基于ProE的離合器的三維實體建模

1、濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計摘 要汽車是現(xiàn)代生活中不可或缺的交通工具。近年來汽車設(shè)計和制造技術(shù)的進(jìn)步有目共睹。為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能,延長使用壽命,普通機(jī)械式離合器技術(shù)同樣也產(chǎn)生了令人注目的變化。無論從結(jié)構(gòu)特性、產(chǎn)品工藝性能,還是控制技術(shù)方面,機(jī)械離合器的技術(shù)進(jìn)步從某種程度上反映了設(shè)計觀念的發(fā)展,以及將來可能的技術(shù)走勢。離合器是汽車傳動系中的重要部件，它的構(gòu)造特性與發(fā)展和傳動系緊密相關(guān)，本文主要是對載重2噸輕型汽車的膜片式彈簧離合器進(jìn)行設(shè)計。離合器設(shè)計的內(nèi)容主要包括壓盤總成、從動盤總成、膜片彈簧三個部分。首先，對離合器各零件的參數(shù)、尺寸、材料、及結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，然后使用Pro/E軟件畫出推式膜片彈簧的裝

2、配及零件的三維圖形。最后進(jìn)行機(jī)構(gòu)運動仿真。本次的設(shè)計對原有離合器的設(shè)計提出優(yōu)化和修改的建議，對其以后的設(shè)計過程起參考作用。本文還重點研究了膜片彈簧在分離過程中的受力，對受力過程進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，并對其進(jìn)行校核，以提高膜片彈簧離合器的使用壽命，使膜片彈簧離合器在工作過程中處于最佳狀態(tài)。關(guān)鍵詞：離合器；膜片彈簧；摩擦片；參數(shù)設(shè)計。ABSTRACTAutomotive is an integral part of modern life transportation.Of late years, the development in design and manufacturing technique

3、of automobile is obvious to all. In order to improve product performance and to extend service life,technique on the general machinery clutch produced attentional changes too.The technique development of the machinery clutch, whether its design feature,processing property or control technique, refle

4、cted development of the design concept and its future possible technique trend to a certain extent. The clutch is one important part in the auto power train ,in the internal combustion engine as the power of mechanicaldrive auto ,the clutch took an independent part exists. This paper is the single-c

5、ar theca spring clutch design. The content of clutch design main contain three parts: driven disc design, diaphragm-spring design and the driving disc design. Fist,The article studied in each clutch accessorys material, technique in manufacture and machining and choosing project, then uses the Pro/E

6、 software to picture the three dimensional image of the Assembly and the Components. Finally the mechanism movement simulation.The design of the original design of the clutch to optimize and modify the proposal, its future role in the design process from the reference.This article emphasize in study

7、ing the diaphragm-spring characteristic, analyzing the dynamics and the mathematics in separation process stress, optimizing every date about the diaphragm-spring, for improving use lifetime of diaphragm-spring.Key words: clutch ;diaphragm-spring; friction disk; parameter design.目錄1緒論31.1離合器的發(fā)展31.2離

8、合器的工作原理41.3離合器的功用及要求51.4 Pro/ENGINEER的介紹62 離合器的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計62.1 從動盤的選擇62.2 壓緊彈簧和布置形式的選擇72.3壓盤驅(qū)動方式的選擇82.4 離合器的散熱通風(fēng)82.5 膜片彈簧離合器的優(yōu)點82.6 確定離合器的類型93離合器設(shè)計93.1 離合器的基本參數(shù)及尺寸選擇93.2 離合器從動盤總成的設(shè)計123.3 離合器壓盤和離合器蓋設(shè)計183.4 膜片彈簧的設(shè)計203.5 離合器操縱系統(tǒng)的設(shè)計274離合器的三維建模與動態(tài)仿真284.1離合器的三維建模284.2 離合器的動態(tài)仿真38總結(jié)39致謝40參考文獻(xiàn)411緒論1.1離合器的發(fā)展近年來各國政

9、府都從資金、技術(shù)方面大力發(fā)展汽車工業(yè)，使汽車工業(yè)成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。其發(fā)展速度明顯比其它工業(yè)要快的多。對于內(nèi)燃機(jī)汽車來說，離合器是汽車機(jī)械傳動系中的一個獨立的總成，在汽車傳動系中直接與發(fā)動機(jī)相連接。目前，大多數(shù)汽車采用的摩擦式離合器，摩擦式離合器主要依靠主、從動部分之間的摩擦來傳遞動力。汽車誕生100多年來,人們一直在研究和改進(jìn)汽車離合器技術(shù),希望汽車運行更加快捷、舒適、安全、可靠。早期離合器的結(jié)構(gòu)中，最為成功的是錐形離合器。錐形離合器的方案一直延用到20世紀(jì)20年代中葉，對當(dāng)時來說，錐形離合器的制造比較簡單，摩擦面容易修復(fù)。錐形離合器的摩擦材料曾用過駱毛帶、皮革帶等。多片盤式離合

10、器是現(xiàn)今所用的盤片式離合器的先驅(qū)，它是在1925年以后才出現(xiàn)的。20世紀(jì)20年代末到30年代這段時間，多片離合器只有在工程車輛、賽車和大功率的轎車上才得到應(yīng)用。經(jīng)過多年的實踐經(jīng)驗和技術(shù)上的改進(jìn)，人們逐漸趨向于首選單片干式離合器。它具有從動部件轉(zhuǎn)動慣量小、散熱性好、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點。單片干式離合器廣泛應(yīng)用與各種車型中?，F(xiàn)今單片干式離合器在結(jié)構(gòu)上設(shè)計的相當(dāng)完善。采用具有軸向彈性的從動盤，離合器的接合平順性得到了提高。離合器從動盤總成中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，避免了傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振，減小了傳動系統(tǒng)噪聲和避免過載。近年來，隨著人們對離合器的要求越來越高，離合器的結(jié)構(gòu)正逐步地由推式

11、膜片彈簧結(jié)構(gòu)向拉式膜片彈簧結(jié)構(gòu)發(fā)展，離合器的操縱形式正由傳統(tǒng)的機(jī)械操縱形式向自動操縱的形式發(fā)展。因此，提高離合器的可靠性和使用壽命、適應(yīng)高速發(fā)動機(jī)、增加離合器轉(zhuǎn)矩傳遞能力和使操縱簡化是離合器未來發(fā)展的趨勢。1.2離合器的工作原理離合器由主動部分、從動部分、壓緊機(jī)構(gòu)、分離機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)五大部分組成。由圖1.1可知，離合器蓋1與發(fā)動機(jī)飛輪用螺栓緊固在一起，當(dāng)膜片彈簧3被壓緊，離合器處于接合狀態(tài)時，膜片彈簧大端對壓盤5產(chǎn)生一個壓緊力，使得壓盤5與從動盤6摩擦片之間產(chǎn)生摩擦力，帶動從動盤總成旋轉(zhuǎn)，完成轉(zhuǎn)矩的輸出。要分離離合器時，踏下離合器踏板8，通過操縱機(jī)構(gòu)，使分離軸承總成7前移推動膜片彈簧，使膜片彈

12、簧呈反錐形變形，其大端離開壓盤，壓盤在傳力片的彈力作用下離開摩擦片，使從動盤總與飛輪成處于分離位置，從而切斷了發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的輸出，完成離合器的分離過程，。（1）接合位置 （2）分離位置1-離合器蓋 2-鉚釘 3-膜片彈簧 4-支撐環(huán) 5-壓盤6-摩擦片 7-分離軸承總成 8-離合器踏板 9-輸出軸圖1.1膜片彈簧離合器的工作原理圖1.3離合器的功用及要求離合器是汽車傳動系中直接與發(fā)動機(jī)相連接的總成，其主要功用是（1）實現(xiàn)和切斷發(fā)動機(jī)動力的傳遞，保證汽車起步時發(fā)動機(jī)與傳動系接合平順，確保汽車平穩(wěn)起步。（2）在換擋過程中將發(fā)動機(jī)與傳動系分離，減少換擋時變速器中齒輪之間的沖擊。（3）在受到過大動載荷的

13、工作過程時，能限制傳動系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，防止傳動系過載，避免因過載而導(dǎo)致零部件損壞。（4）有效地降低傳動系中的振動和噪聲。為了保證離合器具有穩(wěn)定的工作性能，汽車離合器的設(shè)計應(yīng)滿足下列基本要求： （1）在任何行駛條件下均能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(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(fēng)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

14、力。（7）操縱輕便、準(zhǔn)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，以保證有穩(wěn)定的工作性能。（9）應(yīng)有足夠的強(qiáng)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。1.4 Pro/ENGINEER的介紹Pro/ENGINEER三維設(shè)計軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/ENGINEER軟件的顯著特點是參數(shù)化建模技術(shù)，是最早應(yīng)用參數(shù)化建模技術(shù)的軟件，在目前的三維設(shè)計軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/ENGINEER作為當(dāng)今世界機(jī)械CA

15、D/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)重要位置。2 離合器的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計2.1 從動盤的選擇對轎車和輕型、微型貨車而言，發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩一般不大，在布置尺寸允許的條件下，離合器通常只設(shè)有一片從動盤。單片離合器有結(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，在使用時能夠保證分離徹底、接合平順等的優(yōu)點。 雙片離合器與單片離合器相比，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，雙片離合器具有徑向尺寸較小，踏板力較小和接合比較平順的優(yōu)點。但是中間壓盤通風(fēng)散熱不好，雙片離合器起

16、步時負(fù)載不均勻，因而容易導(dǎo)致產(chǎn)熱過多使摩擦片燒壞，分離也不夠徹底。雙片離合器一般用在傳遞轉(zhuǎn)矩較大且徑向尺寸受到限制的場合。多片離合器多為濕式，它有轉(zhuǎn)動慣量大、分離不徹底、散熱條件差和壓盤調(diào)整困難等缺點，以往主要用于行星齒輪變速器換擋機(jī)構(gòu)中。但是它也有接合平順柔和、摩擦表面濕度較低、磨損較小、使用壽命長等優(yōu)點，因此重型牽引車和自卸車上也采用多片離合器。經(jīng)過分析比較，該設(shè)計的是載重2噸輕型載貨汽車，該車最大扭矩為179N/m，所以在設(shè)計中采用用單片離合器，即該離合器只設(shè)有一片從動盤。如圖2.1所示為帶扭轉(zhuǎn)減震器的單片式從動盤。圖2.1 帶減震器的單片式從動盤2.2 壓緊彈簧和布置形式的選擇周置彈簧

17、在受到受離心力作用時會向外彎曲，導(dǎo)致彈簧壓緊力下降，傳遞發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的能力降低，目前周置彈簧離合器主要用在商用載重汽車上。中央彈簧離合器采用圓柱螺旋彈簧，其結(jié)構(gòu)軸向尺寸大。斜置彈簧主要在重型汽車上使用，突出優(yōu)點是工作性能十分穩(wěn)定，踏板力較小。膜片彈簧的彈簧壓力在摩擦片磨損的允許范圍內(nèi)基本不變，使傳遞的轉(zhuǎn)矩變化不大，另外它兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，軸向尺寸小，質(zhì)量小。膜片彈簧的大端與壓盤接觸，其壓力分布均勻，摩擦片磨損均勻，提高了摩擦片的使用壽命。其中拉式膜片彈簧取消了中間支承各零件，并只用一個或不用支承環(huán)，使其結(jié)構(gòu)緊湊、零件數(shù)目更少，質(zhì)量更小。它是以中部與壓盤相壓，在同樣壓盤

18、尺寸下可采用直徑較大的膜片彈簧，從而提高了壓緊力與傳遞轉(zhuǎn)矩的能力，但不增加踏板力，在接合和分離狀態(tài)下，離合器蓋的變形量小，剛度大，故分離效果更高。但是拉式膜片彈簧需專門分離軸承，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。推式摸片彈簧結(jié)構(gòu)簡單，安裝拆卸較簡單，分離行程比拉式小。故本次設(shè)計選擇推式膜片彈簧。2.3壓盤驅(qū)動方式的選擇壓盤是離合器的主動部件，在傳遞發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩時，它和飛輪一起帶動從當(dāng)盤轉(zhuǎn)動，所以壓盤和飛輪必須有一定的聯(lián)系，但這種聯(lián)系又要保證在離合器分離過程中壓盤能在軸向自由的移動，使壓盤和從動盤分離。壓盤的傳力方式有以下幾種：(1)凸臺式連接方式；(2) 鍵式連接方式；(3)銷式連接方式；(4)傳力片式。現(xiàn)在汽車離合器

19、中廣泛采用傳力片的傳動方式。由彈簧鋼帶制成的傳力片的一端鉚在離合器蓋上，另一端用螺釘固定在壓盤上，為了改善傳力片的受力情況，它一般都是沿圓周切向布置。傳力片式的連接方式還簡化了壓盤的結(jié)構(gòu)，降低了對裝配精度的要求，并且還有利于壓盤的定中。所以本次設(shè)計中采用傳力片式的壓盤驅(qū)動方式。2.4 離合器的散熱通風(fēng)根據(jù)研究，摩擦片的磨損是隨壓盤溫度的升高而增大的，當(dāng)壓盤工作表面超過°C時摩擦片磨損速度急劇增加，接合狀態(tài)下的離合器壓盤，工作表面的瞬時溫度一般在°C以下。在特別頻繁的使用條件下，壓盤工作表面的瞬時溫度有可能達(dá)到1000°C。過高的溫度可能使壓盤變形產(chǎn)生裂紋和碎裂。為

20、使壓盤表面溫度不致過高，除要求壓盤有足夠大的質(zhì)量以保證足夠的熱容量外，還要求離合器具有良好的通風(fēng)散熱。改善離合器散熱通風(fēng)結(jié)構(gòu)的措施有：（1）在壓盤上設(shè)散熱筋，或鼓風(fēng)筋。（2）在離合器中間壓盤內(nèi)鑄通風(fēng)槽。（3）將離合器蓋和壓桿制成特殊的葉輪形狀，用以鼓風(fēng)。（4）在離合器外殼內(nèi)裝導(dǎo)流罩。2.5 膜片彈簧離合器的優(yōu)點 （1）膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離桿的作用，零件數(shù)目少，重量輕。 （2）離合器結(jié)構(gòu)大大簡化并顯著的縮短了離合器的軸間尺寸。 （3）膜片彈簧具有良好的非線性特征，設(shè)計合適時可以使摩擦片磨損到極限位置時，壓緊力仍能保持很少改變，可以減輕分離離合器時的踏板力，使操縱輕便。（4）膜片彈簧的安

21、裝位置對離合器的旋轉(zhuǎn)軸線是完全對稱的，因此壓緊力不會受到離心力的影響，很適合高速旋轉(zhuǎn)。2.6 確定離合器的類型本車設(shè)計采用單片推式膜片彈簧離合器。本車采用的因為摩擦式離合器結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強(qiáng)，維修方便，目前大多數(shù)汽車都采用這種形式的離合器。濕式離合器大多是多盤式離合器，主要用于需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩的重型載貨汽車的離合器，該車型傳遞的轉(zhuǎn)矩不大，所以采用干式離合器。采用膜片彈簧離合器是因為膜片彈簧離合器具有很多優(yōu)點：首先，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離桿的作用，使零件數(shù)目減少，重量減輕；其次，大大簡化了離合器的結(jié)構(gòu)并顯著的縮短了離合器的軸間尺寸；再者，膜片彈簧具有良好的非線性特征，設(shè)計合適時可以使摩擦

22、片磨損到極限位置時，壓緊力仍能保持很少改變，可以減輕分離離合器時的踏板力，使操縱輕便；另外，膜片彈簧的安裝位置對離合器的旋轉(zhuǎn)軸線是完全對稱的，因此壓緊力不會受到離心力的影響，很適合高速旋轉(zhuǎn)。由于膜片彈簧離合器具有上述一系列的優(yōu)點，并且制造膜片彈簧的工藝水平也在不斷地提高，因而這種離合器在轎車及微型、輕型客車上已得到廣泛的采用，而且逐漸擴(kuò)展到載貨汽車上。選擇單片式從動盤是因為其結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。采用傳動片式是因為傳力片驅(qū)動方式簡化了壓盤的結(jié)構(gòu)，降低了對裝配精度的要求，并且還有利于壓盤的定中。選擇推式離合器是因為其較拉式離合器零件數(shù)目更少，結(jié)構(gòu)更簡化，分離軸承機(jī)構(gòu)設(shè)計和拆裝簡單。綜上所述本次設(shè)計

23、選擇單片推式膜片彈簧離合器。3離合器設(shè)計3.1 離合器的基本參數(shù)及尺寸選擇傳遞轉(zhuǎn)矩是離合器的基本功能之一，因此離合器的轉(zhuǎn)矩容量是離合器最為基本的性能之一。但是通常它只能用來初選出離合器的原始參數(shù)，為了保證傳遞扭矩可靠，確定離合器轉(zhuǎn)矩容量時應(yīng)含有設(shè)計因子。轉(zhuǎn)矩容量與發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩關(guān)系式為： (3-1)或?qū)懗?(3-2)式中，為離合器的后備系數(shù)，。離合器的另一個重要的基本功能就是保證汽車平穩(wěn)起步。汽車起步時是靠離合器的滑磨?；?dǎo)致離合器摩擦片的磨損，最終導(dǎo)致離合器失效，這是離合器的薄弱環(huán)節(jié)。因此為了保證離合器有足夠的磨損壽命，只能用增大允許磨損體積來保證摩擦片有可靠的使用壽命。通常是讓摩擦片有

24、足夠大的摩擦面積。3.1.1摩擦片外徑的確定摩擦片外徑是離合器的基本尺寸之一，它與離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命有關(guān)，它也和離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小有一定的關(guān)系，顯然，傳遞的轉(zhuǎn)矩大時，摩擦片外徑也要相應(yīng)的增大。摩擦片外徑選擇中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩是重要的參數(shù)，當(dāng)按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩(N/m)來選定時，可參考公式（3-3），如下： (3-3)式中，系數(shù)反映了不同結(jié)構(gòu)和使用條件對的影響，一般載貨汽車=36（單片）或=50，本次設(shè)計由于采用單片摩擦片，所以選36由公式（3-3）計算得223mm，按選擇后，需要根據(jù)摩擦片尺寸的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化表選擇摩擦片的尺寸，見表3.1。表3.1 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)外徑/mm1

25、60180200225250280300325350380405430內(nèi)徑/mm110125140150155165175190195205220230厚度/mm3.23.53.53.53.53.53.53.544440.6870.6940.7000.6670.5890.5830.5850.5570.5400.5430.5350.5320.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.8000.8270.8430.8400.847單位面積/cm1061321602213024024665466787299081037根據(jù)表3.1選取摩擦片有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尺寸：外徑=225mm，

26、內(nèi)徑=150mm，厚度=3.5mm，內(nèi)徑與外徑比值=0.673.1.2 離合器后備系數(shù)的確定在確定摩擦片外徑后，還要選定離合器的后備系數(shù)。后備系數(shù)能保證離合器可靠傳遞發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，減少汽車起步時的滑磨，提高離合器的使用壽命。在選擇后備系數(shù)時應(yīng)考慮這幾個方面：（1）防止離合器產(chǎn)生過大的滑磨。（2）避免傳動系過載。（3）摩擦片在磨損后，離合器仍能可靠的傳遞發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩。汽車離合器的后備系數(shù)推薦如下：小轎車：=1.2-1.3；載貨車：=1.7-2.25；帶拖掛的重型車或牽引車：=2.0-3.0本設(shè)計的是2噸輕型載貨汽車用離合器，根據(jù)最大總質(zhì)量不超過6噸的載貨汽車的后備系數(shù)=1.2-1.75，所以本車的后

27、備系數(shù)選為=1.40。3.1.3 單位壓力的確定單位壓力值的大小，應(yīng)與離合器本身的工作條件，摩擦片直徑的大小，摩擦片材料及其品質(zhì)等因素有關(guān)。當(dāng)摩擦片的外徑比較大時，要適當(dāng)降低摩擦面的單位壓力。因為，在其他條件不變時，由于摩擦片外徑的增加，摩擦片外緣的線速度大，滑磨時發(fā)熱嚴(yán)重，再加上零件的尺寸交大，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 應(yīng)隨摩擦片外徑的增加而降低。前面已經(jīng)計算了摩擦片的尺寸為：外徑=225mm，內(nèi)徑=150mm，厚度=3.5mm，內(nèi)徑與外徑比值=0.67又初選=1.40。根據(jù)公式（3-4），對單位壓力進(jìn)行校核。 (3-4)式中，對膜片彈簧離合器取2，

28、對有機(jī)材料摩擦片，其摩擦系數(shù)可取=0.3，帶入相關(guān)數(shù)據(jù)得=0.24MPa=2.32Kg/cm。表3.2 摩擦片單位壓力的取值范圍摩擦片材料單位壓力/MPa石棉基材料模壓0.150.25編織0.250.35粉末冶金材料模壓0.350.50編織金屬陶瓷材料0.701.50根據(jù)表3.2可知，石棉基材料的摩擦片的單位允許壓力為0.25MPa，因此摩擦面上的單位壓力<，沒有超出允許范圍.所以上述各基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇合適。3.2 離合器從動盤總成的設(shè)計3.2.1從動盤的結(jié)構(gòu)、組成和設(shè)計要求從動盤有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是帶扭轉(zhuǎn)減震器的，一種是不帶扭轉(zhuǎn)減震器的，不帶扭轉(zhuǎn)減震器的從動盤結(jié)構(gòu)簡單，重量輕。為了

29、避免汽車傳動系統(tǒng)的共振，緩和沖擊，減少噪聲，提高傳動系零件的壽命，改善汽車行駛的舒適性和使汽車平穩(wěn)起步起步?，F(xiàn)今的汽車上幾乎都采用帶扭轉(zhuǎn)減震器的從動盤，不論什么形式的從動盤，它們都有從動片，摩擦片和從動盤轂等3個基本部分組成。本設(shè)計采用帶扭轉(zhuǎn)減震器的從動盤,結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。圖3.1 帶扭轉(zhuǎn)減震器的從動盤結(jié)構(gòu)圖1從動盤；2減振彈簧；3碟形彈簧墊圈；4緊固螺釘； 5從動盤轂； 6減振摩擦片7減振盤；8限位銷設(shè)計從動盤時應(yīng)滿足以下要求：（1）從當(dāng)盤轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)盡量小，以減小變速器換擋過程中輪齒間的沖擊。（2）應(yīng)具有軸向彈性，來保證汽車平穩(wěn)起步，使摩擦片上的壓力分布更均勻。（3）應(yīng)裝扭轉(zhuǎn)減振器，以避

30、免傳動系共振以及緩和沖擊載荷。（4）應(yīng)有足夠的抗爆裂強(qiáng)度。3.2.2 從動片的選擇和設(shè)計從動片設(shè)計時，要盡量減輕其重量，并應(yīng)使其質(zhì)量的分布盡可能地靠近旋轉(zhuǎn)中心，以獲得最小的轉(zhuǎn)動慣量。這是因為在汽車行駛中進(jìn)行換擋時，首先要切斷動力分離離合器，而在變速器掛擋過程中，與變速器第一軸相連的離合器從動盤的轉(zhuǎn)速一定要發(fā)生變化，或是增速，或是減速。離合器從動盤轉(zhuǎn)速的變化將引起慣性力，慣性使變速器換擋齒輪的輪齒間產(chǎn)生沖擊或使變速器中的同步器裝置加速磨損。慣性力的大小與從動盤的轉(zhuǎn)動慣量成正比，因此為了減少轉(zhuǎn)動慣量以減輕變速器換擋時的沖擊，從動片要求質(zhì)量輕，具有軸向彈性，硬度和平面度高。具有軸向彈性的的從動片有以

31、下三種形式：整體式的彈性從動片、分開式的彈性從動片及組合式彈性從動片。因為本設(shè)計為2噸輕型載貨汽車的離合器，故采用整體式彈性從動片，其簡化結(jié)構(gòu)見下圖3.2，離合器從動片采用2mm厚的的薄鋼板沖壓而成，其外徑由摩擦面外徑?jīng)Q定，在這里取225mm，內(nèi)徑由從動盤轂的尺寸決定，這將在以后的設(shè)計中計算。為了防止由于工作溫度升高導(dǎo)致從動盤產(chǎn)生翹曲而引起離合器分離不徹底的缺陷，還在從動片上沿徑向開有幾條切口。 圖3.2整體式彈性從動片 1-從動片；2摩擦片；3鉚釘3.2.3 從動盤轂的設(shè)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩通過從動盤轂的花鍵孔輸出，變速器第一軸花鍵軸就插在從動盤股花鍵孔內(nèi)。從當(dāng)盤轂和變速器第一軸的花鍵結(jié)合方式，現(xiàn)在都

32、采用齒側(cè)定心的矩形花鍵。本離合器設(shè)計中的從動盤轂花鍵也采用齒側(cè)定心的矩形花鍵。在設(shè)計從動盤轂花鍵時，可以根據(jù)從動盤外徑和發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩來選取。表3.3從動盤轂花鍵尺寸系列從動盤外徑/mm發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩 /N m花鍵齒數(shù)花鍵外徑/mm 花鍵內(nèi)徑/mm齒厚/mm有效齒長/mm擠壓應(yīng)力/MPa160180200225250280300325350380410430450 50 70 110 150200280310380480600720800950 10 10 10 10 101010101010101010 23 26 29 32 35 35 40 40 40 40 45 45 52 18 21 23

33、 26 28 32 32 32 32 32 36 36 41 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 6 20 20 25 30 35 40 40 45 50 55 60 65 65 10 108 113 115 104 127 107 116 132152131135125本設(shè)計中，根據(jù)上述計算的數(shù)據(jù)，帶入上表3.3得花鍵齒數(shù) =10 花鍵外徑 =34mm 花鍵內(nèi)徑 =27mm 齒厚 =4mm 有效齒長 =33mm為了保證從動盤轂在變速器第一軸上滑動時不產(chǎn)生偏斜，影響離合器的徹底分離，從動盤轂的軸向尺寸不應(yīng)過小，一般取其尺寸與花鍵外徑大小相同，對在困難情況下工作的離合器，應(yīng)適當(dāng)加大其

34、長度，可達(dá)到花鍵外徑的1.4倍。選定花鍵的尺寸后應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核，花鍵損壞的主要形式是由于表面受擠壓過大而破壞，所以花鍵要進(jìn)行擠壓應(yīng)力計算，當(dāng)應(yīng)力偏大時可適當(dāng)增加花鍵轂的軸向長度。從動盤轂一般采用中碳鋼鍛造而成，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，擠壓應(yīng)力不應(yīng)超過=20MPa，本從動盤轂選用40Cr進(jìn)行鍛造而成?；ㄦI擠壓應(yīng)力校核公式如下： (3-5)式中，花鍵的齒側(cè)壓力。它由式（3-6）確定： (3-6),分別為花鍵的內(nèi)外徑，m；從動盤轂的數(shù)目；發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N/m；花鍵齒數(shù)；花鍵齒工作高度，m；花鍵有效長度，m。代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得：=1173N =11.7MPa該花鍵轂花鍵的擠壓應(yīng)力=11.7MPa<=20M

35、Pa，因此該花鍵轂花鍵的尺寸合適。3.2.4 摩擦片的設(shè)計在離合器接合過程中，離合器摩擦片將受到嚴(yán)重的滑磨，在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱，因此，要求離合器摩擦片應(yīng)有下列一些性能： （1）在工作狀態(tài)時有較高的摩擦系數(shù)； （2）維持摩擦特性在整個工作壽命周期內(nèi)變化不大，不要出現(xiàn)摩擦系數(shù)衰退現(xiàn)象； （3）有好的耐磨性能，并且能在短時間內(nèi)吸收相對高的能量； （4）在離合器接合過程中，能承受高的壓盤壓力，在接合過程中不易出現(xiàn)顫抖； （5）能在高轉(zhuǎn)速，大離心力載荷作用下不被破壞；（6）有足夠的剪切強(qiáng)度來傳遞發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩；（7）要有小的轉(zhuǎn)動慣量，材料加工性能好；（8）在工作過程中，與壓盤和飛輪具有良好的兼容摩擦性

36、能；（9）具有好的容污性能，摩擦作用不易受污垢影響；（10）具有高的性價比，不污染環(huán)境。根據(jù)上述各點，挑選摩擦材料的基本原則是：（1）滿足較高性能的標(biāo)準(zhǔn)；（2）成本最?。唬?）考慮替代石棉。由以上的要求，目前車用離合器上廣泛采用石棉材料摩擦片，它是是由耐熱和化學(xué)穩(wěn)定性能比較好的石棉和粘合劑及其它輔助材料混合熱壓而成，其摩擦系數(shù)大約在0.3左右。這種摩擦片的缺點是材料的性能不穩(wěn)定，它的粉塵對空氣有污染。但是石棉材料具有良好的耐熱性，可以得到銅絲或鋅絲的加強(qiáng)，性能比較良好。在離合器摩擦片材料中，多數(shù)還是采用石棉材料。在本設(shè)計中選取的是石棉合成物制成的摩擦材料。固緊摩擦片的方法采用較軟的黃銅鉚釘直接

37、鉚接，采用這種方法后，當(dāng)在高溫條件下工作時，黃銅鉚接有較高的強(qiáng)度，同時，當(dāng)釘頭直接與主動盤表面接觸時，黃銅鉚釘不會加劇主動盤工作表面磨損，磨損后的生成物附在工作表面上對摩擦系數(shù)的影響也較小。這種鉚接法還有固緊可靠和磨損后換裝摩擦片方便等優(yōu)點。3.2.5扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計汽車行駛中，由于發(fā)動機(jī)工作不均衡，傳動系統(tǒng)傳遞發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩時會發(fā)生周期性的變化，會引起傳動系統(tǒng)的振動。如果傳動系發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振，將使傳動系零件的應(yīng)力成倍的增加，而這種應(yīng)力具有交變的性質(zhì)，會使傳動系統(tǒng)零件的疲勞壽命大大下降。扭轉(zhuǎn)振動還會引起齒輪的噪音。為避免共振，緩和傳動系所受的沖擊載荷，在許多汽車的傳動系統(tǒng)中裝設(shè)了扭轉(zhuǎn)減振器，且大多數(shù)

38、將扭轉(zhuǎn)減振器附裝在離合器的從動盤中。圖3.3為扭轉(zhuǎn)減震器的工作示意圖。圖3.3 扭轉(zhuǎn)減振器工作示意圖1、2減振彈簧； 3從動盤本體； 4阻尼片離合器接合時，飛輪和壓盤通過壓緊從動盤來將發(fā)動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩傳給從動盤兩側(cè)的摩擦片，帶動從動盤和與從動盤連接在一起的減振器盤轉(zhuǎn)動。從動盤和減振器盤又通過六個減振彈簧把轉(zhuǎn)矩傳給了從動盤轂。因為有彈性環(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從動盤和減振器盤來回轉(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)振動逐漸衰減。扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計計算著重于減振彈簧。（1）減振彈簧材料的選擇： 采用60Si2MnA

39、彈簧鋼。（2）減振彈簧個數(shù)的選?。罕?.4 減振彈簧個數(shù)的選取摩擦片外徑225250250325 325350>3504668810>10根據(jù)表3.4，根據(jù)之前計算的摩擦片外徑=225mm，所以取6。（3）減振彈簧的位置半徑減震彈簧的位置半徑應(yīng)盡可能大一些。位置半徑R0一般取，其中為離合器摩擦片的內(nèi)徑同時為了保證離合器可靠的傳動發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，減振彈簧位置直徑2約小于摩擦片內(nèi)徑約50mm，所以取=53mm。（4）極限轉(zhuǎn)矩極限轉(zhuǎn)矩是指當(dāng)減振器在消除了限位銷與從動盤轂缺口之間的間隙時，減震器所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩。它與減振彈簧的許用應(yīng)力和發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩有關(guān)，一般不會超過發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的2倍，通常

40、可取： (3-7)式中，為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；為極限轉(zhuǎn)矩。取相應(yīng)系數(shù)為2.0，所以=358Nm。（5）扭轉(zhuǎn)角剛度為了避免引起傳動系統(tǒng)的共振，要合理選擇減振器的扭轉(zhuǎn)角剛度，避免在發(fā)動機(jī)常用工作范圍內(nèi)發(fā)生共振。與減振彈簧的線剛度及其結(jié)構(gòu)布置尺寸有關(guān)，關(guān)系式如下： (3-8)式中為每個減振彈簧的線性剛度（N/mm）；為減振彈簧的個數(shù)；為減振簧位置半徑(mm)。減振器的扭轉(zhuǎn)角剛度要滿足兩個要求：（1）要傳遞足夠大的轉(zhuǎn)矩；（2）為了避免共振要盡量降低剛度值。這兩個要求在實際上是不能達(dá)到的。因此，通常用計算的結(jié)構(gòu)所允許值來確定減震器的扭轉(zhuǎn)角剛度，設(shè)計時選為：<13。本次設(shè)計中選取=10=3580Nm。則

41、每個彈簧的線性剛度為N/m。（6）阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩由于減振器扭轉(zhuǎn)剛度受結(jié)構(gòu)及發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的限制，不能夠很低，為了在發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)最有效地消除振動，必須合理選擇減振器的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩，一般可選： (3-9) 式中為阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩；為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。選擇=0.12=21.5N。（7）預(yù)緊轉(zhuǎn)矩減振彈簧在安裝到彈簧窗口的時候都有一定的預(yù)緊力。根據(jù)研究，增加，共振頻率將向減小頻率的方向移動，這是有利的。但不應(yīng)大于，否則在反向工作時，扭轉(zhuǎn)減振器將提前停止工作，故?。?(3-10)式中為預(yù)緊轉(zhuǎn)矩；為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。取=0.10=17.9N。（8）極限轉(zhuǎn)角減振器從預(yù)緊轉(zhuǎn)矩增加到極限轉(zhuǎn)矩時，從動片相對從動盤轂轉(zhuǎn)

42、過得角度為極限轉(zhuǎn)角，極限轉(zhuǎn)角的計算公式如下： (3-11)式中為極限轉(zhuǎn)角；為減振彈簧位置半徑；為減振彈簧的工作變量。通常取3o12o，本離合器是載貨車用離合器，取3.3 離合器壓盤和離合器蓋設(shè)計3.3.1 壓盤傳動方式的選擇壓盤是離合器的主動部分，在傳遞發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩時，它和飛輪一起帶動從動盤轉(zhuǎn)動，所以它必須和飛輪連接在一起，但這種連接又要允許壓盤在離合器分離時中能自由的沿軸向移動。壓盤和飛輪間常用的連接方式有以下幾種，如圖3.4所示。本離合器采用傳動片式的傳力方式。由彈簧鋼帶制成的傳動片一端鉚在離合器蓋上，另一端用螺釘固定在壓盤上，為了改善傳動片的受力情況，它一般都是沿圓周布置。 圖 3.4 壓

43、盤與飛輪的連接方式（a）凸塊-窗孔式；（b）傳力銷式；（c）鍵槽-指銷式；（d）鍵齒式；（e）彈性傳力片3.3.2 壓盤幾何尺寸的確定壓盤的內(nèi)外徑可以根據(jù)摩擦片的尺寸來確定，由于摩擦片的的尺寸在前面已經(jīng)確定，所以壓盤的內(nèi)外徑也可以確定。本設(shè)計中選擇壓盤外徑=231mm，壓盤內(nèi)徑=138mm。確定壓盤的內(nèi)外徑后，壓盤的幾何尺寸可以歸結(jié)為如何確定壓盤的厚度。壓盤的厚度確定主要依據(jù)以下兩點：（1）壓盤應(yīng)有足夠的質(zhì)量在離合器的結(jié)合過程中，由于滑磨功的存在，每結(jié)合一次都要產(chǎn)生大量的熱，而每次結(jié)合的時間又很短（大約3秒鐘左右），因此熱量來不及全部傳到空氣中去，這樣必然導(dǎo)致摩擦副溫度升高。在頻繁使用和困難條

44、件下工作的離合器，這種溫升更為嚴(yán)重。它不僅會引起摩擦片摩擦系數(shù)的下降，磨損加劇，嚴(yán)重時甚至?xí)鹉Σ疗蛪罕P的損壞。由于本設(shè)計采用的石棉材料摩擦片導(dǎo)熱性很差，在滑磨過程中產(chǎn)生的熱主要由飛輪和壓盤等零件吸收，為了使每次接合時的溫升不致過高，故要求壓盤有足夠大的質(zhì)量以吸收熱量。（2）壓盤應(yīng)具有較大的剛度壓盤應(yīng)具有足夠大的剛度，以保證在高溫情況下不致產(chǎn)生翹曲變形，使離合器的徹底分離和摩擦片壓緊力的分布均勻不受影響。 鑒于以上兩個原因壓盤一般都做得比較厚（一般不小于10mm）。在該設(shè)計中，初步確定該離合器的壓盤的厚度為13mm。在初步確定該離合器壓盤厚度以后，應(yīng)校核離合器接合一次時的溫升，其接合一次的

45、溫升不得超過810。若溫升過高可以適當(dāng)增加壓盤的厚度。校核公式如下： (3-12)式中：溫升，； 滑磨功，Nm，；分配到壓盤上的滑磨功所占的百分比：單片離合器壓盤=0.50；壓盤的比熱容，對鑄鐵壓盤，=544.28J/(kgk)；壓盤質(zhì)量，kg。 根據(jù)公式（3-12）代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得；=5 此數(shù)值=5810。故該厚度符合要求。3.3.3 壓盤及傳動片的材料選擇壓盤形狀較復(fù)雜，要求傳熱性好、具有較高的摩擦系數(shù)。故通常由灰鑄鐵鑄成，金相組織呈珠光體結(jié)構(gòu)，硬度HB170227，其摩擦表面的光潔度不低與1.6。另外可添加少量金屬元素(如鎳、鐵、錳合金等)以增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度。傳動片的作用是在離合器接合時，

46、離合器蓋通過它來帶動壓盤共同旋轉(zhuǎn)，分離時，又可利用它的彈性來帶動壓盤軸向移動,使壓盤與從動盤分離。由于各傳動片沿圓周均勻分布，它們的變形不會影響到壓盤的對中性和離合器的平衡。傳動片常用34組，每組24片，每片厚度為0.51.0mm，一般由彈簧鋼帶65Mn制成。本設(shè)計采用3組傳動片，每組2片。3.3.4 離合器蓋的設(shè)計離合器蓋與飛輪用螺栓固定在一起，通過它傳遞發(fā)動機(jī)的一部分轉(zhuǎn)矩給壓盤。此外，它還是離合器壓緊彈簧和分離桿的支撐殼體。在設(shè)計時主要考慮以下幾個問題。(1) 剛度問題離合器分離桿支承在離合器蓋上，如果蓋的剛度不夠，則當(dāng)離合器分離時，可能會使蓋產(chǎn)生較大變形，這樣就會降低離合器的操縱部分的傳

47、遞效率。為了減輕重量和增加剛度，小轎車和一般載貨車的離合器蓋常用厚度約為35的低碳鋼板沖壓成比較復(fù)雜的形狀。重型汽車由于批量少，為了降低成本增加剛度則常采用鑄鐵的離合器蓋。本次設(shè)計初選08鋼板，厚度為4mm。(2）通風(fēng)散熱問題離合器蓋上須開許多通風(fēng)窗口來加強(qiáng)離合器的冷卻。(3）對中問題離合器蓋內(nèi)裝有壓盤、膜片彈簧、從動盤等零件，因此，它必須要與發(fā)動機(jī)飛輪曲軸中心線有良好的定心對中，否則會破壞系統(tǒng)整體的平衡，嚴(yán)重影響離合器的正常工作。3.4 膜片彈簧的設(shè)計3.4.1 膜片彈簧的概念膜片彈簧的第一部分大端是一完整的截錐，類似無底的碟子，和一般機(jī)械上用的碟形彈簧一樣，故稱作碟簧部分。碟簧部分是膜片彈

48、簧起彈性作用的部分。膜片彈簧的第二部分是徑向開槽部分，開槽像一圈分離的手指稱為分離指，其作用是作為分離桿。分離指與碟簧部分小端交接處的徑向槽較寬且呈長方孔，分離指根部的過渡圓角半徑應(yīng)大于4.5mm，以減少分離指根部的應(yīng)力集中，長方孔可用來安置銷釘固定膜片彈簧。綜合起來說，膜片彈簧是由碟簧和分離指組合成一體的一種特殊的蝶形彈簧。3.4.2 膜片彈簧的彈性變形特征43膜片彈簧的彈性特性是由其碟簧部分所決定，是非線性的，與碟簧原始內(nèi)錐高及彈簧片厚度有關(guān)。不同的值可得到不同的彈性特性見圖3.4。一般分成下列四種情況。（1）<當(dāng)<時，載荷為增函數(shù)，變形隨載荷的增加而增加。這種彈簧的剛度大適于

49、承受大載荷并用作緩沖裝置中的行程限制。（2）=當(dāng)=，特性曲線上有一拐點，若(H/h)=1.5，則特性曲線中間有一段很平，即變形增加但載荷幾乎不變，此種彈簧稱作零剛度彈簧。（3）<<當(dāng)<<，則特性曲線中有一段負(fù)剛度區(qū)域，即變形增加而載荷反而減小。這種特性很適于作為離合器的壓緊彈簧。因為可利用其負(fù)剛度區(qū)使分離離合器時載荷下降，達(dá)到操縱省力的目的。當(dāng)然，負(fù)剛度也不宜過大，以免彈簧工作位置略微變動就引起彈簧壓緊力過大的變化。為兼顧操縱輕便及壓緊力變化不大，汽車離合器膜片彈簧通常取1.5<<2。（4）>當(dāng)>，特性曲線中具有更大的負(fù)剛度不穩(wěn)定工況區(qū)，而且具有

50、載荷為負(fù)值的區(qū)域。這種彈簧適于汽車液力傳動中的鎖止機(jī)構(gòu)。圖3.4不同時的膜片彈簧彈性特性曲線3.4.3膜片彈簧基本參數(shù)的選擇 1比值的選擇對膜片彈簧的彈性特性影響極大，因此要利用膜片彈簧非線性對我彈性變形規(guī)律，正確地選擇該比值，以得到理想的特性曲線及獲得最佳的使用性能。為保證離合器壓緊力變化不大和操縱輕便，汽車的膜片彈簧離合器的一般取1.5<<2系 -3 板厚一般為24mm，本設(shè)計取=2.5mm則取=1.68，代入=2.5mm，得到=4.2mm。 2及的選擇 比值對彈簧的載荷及應(yīng)力特征都有影響。膜片彈簧的大端半徑應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)要求和摩擦片的尺寸來確定?？紤]到到材料的利用效率。比值越小，

51、彈簧材料的利用效率越高。碟形彈簧儲存彈簧性能的能力在=1.82.0時為最大，因此在設(shè)計時用來緩沖沖擊、吸收振動等需要儲存大量彈性能的碟簧時選用。但對汽車離合器膜片彈簧來說，并不要求儲存大量的彈性能，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)布置及壓緊力的需要，通常=1.21.3。表3.5一些車型膜片彈簧的和的值車型外徑（mm）內(nèi)徑（mm）膜片彈簧大端半徑2（mm）豐田225160206103/81=1.27北京BJ751228150210105/8.5=1.25上海SH771280165252126/103.5=1.21根據(jù)本設(shè)計所選車型，結(jié)合表3.5。選取=1.31。根據(jù)=92.25mm（為膜片彈簧的平均半徑），取=108mm，則=82.5mm。 3膜片彈簧在自由狀態(tài)下的圓錐底角膜片彈簧在自由狀態(tài)下的圓錐底角與內(nèi)截錐高度關(guān)系密切，一般在10