推式膜片弹簧离合器的设计.docx

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推式膜片弹簧离合器的设计

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论述

1.1离合器概述

按动力传递顺序来说，离合器应是传动系中的第一个总成。

顾名思义，离合器是“离”与“合”矛盾的统一体。

离合器的工作，就是受驾驶员操纵，或者分离，或者接合，以完成其本身的任务。

离合器是设置在发动机与变速器之间的动力传递机构，其功用是能够在必要时中断动力的传递，保证汽车平稳地起步；保证传动系换档时工作平稳；限制传动系所能承受的最大扭矩，防止传动系过载。

为使离合器起到以上几个作用，目前汽车上广泛采用弹簧压紧的摩擦式离合器，摩擦离合器所能传递的最大扭矩取决于摩擦面间的工作压紧力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面状况等。

即主要取决于离合器基本参数和主要尺寸。

膜片弹簧离合器在技术上比较先进，经济性合理，同时其性能良好，使用可靠性高寿命长，结构简单、紧凑，操作轻便，在保证可靠地传递发动机最大扭矩的前提下，有以下优点[2]：

（1）结合时平顺、柔和，使汽车起步时不震动、冲击；

（2）离合器分离彻底；

（3）从动部分惯量小，以减轻换档时齿轮副的冲击；

（4）散热性能好；

（5）高速回转时只有可靠强度；

（6）避免汽车传动系共振，具有吸收震动、冲击和减小噪声能力；

（7）操纵轻便；

（8）工作性能（最大摩擦力矩和后备系数保持稳定）；

（9）使用寿命长。

1.2离合器的功用

（1）保证汽车平稳起步

离合器可使发动机与传动系逐渐接合，保证汽车平稳起步。

如前所述，现代车用活塞式发动机不能带负荷启动，它必须先在空负荷下启动，然后再逐渐加载。

发动机启动后，得以稳定运转的最低转速约为300～500r/min，而汽车则只能由静止开始起步，一个运转着的发动机，要带一个静止的传动系，是不能突然刚性接合的。

因为如果是突然的刚性连接，就必然造成不是汽车猛烈攒动，就是发动机熄火。

所以离合器可使发动机与传动系逐渐地柔和地接合在一起，使发动机加给传动系的扭矩逐渐变大，至足以克服行驶阻力时，汽车便由静止开始运动并逐步加速。

因此保证了汽车能平稳起步。

（2）保证传动系换挡时工作平顺

在汽车行驶过程中，为了适应不断变化的行驶条件，传动系统经常要换用不同档位工作，即变速器内的齿轮副要经常脱开啮合和进入啮合。

实现齿轮式变速器的换挡，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退出传动，再使另一档位的齿轮副进入工作。

在换挡前也必须踩下离合器踏板，中断动力传递，便于使原档位的啮合副脱开，同时有可能使新档位啮合齿轮副的啮合部位的速度趋于相等，这样，进入啮合时的冲击可以大为减轻，使换挡时工作平顺。

（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相连而急剧降低转速，传动系受到很大的惯性负荷，而使机件损坏。

有了离合器，便可依靠离合器主动部分和从动部分之间可能产生相对运动以消除这一危险。

因此，离合器的这一功用是限制传动系统所承受的最大转矩，防止传动系过载。

1.3离合器的工作原理

如图1.1所示，摩擦离合器一般是有主动部分、从动部分组成、压紧机构和操纵机构四部分组成。

离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮2和压盘借摩擦作用传给从动盘3，在通过从动轴传给变速器。

当驾驶员踩下踏板时，通过拉杆，分离叉、分离套筒和分离轴承8，将分离杠杆的内端推向右方，由于分离杠杆的中间是以离合器盖5上的支柱为支点，而外端与压盘连接，所以能克服压紧弹簧的力量拉动压盘向左，这样，从动盘3两面的压力消失，因而摩擦力消失，发动机的扭矩就不再传入变速器，离合器处于分离状态。

当放开踏板，回位弹簧克服各拉杆接头和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。

此时压紧弹簧就推动压盘向右，仍将从动盘3压紧在飞轮上2，这样发动机的扭矩又传入变速器。

图1.1离合器总成

3-从动盘6-压盘1-离合器盖螺栓

2-离合器盖9-膜片弹簧13-分离轴承

1.4膜片弹簧离合器概述

膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型载货汽车上广泛采用的一种离合器。

因其作为压簧，可以同时兼起分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，质量减少，并显着地缩短了离合器的轴向尺寸。

其次，由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀。

另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性，故能在从动盘摩擦片磨损后，弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩，而不致产生滑离。

离合器分离时，使离合器踏板操纵轻便，减轻驾驶员的劳动强度。

此外，因膜片是一种对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很少，而周布置弹离合器在高速时，因受离心力作用会产生横向挠曲，弹簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力，从而引起离合器传递转矩能力下降。

那么可以看出，对于轻型车膜片弹簧离合器的设计研究对于改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义。

作为压紧弹簧的所谓膜片弹簧，是由弹簧钢冲压成的，具有“无底碟子”形状的截锥形薄壁膜片，且自其小端在锥面上开有许多径向切槽，以形成弹性杠杆，而其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。

膜片弹簧的两侧有支承圈，而后者借助于固定在离合器盖上的一些（为径向切槽数目的一半）铆钉来安装定位。

当离合器盖用螺栓固定到飞轮上时，由于离合器盖靠向飞轮，后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形，锥顶角变大，甚至膜片弹簧几乎变平。

同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。

当离合器分离时，分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变，使膜片弹簧大端后移，并通过分离钩拉动压盘后移使离合器分离。

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，因此设计摩擦片磨损后，弹簧压力几乎不变，且可以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称的，因此其压紧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，使离合器结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显着缩短了轴向尺寸；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，摩擦均匀，也易于实现良好的通风散热等。

由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点，并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平在不断提高，因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用，而且正大力扩展到载货汽车和重型汽车上，国外已经设计出了传递转矩为80~~2000N.m、最大摩擦片外径达420的膜片弹簧离合器系列，广泛用于轿车、客车、轻型和中型货车上。

甚至某些总质量达28~32t的重型汽车也有采用膜片弹簧离合器的，但膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高。

膜片弹簧离合器的操纵采用压式机构，即离合器分离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分离指处是承受压力。

2离合器结构方案选取

2.1离合器车型的选定

本设计针对的车型是微型客车。

其基本参数如下：

发动机型号

LB4

最大转矩[N·m/（r/min）]

315/2800

一档传动比

4.03

主减速比

3.08

驱动轮类型与规格

P205/75R15

驱动轮胎直径（m）

0.6

汽车总质量（kg）

1410

2.2离合器设计的基本要求

为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足以下要求：

1）在任何行驶条件下，都能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载。

2）接合时要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。

3）分离要迅速、彻底。

4）从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。

5）具有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命。

6）应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力。

7）操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。

8）作用在从动盘上的总压力和摩擦离合器和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。

9）具有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长。

10）结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便。

2.3离合器结构设计

2.3.1摩擦片的选择

单片离合器因为结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底接合平顺，所以被广泛使用于轿车和中、小型货车，因此该设计选择单片离合器。

2.3.2压紧弹簧布置形式的选择

离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。

其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。

膜片弹簧与其他几类相比又有以下几个优点[9]：

（1）由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。

当离合器分离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力；

（2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；

（3）高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显下降；

（4）由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，可提高使用寿命；

（5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长；

（6）平衡性好；

（7）有利于大批量生产，降低制造成本。

但膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材料质量和尺寸精度要求高，其非线性特性在生产中不易控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。

近年来，由于材料性能的提高，制造工艺和设计方法的逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。

因此，我选用膜片弹簧式离合器。

2.3.3压盘的驱动方式

在膜片弹簧离合器中，扭矩从离合器盖传递到压盘的方法有三种[9]：

（1）凸台—窗孔式：

它是将压盘的背面凸起部分嵌入在离合器盖上的窗孔内，通过二者的配合，将扭矩从离合器盖传到压盘上，此方式结构简单，应用较多；缺点：

压盘上凸台在传动过程中存在滑动摩擦，因而接触部分容易产生分离不彻底。

（2）径向传动驱动式：

这种方式使用弹簧刚制的径向片将离合器盖和压盘连接在一起，此传动的方式较上一种在结构上稍显复杂一些，但它没有相对滑动部分，因而不存在磨损，同时踏板力也需要的小一些，操纵方便；另外，工作时压盘和离合器盖径向相对位置不发生变化，因此离合器盖等旋转物件不会失去平衡而产生异常振动和噪声。

（3）径向传动片驱动方式：

它用弹簧钢制的传动片将压盘与离合器盖连接在一起，除传动片的布置方向是沿压盘的弦向布置外，其他的结构特征都与径向传动驱动方式相同。

经比较，我选择径向传动驱动方式。

2.3.4分离杠杆、分离轴承

分离杠杆的作用由膜片弹簧承担，其作用是通过分离轴承克服离合器弹簧的推力并推动压盘移动，从而使压盘与从动盘和从动盘与飞轮相互分离，截断动力的传递，分离杠杆要具有足够的强度和刚度，以承受反复作用在其上面的弯曲应力，分离轴承的作用是通过分离叉的作用使分离轴承沿变速器前端盖导向套作轴向移动，推动旋转中的膜片弹簧中部分离前端，使离合器起到分离作用。

分离本次设计选用的是油封轴承，它可以将润滑脂密封在轴承壳内，使用中不需要增加润滑，相比供油式轴承则需增加。

2.3.5离合器的散热通风

试验表明，摩擦片的磨损是随压盘温度的升高而增大的，当压盘工作表面超过°C时摩擦片磨损剧烈增加，正常使用条件的离合器盘，工作表面的瞬时温度一般在°C以下。

在特别频繁的使用下，压盘表面的瞬时温度有可能达到。

过高的温度能使压盘受压变形产生裂纹和碎裂。

为使摩擦表面温度不致过高，除要求压盘有足够大的质量以保证足够的热容量外，还要求散热通风好。

改善离合器散热通风结构的措施有：

在压盘上设散热筋，或鼓风筋；在离合器中间压盘内铸通风槽；将离合器盖和压杆制成特殊的叶轮形状，用以鼓风；在离合器外壳内装