-前言汽車(chē)離合器的發(fā)展自從汽車(chē)誕生的那一天起,工程師們就一直致力于改進(jìn)離合器技術(shù),讓我們乘坐的汽車(chē)更加順滑,駕乘體驗(yàn)更上一層樓,并且擁有更好的安全系數(shù)。在使用化石燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛中,離合器在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在的,它是汽車(chē)傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的總成。離合器的主動(dòng)部分和從動(dòng)部分借接觸面間的摩擦作用,或是用液體作為傳動(dòng)介質(zhì),或是利用磁力傳動(dòng)方式來(lái)向齒輪傳遞一定的轉(zhuǎn)矩,使得二者之間既可以臨時(shí)地分離,又能逐漸地接合,在這種傳動(dòng)方式的過(guò)程中又能夠允許二個(gè)齒輪之間相互地轉(zhuǎn)動(dòng)。目前我國(guó)現(xiàn)代汽車(chē)上普遍采用的一種方式就是利用彈簧進(jìn)行壓緊的摩擦式離合器。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)矩,通過(guò)飛輪和加壓盤(pán)與從驅(qū)動(dòng)盤(pán)交換接觸面的摩擦力作用,傳給了從動(dòng)盤(pán)。當(dāng)駕駛員用手腳踩下一個(gè)離合器的踏板時(shí),通過(guò)膜片彈簧的大端帶動(dòng)壓盤(pán)向后移,此時(shí)將從動(dòng)部分和主動(dòng)部分進(jìn)行了分離。在蹄鼓式離合器中,會(huì)使用較為普通的木制或皮質(zhì)等作為摩擦件,蹄鼓式離合器的重量較錐形離合器輕。無(wú)論錐形離合器或蹄鼓式式離合器,都容易造成分離不徹底甚至出現(xiàn)主、從動(dòng)件完全無(wú)法分開(kāi)，徹底連接在一起的問(wèn)題。現(xiàn)今所用的盤(pán)式離合器的先驅(qū)是多片盤(pán)式離合器,它是直到1925年以后才出現(xiàn)的。多片離合器相較于其他的離合器,在汽車(chē)起步時(shí)離合器的接合比較平順,無(wú)沖擊。早期的設(shè)計(jì)中,多片按成對(duì)布置設(shè)計(jì),一個(gè)鋼盤(pán)片對(duì)著一青銅盤(pán)片。采用純粹的金屬對(duì)金屬的摩擦副,把它們浸在油中工作,能達(dá)到更為滿意的性能。在1920年出現(xiàn)了單片干式離合器,這和發(fā)明了石棉基的摩擦面片有關(guān)。但在那時(shí)相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi),由于技術(shù)設(shè)計(jì)上的缺陷,使單片干式離合器的使用體驗(yàn)相當(dāng)不好。一戰(zhàn)時(shí)期,單片離合器的從動(dòng)盤(pán)金屬片上是沒(méi)有摩擦面片的,摩擦面片是帖附在主動(dòng)件飛輪和壓盤(pán)上,彈簧布置在中央,通過(guò)杠桿放大后作用在壓盤(pán)上。后來(lái)改用多個(gè)直徑較小的彈簧(一般至少6個(gè)),沿著圓周布置直接壓在壓盤(pán)上,成為現(xiàn)今最為通用的螺旋彈簧布置方法。這種形式在設(shè)計(jì)上有很多的優(yōu)點(diǎn),使壓盤(pán)上彈簧的工作壓力分布更均勻,并減小軸向尺寸。在經(jīng)年累月的改進(jìn)和各種各樣的試驗(yàn)中，單片干式離合脫穎而出，成為大家的首要選擇對(duì)象,因?yàn)樗哂袕膭?dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、散熱性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點(diǎn),并且現(xiàn)在的一些改進(jìn)方法,已能做到接合平順,因此現(xiàn)在廣泛用于大、中、小各類(lèi)車(chē)型中。汽車(chē)離合器由原來(lái)與發(fā)動(dòng)機(jī)的密切聯(lián)系逐步過(guò)渡到與發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器共同起作用,汽車(chē)離合器行業(yè)必須面對(duì)變速器技術(shù)的變化采取合適的技術(shù)路線,不斷的更新迭代來(lái)適應(yīng)市場(chǎng)。目前已有的變速器技術(shù)包括手動(dòng)變速器、傳統(tǒng)的自動(dòng)變速器、帶式或鏈條式驅(qū)動(dòng)無(wú)級(jí)變速器、自動(dòng)化手動(dòng)變速器,以及雙離合器變速器REF_Ref28009\r\h[10]。因?yàn)闀r(shí)代的發(fā)展和人民生活水平的提高以及對(duì)乘用車(chē)的要求與日俱增,離合器已在原有基礎(chǔ)上得到不斷改進(jìn),乘用車(chē)上越來(lái)越多地采用具有雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減振器,能更有效地降低傳動(dòng)系的噪聲。單片離合器相對(duì)于其他離合器來(lái)說(shuō)很易于制造,便于維修，在使用中的體驗(yàn)更好，運(yùn)行也更加平順。所以,廣泛用于各級(jí)轎車(chē)及微、輕、中型客車(chē)與貨車(chē)上,在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不大于1000Nm的大型客車(chē)和重型貨車(chē)上也有所推廣。當(dāng)轉(zhuǎn)矩更大時(shí)可采用雙片離合器。設(shè)計(jì)內(nèi)容本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為輕型載貨汽車(chē)離合器的設(shè)計(jì)。輕型載貨汽車(chē)為了獲得強(qiáng)大的承載能力，就需要一臺(tái)較乘用車(chē)更大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，而與其匹配的離合器要求也更加高。在汽車(chē)底盤(pán)上為離合器布置而剩余的空間是有一定限制的，為了在有限的空間設(shè)計(jì)出符合要求的離合器。本設(shè)計(jì)就是根據(jù)解放J6F系列輕型貨車(chē)數(shù)據(jù)升級(jí)設(shè)計(jì)單片金屬陶瓷干式離合器，在設(shè)計(jì)過(guò)程中查找期刊、文章學(xué)習(xí)相應(yīng)知識(shí)，確定各部分結(jié)構(gòu)，對(duì)各參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，使各個(gè)零件都能達(dá)到使用性能要求，從而設(shè)計(jì)出適合輕型載貨汽車(chē)的離合器。離合器結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)離合器結(jié)構(gòu)形式的確定通過(guò)多方面了解，并結(jié)合解放J6F型汽車(chē)的實(shí)際情況和大多數(shù)汽車(chē)離合器的結(jié)構(gòu)，此次設(shè)計(jì)選擇摩擦式離合器。單片干式摩擦離合器具有更加簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，較少的零件數(shù)目減少了發(fā)生故障的機(jī)會(huì)；使用性能更加好，噪音、振動(dòng)更小；散熱能力更加的強(qiáng)大，可以提高離合器工作效能；接合更加平順，分離更加徹底，所以單片離合器在各種重量級(jí)的汽車(chē)上都有廣泛的應(yīng)用。雙片干式摩擦離合器多了一套從動(dòng)盤(pán)總成，所以兩種離合器直徑相同時(shí)，雙片離合器可以傳遞更大的轉(zhuǎn)矩，離合器剛接合時(shí)候轉(zhuǎn)矩的傳遞更加絲滑。并且如果傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞相同的轉(zhuǎn)矩，后者直徑更小。因而所需安裝空間也更加小，踏板力也較單片更小。但是雙片離合器也存在分離不徹底的缺點(diǎn)，不必要的磨損會(huì)影響整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的工作。同時(shí)其從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、分離行程大等缺點(diǎn)也十分突出，所以只有傳遞轉(zhuǎn)矩較大的汽車(chē)上才會(huì)選用雙片離合器REF_Ref11586\r\h[6]。本次設(shè)計(jì)為輕型載貨汽車(chē)離合器，傳遞轉(zhuǎn)矩適中，所以采用單片干式離合器的設(shè)計(jì)。圖2-1錐形離合器和蹄-鼓式離合器1—曲軸2—從動(dòng)軸3—從動(dòng)盤(pán)4—飛輪5—壓盤(pán)6—離合器蓋7—分離杠桿8—彈簧9—分離軸承10、15—復(fù)位彈簧11—分離撥叉12—踏板13—拉桿14—調(diào)節(jié)叉16—壓緊彈簧17—從動(dòng)盤(pán)摩擦片18—軸承壓緊彈簧的選擇膜片彈簧由碟簧部分和分離指部分組成，由于其具有良好的非線性特性，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)離合器REF_Ref28009\r\h[1]，本次設(shè)計(jì)選擇膜片彈簧使用。有關(guān)使用膜片彈簧的這類(lèi)離合器里，膜片彈簧帶動(dòng)壓盤(pán)壓向從動(dòng)盤(pán)，將轉(zhuǎn)矩傳遞到下一級(jí)；同時(shí)它也可以在分離軸承推動(dòng)下帶動(dòng)壓盤(pán)遠(yuǎn)離從動(dòng)盤(pán)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞中斷。膜片彈簧兼顧多種功用，減少了零件數(shù)量，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)；膜片彈簧相比其他彈簧可以傳遞更大轉(zhuǎn)矩，并且相比之下更加的穩(wěn)定，使用條件也可以更加惡劣；膜片彈簧相較于其他壓緊彈簧用于離合器可使操縱輕便，使用很小的力就可以使其分離；膜片彈簧具在汽車(chē)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)也可以保持較好壓力，給駕駛員一個(gè)優(yōu)秀的動(dòng)力傳遞反饋等。出于這些優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在全球汽車(chē)廠商的汽車(chē)基本都使用膜片彈簧離合器，在很多種的汽車(chē)上都可以見(jiàn)到它。壓盤(pán)傳力方式的選擇本次設(shè)計(jì)采用傳力銷(xiāo)式連接方式，以下為選擇理由。以推式離合器為例，當(dāng)離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪用螺栓緊固在一起時(shí)，膜片彈簧被預(yù)加壓緊，離合器處于接合位置。此時(shí)，由于膜片彈簧力的作用，離合器壓盤(pán)和飛輪將離合器從動(dòng)盤(pán)壓緊于飛輪和壓盤(pán)之間，當(dāng)離合器蓋及壓盤(pán)總成隨飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就通過(guò)摩擦片上的摩擦轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)從動(dòng)盤(pán)總成和驅(qū)動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)以傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力REF_Ref27146\r\h[2]。壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式包括如圖2-2五種形式。這其中有幾種傳力方式在相連接的兩個(gè)部分之間會(huì)有間隙，會(huì)一直產(chǎn)生噪音和不斷的沖擊，此間隙也會(huì)使零件之間產(chǎn)生不必要的摩擦磨損，從而導(dǎo)致傳動(dòng)效率大大降低。隨著科技的創(chuàng)新，新研發(fā)的傳力片式傳動(dòng)已經(jīng)使這些缺點(diǎn)成為了過(guò)去式。傳力片一般會(huì)以切線安裝在圓邊,它的兩端分別固定在壓盤(pán)和離合器蓋上，它的兩端分別固定在壓盤(pán)和離合器蓋上，傳遞兩者之間的動(dòng)力。傳力片傳力方式使裝配精度要求降低，這樣就可以使人力物力大大降低，但傳力片對(duì)材料的要求比較高，反向承載能力差REF_Ref11586\r\h[8]。經(jīng)過(guò)比較，本次設(shè)計(jì)采用傳力銷(xiāo)式連接方式，如下圖b所示。圖2-2壓盤(pán)傳力方式（a）凸塊-窗孔式；（b）傳力銷(xiāo)式；（c）鍵槽-指銷(xiāo)式；（d）鍵齒式；（e）彈性傳力片分離軸承及分離套筒本次設(shè)計(jì)采用自動(dòng)調(diào)心分離軸承。分離軸承是傳遞駕駛員踏板力的重要部件，分離軸承推動(dòng)膜片彈簧中心部分使壓盤(pán)和摩擦片分離，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力無(wú)法傳給驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。在離合器進(jìn)行分離時(shí)，分離軸承會(huì)被推動(dòng)進(jìn)而接觸膜片彈簧內(nèi)端使之產(chǎn)生位移，并且還會(huì)因?yàn)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生離心力，這樣分離軸承就會(huì)同時(shí)承受比較大的軸向和徑向的作用力REF_Ref11586\r\h[5]。分離軸承現(xiàn)在有以下幾個(gè)分支：徑向推力軸承和推力軸承，不同類(lèi)型的軸承適用的場(chǎng)景不同。分離軸承和分離套筒之間具有相對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)，所以在圓周方向上會(huì)產(chǎn)生一定程度的滑磨，如果它們旋轉(zhuǎn)時(shí)同心度較差，還會(huì)有一定程度的徑向滑磨。分離軸承的安裝十分重要，它的安裝位置不能有傾斜，不然會(huì)造成離合器壓盤(pán)分離不徹底，從而導(dǎo)致不必要的損失。分離軸承和分離套筒需要配合使用，分離軸承是發(fā)揮作用的主要部件，而分離套筒就相當(dāng)于它的基礎(chǔ)支撐。分離套筒就是一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的圓形管狀部件，與變速器軸承蓋連接。離合器分離杠桿和膜片彈簧之間應(yīng)留有3-4mm的間隙，從動(dòng)盤(pán)上的摩擦片磨損后厚度變小，壓盤(pán)相應(yīng)的會(huì)向從動(dòng)盤(pán)方向移動(dòng)一定距離，此間隙使得分離杠桿內(nèi)端可以相應(yīng)向外移動(dòng)部分距離。壓盤(pán)的相應(yīng)移動(dòng)保證了其具有足夠的壓力，不至于離合器打滑而達(dá)不到傳動(dòng)效果，也使離合器踏板具有了一段自由行程。自動(dòng)調(diào)心分離軸承在目前已經(jīng)開(kāi)始在全球范圍內(nèi)廣泛使用,是一種很先進(jìn)的技術(shù)。這種軸承可以在安裝不是那么精準(zhǔn)的時(shí)候,自動(dòng)調(diào)整其軸線位置,使之與離合器膜片彈簧或分離桿旋轉(zhuǎn)中心同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。它克服了因安裝偏心對(duì)離合器及分離軸承系統(tǒng)的不利影響，顯著地提高了離合器系統(tǒng)及整車(chē)性能REF_Ref28009\r\h[13]。為了提高傳動(dòng)效率，本次設(shè)計(jì)采用自動(dòng)調(diào)心式分離裝置。圖2-3幾種分離軸承及分離套筒離合器的通風(fēng)散熱離合器摩擦表面溫度越低，離合器就會(huì)有越優(yōu)秀的工作性能，反之亦然。有實(shí)驗(yàn)指出，一臺(tái)車(chē)正常的行駛，其摩擦片表面溫度并不會(huì)很高，較低的溫度對(duì)離合器各零部件難以產(chǎn)生影響。但在一些頻繁啟動(dòng)、離合器頻繁接合情況下，離合器的溫度會(huì)迅速升高到千度以上，達(dá)到各零部件所能接受的極限溫度，這樣過(guò)高溫度條件下會(huì)使壓盤(pán)產(chǎn)生變形，更嚴(yán)重會(huì)出現(xiàn)裂紋和碎裂，壓盤(pán)溫度的升高帶來(lái)的不良后果就是摩擦片壽命降低REF_Ref11586\r\h[3]。壓盤(pán)需要有足夠的質(zhì)量來(lái)獲得充足的熱容量，來(lái)吸收離合器摩擦表面熱量，從而降低離合器摩擦表面的溫度。為了使離合器內(nèi)熱量盡快傳遞到大氣，離合器各零部件也做了許多相應(yīng)的結(jié)構(gòu)改變。壓盤(pán)通風(fēng)散熱措施有：在離合器殼上開(kāi)更多和更大的通風(fēng)口；在離合器外殼上加裝導(dǎo)流罩等。在這些設(shè)計(jì)之下，為了保證壓盤(pán)還具有足夠的剛度和強(qiáng)度來(lái)維持較高的工作效率，壓盤(pán)一般設(shè)計(jì)的都比較厚，厚度≥10mm。本章小結(jié)本章根據(jù)所選車(chē)型基本參數(shù)和多方面條件對(duì)離合器各基本總成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定,其中有離合器形式的選擇、壓緊彈簧、分離軸承與分離套筒等的確定。通過(guò)查閱相關(guān)書(shū)籍、瀏覽相關(guān)文獻(xiàn),對(duì)汽車(chē)離合器相關(guān)知識(shí)有了更加深刻的了解。本章的學(xué)習(xí),為以后設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。離合器結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇計(jì)算離合器基本參數(shù)的選擇所選輕型載貨汽車(chē)（J6F）原始數(shù)據(jù)表3-1汽車(chē)原始數(shù)據(jù)最大總質(zhì)量4.5t最大扭矩500N·m離合器形式單片最大輸出功率120kw額定轉(zhuǎn)速3000r/min摩擦片外徑D的確定許多因素都可以影響外徑尺寸的確定。離合器的尺寸越大，其可以進(jìn)行摩擦傳動(dòng)的面積越大，使用壽命會(huì)相應(yīng)提高，所能傳遞的轉(zhuǎn)矩也會(huì)更大，反之亦然。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的最大轉(zhuǎn)矩Temax決定著摩擦片外徑D的大小。參照以下公式：（3—1）不同類(lèi)型的汽車(chē)Y的取值也不同，可以參考一下范圍：普通小型乘用汽車(chē)：Y=45；普通貨運(yùn)汽車(chē)：Y=40（單）或Y=50（雙）；活動(dòng)環(huán)境差的貨運(yùn)汽車(chē)：Y=20。摩擦片外徑D根據(jù)公式3—1可以大致計(jì)算出來(lái)，但摩擦片的尺寸也需要有一定的要求，如下表所示：表3-2摩擦片尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)外徑D/mm160180200225250280300325350380405430內(nèi)徑d/mm110125140150155165175190195205220230厚度/mm3.23.53.53.53.53.53.53.544440.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.5570.5400.5430.5350.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.8000.8270.8430.8400.847單面面積/cm31061321602213024024665466787299061037根據(jù)所給條件，取Y=50，代入（3—1）式，得：在表中選取合適數(shù)據(jù)，取D=350mm。查表可知，D=350mmd=195mmh=4mmC′=0.557摩擦片厚度h的確定：通過(guò)網(wǎng)上資料查詢，確定我國(guó)摩擦片厚度有多種型號(hào)，不同厚度性能不同。經(jīng)過(guò)多方面的考慮，摩擦片厚度h=3.5mm。離合器后備系數(shù)β的確定膜片彈簧離合器性能優(yōu)越，發(fā)生故障機(jī)率小，所以在乘用車(chē)市場(chǎng)應(yīng)用普遍。膜片彈簧可以將整個(gè)彈簧均勻壓在壓盤(pán)上，所以離合器摩擦片即使產(chǎn)生了一定磨損量，膜片彈簧工作壓力也幾乎不會(huì)下降。在考慮多種性能要求后，普通乘用車(chē)后備系數(shù)更小，大型載貨汽車(chē)后備系數(shù)更大。即使兩輛汽車(chē)都是乘用汽車(chē)，它們的后備系數(shù)因?yàn)槎喾N參數(shù)、使用性能的不同，也會(huì)有著較大的變化。汽車(chē)離合器后備系數(shù)β推薦如下：小轎車(chē)：β=1.2-1.3載貨車(chē)：β=1.7-2.25大型載貨車(chē)：β=2.0-3.0在本次設(shè)計(jì)中，經(jīng)過(guò)多方面考慮，取β=2.0。所以經(jīng)過(guò)計(jì)算，離合器傳遞的最大靜摩擦力矩：?jiǎn)挝粔毫的確定離合器工作過(guò)程中，當(dāng)離合器從動(dòng)盤(pán)總成受壓力N一定時(shí)，摩擦片尺寸越大，根據(jù)比例單位摩擦面上分得的壓力更小，反之亦然REF_Ref11586\r\h[8]。N值越大，離合器壽命越小；N值越小，離合器壽命越大。本次摩擦片選用金屬陶瓷，我國(guó)投入使用的陶瓷片設(shè)計(jì)值約等于0.4MPa。根據(jù)設(shè)計(jì)模型，可得公式：（3—2）其中摩擦系數(shù)u=0.3，Z=3；代入數(shù)據(jù)：得p=0.12MPa計(jì)算結(jié)果顯示有關(guān)單位壓力p的數(shù)值符合要求,認(rèn)為所選離合器尺寸、參數(shù)合適。離合器基本參數(shù)的校核最大圓周速度由公式：（3—2）可知經(jīng)計(jì)算，其最大圓周速度小于許用值，所以符合要求。單位摩擦面積滑磨功離合器是靠摩擦作用而傳遞轉(zhuǎn)矩，汽車(chē)起步過(guò)程中產(chǎn)生的熱量和摩擦功最大。離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功W（J）：所算結(jié)果滿足w<[w]=0.25J/min，所以符合要求。單位摩擦面?zhèn)鬟f的轉(zhuǎn)矩[Tc0]=0.004<0.0048故符合設(shè)計(jì)要求。本章小結(jié)本章根據(jù)汽車(chē)車(chē)型參數(shù)和根據(jù)表格選擇出來(lái)的數(shù)據(jù)，通過(guò)從書(shū)籍上、文獻(xiàn)中查找到的計(jì)算公式算出了一些重要的未知數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的計(jì)算，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行了校核。不符合要求的數(shù)據(jù)也進(jìn)行了重新選擇。有了這些數(shù)據(jù)，接下來(lái)的設(shè)計(jì)就會(huì)更加順利。離合器零部件的結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)計(jì)算從動(dòng)盤(pán)總成離合器從動(dòng)盤(pán)總成由多種零部件組合而成，如圖4—1。離合器從動(dòng)盤(pán)的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足多種使用性能要求，也應(yīng)有較高的使用壽命。從動(dòng)盤(pán)總成是離合器動(dòng)力傳遞的終點(diǎn)，它連接著變速器，它的設(shè)計(jì)對(duì)離合器乃至整個(gè)傳動(dòng)系都有很大影響。圖4-1離合器從動(dòng)盤(pán)1，13—摩擦片；3—波形彈簧片；4—平衡塊；5—從動(dòng)片；6，9—減振摩擦片；7—限位銷(xiāo)；10—調(diào)整墊片；11—減振彈簧；12—減振盤(pán)；2，14，15—鉚釘；8—從動(dòng)盤(pán)轂從動(dòng)片從動(dòng)片是從動(dòng)盤(pán)總成中不可缺少的部件之一，由厚鋼板沖制成型。尺寸、質(zhì)量越大的從動(dòng)片慣性就越大，對(duì)性能有較大影響。為了得到更小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從動(dòng)片總質(zhì)量應(yīng)該盡可能地小。從動(dòng)片一般做的都比較薄，薄的從動(dòng)片更加容易散熱，并且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也更小。本次設(shè)計(jì)從動(dòng)片厚度取2mm。載貨汽車(chē)通常使用如下圖4—2所示的從動(dòng)片，它具有更高的剛度，可以抵抗更大的彈性變形，并且外形穩(wěn)定性更好。出于這些優(yōu)點(diǎn)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的缺點(diǎn)就可以忽略了。圖4-2組合式從動(dòng)片1-從動(dòng)片；2-摩擦片鉚釘3-波形彈簧鉚釘；4-摩擦片；5-波形彈簧片從動(dòng)盤(pán)轂從動(dòng)盤(pán)轂由中碳鋼鍛制而成。從動(dòng)盤(pán)轂外側(cè)是法蘭盤(pán)部分，它上面安裝著離合器多種零件；內(nèi)側(cè)是盤(pán)轂部分，與花鍵軸直接作用傳遞轉(zhuǎn)矩，采用矩形花鍵。從動(dòng)盤(pán)轂在過(guò)去是一體式結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)在變成了裝配式結(jié)構(gòu)，這樣可以節(jié)約大量材料，降低成本。圖4-3從動(dòng)盤(pán)花鍵轂花鍵可從下表4—1中選取，如表：表4-1花鍵轂尺寸系列從動(dòng)盤(pán)外徑D/mm發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩Te/N·m花鍵齒數(shù)n花鍵外徑D′/mm花鍵內(nèi)徑d′/mm齒厚b/mm有效齒長(zhǎng)l/mm擠壓應(yīng)力σ/MPa30031010403254010.732538010403254511.635048010403255013.238060010403255515.241072010453656013.143080010453656513.545095010524166512.5因從動(dòng)盤(pán)外徑為350mm，所以該設(shè)計(jì)選擇為：花鍵齒數(shù)n：10花鍵外徑D′：40mm齒厚b：5mm有效齒長(zhǎng)：50mm擠壓應(yīng)力σ：13.2MPa從動(dòng)盤(pán)轂在花鍵軸上滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)如果產(chǎn)生歪斜，就會(huì)使離合器主從動(dòng)部分不能完全分離，從而造成不必要的磨損。所以從動(dòng)盤(pán)轂長(zhǎng)度不應(yīng)該過(guò)短，本次設(shè)計(jì)取從動(dòng)盤(pán)轂軸向長(zhǎng)度選擇為40mm。花鍵尺寸選擇以后，為了保證可以正常工作，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行相應(yīng)強(qiáng)度校核。計(jì)算公式如下：花鍵齒側(cè)面壓力：（4—1）擠壓應(yīng)力：（4—2）d′，D′——花鍵內(nèi)外徑，m；Z——從動(dòng)盤(pán)轂的數(shù)目；Temax——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N·m；n——花鍵齒數(shù)；h——齒工作高度，m；——花鍵有效長(zhǎng)度，m。任何參數(shù)都有一個(gè)極限值，超過(guò)此極限值零部件工作條件就會(huì)惡化。從動(dòng)盤(pán)轂擠壓應(yīng)力極限為20MPa，代入數(shù)據(jù)，得：經(jīng)過(guò)計(jì)算，沒(méi)有超過(guò)極限值，所以該從動(dòng)盤(pán)轂的設(shè)計(jì)合理。摩擦材料的選擇本次設(shè)計(jì)采用金屬陶瓷摩擦材料。摩擦面片現(xiàn)在主流的材料有石棉基摩擦材料、有機(jī)摩擦材料和金屬陶瓷摩擦材料。離合器傳遞動(dòng)力靠的摩擦片與壓盤(pán)產(chǎn)生摩擦，所以摩擦片材料需要有較好的耐磨性；摩擦面片需求量大，成本應(yīng)該最低；替代石棉的有機(jī)摩擦材料性能較石棉更好，可以產(chǎn)生更大的摩擦力矩REF_Ref18655\r\h[11]。金屬陶瓷摩擦材料是一種含有金屬和非金屬多種組分的金屬基復(fù)合材料,即以金屬為基體,加入潤(rùn)滑組元和摩擦組元均勻混合后壓制成型而成。金屬陶瓷摩擦材料具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)、良好的導(dǎo)熱和耐磨性以及足夠的機(jī)械強(qiáng)度,避免了傳統(tǒng)的有機(jī)基摩擦材料的“三熱”問(wèn)題(即熱衰退、熱膨脹、熱磨損)REF_Ref27146\r\h[12]，為了達(dá)到更高性能，本次設(shè)計(jì)選用金屬陶瓷摩擦材料。壓盤(pán)的設(shè)計(jì)壓盤(pán)是離合器中不可缺少的部件之一，它的要求更加高。它的作用就是壓著摩擦片產(chǎn)生摩擦力矩，從而將動(dòng)力向下傳遞。壓盤(pán)可以在離合器分離過(guò)程中在分離杠桿作用下，向遠(yuǎn)離從動(dòng)盤(pán)方向運(yùn)動(dòng)，從而切斷動(dòng)力傳遞。在汽車(chē)離合器的設(shè)計(jì)中，確定壓盤(pán)的幾何尺寸是十分重要的一步。摩擦片的尺寸確定主要是確定厚度，足夠的厚度才能使壓盤(pán)具有較高的使用性能。壓盤(pán)應(yīng)該有足夠的質(zhì)量，也就是有相當(dāng)大的熱量?jī)?chǔ)存空間來(lái)進(jìn)行對(duì)摩擦片的散熱工作，從而保證從動(dòng)盤(pán)總成溫度適中。壓盤(pán)也應(yīng)具有足夠的剛度，否則壓盤(pán)在受熱時(shí)候就會(huì)發(fā)生變形，變形后的壓盤(pán)無(wú)法完全壓在摩擦片上，從而對(duì)離合器的壓緊和分離性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在壓盤(pán)設(shè)計(jì)中，采用灰鑄鐵HT220作為設(shè)計(jì)材料。這種材料的密度為7.2g/cm3,硬度為170-227HBS，完全符合使用要求。壓盤(pán)的厚度確定以后，為了清楚該厚度是否符合設(shè)計(jì)要求，就要進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算校核。通過(guò)資料的查詢，壓盤(pán)溫度變化不得超過(guò)10℃。為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，增強(qiáng)離合器的使用性能，可以適當(dāng)控制壓盤(pán)厚度。本次設(shè)計(jì),壓盤(pán)厚度h=15mm校核的計(jì)算公式如下：（4—3）式中，m壓—壓盤(pán)質(zhì)量，kg；τ—溫升，℃；γ—滑磨功比例：γ=0.50（單）；γ=0.25（雙），γ=0.50（中）；c—壓盤(pán)比熱容，c=544.28J/（kg·K）；L—滑磨功，N·m。現(xiàn)對(duì)壓盤(pán)與中間壓盤(pán)一一校核：（1）壓盤(pán)所選壓盤(pán)厚度符合要求。離合器蓋設(shè)計(jì)離合器蓋總成是離合器最重要的組成部分REF_Ref28009\r\h[4]。離合器蓋直接與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪固定，在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪帶動(dòng)下隨發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪一同轉(zhuǎn)動(dòng)。離合器蓋是離合器的外部構(gòu)件，在它上面不僅支撐著壓緊彈簧，而且支撐著分離杠桿。一般汽車(chē)傳遞的轉(zhuǎn)矩較小，所以它們離合器蓋通常使用低碳鋼板沖壓而成，而輕型載貨汽車(chē)常使用灰鑄鐵作為離合器蓋材料。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：（1）剛度問(wèn)題離合器蓋只有具有足夠的剛度，才能保證在壓緊彈簧和分離杠桿雙重壓力作用下不致產(chǎn)生較大的變形，從而導(dǎo)致傳動(dòng)效率降低，使用性能下降，造成零件早期磨損。所以離合器蓋應(yīng)該具有足夠的剛度。本次設(shè)計(jì)采用4.5mm厚的灰鑄鐵離合器蓋。（2）通風(fēng)散熱問(wèn)題離合器工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，而這些熱量就需要一些措施來(lái)得到發(fā)散。為了達(dá)到散熱目的，離合器蓋上會(huì)開(kāi)些洞來(lái)散熱。（3）對(duì)中問(wèn)題離合器蓋內(nèi)部裝載著離合器幾乎全部零件，并且離合器蓋還隨著發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。離合器蓋只有質(zhì)量分布均勻，旋轉(zhuǎn)中心與曲軸旋轉(zhuǎn)中心線相對(duì)應(yīng)，才會(huì)有更好的使用性能，否則就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，對(duì)離合器的工作產(chǎn)生影響。對(duì)中方式常用的有兩種：一種是用止口對(duì)中；一種是使用定位銷(xiāo)對(duì)中。本次設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)查閱各種資料，并結(jié)合所設(shè)計(jì)內(nèi)容的可行性與性能要求，最終確定了定位銷(xiāo)對(duì)中方式。膜片彈簧設(shè)計(jì)采用膜片彈簧有很多好處，它可以在很多情況下比同類(lèi)產(chǎn)品發(fā)揮出更加出色的作用，所以被廣泛采用。膜片彈簧有許多的參數(shù)需要確定，所以設(shè)計(jì)較復(fù)雜，需要反復(fù)計(jì)算調(diào)整才能成功。膜片彈簧結(jié)構(gòu)形狀的特點(diǎn)膜片彈簧具有兩部分結(jié)構(gòu)。它的大端支撐在壓盤(pán)之上，大端部分像一個(gè)錐體的側(cè)表面，但是沒(méi)有尖端部分。小端則由分離軸承帶動(dòng)，小端有許多分離指，像一把梳子被折成了圓錐形狀。在這兩部分的聯(lián)合作用之下，膜片彈簧就可以進(jìn)行較大的彈性變形。它可以被壓成平面而沒(méi)有達(dá)到極限，也可以被反向壓縮。膜片彈簧較好的使用性能，也是在這種形狀結(jié)構(gòu)的作用下形成的。膜片彈簧支撐環(huán)形式選擇單支撐環(huán)GMF型或DB/DBP型。膜片彈簧的變形特性膜片彈簧的載荷-變形非線性特性是膜片彈簧非常關(guān)鍵的性能REF_Ref28009\r\h[3]。如圖所示，當(dāng)H/h不同時(shí)，它們的結(jié)構(gòu)形狀就會(huì)發(fā)生巨大變化，相應(yīng)的曲線變化規(guī)律就會(huì)發(fā)生很大的變化。橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)相同時(shí)，有的曲線先上升后下降，有的曲線先下降后上升，然而有的曲線會(huì)有部分水平區(qū)域。不論如何變化，都有以下四種情況：1.如下圖中H/h=0.5彈性特性曲線。如圖所示，在這條曲線中沒(méi)有水平區(qū)域，只有逐漸上升的曲線區(qū)域。具有這種曲線特性的彈簧，它們的剛度一般都是比較大的。所以他們?cè)诓话l(fā)生損壞的前提下，使用性能更好，可以抵抗更大的彈性變形。2.如下圖中H/h=1.5彈性特性曲線。如圖所示，如圖所示，在此曲線上有一段為水平的。說(shuō)明無(wú)論橫坐標(biāo)如何變化，縱坐標(biāo)并沒(méi)有移動(dòng)。3.如下圖中H/h=2.75彈性特性曲線。如圖所示，離合器壓緊彈簧的特性曲線如果像這樣延伸，那么它就會(huì)具有更加優(yōu)秀的使用性能和工作特性。隨著分離軸承的作用力逐漸增加，具有這種特性的膜片彈簧在一定變形程度時(shí)載荷就會(huì)大大下降，變形量增加而作用力減少，這時(shí)候所需要的踏板力就會(huì)下降很多REF_Ref16843\r\h[3]。4.如下圖中H/h=3彈性特性曲線。如圖所示，該曲線隨著橫坐標(biāo)的增加，縱坐標(biāo)下降的幅度更大，更加的省力。圖4-4三種不同H/h值時(shí)的無(wú)因次特性曲線膜片彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算1.膜片彈簧基本參數(shù)的選擇圖4-5膜片彈簧尺寸符號(hào)示意圖截錐高度H與板厚h的比值H/h和板厚h的選擇：經(jīng)過(guò)查閱各種書(shū)籍、文獻(xiàn)，接合離合器性能需要，得到：H/h=1.5-2.0mm，h：2-4mm，經(jīng)過(guò)思考，故選h=3mm。H/h=2，則H=6mm。R及R/r的確定：通過(guò)查看膜片彈簧書(shū)籍與文獻(xiàn)，得到：想要達(dá)到較好的性能要求，R/r=1.1-1.3。本次設(shè)計(jì)取R=150mm，取R/r=1.25則r=120mm。膜片彈簧起始圓錐底角α：一般情況下，為了滿足離合器的使用要求和性能要求，得出最佳選擇范圍：α=10-14°。由上文數(shù)據(jù)及使用性能要求等分析可知，選取α=10°。分離指數(shù)目n：n>12，并且在一般情況下n不為奇數(shù)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算選擇，本次設(shè)計(jì)取n=18。切槽寬δ1、窗孔槽寬δ2及半徑rc：切槽寬δ1≈4mm；窗孔槽寬δ2=（2.5-4.5）δ1。窗孔內(nèi)半徑由（r-rc）≈（0.8~1.4）δ2，代入數(shù)據(jù)（r-rc）=1×δ2，得rc=106mm。本次設(shè)計(jì)δ1=4mm，δ2=3.5×δ1=14mm，rc=106mm。膜片彈簧小端半徑rf及分離軸承作用半徑rp：rf的大小由離合器彈簧結(jié)構(gòu)得到，該數(shù)據(jù)的選擇既需要滿足離合器性能要求，還需要滿足裝配要求。一般情況下rp>rf。經(jīng)過(guò)研究，取rf=22.5mmrp=27.5mm。支撐環(huán)作用半徑和膜片彈簧與壓盤(pán)接觸半徑L：通過(guò)查閱相關(guān)書(shū)籍可知，推式膜片彈簧離合器支撐作用半徑更小。因?yàn)橥剖侥て瑥椈呻x合器的內(nèi)端是接受駕駛員作用力的部分，它需要與分離軸承作用。而與壓盤(pán)接觸半徑L更大，膜片彈簧大端與壓盤(pán)相接觸，控制著壓盤(pán)的運(yùn)動(dòng)。應(yīng)略大于r，L應(yīng)略小于R。L和需滿足下列條件：膜片彈簧材料：膜片彈簧在離合器中被反復(fù)壓縮與恢復(fù)，所以在外力消失時(shí)需要可以迅速恢復(fù)原狀。它也應(yīng)該具有較高的靜力強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，能夠在反復(fù)應(yīng)力的作用下依舊可以正常工作。經(jīng)過(guò)選擇，本次設(shè)計(jì)中，膜片彈簧材料采用彈簧鋼60Si2MnA。該種材料具有優(yōu)秀的使用性能，長(zhǎng)時(shí)間工作也不會(huì)損壞，使用壽命極長(zhǎng)。上述材料的許用應(yīng)力[σ]可取1700-1900MPa。2.膜片彈簧彈性特性在膜片彈簧設(shè)計(jì)中會(huì)使用到以下公式：工作壓力P1和彈簧與壓盤(pán)接觸點(diǎn)S處的軸向變形λ1關(guān)系式（4—4）式中，r—碟簧部分內(nèi)半徑；u—泊松比，鋼材料取u=0.3；h—彈簧片厚，mm；λ1—大端變形，mm；R—碟簧部分外半徑；—支撐環(huán)平均半徑，mm；E—彈性模數(shù)，鋼材料取；H—碟簧部分內(nèi)截面高。S處軸向變形λ1和小端分離軸承S′處的軸向變形λ2′的關(guān)系式推式：（4—5）拉式：（4—6）3.離合器計(jì)算（1）可以確定膜片彈簧的所有參數(shù)H=6mmh=3mmR=150mmr=120mm=118mmL=145mmrc=106mmrf=22.5mmrp=27.5mmn=18δ1=4mmδ2=14mm（2）在離合器接合初始階段，根據(jù)使用性能及結(jié)構(gòu)要求，膜片彈簧大端變形量為λ1d=0.65H=0.65×6=3.9mm，由公式（4—4），代入數(shù)據(jù)，可得出膜片彈簧的壓緊力為P1=6511N。離合器徹底分離時(shí)：壓盤(pán)的行程為，故。求離合器徹底分離時(shí)分離軸承作用的載荷P2由公式：（4—7）取，則得：（4—8）代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：由公式（4—9）取，則由公式得寬度系數(shù)β1、β2：強(qiáng)度校核離合器徹底分離時(shí)，λ1d=5.9mm。（4—10）代入有關(guān)數(shù)據(jù)得：=1343.86MPa<1700-1900MPa。經(jīng)過(guò)計(jì)算，所設(shè)計(jì)膜片彈簧離合器達(dá)到設(shè)計(jì)要求，故合理。扭轉(zhuǎn)減振器設(shè)計(jì)在行駛時(shí)，由于內(nèi)燃機(jī)的工作特性會(huì)產(chǎn)生周期性的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，如果傳動(dòng)系發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振，將使傳動(dòng)件所受應(yīng)力大大增加，而這一具有交變性質(zhì)的應(yīng)力會(huì)使零件的疲勞壽命急劇降低。為了降低汽車(chē)傳動(dòng)系的振動(dòng)，一般情況下會(huì)在傳動(dòng)系中串聯(lián)一個(gè)彈性阻尼裝置。它就是扭轉(zhuǎn)減振器REF_Ref18655\r\h[7]。扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)多種多樣，目前使用最普遍的為裝在從動(dòng)盤(pán)總成中。由彈性元件和阻尼元件構(gòu)成的扭轉(zhuǎn)減振器結(jié)構(gòu)可以利用自身特性來(lái)使共振水平大大降低，還可以緩和傳動(dòng)系中產(chǎn)生的動(dòng)載荷，根據(jù)減振器阻尼元件不同可以分為彈簧摩擦式、橡膠金屬式和液阻式REF_Ref11586\r\h[9]。本次設(shè)計(jì)采用彈簧摩擦式扭轉(zhuǎn)減振器，帶有扭轉(zhuǎn)減震器的從動(dòng)盤(pán)結(jié)構(gòu)如下圖。圖4-6帶扭轉(zhuǎn)減震器從動(dòng)盤(pán)扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù)的選擇減振器極轉(zhuǎn)矩：（4—11）Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Tj—極限轉(zhuǎn)矩一般取，摩擦力矩：；預(yù)緊力矩：；極限轉(zhuǎn)角：；扭轉(zhuǎn)剛度：。減振彈簧計(jì)算圖4-7減震彈簧計(jì)算簡(jiǎn)圖1.減振彈簧的分布半徑R0：一般取。另外，,經(jīng)選擇取：R0=65mm，則，R0÷（d/2）=0.67。2.一個(gè)從動(dòng)盤(pán)全部減振彈簧的總工作負(fù)荷：。3.任一減振彈簧工作負(fù)荷：（4—12）Z—減振彈簧個(gè)數(shù)。Z可以參考下表：表5-1減振彈簧數(shù)目摩擦片的外徑D/mm250-325325-350>350減振彈簧個(gè)數(shù)Z6-88-10>10