膜片離合器畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、<p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　以內(nèi)燃機(jī)在作為動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)汽車中，離合器是作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在的。離合器通常裝在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間，其主動(dòng)部分與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪相連，從動(dòng)部分與變速器相連。為各類型汽車所廣泛采用的摩擦離合器，實(shí)際上是一種依靠其主、從動(dòng)部分間

2、的摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力且能分離的機(jī)構(gòu)。離合器的主要功用是切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順的接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換擋時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系分離，減少變速器中換檔齒輪間的沖擊；在工作中受到較大的動(dòng)載荷時(shí)，能限制傳動(dòng)系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，以防止傳動(dòng)系個(gè)零部件因過(guò)載而損壞；有效地降低傳動(dòng)系中的振動(dòng)和噪音。</p><p><b>　　1.2離合器的發(fā)展</b></p><p>　　在早

3、期研發(fā)的離合器結(jié)構(gòu)中，錐形離合器最為成功。它的原型設(shè)計(jì)曾裝在1889年德國(guó)戴姆勒公司生產(chǎn)的鋼制車輪的小汽車上。它是將發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的內(nèi)孔做成錐體作為離合器的主動(dòng)件。采用錐形離合器的方案一直延續(xù)到20世紀(jì)20年代中葉，對(duì)當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)，錐形離合器的制造比較簡(jiǎn)單，摩擦面容易修復(fù)。它的摩擦材料曾用過(guò)駱毛帶、皮革帶等。那時(shí)曾出現(xiàn)過(guò)蹄-鼓式離合器，其結(jié)構(gòu)有利于在離心力作用下使蹄緊貼鼓面。蹄-鼓式離合器用的摩擦元件是木塊、皮革帶等，蹄-鼓式離合器的重量較錐形

4、離合器輕。無(wú)論錐形離合器或蹄-鼓式離合器，都容易造成分離不徹底甚至出現(xiàn)主、從動(dòng)件根本無(wú)法分離的自鎖現(xiàn)象。</p><p>　　現(xiàn)今所用的盤式離合器的先驅(qū)是多片盤式離合器，它是直到1925年以后才出現(xiàn)的。多片離合器最主要的優(yōu)點(diǎn)是，汽車起步時(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)鋼盤片對(duì)著一青銅盤片。采用純粹的金屬的摩擦副，把它們浸在油中工作，能達(dá)到更為滿意的性能。</p>

5、<p>　　浸在油中的盤片式離合器，盤子直徑不能太大，以避免在高速時(shí)把油甩掉。此外，油也容易把金屬盤片粘住，不易分離。但畢竟還是優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)。因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，許多其他離合器還在原創(chuàng)階段，性能很不穩(wěn)定。</p><p>　　石棉基摩擦材料的引入和改進(jìn)，使得盤片式離合器可以傳遞更大的轉(zhuǎn)矩，能耐受更高的溫度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用較小的摩擦面積，因而可以減少摩擦片數(shù)，這是由多片離合器向單片離合器轉(zhuǎn)變

6、的關(guān)鍵。20世紀(jì)20年代末，直到進(jìn)入30年代時(shí)，只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才使用多片離合器。</p><p>　　早期的單片干式離合器由與錐形離合器相似的問(wèn)題，即離合器接合時(shí)不夠平順。但是，由于單片干式離合器結(jié)構(gòu)緊湊，散熱良好，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，所以以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車經(jīng)常采用它，尤其是成功地開發(fā)了價(jià)格便宜的沖壓件離合器蓋以后更是如此。</p><p>　　實(shí)際上早在1920年就出現(xiàn)了單

7、片干式離合器，這和前面提到的發(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，造成了單片離合器在接合時(shí)不夠平順的問(wèn)題。第一次世界大戰(zhàn)后初期，單片離合器的從動(dòng)盤金屬片上是沒(méi)有摩擦面片的，摩擦面片是貼附在主動(dòng)件飛輪和壓盤上的，彈簧布置在中央，通過(guò)杠桿放大后作用在壓盤上。后來(lái)改用多個(gè)直徑較小的彈簧，沿著圓周布置直接壓在壓盤上，成為現(xiàn)今最為通用的螺旋彈簧布置方法。這種布置在設(shè)計(jì)上帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的好處，使壓盤上的彈簧的工作

8、壓力分布更均勻，并減小了軸向尺寸。</p><p>　　多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨向于首選單片干式摩擦離合器，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)，而且由于在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，已能做到接合盤式平順，因此現(xiàn)在廣泛采用于大、中、小各類車型中。</p><p>　　如今單片干式離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面相當(dāng)完善。采用具有軸向彈性的從動(dòng)盤，

9、提高了離合器的接合平順性。離合器從動(dòng)盤總成中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振，減小了傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲和載荷。</p><p>　　隨著人們對(duì)汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎(chǔ)上得到不斷改進(jìn)，乘用車上愈來(lái)愈多地采用具有雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減振器，能更好地降低傳動(dòng)系的噪聲。</p><p>　　對(duì)于重型離合器，由于商用車趨于大型化，發(fā)動(dòng)機(jī)功率不斷加大，但離合器允許加大尺寸的空間有限，離合

10、器的使用條件日酷一日，增加離合器傳扭能力，提高使用壽命，簡(jiǎn)化操作，已成為重型離合器當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上可采用雙片干式離合器。從理論上講，在相同的徑向尺寸下，雙片離合器的傳扭能力和使用壽命是單片的2倍。但受到其他客觀因素的影響，實(shí)際的效果要比理論值低一些。</p><p>　　近年來(lái)濕式離合器在技術(shù)上不斷改進(jìn)，在國(guó)外某些重型車上又開始采用多片濕式離合器。與干式離合器相比，由于用油泵

11、進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的結(jié)果，摩擦表面溫度較低(不超過(guò)93℃)，因此，起步時(shí)長(zhǎng)時(shí)間打滑也不致燒損摩擦片。查閱國(guó)內(nèi)外資料獲知，這種離合器的使用壽命可達(dá)干式離合器的5-6倍，但濕式離合器優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮是一定要在某溫度范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)的，超過(guò)這一溫度范圍將起負(fù)面效應(yīng)。目前此技術(shù)尚不夠完善。</p><p>　　1.3膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　1.3.1膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)</p&g

12、t;<p>　　膜片彈簧離合總成由膜片彈簧、離合器蓋、壓盤、傳動(dòng)片和分離軸承總成等部分組成。</p><p><b>　　1、離合器蓋</b></p><p>　　離合器蓋一般為120°或90°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的板殼沖壓結(jié)構(gòu)，通過(guò)螺栓與飛輪聯(lián)結(jié)在一起。離合器蓋是離合器中結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜的承載構(gòu)件，壓緊彈簧的壓緊力最終都要由它來(lái)承受。</

13、p><p><b>　　2、膜片彈簧</b></p><p>　　膜片彈簧是離合器中重要的壓緊元件，在其內(nèi)孔圓周表面上開有許多均布的長(zhǎng)徑向槽，在槽的根部制成較大的長(zhǎng)圓形或矩形窗孔，可以穿過(guò)支承鉚釘，這部分稱之為分離指；從窗孔底部至彈簧外圓周的部分形狀像一個(gè)無(wú)底寬邊碟子，其截面為截圓錐形，稱之為碟簧部分。</p><p><b>　　3、壓

14、盤</b></p><p>　　壓盤的結(jié)構(gòu)一般是環(huán)形盤狀鑄件，離合器通過(guò)壓盤與發(fā)動(dòng)機(jī)緊密相連。壓盤靠近外圓周處有斷續(xù)的環(huán)狀支承凸臺(tái)，最外緣均布有三個(gè)或四個(gè)傳力凸耳。</p><p><b>　　4、傳動(dòng)片</b></p><p>　　離合器接合時(shí)，飛輪驅(qū)動(dòng)離合器蓋帶動(dòng)壓盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)壓盤與從動(dòng)盤摩擦片之間的摩擦力使從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)；在

15、離合器分離時(shí)，壓盤相對(duì)于離合器蓋作自由軸向移動(dòng)，使從動(dòng)盤松開。這些動(dòng)作均由傳動(dòng)片完成。傳動(dòng)片的兩端分別與離合器蓋和壓盤以鉚釘或螺栓聯(lián)接，一般采用周向布置。在離合器接合時(shí)，離合器蓋通過(guò)它來(lái)驅(qū)動(dòng)壓盤共同旋轉(zhuǎn)；在離合器分離時(shí)，可利用它的彈性恢復(fù)力來(lái)牽動(dòng)壓盤軸向分離并使操縱力減小。</p><p><b>　　5、分離軸承總成</b></p><p>　　分離軸承總成由分離軸

16、承、分離套筒等組成。分離軸承在工作時(shí)主要承受軸向分離力，同時(shí)還承受在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力作用下的徑向力。目前國(guó)產(chǎn)的汽車中多使用角接觸推力球軸承，采用全密封結(jié)構(gòu)和高溫鏗基潤(rùn)滑脂，其端面形狀與分離指舌尖部形狀相配合，舌尖部為平面時(shí)采用球形端面，舌尖部為弧形面時(shí)采用平端面或凹弧形端面。</p><p>　　1.3.2膜片彈簧離合器的工作原理</p><p>　　由圖1.1可知，離合器蓋1與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪

17、用螺栓緊固在一起，當(dāng)膜片彈簧3被預(yù)加壓緊，離合器處于接合位置時(shí)，由于膜片彈簧大端對(duì)壓盤5的壓緊力，使得壓盤與從動(dòng)盤6摩擦片之間產(chǎn)生摩擦力。當(dāng)離合器蓋總成隨飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(構(gòu)成離合器主動(dòng)部分)，就通過(guò)摩擦片上的摩擦轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)從動(dòng)盤總成和變速器一起轉(zhuǎn)動(dòng)以傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力</p><p>　　（1）接合位置 （2）分離位置</p><p>　　1-離合器蓋 2-鉚釘 3-膜

18、片彈簧 4-支撐環(huán) 5-壓盤</p><p>　　6-摩擦片 7-分離軸承總成 8-離合器踏板 9-輸出軸</p><p>　　圖1.1膜片彈簧離合器的工作原理圖</p><p>　　要分離離合器時(shí)，將離合器踏板8踏下，通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)，使分離軸承總成7前移推動(dòng)膜片彈簧分離指，使膜片彈簧呈反錐形變形，其大端離開壓盤，壓盤在傳動(dòng)片的彈力作用下離開摩擦片，使從動(dòng)盤總成處于分

19、離位置，切斷了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的傳遞。</p><p>　　1.3.3膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　膜片彈簧離合器與其他形式離合器相比，具有一系列優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1、膜片彈簧離合器具有較理想的非線性彈性特性；</p><p>　　2、膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量?。?lt

20、;/p><p>　　3、高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；</p><p>　　4、膜片彈簧以整個(gè)圓周與壓盤接觸，使壓力分布均勻，摩擦片接觸良好，磨損均勻；</p><p>　　5、易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長(zhǎng)；</p><p>　　6、膜片彈簧中心與離合器中心線重合，平衡性好。</p><p><b

21、>　　1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p><b>　　1、壓盤設(shè)計(jì)。</b></p><p><b>　　2、離合器蓋設(shè)計(jì)。</b></p><p>　　3、從動(dòng)盤總成設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　4、膜片彈簧設(shè)計(jì)。</b></p>&

22、lt;p>　　1.5 Pro/E軟件的特點(diǎn)</p><p>　　Pro/Engineer是美國(guó)PTC公司開發(fā)的一套機(jī)械CAD/CAE/CAM集成軟件，其技術(shù)領(lǐng)先，在機(jī)械、電子、航空、郵電、兵工、仿真等各行各業(yè)都有應(yīng)用，在CAD/CAE/CAM領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位。它集零件設(shè)計(jì)、大型組件設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、模具開發(fā)、數(shù)控加工、運(yùn)動(dòng)分析、有限元分析、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能于一身，具有參數(shù)化設(shè)計(jì)，特征驅(qū)動(dòng)，單一數(shù)據(jù)

23、庫(kù)等特點(diǎn)，大大加快了產(chǎn)品開發(fā)速度。</p><p>　　本設(shè)計(jì)使用的Pro/Engineer Wildfire3.0是Pro/Engineer的最新版本，其功能較以前的版本有了很大的提高，而且操作界面也更為好用，可以大大提高技術(shù)人員的工作效率。</p><p><b>　　1.6方案選擇</b></p><p>　　本車設(shè)計(jì)采用單片膜片彈簧離合

24、器。本車采用的摩擦式離合器是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。而采用干式離合器是因?yàn)闈袷诫x合器大多是多盤式離合器，用于需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩的離合器，而該車型不在此列。采用膜片彈簧離合器是因?yàn)槟て瑥椈呻x合器具有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此可設(shè)計(jì)成當(dāng)摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎可以保持不變，且可減輕分離離合器時(shí)的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對(duì)離合器軸的中心線是對(duì)的，因此其

25、壓力實(shí)際上不受離心力的影響，性能穩(wěn)定，平衡性也好；再者，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，零件數(shù)目減少，質(zhì)量減小并顯著地縮短了其軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤是以整個(gè)圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，磨損均勻，也易于實(shí)現(xiàn)良好的散熱通風(fēng)等。由于膜片彈簧離合器具有上述一系列的優(yōu)點(diǎn)，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

26、汽車上。從動(dòng)盤選擇單片式從動(dòng)盤是一位其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。壓盤驅(qū)動(dòng)方式采用傳動(dòng)片式是因?yàn)槠錄](méi)</p><p>　　綜上本次設(shè)計(jì)選擇單片拉式膜片彈簧離合器。</p><p>　　第2章 基本尺寸參數(shù)選擇</p><p>　　2.1離合器基本性能關(guān)系式</p><p>　　摩擦片或從動(dòng)盤的外徑是離合器的重要參數(shù)，它對(duì)離合器的輪廓尺寸有決定性的影響

27、，并根據(jù)離合器能全部傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩來(lái)選擇。為了能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，離合器的靜摩擦力矩應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，而離合器傳遞的摩擦力矩又決定于其摩擦面數(shù)Z、摩擦系數(shù)f、作用在摩擦面上的總壓緊力PΣ與摩擦片平均摩擦半徑Rm，即</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中：—離合器的后備系數(shù)，見下表。</p><p

28、>　　—摩擦系數(shù)，計(jì)算時(shí)一般取0.25～0.30。</p><p>　　該車型發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為190N·m，取摩擦系數(shù)為3.0可得離合器的靜摩擦力矩為N·m[1]。</p><p>　　2.2后備系數(shù)的選擇</p><p>　　離合器的后備系數(shù)，選擇時(shí)應(yīng)考慮摩擦片磨損后仍能傳遞及避免起步時(shí)滑磨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；同時(shí)應(yīng)考慮防止傳動(dòng)系過(guò)載及操縱輕便等。

29、</p><p><b>　　表2.1后備系數(shù)表</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是基于長(zhǎng)城賽弗F1汽車的離合器設(shè)計(jì)，該車型屬于越野車類型，故選擇本次設(shè)計(jì)的后背系數(shù)β在2.0～3.5之間選擇。因?yàn)樵撥囆蜑槌鞘性揭败?，不需要太大的后備系?shù)，取=2.0。</p><p>　　2.3摩擦片外徑的確定</p><p>　　摩擦

30、片外徑是離合器的基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命，它和離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小有一定關(guān)系。顯然，傳遞大的轉(zhuǎn)矩，就需要大的尺寸。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是重要的參數(shù)，當(dāng)按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩來(lái)確定D時(shí)，可以查表2.2來(lái)確定摩擦片外徑D的尺。</p><p>　　表2.2離合器尺寸選擇參數(shù)表</p><p>　　所選的尺寸D應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(JB1457-74)的規(guī)定。表2.2給出了離合器摩擦片的尺寸系

31、列和參數(shù)。另外，所選的D應(yīng)符合其最大圓周速度不超過(guò)65～70m/s的要求，且重型汽車不應(yīng)超過(guò)50m/s。</p><p>　　表2.3離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)</p><p>　　根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)該車型發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Te max為190N·m及表2.1可查出本車將使用單片式離合器，且離合器摩擦片外徑為250mm。再查表2.3即可得到摩擦片的具體參數(shù)，如下：</p>

32、<p>　　摩擦片外徑D=250mm</p><p>　　摩擦片內(nèi)徑d=155mm</p><p>　　摩擦片厚度h=3.5mm</p><p>　　摩擦片內(nèi)外徑比d/D=0.620</p><p>　　單面面積F=30200mm2</p><p>　　2.4摩擦片的Pro/E繪圖過(guò)程</p>

33、<p>　　首先畫出一個(gè)環(huán)形的盤體，先建立一個(gè)平面的俯視圖樣如圖2.1所示，再將其拉伸成體如圖2.2所示。然后在盤體上剪切出孔如圖2.3所示并進(jìn)行陣列如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.1摩擦片Pro/E建立過(guò)程1</p><p>　　圖2.2摩擦片Pro/E建立過(guò)程2</p><p>　　圖2.3摩擦片Pro/E建立過(guò)程3</p>