摩擦離合器中，為產(chǎn)生摩擦所需的壓緊力，可以是彈簧力、 液壓作用或電磁吸力。1.2 離合器的工作原理離合器的主動部分和從動部分借接觸面間的摩擦作用，或是用液體作 為傳動介質(zhì)（液力偶合器），或是用磁力傳動（電磁離合器）來傳遞轉(zhuǎn)矩，使 兩者之間可以暫時分離，又可逐漸接合，在傳動過程中又允許兩部分相互 轉(zhuǎn)動。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）。發(fā)動機(jī)發(fā)出的轉(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。當(dāng)駕駛員踩下離合器踏板時，通過機(jī)件的傳遞，使膜片彈簧 大端帶動壓盤后移，此時從動部分與主動部分分離。圖所示為摩擦離合

7、器中的兩種壓緊彈簧（膜片彈簧和螺旋彈簧）的彈 性特性，在離合器蓋總成中的螺旋彈簧處于壓緊狀態(tài)，其彈性特性的曲線 如圖中曲線1所示。膜片彈簧彈性特性曲線如圖中曲線 2所示。假如所設(shè)計(jì)的兩種離合器的壓緊力均相同，即壓緊力均為 Pb,軸向壓緊變形量為ac, 一 ' . 一 當(dāng)摩擦片磨損量達(dá)到容許的極限值時，彈簧壓縮變形量減小到a。此時'螺旋彈簧壓緊力便降低到PaR,兩值相差較大，將使離合器中的壓緊力不足而產(chǎn)生滑磨，而膜片彈簧壓緊力則只降低到與Pb相差無幾的Pa,使離合器仍能可靠得工作。當(dāng)離合器分離時，如兩種彈簧的進(jìn)一步壓縮均為 '，由圖可知，膜片彈簧所需的作用力為Pc不螺旋彈

8、簧所需的作用力B減 小約20%可見，膜片彈簧離合器操縱輕便。CM) 抑制5CQ04G on 3000 30GGIC 000離合器兩種壓緊彈簧的彈性曲線顯然在離合器中采用膜片彈簧作壓緊彈簧有很多優(yōu)點(diǎn)。膜片彈簧具有 壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使得離合器的結(jié)構(gòu)大為簡化，質(zhì)量減小，并 顯著得縮短了離合器的軸向尺寸。其次，由于膜片彈簧與壓盤以整個圓周 接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，磨損均勻。另外，由于膜片 彈簧具有上述的非線性彈性特性，故能在從動盤摩擦片磨損后，仍能可靠 得傳遞發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，而不產(chǎn)生滑磨。離合器分離時，使離合器踏板操縱 輕便，減輕駕駛員的勞動強(qiáng)度。止匕外，因膜片彈簧是一種旋轉(zhuǎn)對

9、稱零件， 平衡性好，在高速下，其壓緊力降低很少。而螺旋彈簧在高速時，因受離 心力作用會產(chǎn)生橫向饒曲，彈簧嚴(yán)重鼓出，從而降低了對壓盤的壓緊力。1.3 離合器的工作過程離合器接合時，發(fā)動機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)飛輪和壓盤傳給了動盤兩側(cè)的摩 擦片，帶動從動盤本體和與從動盤本體怫接在一起的減振器盤轉(zhuǎn)動。動盤 本體和減振器盤又通過六個減振器彈簧把轉(zhuǎn)矩傳給了從動盤轂。因?yàn)橛袕?性環(huán)節(jié)的作用，所以傳動系受的轉(zhuǎn)動沖擊可以在此得到緩和。傳動系中的 扭轉(zhuǎn)振動會使從動盤轂相對于動盤本體和減振器盤來回轉(zhuǎn)動，夾在它們之 間的阻尼片靠摩擦消耗扭轉(zhuǎn)振動的能量，將扭轉(zhuǎn)振動衰減下來。當(dāng)離合器接合時，主、從摩擦元件總是經(jīng)歷轉(zhuǎn)速不等到轉(zhuǎn)速一

10、致的摩 擦過程。在交通繁忙的城市使用條件下，離合器頻繁的接合和滑磨，使摩擦片很容易磨損，滑磨產(chǎn)生的熱量使壓盤和飛輪等零件的溫度升高。若摩 擦表面溫度過高，將加劇摩擦片磨損，降低離合器使用壽命。離合器在起 步過程中的滑磨比換檔時嚴(yán)重得多，而離合器滑磨的嚴(yán)重程度常用滑磨功 來衡量，以下討論起步時離合器的接合過程和滑磨功。離合器的接合過程的力學(xué)模型圖為討論汽車起步時離合器接合過程的力學(xué)模型.Je為發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)部分和離合器主動部分的總轉(zhuǎn)動慣量. Jn為簡化到離合器從動軸上的當(dāng)量轉(zhuǎn) 動慣量，為簡便起見，忽略從離合器從動盤到驅(qū)動輪全部旋轉(zhuǎn)零件的轉(zhuǎn)動 慣量的影響，僅把Jn看成汽車平移質(zhì)量，即汽車總質(zhì)量 ma換

11、算到離合器從 動軸上的轉(zhuǎn)動慣量.根據(jù)動能相等的原理，有：JnWn2 maV2 22v . .Wnigi0而rr式中Wn離合器從動軸角速度;V車速；ma-汽車總質(zhì)量;-車輪滾動半徑;I、分別為變速器和主減速器傳動比;由此得:2J marr J n . 2. 2ig Io由于離合器從動軸上的阻力矩和上坡阻力矩引起，可表示為:式中Tmagrrg-重力加速 igio(f i)度;f 滾動阻力系數(shù);i-坡度阻力系數(shù).汽車起步時離合器的接合過程離合器的接合過程如圖2- 3所示，可分為兩個階段：第一階段從離合器摩擦面開始接觸到Tc等于汽車行駛阻力轉(zhuǎn)矩T ,時間從0至t1;第二階 段從t1到t2,即離合器從動

12、角速度Wn從O至發(fā)動機(jī)角速度we相等.第一階段的滑磨功為： 1Li 0TcWedt第二階段的滑磨功為：2L21 Tc(We Wn)dt12(TJn等XWe%)出2L21 T (We Wn)dtwnaJn 0 (We Wn)dWn滑磨功的大小取決于T和Jn的數(shù)值以及駕駛員的操縱狀況.當(dāng)駕駛員 操縱狀況一定時T大，時間t1就長，如圖所示，L1就大；Jn大，dw/dt小, Wn增長就慢，從而滑磨時間(t1-t2)長，L2大.聯(lián)立式，汽車總質(zhì)量ma愈 大，變速器檔位愈高，Jn和T愈大，滑磨功愈大.當(dāng)駕駛員放松離合器踏 板較快，接合較猛時，Tc增加較猛，滑磨時間較短，滑磨功較小.當(dāng)操作 油門使得發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)

13、速較高時，滑磨功就較大.當(dāng)在平坦的瀝青路或混凝土路上起步時，阻力矩 T很小，可以忽略不 計(jì)，于是L1和L2中的第一項(xiàng)可視為零，則總滑磨功： W naL Jn 0 (We Wn)dWn假定在此滑磨過程中We不變，于是得到:2_ _22_ 2L JnWnaJnWcmarne22ig2i02 1800式中g(shù) V一ne發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，ne 為r/min.此式表明，離合器在上述.也就是說，在起步過程中發(fā)動機(jī)輸出的機(jī) 械能，一半用來使汽車加速餓而變?yōu)閯幽?，一半消耗于離合器的滑磨，變 為熱能損失掉了.離合器應(yīng)能經(jīng)受滑磨，同時由滑磨功轉(zhuǎn)換的熱量不應(yīng)使離合器零件溫 度升高過大.由于壓盤質(zhì)量較飛輪為小，受熱引起的溫升

14、較大.根據(jù)滑磨 功可算出壓盤的升高溫度：Lt 一 mc 式中 t溫升，t為oC c壓盤的比熱容,鑄鐵比熱容為 481.4/( kg - 0 C);m-壓盤的質(zhì)量，m 為kg;Y-傳到壓盤的熱量所占的比例.對于單盤離合器，丫 =0.5;對于雙盤 離合器壓盤,y =0.25;中間壓盤，丫 =0.5;L-滑磨功/L為N m.摩擦；離合器的工作原理1.飛輪，2.從動盤，3踏板，4壓緊彈簧，5從動軸，6從動盤轂 如圖2-4所示為摩擦離合器的工作原理和構(gòu)造示意圖發(fā)動機(jī)飛輪1是離合器的主動件。帶有摩擦片的從動盤 2和從動 盤轂6借滑動花鍵與從動軸5（即變速器的主動軸）相連。壓緊彈簧 4將從 動盤壓緊在飛輪端

15、面上。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩即靠飛輪與從動盤接觸面之間的摩擦 作用而傳到從動盤上，再由此經(jīng)過從動軸和傳動系統(tǒng)中一系列部件傳給驅(qū) 動車輪。彈簧4的壓緊力愈大，則離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩也愈大。由于汽車在行駛過程中，需經(jīng)常保持動力傳遞，而中斷傳動只是 暫時的需要，故汽車離合器的主動部分和從動部分應(yīng)經(jīng)常處于接合狀態(tài)。 摩擦副采用彈簧壓緊裝置即是為了適應(yīng)這一要求。欲使離合器分離時，只 要踩下離合器操縱機(jī)構(gòu)中的踏板 3,套在從動盤轂6的環(huán)槽中的撥叉便推動 從動盤克服壓緊彈簧的壓力向右移動，而與飛輪分離，摩擦力消失，從而 中斷了動力傳遞。當(dāng)需要重新恢復(fù)動力傳遞時，為使汽車速度和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化比較平穩(wěn)，應(yīng)該適當(dāng)控制離合器踏

16、板回升的速度，使從動盤在壓緊彈簧 4壓 力作用下，向左移動與飛輪恢復(fù)接觸。二者接觸面間的壓力逐漸增加，相 應(yīng)的摩擦力矩也逐漸增加。當(dāng)飛輪和從動盤接合還不緊密，二者之間摩擦 力矩比較小時，二者可以不同步旋轉(zhuǎn)，即離合器處于打滑狀態(tài)。隨著飛輪 和從動盤接合緊密程度的逐步增大，二者轉(zhuǎn)速也漸趨相等。直到離合器完 全接合而停止打滑時，汽車速度方能與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。摩擦離合器所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩取決于摩擦面間的最大靜摩擦力矩， 而后者又由于摩擦面最大壓緊力和摩擦面尺寸及性質(zhì)決定。故對于一定結(jié) 構(gòu)的離合器來說，靜摩擦力矩是一個定值。輸人轉(zhuǎn)矩達(dá)到此值，則離合器 將打滑，因而限制了傳動系統(tǒng)所受轉(zhuǎn)矩，防止超載。第二

17、章設(shè)計(jì)任務(wù)離合器的具體結(jié)構(gòu)，首先，應(yīng)在保證發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的前提下，滿足 兩個基本性能要求：1）離、合迅速，平穩(wěn)無沖擊，分離徹底，動作準(zhǔn)確可靠。2 ）結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，慣性小，外形尺寸小，工作安全，效率3 ）接合元件耐磨性高，使用壽命長，散熱條件好。4 ）操縱方便省力，制造容易，調(diào)整維修方便其次，離合器從動部分的轉(zhuǎn)動慣量要盡可能小。離合器的功用之一是 當(dāng)變速器換檔時，中斷動力傳遞，以減輕齒輪沖擊。如果與變速器主動軸 相連的離合器從動部分的轉(zhuǎn)動慣量大，當(dāng)換檔時，雖然由于分離了離合器, 使發(fā)動機(jī)與變速器之間聯(lián)系脫開，但離合器從動部分較大的慣性力矩仍然 輸入給變速器，其效果相當(dāng)于分離不徹底，就不能很好

18、的起到減輕齒輪問 沖擊的作用。止匕外，還要求離合器散熱良好。因?yàn)樵谄囆旭傔^程中，駕駛員操 縱離合器的次數(shù)是很多的，這就使離合器中由于摩擦面間頻繁地相對滑磨 而產(chǎn)生大量的熱。離合器接合愈柔和，產(chǎn)生熱量愈大。這些熱量如不及時 地散發(fā)，對離合器的工作將產(chǎn)生嚴(yán)重影響。摩擦離合器所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩的數(shù)值取決于摩擦面間的壓緊力和 摩擦系數(shù)，以及摩擦面的數(shù)目和尺寸。若欲增大離合器所能傳遞的最大轉(zhuǎn) 矩，可選用摩擦系數(shù)較大的摩擦材料，或適當(dāng)加強(qiáng)壓緊彈簧的壓緊力，或加大摩擦面的尺寸第三章方案分析及選擇3.1 從動盤數(shù)的選擇單片離合器結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，散熱良好，維修調(diào)整方便，從動部 分轉(zhuǎn)動慣量小，在使用時能保證

19、分離徹底、接合平順。雙片離合器與單片離合器相比，由于摩擦面數(shù)增加一倍，因而傳遞轉(zhuǎn) 矩的能力較大；在傳遞相同轉(zhuǎn)矩的情況下，徑向尺寸較小，踏板力較小， 另外接合較為平順。但中間壓盤通風(fēng)散熱不良，兩片起步負(fù)載不均，因而 容易燒壞摩擦片，分離也不夠徹底。多片離合器多為濕式，它有分離不徹底，軸向尺寸和質(zhì)量大等缺點(diǎn)， 以為主要用于行星齒輪變速器換檔機(jī)構(gòu)中。但它具有接合平順柔和、摩擦 表面溫度較低、磨損較小、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)3.2 壓緊彈簧和布置形式的選擇膜片彈簧是一種由彈簧鋼制成的具有特殊結(jié)構(gòu)的碟形彈簧，主要由碟 簧部分和分離指部分組成。1 .膜片彈簧離合器與其他形式的離合器相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：1）具有較理想的非線性彈性特性。2）兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用。3）高速旋轉(zhuǎn)時，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定。4）以整個圓周與壓盤接觸，使壓力分布