1、i盘形摩擦离合器设计摘 要离合器是汽车的重要部件。本文针对 CA6102发动机设计了盘形离合器,选用膜片弹簧离合器方案,该方案优于其它方案，具有轴向尺寸小、零件数量少、主要零件形式简单、批量生产时成本低等优点。本文确定了离合器的主要参数，总体设计了膜片弹簧离合器的结构，具体设计了包含扭转减振器的从动盘总成、从动盘毂、膜片弹簧、压盘、离合器盖等主要部件及主要零件，对主要零件进行了强度校核计算，并对其结构工艺性进行了分析讨论。具体设计好的离合器的工作原理为：当用力推动分离轴承时，膜片弹簧的碟簧部分变形，失去对压盘的压力，使得从动盘和飞轮之间分开，从而达到分离的目的；而当撤销对分离轴承的力时，膜片恢
2、复到原来的变形，使得从动盘和飞轮重新结合。关键词: 离合器； 膜片弹簧； 扭转减振器； 摩擦片 iiDesign Of Disk Friction ClutchAbstractClutch is an important part of an automobile. In this dissertation, a disc clutch is designed for the CA6102 engine. In this disc clutch, a film spring is used because in this way the clutch is smaller in axial d
3、irection, contains less parts, and all parts own easier structures, and the cost is lower in large scale manufacturing. In this dissertation, main parameters of the clutch are determined. Whole structure of the clutch is designed Main components and parts are designed in details, such as driven plat
4、e which includes torsional vibration damper, driven plate wheel, film spring, pressure plate, clutch shell, etcStrength of main parts is calculated, and the structures of main parts are analyzed and discussedThe working principle of the clutch is that when the bearing is pushed, film spring deforms
5、in its circumference and the pressure on the pressure plate is lost, then the driven plate is disconnected from the flywheel; when the force imposed on the bearing is removed, film spring imposes pressure on the pressure plate, and the driven plate is connected with the flywheel once moreKeywords: c
6、lutch; film spring; torsional vibration damper; friction disciii目 录摘 要 .iAbstract.ii1 绪论 .11.1 离合器的功用 .11.2 离合器的发展新趋势 .11.2.1 机械式离合器 .21.2.2 电磁离合器 .31.2.3 液压离合器 .41.2.4 湿式离合器 .52 方案比较 .72.1 摩擦离合器的分类 .72.2 各种摩擦离合器的比较 .72.2.1 周置弹簧离合器 .72.2.2 中央弹簧离合器 .82.2.3 膜片弹簧离合器 .82.2.4 双片弹簧离合器 .92.3 离合器设计的选择方案确定 .
7、103 确定离合器的主要参数 .113.1 从动盘尺寸及强度的计算 .113.1.1 从动盘尺寸选择 .113.1.2 离合器从动毂强度的校核 .113.2 从动毂尺寸及强度的校核 .123.2.1 从动毂尺寸选择 .123.2.2 花键强度校核 .123.3 从动盘上摩擦片的尺寸及强度计算 .133.4 压盘的尺寸及强度的设计及校核 .133.5 膜片弹簧尺寸及强度校核计算 .143.5.1 膜片弹簧设计概述 .143.5.2 确定膜片弹簧的工作点位置 .153.5.3 强度的校核 .153.6 花键的尺寸及强度校核 .163.7 分离轴承的尺寸和强度校核 .163.7.1 轴承选型 .16
8、3.7.2 轴承的校核 .173.8 离合器盖的设计以及几何尺寸与强度校核 .173.8.1 设计注意事项 .173.8.2 主要几何尺寸 .183.9 离合器盖上螺栓的尺寸及强度校核 .183.10 分离轴承套简的设计以及尺寸和强度校核 .18iv4 扭转减振器的设计 .194.1 扭转减振器的功用 .194.2 扭转减振器激振力矩分析 .194.3 扭转减振器主要尺寸和强度计算及校核 .214.3.1 性能参数计算 .214.3.2 减振弹簧的计算 .225 主要零部件的结构设计 .245.1 从动盘总成设计 .245.1.1 从动片 .245.1.2 从动盘毂 .245.1.3 从动盘摩
9、擦材料 .255.2 压盘的设计 .255.2.1 压盘传力方式的选择 .255.2.2 压盘几向尺寸的确定 .265.3 膜片弹簧结构设计 .265.4 离会器盖的结构设计 .275.5 膜片弹簧的优化设计 .275.5.1 膜片弹簧的概述 .275.5.2 膜片弹簧的基本计算公式 .285.5.3 膜片弹簧的设计注意问题 .315.6 从动盘总成的优化设计 .335.6.1 制造的误差分析 .335.6.2 改进从动盘总成摆差的方法 .36参考文献 .39致 谢 .4011 绪论1.1 离合器的功用离合器是汽车传动系中直接与发动机相联系的部件，其作用就是使其主动和从动部分可在驾驶员操纵下彻
10、底分离，随后再柔和接合。这里，我们将进一步阐功用:(1)保证汽车平稳起步这是离合器的首要功能。在汽车起步前，自然要先起动发动机。而汽车起步时，汽车是从完全静止的状态逐步加速的。如果传动系（它联系着整个汽车）与发动机刚性地联系，则变速器一挂上档，汽车将突然向前冲一下，但并不能起步。这是因为汽车从静止到前冲时，产生很大惯性力，对发动机造成很大地阻力矩。在这惯性阻力矩作用下，发动机在瞬时间转速急剧下降到最低稳定转速（一般 300-500RPM）以下，发动机即熄火而不能工作，当然汽车也不能起步。因此，我们就需要离合器的帮助了。在发动机起动后，汽车起步之前，驾驶员先踩下离合器踏板，将离合器分离，使发动机
11、和传动系脱开，再将变速器挂上档，然后逐渐松开离合器踏板，使离合器逐渐接合。在接合过程中，发动机所受阻力矩逐渐增大，故应同时逐渐踩下加速踏板，即逐步增加对发动机的燃料供给量，使发动机的转速始终保持在最低稳定转速上，而不致熄火。同时，由于离合器的接合紧密程度逐渐增大，发动机经传动系传给驱动车轮的转矩便逐渐增加，到牵引力足以克服起步阻力时，汽车即从静止开始运动并逐步加速。(2)保证传动系换档时工作平顺在汽车行驶过程中，为适应不断变化的行驶条件，传动系经常要更换不同档位工作。实现齿轮式变速器的换档，一般是拨动齿轮或其他挂档机构，使原用档位的某一齿轮副推出传动，再使另一档位的齿轮副进入工作。在换档前必须
12、踩下离合器踏板，中断动力传动，便于使原档位的啮合副脱开，同时使新档位啮合副的啮合部位的速度逐步趋向同步，这样进入啮合时的冲击可以大大的减小，实现平顺的换档。(3)防止传动系过载当汽车进行紧急制动时，若没有离合器，则发动机将因和传动系刚性连接而急剧降低转速，因而其中所有运动件将产生很大的惯性力矩（其数值可能大大超过发动机正常工作时所发出的最大扭距），对传动系造成超过其承载能力的载荷，而使机件损坏。有了离合器，便可以依靠离合器主动部分和从动部分之间可产生的相对运动以消除这一危险。因此，我们需要离合器来限制传动系所承受的最大扭距，保证安全。通过上面的了解，我们可以知道，离合器应该使这样一个传动机构：
13、其主动部分和从动部分可以暂时分离，又可以逐渐接合，并且在传动过程中还要有可能相对转动。所以离合器的主动件与从动件之间不可采用刚性联系，而是借二者接触面之间的摩擦作用来传动扭距（即摩擦离合器），或是利用液体作为传动的介质（即液力偶合器），或是利用磁力传动（即电磁离合器）。我们将在后面专门介绍这几种离合装置。1.2 离合器的发展新趋势离合器是传动系统传递动力过程中的重要部件，它是随着汽车的诞生发展走过了一百年的历程，最简单的自动离合器是四十年代提出的离心离合器，一旦发动机低于某一转速，离合器自动分离。战后早期，CITROEN 轿车安装了这种离合器，离心式结2构曾被伏特等公司采纳，这种离合器虽然结构
14、简单，价格便宜，但反应不够敏捷，故障率高。二十世纪五六十年代出现了电磁粉式离合器，离合器主，从动间的磁粉形成薄层，当电流通过，产生电磁里使离合器结合，传递动力。SUBARU 设计电子装置控制电流，效果比离心式好，但不如只能传递低扭矩的 CVT，结合不够平稳分离不够彻底，而且其结构无法克服这些弊病。六十年代，由于以上两种离合器的结构不仅人意，工程师不得不回过头来研究传统的摩擦式离合器的伺服执行器，这种变速器达不到熟练驾驶员的水平，与技术日益成熟的全自动变速相比，缺乏市场竞争力，随着电子技术的高度发展，自动变速相比的研究成为热门。1.2.1 机械式离合器机械自动变速系统保留了传统的机械式摩擦离合器
15、，这样使得他保留了结构简单，传动效率高，价格便宜的优势，但同时引入了如何对离合器进行伺服控制这一新问题，因为研究离合器的结合规律以及离合器的控制问题就成了机械式自动离合系统的最关键也是最核心的技术问题，各国的科研人员对此做了详细的研究，总结起来电控离合器是在机械式离合器的基础上增加一套伺服系统，这包括离合器的执行器，微机系统和控制软件，其目的是实现车辆起步和换挡离合器。国内外主要汽车离合器有摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种。摩擦式离合器又分为湿式和干式两种。而比较先进的离合器为液力偶合器、电磁离合器，具体如下介绍:发动机飞轮是离合器的主动件，带有摩擦片的从动盘和从动毂借滑动花键与从动
16、轴（即变速器的主动轴）相连。压紧弹簧则将从动盘压紧在飞轮端面上。发动机转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上，再由此经过从动轴和传动系中一系列部件传给驱动轮。压紧弹簧的压紧力越大，则离合器所能传递的转矩也越大。由于汽车在行驶过程中，需经常保持动力传递，而中断传动只是暂时的需要，因此汽车离合器的主动部分和从动部分是经常处于接合状态的。摩擦副采用弹簧压紧装置即是为了适应这一要求。当希望离合器分离时，只要踩下离合器操纵机构中的踏板，套在从动盘毂的环槽中的拨叉便推动从动盘克服压紧弹簧的压力向松开的方向移动，而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力的传递。当需要重新恢复动力传递时，为使汽
17、车速度和发动机转速变化比较平稳，应该适当控制离合器踏板回升的速度，使从动盘在压紧弹簧压力作用下，向接合的方向移动与飞轮恢复接触。二者接触面间的压力逐渐增加，相应的摩擦力矩也逐渐增加。当飞轮和从动盘接合还不紧密，二者之间摩擦力矩比较小时，二者可以不同步旋转，即离合器处于打滑状态。随着飞轮和从动盘接合紧密程度的逐步增大，二者转速也渐趋相等。直到离合器完全接合而停止打滑时，汽车速度方能与发动机转速成正比。摩擦离合器所能传出的最大转矩取决于摩擦面间的最大静摩擦力矩，而后者又由摩擦面间最大压紧力和摩擦面尺寸及性质决定。故对于一定结构的离合器来说，静摩擦力矩是一个定值，输入转矩一达到此值，离合器就会打滑，
18、因而限制了传动系所受转矩，防止超载,因此，对于离合器的具体结构的要求就有这三点：首先是在保证传动发动机最大转矩的前提下，满足两个基本性能要求，即分离彻底和接合柔和。 3其次，离合器从动部分的转动惯量要尽可能小。如果这个转动惯量大的话，当换档时，虽然由于分离了离合器，使发动机与变速器之间联系脱开，但离合器从动部分较大的惯性力矩仍然输入给变速器，其效果相当于分离不彻底，就不能很好地起到减轻轮齿间冲击地作用. 此外，还要求离合器散热良好。因为在汽车行驶过程中，驾驶员操纵离合器地次数是很多的，这就使离合器中由于摩擦面间频繁地相当滑磨而产生大量地热。离合器接合愈柔和，产生地热量愈大，这些热量如不技术散出
19、，对离合地工作将产生严重地影响。以上就是摩擦离合器的总体构造和工作原理了，而随着所用摩擦面的数目（从动盘的数目）、压紧弹簧的形式及安装位置，以及操纵机构形式的不同，其总体构造也有差异，因此摩擦离合器又可分为:单盘离合器：只有一片从动盘，其前后两面都装又摩擦片，因而具有两个摩擦面。双盘离合器：即增加了一个从动盘.周布弹簧离合器：采用若干个螺旋弹簧作压紧弹簧，并沿摩擦盘圆周分布。中央弹簧离合器：仅具有一个或两个较强力的螺旋弹簧并安置在中央。 膜片弹簧离合器：是以膜片弹簧作为压紧弹簧。 由于现代的轻型履带车辆正在逐步减少主离合器，用带闭锁离合器的液力变矩器替代，并实现动力换挡，所以本文主要讨论的是换
20、挡离合器，换挡离合器是通过接通或切断变速箱内的动力来实现变速传动中传动比转换的离合器，离合器通过摩擦元件的滑摩结合实现换挡定轴变速器起到摩擦起步的作用，行星变速箱中的离合器和制动器用来连接行星中的两个构件。而现代液力传动系统中绝大多数采用片式离合器，根据摩擦副工作情况，片式离合器可以分为干式和湿式两种。干式离合器的摩擦副采用强制冷却，故其摩擦系数比较稳定，摩损量小，使用寿命长，在保养和调整正常情况下湿式离合器的寿命要比干式离合器的寿命长，因此，在车辆传动系统中湿式多片摩擦离合器得到普遍应用。1.2.2 电磁离合器电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。如在主动与从动件之间放置磁粉，则
21、可以加强两者之间的接合力，这样的离合器称为磁粉式电磁离合器。 目前与手动变速器相配合的绝大多数离合器为干式摩擦式离合器，按其从动盘的数目，又分为单盘式、双盘式和多盘式等几种。湿式摩擦式离合器一般为多盘式的，浸在油中以便于散热, 采用若干个螺旋弹簧作为压紧弹簧，并将这些弹簧沿压盘圆周分布的离合器称为周布弹簧离合器（如图所示）。采用膜片弹簧作为压紧弹簧的离合器称为膜片弹簧离合器 4。图 1-1电磁离合器自动离合器随着电子技术在汽车上应用，一种自动离合器系统也进入了汽车领域。这种由控制单元（ECU）控制的离合器已经应用在一些轿车上，使手动变速器换档的一个重要步骤离合器的断开与接合能够自动地适时完成，
22、简化了驾驶员的操纵动作。并且了解关于电控离合器的内容, 1电控离合器起动时电子系统从已经存储的发动机万有特性中得到最佳起动转速，把这个最佳传动转速输送到离合器控制回路，驱动离合器液压(气压或机电)执行机构，将离合器柔和地联结，如此实现稳定柔和地起动。不论在平路起动还是在坡路起动，驾驶都象正常驾驶一样，仅仅是操纵油门踏板就足够了，既不必担心发动机熄火又不必担心引起发动机的突然提速。2电控离合器 换档时一个安装在变速器上的传感器感应到驾驶者想换档，于是通知电子控制系统给离合器一个分开的指令。当传感器发出已经挂入新档的信号时，离合器即在规定的打滑限度之内去自动结合。换档时驾驶员不再需要点一下油门，进
23、一步提高驾驶的舒适性，这是由于在换档时，节气门自动进入受电子控制离合器控制状态，而在换档结束后又自动脱离电子控制离合器的控制缘故。3 电控离合器正常行驶时电子控制离合器为驾驶员提供的最重要的功能是控制打滑。电子控制离合器能计算出发动机转速和变速器传动轴转速之间的差值，把液力(气压或机电)驱动离合器的打滑控制在最小的程度，保证离合器总能传递发动机全部输出扭矩。这个在控制之内的离合器打滑，缓冲了发动机运转的不均匀性。该系统所设定的打滑转速差为10rmin到1000rmin之间。其具体数值的决定应在提高驾驶舒适性和降低能量消耗之间进行优化，优化的值与汽车的类型、行驶性能以及所采用万有发动机。4电控离
24、合器改变负荷时因为发动机运转的不均匀性还与负荷有关，所以电子控制离合器还为此采集节气门开度信号。通过在变负荷时节气门开度的控制，使汽车的窜动现象被很好地抑制。如果采用传统离合器，当驾驶员变负荷猛踩油门时，汽车通常会出现向前和向后窜动.每一位汽车驾驶员都知道，在光滑路面上挂倒档时应刹住驱动轮，此时不需防抱死系统和防发动机一变速箱打滑系统的帮助。当改变负荷时电子控制离合器子控制离合器能对驱动减振效果图已经被刹住的电信号进行处理：自动地分开离合器，并且同时松开对车轮的制动。如果制动过程即将结束时，发动机又已经连接上的话，那么离合器在此时自动分开是很有意义的。除此以外，电子控制离合器还能避免从制动到汽
25、车停住过程中的发动机熄灭现象。电子控制离合器和离合器踏板联结是有意义的，虽然这样做失去了不用踩离合器踏板就能换档的舒适性，却能解决换档嘎嘎声、冲击和嗡嗡声的问题。电子控制器通过带快速比例控制阀的液压(气压、机电)执行机构，控制离合器的驱动油缸(气缸、杆)。打滑所消耗的能量转化成热能传到大气中。对畅销的干式摩擦片的测试表明：干式摩擦片能承受打滑产生的热负荷。这种电子控制离合5器从隔振出发，通过富有重要意义的对ABS和ASR的补充，直至不需踩离合器踏板的换档，明显提高了驾驶的舒适性。电子控制离合器综合来说，有如下优点：不用踩离合器踏板的起步；在坡路上起步没有问题；没有憋车现象；换档时不用踩离合器；
26、换档时不用收油门；没有怠速噪声；没有前后冲击噪声；明显降低车身的嗡嗡声；扭矩过载限制；再也没有所谓的窜动现象；对ABS和ASR的有益补充；通过滑行作用节油。 1.2.3 液压离合器液压式自动离合器在目前通用的膜片离合器的基础上增加了电子控制单元（ECU）和液压执行系统，将踏板操纵离合器油缸活塞改为由开关装置控制电动油泵去操纵离合器油缸活塞合。 图 1-2液压离合器变速器控制单元（ECU）与发动机控制单元（ECU）是集成在一起的，根据油门踏板、变速器档位、变速器输入/输出轴转速、发动机转速、节气门开度等传感器反馈信息，计算出离合器最佳的接合时间与速度。自动离合器的执行机构由电动油泵、电磁阀和离合
27、器油缸组成，当 ECU发出指令驱动电动油泵，电动油泵产生的高压油液通过电磁阀输送到离合器油缸。通过 ECU控制电磁阀的电流量来控制油液流量和油液的通道变换，实现离合器油缸活塞的移动，从而完成汽车起动、换档时的离合器动作。液压式自动离合器工作原理图 ECU1指发动机 ECU，ECU2 指自动离合器 ECU 具有自动离合器装置的汽车与自动变速器（AT）和无级变速器（CVT）汽车相比，它在运行经济性方面有优势，因为它的变速器还是手动变速器，因此耗油比较低，制造成本也低于 AT和 CVT。当然，汽车操纵的便利性也会逊色于 AT和 CVT，毕竟它是装配手动变速器，仍然要手动换档。1.2.4 湿式离合器离合器将来主要是湿式离合器它主要是由许多分离盘，摩擦盘以及其它部件组成，而它的主要元件是摩擦盘，它是由低碳钢芯铸成，并且两边附有一些摩擦材料，这个摩擦片以花键的形式联接在输入轴上，当分离盘接合到离合器壳上时，离合器功用将转矩从驱动件传递到被驱动件上，并且从一个齿轮传递到另一个齿轮上，而在传递过程中分离盘和摩擦盘之间有一个压力，这个压力引起的动能转化为界面上的热量，从相对速度转动开始到相对速度为零为止，所用的时间叫做停止时间，大约小于 1秒钟。6一个典型湿式离合器的啮合循环，对于一个湿式离合器在机器中可以划分为四个
