手動(dòng)變速器的故障分析

1、手動(dòng)變速器故障分析與診斷【摘要】 汽車離合器位于發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間的飛輪殼內(nèi)，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平面上，離合器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)需要踩下或松開離合器踏板，使發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱暫時(shí)分離和逐漸接合，以切斷或傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)向變速器輸入的動(dòng)力。其功用為：（1）使汽車平穩(wěn)起步；（2）中斷給傳動(dòng)系的動(dòng)力，配合換檔；（3）防止傳動(dòng)系過載。膜片彈簧離合器是近年來在轎車和輕型汽車上廣泛采用的一種離合器，它的轉(zhuǎn)矩容量大而且較穩(wěn)定，操作輕便，平衡性好，也能大量生產(chǎn)，對(duì)于它的研究已經(jīng)變得越來越重要。此設(shè)計(jì)說明書詳細(xì)的說明了輕型汽車膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)形式，參數(shù)選擇以及計(jì)算

2、過程。本文主要是對(duì)載重2噸輕型汽車的膜片式彈簧離合器進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)車輛使用條件和車輛參數(shù)，按照離合器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和要求，主要進(jìn)行了以下工作：選擇相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)主要為：摩擦片外徑的確定，離合器后備系數(shù)的確定，單位壓力的確定。并進(jìn)行了總成設(shè)計(jì)主要為：分離裝置的設(shè)計(jì)，以及從動(dòng)盤設(shè)計(jì)（從動(dòng)盤轂的設(shè)計(jì)）和圓柱螺旋彈簧設(shè)計(jì)等。關(guān)鍵詞: 膜片彈簧、摩擦片目錄第1章 概述.6第2章 離合器結(jié)構(gòu)方案選取.82.1設(shè)計(jì)任務(wù)書給定參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求82.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)82.2.1 從動(dòng)盤數(shù)及干濕式選取82.2.2 壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)形式及布置82.2.3 壓盤的驅(qū)動(dòng)方式112.2.4 分離軸承的類型122.2.5 離合器的

3、通風(fēng)散熱措施13第3章 離合器基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定.143.1摩擦片外徑及其它尺寸的確定.143.2離合器后備系數(shù)的確定 .153.3單位壓力p的確定16第4章 離合器膜片彈簧的設(shè)計(jì)184.1 膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)184.2膜片彈簧的變形特性和加載方式184.3 膜片彈簧的彈性變形特性194.4 膜片彈簧的參數(shù)尺寸確定214.4.1 h/h比值的選取 214.4.2 r及r/r確定224.4.3 膜片彈簧起始圓錐底角224.4.4 膜片彈簧小端半徑r及分離軸承的作用半徑r224.4.5 分離指數(shù)目n、切槽寬、窗孔槽寬、及半徑r224.4.6 承環(huán)的作用半徑l和膜片與壓盤接觸半徑l234.4.7 膜

4、片彈簧材料244.5 膜片彈簧的計(jì)算24結(jié)語30謝辭32緒言汽車是重要的交通運(yùn)輸工具，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的標(biāo)志，隨著現(xiàn)代生活的節(jié)奏越來越快，人們對(duì)交通工具的要求也越來越高。汽車作為最普通的交通工具，在日常的生活和工作中起了重要的作用。因此，汽車工業(yè)的規(guī)模及產(chǎn)品的質(zhì)量就成為衡量一個(gè)國家技術(shù)的重要標(biāo)志之一。對(duì)于汽車來說，由于它要求具有自重輕、行駛速度高、加速性好、適于各種路面上甚至無路地區(qū)行駛及機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，長期以來，它的發(fā)動(dòng)機(jī)都采用內(nèi)燃機(jī)。但是，由內(nèi)燃機(jī)的扭矩轉(zhuǎn)速特性曲線可知，在其整個(gè)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)扭矩變化小，最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速較高，不能適應(yīng)汽車可能遇到的各種行駛條件：如起步、爬坡、通過各種路面和無

5、路地區(qū)等。因此，在汽車上需要有一套復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)，以使內(nèi)燃機(jī)能適應(yīng)汽車行駛的需要?，F(xiàn)代汽車上常用的是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，它是由離合器及變速器、萬向節(jié)傳動(dòng)軸、主減速器、差速器和驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置等部件組成。在上述機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)中，離合器作為一個(gè)獨(dú)立的部件而存在。它實(shí)際上是一種是一種依靠其主、從動(dòng)件之間的摩擦來傳遞動(dòng)力且能分離的機(jī)構(gòu)，見圖0.1 離合器工作原理圖1飛輪；2從動(dòng)盤；3離合器踏板；4壓緊彈簧；5變速器第一軸；6從動(dòng)盤轂離合器是汽車傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的部件，用來分離或給發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的動(dòng)力傳遞。其基本功用有三：第一：在汽車起步時(shí)，通過離合器主動(dòng)部分（和發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連）和從動(dòng)部分（與

6、變速器第一軸相接）之間的滑磨、轉(zhuǎn)速的逐漸接近，使旋轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī)和原來靜止的傳動(dòng)系平穩(wěn)地聯(lián)接起來，以保證汽車平穩(wěn)起步。第二：當(dāng)變速器換檔時(shí)，通過離合器主從動(dòng)部分的迅速分離來切斷動(dòng)力傳遞，以減輕換檔時(shí)齒輪間的沖擊，便于換檔。第三：當(dāng)傳給離合器的扭矩超過其所能傳遞的最大力矩（即離合器的最大摩擦力矩）時(shí)，其主從動(dòng)部分將產(chǎn)生相對(duì)滑磨。這樣離合器就起著保護(hù)傳動(dòng)系防止其過載的作。由于離合器上述三方面的功用，使離合器在汽車結(jié)構(gòu)上有著舉足輕重的地位。然而早期的離合器結(jié)構(gòu)尺寸大，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，引起變速器換檔困難，而且這種離合器在結(jié)合時(shí)也不夠柔和，容易卡住，散熱性差，操縱也不方便，平衡性能也欠佳。因此為了克服

7、上述困難，可以選擇膜片彈簧離合器，它的轉(zhuǎn)矩容量大且較穩(wěn)定，操縱輕便，平衡性好，也能大量生產(chǎn)，對(duì)于它的研究已經(jīng)變得越來越重要。本設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置中的離合器在設(shè)計(jì)中對(duì)各種離合器類型進(jìn)行分析，探討，最后設(shè)計(jì)出使用于載重量為2t的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)輕型汽車車用離合器。 1.概述膜片彈簧離合器是近年來在轎車和輕型載貨汽車上廣泛采用的一種離合器。因其作為壓簧，可以同時(shí)兼起分離杠桿的作用，使離合器的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，質(zhì)量減少，并顯著地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(gè)圓周接觸，使壓力分布均勻。另外由于膜片彈簧具有非線性彈性特性，故能在從動(dòng)盤摩擦片磨損后，彈簧仍能可靠的傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，而不致產(chǎn)生

8、滑離。離合器分離時(shí)，使離合器踏板操縱輕便，減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。此外，因膜片是一種對(duì)稱零件，平衡性好，在高速下，其壓緊力降低很少，而周布置彈離合器在高速時(shí)，因受離心力作用會(huì)產(chǎn)生橫向撓曲，彈簧嚴(yán)重鼓出，從而降低了對(duì)壓盤的壓緊力，從而引起離合器傳遞轉(zhuǎn)矩能力下降。那么可以看出，對(duì)于輕型車膜片彈簧離合器的設(shè)計(jì)研究對(duì)于改善汽車離合器各方面的性能具有十分重要的意義。作為壓緊彈簧的所謂膜片彈簧，是由彈簧鋼沖壓成的，具有“無底碟子”形狀的截錐形薄壁膜片，且自其小端在錐面上開有許多徑向切槽，以形成彈性杠桿，而其余未切槽的大端截錐部分則起彈簧作用。膜片彈簧的兩側(cè)有支承圈，而后者借助于固定在離合器蓋上的一些（為徑向

9、切槽數(shù)目的一半）鉚釘來安裝定位。當(dāng)離合器蓋用螺栓固定到飛輪上時(shí)，由于離合器蓋靠向飛輪，后支承圈則壓膜片彈簧使其產(chǎn)生彈性變形，錐頂角變大，甚至膜片彈簧幾乎變平。同時(shí)在膜片彈簧的大端對(duì)壓盤產(chǎn)生壓緊力使離合器處于結(jié)合狀態(tài)。當(dāng)離合器分離時(shí)，分離軸承前移膜片彈簧壓前支承圈并以其作為支點(diǎn)發(fā)生反錐形的轉(zhuǎn)變，使膜片彈簧大端后移，并通過分離鉤拉動(dòng)壓盤后移使離合器分離。膜片彈簧離合器具有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此設(shè)計(jì)摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎不變，且可以減輕分離離合器時(shí)的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對(duì)離合器軸的中心線是對(duì)稱的，因此其壓緊力實(shí)際上不受離心力的影響，性能穩(wěn)定，平衡

10、性也好；再者，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，零件數(shù)目減少，質(zhì)量減小并顯著縮短了軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤是以整個(gè)圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，摩擦均勻，也易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱等。由于膜片彈簧離合器具有上述一系列優(yōu)點(diǎn)，并且制造膜片彈簧離合器的工藝水平在不斷提高，因此這種離合器在轎車及微型、輕型客車上得到廣泛運(yùn)用，而且正大力擴(kuò)展到載貨汽車和重型汽車上，國外已經(jīng)設(shè)計(jì)出了傳遞轉(zhuǎn)矩為802000n.m、最大摩擦片外徑達(dá)420的膜片彈簧離合器系列，廣泛用于轎車、客車、輕型和中型貨車上。甚至某些總質(zhì)量達(dá)2832t的重型汽車也有采用膜片彈簧離合器的，但

11、膜片彈簧的制造成本比圓柱螺旋彈簧要高。膜片彈簧離合器的操縱曾經(jīng)都采用壓式機(jī)構(gòu)，即離合器分離時(shí)膜片彈簧彈性杠壓桿內(nèi)端的分離指處是承受壓力。當(dāng)前膜片彈簧離合器的操縱機(jī)構(gòu)已經(jīng)為拉式操縱機(jī)構(gòu)所取代。后者的膜片彈簧為反裝，并將支承圈移到膜片彈簧的大端附近，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，零件減少、裝拆方便；膜片彈簧的應(yīng)力分布也得到改善，最大應(yīng)力下降；支承圈磨損后仍保持與膜片的接觸使離合器踏板的自由行程不受影響。而在壓式結(jié)構(gòu)中支承圈的磨損會(huì)形成間隙而增大踏板的自由行程。2. 離合器結(jié)構(gòu)方案選取2.1設(shè)計(jì)任務(wù)書給定參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及轉(zhuǎn)速： 63kw/3800rpm發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速： 179 n.m/2500

12、rpm整車總質(zhì)量： 4.095噸裝載質(zhì)量： 2噸主減速比： 5.83變速器低檔傳動(dòng)比： 5.56輪胎型號(hào)： 6.50-16在設(shè)計(jì)離合器時(shí)，應(yīng)根據(jù)車型的類別，使用要求制造條件以及“三化”（系列化，通用化，標(biāo)準(zhǔn)化）要求等，合理選擇離合器的結(jié)構(gòu)。 在離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮以下幾點(diǎn)： 1：保證離合器結(jié)合平順和分離徹底。 2：離合器從動(dòng)部分和主動(dòng)部分各自的連接形式和支承。 3：離合器軸的軸向定位和軸承潤滑 4：運(yùn)動(dòng)零件的限位 5：離合器的調(diào)整。2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求，在本設(shè)計(jì)中都將全面的考慮，并采用相應(yīng)的措施予以實(shí)現(xiàn)。2.2.1 從動(dòng)盤數(shù)及干濕式選取根據(jù)已知條件知道載重2噸輕型汽車可選

13、取單片干式膜片彈簧摩擦離合器，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，軸向尺寸緊湊，分離徹底，從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，散熱性好，采用軸向有彈性的從動(dòng)盤結(jié)合平順，廣泛用于轎車及微、中型客車和貨車上，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不大于1000n.m的大型客車和重型貨車上也有所推廣。因此該離合器選取單片干式膜片彈簧離合器。2.2.2 壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)形式及布置離合器的壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)形式有：圓柱螺旋彈簧、矩形斷面的圓錐螺旋彈簧和膜片彈簧等。可采用沿圓周布置、中央布置、和斜置等布置形式。根據(jù)本所設(shè)計(jì)的離合器的已知系數(shù)和使用條件選取膜片彈簧離合器比較合適。作為壓緊彈簧的所謂膜片彈簧，是由彈簧鋼沖壓成的，具有“無底碟子”形狀的截錐

14、形薄壁膜片，且自其小端在錐面上開有許多徑向切槽，以形成彈性杠桿，而其余未切槽的大端截錐部分則起彈簧作用。膜片彈簧的兩側(cè)有支承圈，而后者借助于固定在離合器蓋上的一些（為徑向切槽數(shù)目的一半）鉚釘來安裝定位。當(dāng)離合器蓋用螺栓固定到飛輪上時(shí)，由于離合器蓋靠向飛輪，后支承圈則壓膜片彈簧使其產(chǎn)生彈性變形，錐頂角變大，甚至膜片彈簧幾乎變平（參看2.1圖）。同時(shí)在膜片彈簧的大端對(duì)壓盤產(chǎn)生壓緊力使離合器處于結(jié)合狀態(tài)。當(dāng)離合器分離時(shí)，分離軸承前移膜片彈簧壓前支承圈并以其作為支點(diǎn)發(fā)生反錐形的轉(zhuǎn)變，使膜片彈簧大端后移，并通過分離鉤拉動(dòng)壓盤移到膜后移使離合器分離。膜片彈簧離合器具有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，由于膜片彈簧具有非線性

15、特性，因此設(shè)計(jì)摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎不變，且可以減輕分離離合器時(shí)的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對(duì)離合器軸的中心線是對(duì)稱的，因此其壓緊力實(shí)際上不受離心力的影響，性能穩(wěn)定，平衡性也好；再者，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，零件數(shù)目減少，質(zhì)量減小并顯著縮短了軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤是以整個(gè)圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，摩擦均勻，也易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱等。由于膜片彈簧離合器具有上述一系列優(yōu)點(diǎn)，并且制造膜片彈簧離合器的工藝水平在不斷提高，因此這種離合器在轎車及微型、輕型客車上得到廣泛運(yùn)用，而且正大力擴(kuò)展到載貨汽車和重型汽車上，

16、國外已經(jīng)設(shè)計(jì)出了傳遞轉(zhuǎn)矩為802000n.m、最大摩擦片外徑達(dá)420的膜片彈簧離合器系列，廣泛用于轎車、客車、輕型和中型貨車上。甚至某些總質(zhì)量達(dá)2832t的重型汽車也有采用膜片彈簧離合器的，但膜片彈簧的制造成本比圓柱螺旋彈簧要高。膜片彈簧離合器的操縱曾經(jīng)都采用壓式機(jī)構(gòu)，即離合器分離時(shí)膜片彈簧彈性杠壓桿內(nèi)端的分離指處是承受壓力（見圖2.2a）。當(dāng)前膜片彈簧離合器的操縱機(jī)構(gòu)已經(jīng)為拉式操縱機(jī)構(gòu)所取代。后者的膜片彈簧為反裝，并將支承圈片彈簧的大端附近（見圖2.3b），使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，零件減少、裝拆方便；膜片彈簧的應(yīng)力分布也得到改善，最大應(yīng)力下降；支承圈磨損后仍保持與膜片的接觸使離合器踏板的自由行程不受影響

17、。而在壓式結(jié)構(gòu)中支承圈的磨損會(huì)形成間隙而增大踏板的自由行程(見圖2.3a)。圖2.1膜片彈簧離合器的工作原理圖（a）自由狀態(tài)； （b）壓緊狀態(tài)； （c）分離狀態(tài)圖2.2 推式和拉膜片彈簧力作用點(diǎn)位置對(duì)照?qǐng)D（a）推式離合器 ;（b）拉式離合器 圖2.3(a) 一般壓式操縱 (b)拉式操縱2.2.3 壓盤的驅(qū)動(dòng)方式壓盤是離合器的主動(dòng)部分，在傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)它和飛輪一起帶動(dòng)從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，但這種連接應(yīng)允許壓盤在離合器分離過程中能自由的作軸向移動(dòng)。 壓盤與飛輪的連接方式或驅(qū)動(dòng)方式有：凸塊窗孔式、傳力銷式、鍵式以及彈性傳動(dòng)片式等（見圖2.4）。近年來廣泛采用彈性傳動(dòng)片式。因?yàn)榱硗鈳追N方式有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即

18、連接之間有間隙（如凸塊與窗孔之間的間隙約為0.2mm）。這樣在傳動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生沖擊和噪聲，甚至可能導(dǎo)致凸塊根部產(chǎn)生裂紋而造成零件的早期破壞。另外，在離合器分離時(shí)，由于零件間的摩擦將降低離合器操縱部分的傳動(dòng)效率。彈性傳動(dòng)片是由薄彈簧鋼沖壓而成（見圖2.4e），其一端鉚在離合器蓋上，另一端用螺釘固定在壓盤上，且一般用34組（每組23片）沿圓周切向布置以改善傳動(dòng)片的受力狀況，這時(shí)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)片時(shí)受拉，當(dāng)由車輪滑行時(shí)反轉(zhuǎn)受壓。這種利用傳動(dòng)片驅(qū)動(dòng)壓盤的方式不緊消除了上述缺點(diǎn)，而且簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了對(duì)裝配精度的要求且有利于壓盤的定中。所以該離合器采用彈性傳動(dòng)片。圖2.4壓盤的驅(qū)動(dòng)方式a凸塊窗孔式；b傳力銷式

19、；c鍵槽指銷式；d鍵齒式；e彈性傳動(dòng)片式2.2.4 分離軸承的類型分離軸承在工作中主要承受軸向力，在分離離合器時(shí)由于分離軸承旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，形成其徑向力。故離合器的分離軸承主要有徑向止推軸承和止推軸承兩種。前者適合于高速低軸向負(fù)荷，后者適合于相反情況.常用含潤滑油脂的密封止推球軸承;小型車有時(shí)采用含油石墨止推滑動(dòng)軸承。分離軸承與膜片彈簧之間有沿圓周方向的滑磨，當(dāng)兩者旋轉(zhuǎn)中不同心時(shí)也伴有徑向滑磨。為了消除因不同心導(dǎo)致的磨損并使分離軸承與膜片彈簧內(nèi)端接觸均勻，膜片彈簧離合器廣泛采用自動(dòng)調(diào)心式分離裝置（見圖2.5）。它有內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)軸承，軸承罩，波形片簧（見圖2.5）中4，它由厚約為0.7的65mn鋼帶

20、制成，油淬、模內(nèi)回火度hrc4351）及分離套筒組成。由于軸承與套筒間都留有足夠徑向間隙以保證分離軸承相對(duì)于分離套筒可以徑向移動(dòng)1mm左右，所以當(dāng)膜片相對(duì)分離套筒有偏斜時(shí)，由于波形片簧能夠產(chǎn)生變形，允許分離軸承產(chǎn)生相對(duì)的偏斜，以保證膜片彈簧仍能被均勻的壓緊，也防止了膜片彈簧分離指處的異常磨損并減少了噪音。另外由于分離指與直徑較小的軸承內(nèi)圈接觸，則增大了膜片彈簧的杠桿比。 分離套筒支撐著分離軸承并位于變速器第一軸軸承蓋的軸頸上，可以軸向移動(dòng)。分離器結(jié)合后，分離軸承與分離杠桿之間一般有34mm間隙，以免在摩擦片磨損后引起壓盤壓力不足而導(dǎo)致離合器打滑使摩擦片以及分離軸承燒壞。此間隙使踏板有段自由行程

21、。有的轎車采用無此間隙的內(nèi)圈恒轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，用輕微的油壓或彈簧力使分離軸承與杠桿端（多為膜片彈簧）經(jīng)常貼合，以減輕磨損和減少踏板行程。圖2.5自動(dòng)調(diào)心軸承裝置1分離軸承罩；2分離軸承；3分離套筒；4波形彈簧片2.2.5 離合器的通風(fēng)散熱措施提高離合器工作性能的有效措施是借助于其通風(fēng)散熱系統(tǒng)降低其摩擦表面的溫度。 在正常使用條件下，離合器的壓盤工作表面的溫度一般均在180以下，隨著其溫度的升高，摩擦片的磨損將加快。當(dāng)壓盤工作表面的溫度超過180200時(shí)，摩擦片的磨損速度將急劇升高。在特別嚴(yán)酷的使用條件下，該溫度有可能達(dá)到1000。在高溫下壓盤會(huì)翹曲變形甚至產(chǎn)生裂紋和碎裂；由石棉摩擦材料制成的摩擦片也

22、會(huì)燒裂和破壞。為防止摩擦表面的溫度過高，除壓盤應(yīng)具有足夠的質(zhì)量以保證有足夠的熱容量外，還應(yīng)使其散熱通風(fēng)良好。為此，可在壓盤上設(shè)置散熱筋或鼓風(fēng)筋；在雙片離合器中間壓盤體內(nèi)鑄出足夠多的導(dǎo)風(fēng)槽，這種結(jié)構(gòu)措施在單片離合器壓盤上也開始應(yīng)用；將離合器蓋和壓盤設(shè)計(jì)成帶有鼓風(fēng)葉片的結(jié)構(gòu)；在保證有足夠剛度的前提下在離合器蓋上開出較多或較大的通風(fēng)口，以加強(qiáng)離合器表面的通風(fēng)散熱和清除摩擦產(chǎn)生的材料粉末，在離合器殼上設(shè)置離合器冷卻氣流的入口和出口等所謂通風(fēng)窗，在離合器殼內(nèi)裝設(shè)冷卻氣流的導(dǎo)罩，以實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦表面有較強(qiáng)定向氣流通過的通風(fēng)散熱等。為防止壓盤 的受熱翹曲變形，壓盤應(yīng)有足夠大的剛度。鑒于以上對(duì)質(zhì)量和剛度的要求，一

23、般壓盤都設(shè)計(jì)得比較厚，載貨汽車一般不小于15。3. 離合器基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定在初步確定了離合器的結(jié)構(gòu)形式之后就要確定其基本結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)。3.1 摩擦片外徑及其它尺寸的確定摩擦片的外徑d是離合器的基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命，所以應(yīng)先確定摩擦片的外徑d在確定外徑時(shí)，可以根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式（3.1）計(jì)算出 d=100 式(3.1)式中： d摩擦片外徑， t發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩，n.m a和車型及使用條件有關(guān)的常數(shù)設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：t=179n.m2噸輕型載貨汽車：?jiǎn)纹Σ岭x合器 a=36由公式（3.1）代入相關(guān)數(shù)據(jù)，則得： d=223根據(jù)離合器摩擦片的標(biāo)準(zhǔn)化，系列化原則，根據(jù)下表3.1“離合器

24、摩擦片尺寸系列和參數(shù)”（即gb145774）表3.1離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)外徑d/160180200225250280300325350380405430內(nèi)徑d/110125140150155165175190195205220230厚度/3.23.53.53.53.53.53.53.54444=d/d0.6870.6940.7000.6670.5890.5830.5850.5570.5400.5430.5350.53210.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.8000.8270.8430.8400.847單位面積/10613216022130240246

25、65466787299081037可?。耗Σ疗嘘P(guān)標(biāo)準(zhǔn)尺寸： 外徑d=225 內(nèi)徑d=150 厚度h=3.5 內(nèi)徑與外徑比值c=0.67 3.2離合器后備系數(shù)的確定 后備系數(shù) 保證了離合器能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，同時(shí)它有助于減少汽車起步時(shí)的滑磨，提高了離合器的使用壽命。但為了離合器的尺寸不致過大，減少傳遞系的過載，使操縱輕便等，后備系數(shù)又不宜過大。在開始設(shè)計(jì)離合器時(shí)一般是參照統(tǒng)計(jì)質(zhì)料，并根據(jù)汽車的使用條件，離合器結(jié)構(gòu)形式等特點(diǎn)，初步選定后備系數(shù) 。 汽車離合器的后備系數(shù)的推薦值： 小轎車： =1.31.75 載重車: =1.72.25- 帶拖掛的重型車或牽引車: =2.03.0本設(shè)計(jì)的是2噸輕

26、行載貨汽車用離合器，參看有關(guān)統(tǒng)計(jì)質(zhì)料“我國一些汽車離合器的主要參數(shù)”（見下表3.2），并根據(jù)最大總質(zhì)量不超過6噸的載貨汽車=1.201.75，選定其后備系數(shù)=1.40表3.2我國一些汽車離合器的主要參數(shù)車型離合器的形式彈簧數(shù)目摩擦片尺寸總壓力（kg）摩擦力矩（kg.m）后備系數(shù)單位壓力（）dd上海sh130單、干9254150531259168161北京bj130單、干6254150471238136143躍進(jìn)nj130單、干9254150740373182220解放ca10b單、干1228016567276524169交通sh142單、干1227617872041152205黃河jn150單

27、、干635019570496141104東風(fēng)eq140單、干16325190107269181963.3單位壓力p的確定摩擦面上的單位壓力p的值和離合器本身的工作條件,摩擦片的直徑大小,后備系數(shù),摩擦片材料及質(zhì)量等有關(guān).離合器使用頻繁,工作條件比較惡劣(如城市用的公共汽車和礦用載重車),單位壓力p較小為好。當(dāng)摩擦片的外徑較大時(shí)也要適當(dāng)降低摩擦片摩擦面上的單位壓力p。因?yàn)樵谄渌鼦l件不變的情況下，由于摩擦片外徑的增加，摩擦片外緣的線速度大，滑磨時(shí)發(fā)熱厲害，再加上因整個(gè)零件較大，零件的溫度梯度也大，零件受熱不均勻，為了避免這些不利因素，單位壓力p應(yīng)隨摩擦片外徑的增加而降低。前面已經(jīng)初步確定了摩擦片的

28、基本尺寸：外徑d=225 內(nèi)徑d=150 厚度h=3.5 內(nèi)徑與外徑比值c=0.67 又初選=1.40運(yùn)用公式（3.2）可以校核單位壓力pt= t=pd(1) 式 (3.2)上式中：z對(duì)彈片離合器取2對(duì)用有機(jī)材料摩擦片，在設(shè)計(jì)時(shí)，其摩擦系數(shù)可取=0.3根據(jù)式（3.2）代入相關(guān)數(shù)據(jù)則得：p=0.24mp=2.32kg/又由下圖3.1中的曲線1中查得：由摩擦片外徑d=225，從圖中的關(guān)系可查得：該離合器摩擦片的單位容許單位壓力p為：p=2.5 kg/也即是摩擦面上的單位壓力pp,沒有超出允許范圍.因此上述各基本結(jié)構(gòu)參數(shù)合適。圖3.1單位壓力與摩擦片外徑的關(guān)系1適用于小轎車；2適用于載貨汽車4. 離

29、合器膜片彈簧的設(shè)計(jì)4.1 膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由前面可以知道，本設(shè)計(jì)中的壓緊彈簧是膜片彈簧。而膜片彈簧離合器分推式和拉式，在本設(shè)計(jì)中采用推式結(jié)構(gòu)。膜片彈簧的結(jié)構(gòu)形狀如下圖4.1，它是由彈簧鋼板沖壓而成的。 圖4.1（a）膜片彈簧 （b）碟形彈簧 從圖中可以看出，膜片彈簧在結(jié)構(gòu)形狀上分為兩部分。在膜片彈簧的大端處為一完整的截錐體，像圖4.1中b的樣子，它的形狀像一個(gè)無底的碟子和一般機(jī)械上用的碟形彈簧完全一樣，故稱作碟簧部分。膜片彈簧起彈性作用的正是其碟簧部分。碟形彈簧的彈性作用是這樣：沿其軸線方向加載，碟簧受壓變平，卸載后又恢復(fù)原形如圖4.1b所示。可以說膜片彈簧是碟形彈簧的一種特殊結(jié)構(gòu)形式。所不

30、同的是，在膜片彈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(dāng)離合器分離時(shí)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r4.54.2膜片彈簧的變形特性和加載方式由于膜片彈簧采用推式結(jié)構(gòu)，故其正裝。離合器在分離和接合時(shí)，膜片彈簧的加載情況不一樣，相應(yīng)的有兩種加載方式和變形情況：（1）接合時(shí)離合器接合時(shí)，膜片彈簧起壓緊彈簧之用，在壓盤離合器蓋總成未與飛輪裝合以前，膜片彈簧近似處于自由狀態(tài)，如圖4.2a所示，膜片彈簧對(duì)壓盤無壓緊作用。當(dāng)壓盤

31、離合器蓋總成與飛輪裝合時(shí)，離合器蓋前端面向飛輪前端面靠攏。因此，離合器蓋通過支承環(huán)4對(duì)膜片彈簧施加載荷p，膜片彈簧幾乎變平見圖4.2b。同時(shí)在壓盤處也作用有載荷p。我們把p稱作壓緊力。支承環(huán)4和膜片彈簧壓盤接觸處之間的高度變化稱作大端變形，膜片彈簧分離軸承相對(duì)于壓盤高度的變化稱之為小端變形。分離時(shí)當(dāng)分離軸承以p力作用在膜片彈簧的小端時(shí)，支承環(huán)4逐漸不起作用，而支承環(huán)5開始起作用。當(dāng)p力達(dá)到一定值時(shí)，膜片彈簧被壓翻。分離時(shí)在膜片彈簧的大端處及小端處將進(jìn)一步產(chǎn)生附加變形和。見圖4.2c此時(shí)膜片彈簧大端處的變形=+。圖4.2膜片彈簧在不同工作狀態(tài)時(shí)的作用力及變形情況(a)自由狀態(tài)； （b）壓緊狀態(tài)；

32、 (c)分離狀態(tài)4.3 膜片彈簧的彈性變形特性前面說過膜片彈簧起彈性作用的部分是其碟簧部分，碟簧部分的彈性變形特性和螺旋彈簧是不一樣的，它是一中非線性的彈簧，其特性和碟簧部分的原始內(nèi)截錐高h(yuǎn)及彈簧片厚h的比值h/h有關(guān)。不同的h/h值可以得到不同的特性變形特性。一般可以分成下列四中情況：如下圖4.3中h/h=0.5的曲線,其曲線形狀表現(xiàn)為:載荷p的增加,變形總是不斷增加.這種彈簧的剛度很大,可以承受很大的載荷,適合與作為緩沖裝置中的行程限制器。=如圖4.3中h/h=1.5的曲線,彈性特性曲線在中間有一段很平直,變形的增加,載荷p幾乎不變.這種彈簧叫做零剛度彈簧.2如圖4.3中=2.75者,彈簧

33、的特性曲線中有一段負(fù)剛度區(qū)域,即當(dāng)變形增加時(shí),載荷反而減少具有這種特性的膜片彈簧很適合用于作為離合器的壓緊彈簧,因?yàn)榭衫闷湄?fù)剛度區(qū),達(dá)到分離離合器時(shí)載荷下降,操縱省力的目的,當(dāng)然負(fù)剛度過大也不適宜,以免彈簧工作位置略微變動(dòng)造成彈簧壓緊力過大.如下圖4.4,這種彈簧的的特性曲線中具有更大的負(fù)剛度不穩(wěn)定工作區(qū),而且有載荷為負(fù)值的區(qū)域.這種彈簧適合于汽車液力傳動(dòng)中的鎖止機(jī)構(gòu)。圖4.3三種不同h/h值時(shí)的無因次特曲線4.4各種不同h/h值時(shí)的無因次彈性變形特性4.4 膜片彈簧的參數(shù)尺寸確定在設(shè)計(jì)膜片彈簧時(shí)，一般初步選定其全部尺寸然后進(jìn)行一系列的驗(yàn)算，最后優(yōu)選最合適的尺寸。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖7.5圖4.

34、5膜片彈簧示意簡(jiǎn)圖4.4.1 h/h比值的選取 設(shè)計(jì)膜片彈簧時(shí)，要利用其非線性的彈性變形規(guī)律，因此要正確選擇其特性曲線的形狀，以獲得最佳性能。一般汽車汽車膜片彈簧的h/h值的范圍在1.52.5之間。一些車型的膜片彈簧的h/h值見下4.1表（41）一些車型的膜片彈簧的h/h值車型h/h車型h/h豐田北京bj751=1.783=1.654上海sh771雪佛蘭 =1.807=1.54參考上表7.1取=1.684.4.2 r及r/r確定比值r/r對(duì)彈簧的載荷及應(yīng)力特性都有影響，從材料利用率的角度，比值在1.82.0時(shí)，碟形彈簧儲(chǔ)存彈性的能力為最大，就是說彈簧的質(zhì)量利用率和好。因此設(shè)計(jì)用來緩和沖擊，吸收

35、振動(dòng)等需要儲(chǔ)存大量彈性能時(shí)的碟簧時(shí)選用。對(duì)于汽車離合器的膜片彈簧，設(shè)計(jì)上并不需要儲(chǔ)存大量的彈性能，而是根據(jù)結(jié)構(gòu)布置與分離的需要來決定，一般r/r取值為1.21.3.對(duì)于r,膜片彈簧大端外徑r應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)上的要求和摩擦片的外徑相適應(yīng)，大于摩擦片內(nèi)徑，近于摩擦片外徑。此外，當(dāng)h，h及r/r等不變時(shí)，增加r有利于膜片彈簧應(yīng)力的下降。參考下表可4.2初步確定r/r=1.31表 4.2一些車型膜片彈簧的r和r/r的值車型外徑（）內(nèi)徑（）膜片彈簧大端半徑2r（）r/r豐田225160206103/81=1.27北京bj751228150210105/8.5=1.25上海sh771280165252126/1

36、03.5=1.214.4.3 膜片彈簧起始圓錐底角汽車膜片彈簧一般起始圓錐底角在1014之間，代入數(shù)值計(jì)算可得：=11154.4.4 膜片彈簧小端半徑r及分離軸承的作用半徑r r的值主要由結(jié)構(gòu)決定，最小值應(yīng)大于變速器第一軸花鍵外徑，分離軸承作用半徑r大于 r 因?yàn)榛ㄦI外徑d=34要使2 rd，所以取r=25，r=284.4.5 分離指數(shù)目n、切槽寬、窗孔槽寬、及半徑r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)，便于制造時(shí)模具分度切槽寬4，12，窗孔半徑r一般情況下由（rr）(0.81.4) ,所以取rr=1=12參考下表4.3表4.3一些車型膜片彈簧的分離爪數(shù)n、切槽寬、及

37、半徑表4.3一些車型膜片彈簧的分離爪數(shù)n、切槽寬、及半徑車型n（）（）r（）豐田183.2911北京bj751183.21113上海sh771183.21112.5雪佛蘭183.21010參考上表4.3可取得n=18, 4，12, r=70.54.4.6 承環(huán)的作用半徑l和膜片與壓盤接觸半徑l由于采用推式膜片彈簧，l，l的大小將影響膜片彈簧的剛度，一般來說，l值應(yīng)盡量靠近r而略大與r。l應(yīng)接近r略小于r。一些汽車膜片彈簧離合器的l和l見下表7.4表4.4一些車型的膜片彈簧支承環(huán)平均半徑l、接觸班級(jí)l車型膜片彈簧大端半徑r（）壓盤接觸半徑l（）碟簧部分半徑r（）支承環(huán)平均半徑l()豐田10310

38、18182.6北京bj75110510383584上海sh7711261201036105雪佛蘭1141149397參看表7.4可選擇：l=84，l=1084.4.7 膜片彈簧材料制造膜片彈簧用的材料，應(yīng)具有高的彈性極限和屈服極限，高的靜力強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度，高的沖擊強(qiáng)度，同時(shí)應(yīng)具有足夠大的塑性變形性能。按上述要求，國內(nèi)常用的膜片彈簧材料為硅錳鋼60si2mna。4.5 膜片彈簧的計(jì)算4.4.1 h/h比值的選取 由前面已知數(shù)據(jù)：t=179n.m ,d=225,d=150=1.4,=1.68,=1.31,=1115,r=108,r=82.5,h=4.2,h=2.5,l=84,l=102,r=25,

39、r=28,n=18, =4，=12r=72.5根據(jù)下式（4.1）畫出p曲線=hh()+ 式 ( 7.1)式中，e彈性模數(shù)，鋼材料取e=2.010mp； 泊松比，鋼材料取0.3 h彈簧片厚， h碟簧部分內(nèi)截錐高， 大端變形， r碟簧部分外半徑（大端半徑）， r碟簧部分內(nèi)半徑， l膜片彈簧與壓盤接觸半徑， l支承環(huán)平均半徑，設(shè) = =因此公式(7.1)就成為：= ln()(-)+1 式 式( 7.2)把有關(guān)數(shù)值代入上述各式，得：p=1450.78 =2.5=0.1660.696+0.883令d/d=0 得：0495-1.392+0.883=0由不同的值,計(jì)算及p和,計(jì)算結(jié)果列表如下:下表7.5表4

40、.5由不同的值,計(jì)算及p和,計(jì)算結(jié)果列表0.10.20.40.60.81.2061.21.41.61.81.8962.02.40.08150.15010.25240.31490.34540.35150.34250.34280.29690.29670.29680.3020.3910.250.511.522.5733.544.54.74561180219036024569501151004969471243074305430843815676依據(jù)上表4.5的數(shù)據(jù)畫出p曲線如下圖4.6 圖4.6確定膜片彈簧的工作點(diǎn)位置 取離合器接合時(shí)膜片彈簧的大端變形量=0.65h=2.73,根據(jù)特性曲線上可以查得膜片彈簧的壓緊力p=5049n校核后備系數(shù): = 上式中：因?yàn)閐/d=0.670.6所以可以很準(zhǔn)確的算出：r=93.8所以由上公式可得: =1.58 離合器徹底分離時(shí),膜片彈簧的大端變形量為:=+(即為)壓盤的行程可取為=2.4,所以=2.73+2.4=5.13離合器剛開始分離時(shí),壓盤的行程=1.8,此時(shí)膜片彈簧的變形量為:= +=2.73+1.8=4.53摩擦片磨損后,其最大磨損量=zs式中: z摩擦片總