四驱汽车离合器毕业设计

摘要

汽车离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。

膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型汽车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。此设计说明书详细的说明了轻型汽车膜片弹簧离合器的结构形式，参数选择以及计算过程。

本文主要是对狮跑轻型汽车的膜片式弹簧离合器进行设计。根据车辆使用条件和车辆参数，按照离合器系统的设计步骤和要求，主要进行了以下工作：利用Pro/E、CAD等计算机辅助设计软件进行相关设计，并用MATLAB软件对膜片弹簧的弹性变形进行了建模。主要进行了以下工作：根据发动机最大转矩，转速，整车质量，车轮半径等设计狮跑汽车离合器的各部件，主要有摩擦片的选择，从动盘总成设计，圆柱螺旋弹簧设计,膜片弹簧设计，压盘设计以及离合器盖的设计。

关键词:离合器;膜片弹簧;从动盘;压盘;摩擦片

ABSTRACT

Automobile Clutch in the engine and gearbox between the flywheel shell, with screw will be fixed in the clutch assembly after the plane of the flywheel, clutch gearbox output shaft is the input shaft。

In recent years theca spring clutch is a kind of clutch that widely Adopted in vehicle and light vehicle.It has great capacity of torque And more stabley ,manipulate easy and convenient ,well equilibrium ,And also can produce batch .so the research of the clutch is more and more important . This design manual elaborated on the construction form,parametre choose and process of calculate of the light vehicle.

This article is Sportage light vehicles Diaphragm spring clutch design. In accordance with the conditions of vehicles and vehicle parameters, in accordance with the clutch system design steps and requirements, mainly for the following work: the use of Pro / E, CAD and other computer-aided design software related to design and use of MATLAB software, the flexibility of the diaphragm spring deformation modeling. Mainly the work of the following: In accordance with the largest engine torque, speed, vehicle quality and design of the wheel radius, such as the Lions ran the auto clutch parts, mainly the choice of friction plate, follower plate assembly design, the design of cylindrical helical spring, designed diaphragm spring, pressure plate design and the design of the clutch cover.

Key Words: Clutch;Theca Spring;Driven Plate;Friction disc

目录

摘要.................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................... I I 第1章绪论 (3)

1.1离合器的发展 (3)

1.2 Pro/E软件的特点 (4)

1.3 主要设计内容 (5)

第2章离合器设计方案选择 (6)

2.1 离合器性能关系式 (6)

2.3外径的确定 (7)

2.4 本章小结 (9)

第3章从动盘总成设计 (10)

3.1 摩擦片设计 (10)

3.2 从动盘毂设计 (10)

3.3 从动片设计 (14)

3.4 扭转减振器设计 (14)

3.4.1扭转减振器的功能 (14)

3.4.2扭转减振器的结构类型的选择 (14)

3.4.3扭转减振器的参数确定 (15)

3.5 减振弹簧的尺寸确定 (17)

第4章膜片弹簧设计 (24)

4.1 膜片弹簧的概念 (24)

4.2 膜片弹簧的弹性特性 (24)

4.3膜片弹簧的设计 ............................................................ 错误！未定义书签。

4.4 膜片弹簧的强度计算..................................................... 错误！未定义书签。

4.4.1膜片弹簧大端半径及大端半径与分离指半径比的选择错误！未定义书签。

4.4.2膜片弹簧在自由状态下的圆锥底角 ........................ 错误！未定义书签。

4.4.4分离指的数目和切槽宽及半径............................... 错误！未定义书签。

4.4.5支承圈平均半径和膜片弹簧与压盘的接触半径....... 错误！未定义书签。

4.5 本章小结...................................................................... 错误！未定义书签。第5章主动部分设计 ......................................................... 错误！未定义书签。

5.1 压盘设计...................................................................... 错误！未定义书签。

5.2 离合器盖设计............................................................... 错误！未定义书签。

5.3传动片设计 ................................................................... 错误！未定义书签。

5.4 分离套筒和分离轴承的设计 .......................................... 错误！未定义书签。

5.5 本章小结 (40)

结论........................................................................................ 错误！未定义书签。参考文献................................................................................ 错误！未定义书签。致谢........................................................................................ 错误！未定义书签。附录........................................................................................ 错误！未定义书签。

附录A 英文文献与中文参考译文........................................ 错误！未定义书签。

附录B 膜片弹簧的弹性特性曲线........................................ 错误！未定义书签。

第1章绪论

1.1离合器的发展

在早期研发的离合器结构中，锥形离合器最为成功。它的原型设计曾装在1889年德国戴姆勒公司生产的钢制车轮的小汽车上。它是将发动机飞轮的内孔做成锥体作为离合器的主动件。采用锥形离合器的方案一直延续到20世纪20年代中叶，对当时来说，锥形离合器的制造比较简单，摩擦面容易修复。它的摩擦材料曾用过骆毛带、皮革带等。那时曾出现过蹄-鼓式离合器，其结构有利于在离心力作用下使蹄紧贴鼓面。蹄-鼓式离合器用的摩擦元件是木块、皮革带等，蹄-鼓式离合器的重量较锥形离合器轻。无论锥形离合器或蹄-鼓式离合器，都容易造成分离不彻底甚至出现主、从动件根本无法分离的自锁现象。

现今所用的盘式离合器的先驱是多片盘式离合器，它是直到1925年以后才出现的。多片离合器最主要的优点是，汽车起步时离合器的接合比较平顺，无冲击。早期的设计中，多片按成对布置设计，一个钢盘片对着一青铜盘片。采用纯粹的金属的摩擦副，把它们浸在油中工作，能达到更为满意的性能。

浸在油中的盘片式离合器，盘子直径不能太大，以避免在高速时把油甩掉。此外，油也容易把金属盘片粘住，不易分离。但毕竟还是优点大于缺点。因为在当时，许多其他离合器还在原创阶段，性能很不稳定[1]。

石棉基摩擦材料的引入和改进，使得盘片式离合器可以传递更大的转矩，能耐受更高的温度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用较小的摩擦面积，因而可以减少摩擦片数，这是由多片离合器向单片离合器转变的关键。20世纪20年代末，直到进入30年代时，只有工程车辆、赛车和大功率的轿车上才使用多片离合器。

早期的单片干式离合器由与锥形离合器相似的问题，即离合器接合时不够平顺。但是，由于单片干式离合器结构紧凑，散热良好，转动惯量小，所以以内燃机为动力的汽车经常采用它，尤其是成功地开发了价格便宜的冲压件离合器盖以后更是如此。

实际上早在1920年就出现了单片干式离合器，这和前面提到的发明了石棉基的摩擦面片有关。但在那时相当一段时间内，由于技术设计上的缺陷，造成了单片离合器在接合时不够平顺的问题。第一次世界大战后初期，单片离合器的从动盘金属片上是没有摩擦面片的，摩擦面片是贴附在主动件飞轮和压盘上的，弹簧布置在中央，通过杠杆放大后作用在压盘上。后来改用多个直径较小的弹簧，沿着圆周布置直接压在压

盘上，成为现今最为通用的螺旋弹簧布置方法。这种布置在设计上带来了实实在在的好处，使压盘上的弹簧的工作压力分布更均匀，并减小了轴向尺寸。

多年的实践经验和技术上的改进使人们逐渐趋向于首选单片干式摩擦离合器，因为它具有从动部分转动惯量小、散热性好、结构简单、调整方便、尺寸紧凑、分离彻底等优点，而且由于在结构上采取一定措施，已能做到接合盘式平顺，因此现在广泛采用于大、中、小各类车型中。

如今单片干式离合器在结构设计方面相当完善。采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的接合平顺性。离合器从动盘总成中装有扭转减振器，防止了传动系统的扭转共振，减小了传动系统噪声和载荷。

随着人们对汽车舒适性要求的提高，离合器已在原有基础上得到不断改进，乘用车上愈来愈多地采用具有双质量飞轮的扭转减振器，能更好地降低传动系的噪声。

对于重型离合器，由于商用车趋于大型化，发动机功率不断加大，但离合器允许加大尺寸的空间有限，离合器的使用条件日酷一日，增加离合器传扭能力，提高使用寿命，简化操作，已成为重型离合器当前的发展趋势。为了提高离合器的传扭能力，在重型汽车上可采用双片干式离合器。从理论上讲，在相同的径向尺寸下，双片离合器的传扭能力和使用寿命是单片的2倍。但受到其他客观因素的影响，实际的效果要比理论值低一些。

近年来湿式离合器在技术上不断改进，在国外某些重型车上又开始采用多片湿式离合器的设计。与干式离合器相比，由于用油泵进行强制冷却的结果，摩擦表面温度较低(不超过93℃)，因此，起步时长时间打滑也不致烧损摩擦片。查阅国内外资料获知，这种离合器的使用寿命可达干式离合器的5-6倍，但湿式离合器优点的发挥是一定要在某温度范围内才能实现的，超过这一温度范围将起负面效应。目前此技术尚不够完善[3]。

1.2 Pro/E软件的特点

Pro/Engineer是美国PTC公司开发的一套机械CAD/CAE/CAM集成软件，其技术领先，在机械、电子、航空、邮电、兵工、仿真等各行各业都有应用，在CAD/CAE/CAM 领域中处于领先地位。它集零件设计、大型组件设计、钣金设计、造型设计、模具开发、数控加工、运动分析、有限元分析、数据库管理等功能于一身，具有参数化设计，特征驱动，单一数据库等特点，大大加快了产品开发速度。为产品上市赢得了宝贵的时间。

未来的Pro/E发展将是参数化的设计，二次开发将是其中的一个重要方向，这就需要将其集中化、网络化、智能化、标准化。

(1)集中化

涉及的功能集中、信息集中、过程集中于动态联盟中的企业集中；与其它软件的集中，更是在设计中起到举足轻重的作用

(2)网络化

技术的飞速发展，改变了产品的设计模式，使得资源得到更好的利用。

(3)智能化

在实现集中话和网络化的同时，将人工的智能技术，特别是专家的系统技术，与传统的PRO/E技术结合起来，形成能够完成方案构思与拟定设计方案与选择结构设计参数确定等设计活动智能化的PRO/E系统，是PRO/E发展方向。

(4)标准化

将PRO/E绘的图用ANSYS或ADAMS进行机构分析，运动分析，热分析，都需要将图像格式标准化为IGES,STEP;接口标准化CGI,计算机体系源文件CGM,面向图形应用软件的标准GKS和PHIGS等等

本设计使用的Pro/Engineer Wildfire3.0是Pro/Engineer的最新版本，其功能较以前的版本有了很大的提高，而且操作界面也更为好用，可以大大提高技术人员的工作效率。

1.3 主要设计内容

参照狮跑汽车的参数可以选择离合器摩擦片的摩擦面积以及材料，依次可以设计离合器的各总成，利用CAD软计画出装配图以及分解为各个零件图，找出不足之处加以修正，利用PRO/E软件建模各零件然后装配

（1）研究国内外离合器发展状况。

（2）根据狮跑汽车参数进行离合器设计。

（3）方案的选择。

（4）根据方案设计各零件。

（5）利用Pro/E，CAD软件对设计的各个零件进行装配。

第2章 离合器设计方案选择

2.1 离合器性能关系

摩擦片或从动盘的外径是离合器的重要参数，它对离合器的轮廓尺寸有决定性的影响，并根据离合器能全部传递发动机的最大转矩来选择。为了能可靠地传递发动机最大转矩max c T ，离合器的静摩擦力矩c T 应大于发动机最大转矩max c T ，而离合器传递的摩擦力矩c T 又决定于其摩擦面数Z 、摩擦系数f 、作用在摩擦面上的总压紧力P Σ与摩擦片平均摩擦半径R m ，即

m N R Z f P e r c c ?=T =T m a x β (2.1) 式中：β—离合器的后备系数，见表2.2

f —摩擦系数，计算时取0.4

该车型发动机最大转矩max c T 为184N·m ，取后备系数β为1.25可得离合器的静 摩擦力矩m N c ?=?=T 23125.1184。

2.2后备系数的选择

离合器的后备系数，选择时应考虑摩擦片磨损后仍能传递max c T 及避免起步时滑磨时间过长；同时应考虑防止传动系过载及操纵轻便等。

本设计是基于狮跑汽车的离合器设计，该车型属于越野车类型，故选择本次设计的后备系数取β=1.25。因为该车型为城市越野车，不需要太大的后备系数。

本车设计采用单片膜片弹簧离合器。本车采用的摩擦式离合器是因为其结构简单，可靠性强，维修方便，目前大多数汽车都采用这种形式的离合器。而采用干式离合器是因为湿式离合器大多是多盘式离合器，用于需要传递较大转矩的离合器，而该车型不在此列。采用膜片弹簧离合器是因为膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，由于膜片弹簧具有非线性特性，因此可设计成当摩擦片磨损后，弹簧压力几乎可以保持不变，

且可减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便；其次，膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对的，因此其压力实际上不受离心力的影响，性能稳定，平衡性也好；再者，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著地缩短了其轴向尺寸；另外，由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片的接触良好，磨损均匀，也易于实现良好的散热通风等。由于膜片弹簧离合器具有上述一系列的优点，并且制造膜片弹簧的工艺水平也在不断地提高，因而这种离合器在轿车及微型、轻型客车上已得到广泛的采用，而且逐渐扩展到载货汽车上。从动盘选择单片式从动盘是一位其结构简单，调整方便。压盘驱动方式采用传动片式是因为其没有太明显的缺点且简化了结构，降低了装配要求又有利于压盘定中。选择推式离合器是因为零件数目更少，结构更简化，轴向尺寸更小，质量更小；并且分离杠杆较大，使其踏板操纵力较轻。综上本次设计选择单片推式膜片弹簧离合器[2]。

表2.1 狮跑汽车离合器设计依据参数

表2-2 后备系数

2.3外径的确定

摩擦片外径是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和使用寿命，它和

离合器所需传递的转矩大小有一定关系。显然，传递大的转矩，就需要大的尺寸。发动机转矩是重要的参数，当按发动机最大转矩来确定D时，摩擦片的外径D是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和使用寿命，所以应先确定摩擦片的外径D，在确定外径时，可以根据以下经验公式（2.2[3]）计算出：

D=100

(2.2)

式中:D——摩擦片外径，mm

T

max

e

——发动机最大扭矩，N.m

A——和车型及使用条件有关的常数

将数据：T

max

e

=184N.m，轿车单片摩擦离合器A=47,代入式（2.2），则得：D=197.86mm。

根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，由表2.3[2]（即GB1457—74）可取摩擦片有关标准尺寸：

外径D=200mm，径d=140mm厚度h=3.5mm内径与外径比值C′=0.7。

表2.3 摩擦尺寸系列和参数

所选的尺寸D应符合有关标准(JB1457-74)的规定。表2-3离合器摩擦片的尺寸系列和参数。另外，所选的D应符合其最大圆周速度不超过65～70m/s的要求，且重型