中南林业科技大学
拉式膜片弹簧离合器设计
课程设计说明书
（长安福特）
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2011年4月16日
摘 要
离合器是汽车传动系中的重要部件，主要功用是是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车平稳起步，保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动系统所承受的最大转矩，防止传动系统过载。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。
本文基于比长安福特两厢1.3L的设计要求和设计参数，确定了以拉式膜片弹簧离合器作为设计目标。根据拉式膜片弹簧离合器工作原理和使用要求，采用系统化设计方法，把离合器分为主动部分、从动部分、操纵机构。通过对各个部分设计方案的原理阐释和优缺点的比较，确定了相关部分的基本结构及其零部件的制造材料。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：选择相关设计参数主要为：摩擦片外径D的确定，离合器后备系数β的确定，单位压力P的确定。并进行了总成设计主要为：分离装置的设计，以及从动盘设计（从动盘毂的设计）和膜片弹簧设计等。
关键字：离合器，膜片弹簧，从动盘，压盘，摩擦片
2011年4月16日
目 录
第1章 绪论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
1.1 离合器概论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5
1.2 离合器的功用 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
1.3 离合器的工作原理 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
1.4 膜片弹簧离合器的概论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
1.5 拉式膜片弹簧离合器的优点 „„„„„„„„„„„„„„„„„8
第2章 离合器结构方案选取 „„„„„„„„„„„„„„„„„„9
2.1 离合器车型的选定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
2.2 离合器设计的基本要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
2.3 离合器结构设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
2.3.1 摩擦片的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
2.3.2 压紧弹簧布置形式的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„10
2.3.3 压盘的驱动方式 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
第3章 离合器基本参数及尺寸的确定 „„„„„„„„„„„„„„11
第4章 离合器后备系数β的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„12
第5章 单位压力P的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„13
第6章 离合器膜片弹簧设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„13
6.1 膜片弹簧的结构特点 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13
6.2 膜片弹簧的变形特性和加载方式 „„„„„„„„„„„„„„„14
6.3 膜片弹簧的弹性变形特性 „„„„„„„„„„„„„„„„„„14
6.4 膜片弹簧的参数尺寸确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„16
6.4.1 H/h比值的选取 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16
6.4.2 R及R/r确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17
6.4.3 膜片弹簧起始圆锥底角 „„„„„„„„„„„„„„„„„17
6.4.4 膜片弹簧小端半径rf及分离轴承的作用半径rp „„„„„„„17
6.4.5 分离指数目n、切槽宽1、窗孔槽宽2、及半径re „„„„„„18
第7章 离合器压盘设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18
7.1 压盘的传力方式选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18
7.2 压盘的几何尺寸的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„18
7.3 压盘传动片的材料选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„19
第8章 离合器盖的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19
第9章 离合器从动盘设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„20
9.1 从动盘结构介绍 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20
9.2 从动盘设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
9.2.1 从动片的选择和设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
9.2.2 从动盘毂的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„22
9.2.3 摩擦片的材料选取及与从动片的固紧方式 „„„„„„„„„23 结 论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25
第1章 绪论
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：
（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Temax和后备系数保持稳定）；
（9）使用寿命长。
1.2离合器的功用
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，汽车便由静止开始缓慢地平稳起步了。
虽然利用变速器的空档，也可以实现发动机与传动系的分离。但变速器在空档位置时，变速器内的主动齿轮和发动机还是连接的，要转动发动机，就必须和变速器内的主动齿轮一起拖转，而变速器内的齿轮浸在黏度较大的齿轮油中，拖转它的阻力是很大的。尤其在寒冷季节，如没有离合器来分离发动机和传动系，发动机起动是很困难的。所以离合器的第二个功用，就是暂时分开发动机和传动系的联系，以便于发动机起动。
汽车行驶中变速器要经常变换档位，即变速器内的齿轮副要经常脱开啮合和进入啮合。如在脱档时，由于原来啮合的齿面压力的存在，可能使脱档困难，但如用离合器暂时分离传动系，即能便利脱档。同时在挂档时，依靠驾驶员掌握，使待啮合的齿轮副圆周速度达到同步是较为困难的，待啮合齿轮副圆周速度的差异将会造成挂档冲击甚至挂不上档，此时又需要离合器暂时分开传动系，以便使与离合器主动齿轮联结的质量减小，这样即可以减少挂挡冲击以便利换档。
离合器所能传递的最大扭矩是有一定限制的，在汽车紧急制动时，传动系受到很大的惯性负荷，此时由于离合器自动打滑，可避免传动系零件超载损坏，起保护作用。
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
1-轴承 2-飞轮 3-从动盘 4-压盘 5-离合器盖螺栓
6-离合器盖 7-膜片弹簧 8-分离轴承 9-轴
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，并显著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，质量减小并显著缩短了轴向尺寸；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曾经都采用压式机构，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。当前膜片弹簧离合器的操纵机构已经为拉式操纵机构所取代。后者的膜片弹簧为反装，并将支承圈移到膜片弹簧的大端附近，使结构简化，零件减少、装拆方便；膜片弹簧的应力分布也得到改善，最大应力下降；支承圈磨损后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响。而在压式结构中支承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自由行程。
1.5 拉式膜片弹簧离合器的优点
与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有许多优点：取消了中间支承各零件，并不用支承环或只用一个支承环，使其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更少；拉式膜片弹簧是中部与压盘相压在同样压盘尺寸的条件下可采用直径较大的膜片弹簧，提高了压紧力与传递转矩的能力，且并不增大踏板力，在传递相同的转矩时，可采用尺寸较小的结构；在接合或分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，分离效率更高；拉式的杠杆比大于推式的杠杆比，且中间支承减少了摩擦损失，传动效率较高，踏板操纵更轻便，拉式的踏板力比推式的一般可减少约25%~30%；无论在接合状态
或分离状态，拉式结构的膜片弹簧大端与离合器盖支承始终保持接触，在支承环磨损后不会形成间隙而增大踏板自由行程，不会产生冲击和哭声；使用寿命更长。
第2章 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长安福特嘉年华两厢1.3L手动风尚型。
其基本参数如下：
车 型：长安福特
整车质量：1085（kg）
最高车速：170 （km/h）
主要尺寸: 3950×1722×1467 长/宽/高（mm）
最大功率：63/6000 （kw）
最大扭矩：123/3500 （N.m）
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：
（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。
第3章 离合器基本结构参数的确定
摩擦片外径是离合器的主要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。
当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩Temax已知，适当选取后备系数β和单位压力P0，可估算出摩擦片外径。
摩擦片外径D（mm）也可以根据发动机最大转矩Temax（N.m）按如下经验公式选用
DKDemax
（3.1）
式中，KD为直径系数，取值范围见表3-1。 由选车型得Temax= 123N·m，KD=14.6， 则将各参数值代入式后计算得 D=161mm
表3-1 直径系数KD的取值范围
根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，根据下表3-2
表3-2 离合器摩擦片尺寸系列和参数（即GB1457—74）
可取：摩擦片相关标准尺寸：
外径D=225mm 内径d=150mm 厚度h=3.5mm
内径与外径比值C′=0.667 1－C3=0.703
第4章 离合器后备系数β的确定
后备系数β是离合器的重要参数，反映离合器传递发动机最大扭矩的可靠程度，选择β时，应从以下几个方面考虑：a. 摩擦片在使用中有一定磨损后，离合器还能确保传递发动机最大扭矩；b. 防止离合器本身滑磨程度过大；c. 要求能够防止传动系过载。通常轿车和轻型货车β=1.2～1.75。
本设计的是1.3吨微型轿车离合器，参看有关统计质料“离合器后备系数的取值范围”（见下表4-1），并根据最大总质量不超过6吨的载货汽车=1.20—1.75，结合设计实际情况，故选择β=1.5。 则有β可有表3.1查得 β＝1.5。
表4-1 离合器后备系数的取值范围
第5章 单位压力P的确定
摩擦面上的单位压力P的值和离合器本身的工作条件,摩擦片的直径大小,后备系数,摩擦片材料及质量等有关.
离合器使用频繁,工作条件比较恶劣(如城市用的公共汽车和矿用载重车),单位压力P较小为好。当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力P。因为在其它条件不变的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘的线速度大，滑磨时发热厉害，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力P应随摩擦片外径的增加而降低。 前面已经初步确定了摩擦片的基本尺寸；
外径D=225㎜ 内径d=150㎜ 厚度h=3.5㎜ 内径与外径比值C′=0.667 1－C3=0.703 由公式D ³πfZP（1-c ³）=12βTemax得 P=0.176mpa
第6章 离合器膜片弹簧设计
6.1 膜片弹簧的结构特点
由前面可以知道，本设计中的压紧弹簧是膜片弹簧。而膜片弹簧离合器分推式和拉式，在本设计中采用拉式结构。
膜片弹簧在结构形状上分为两部分。在膜片弹簧的大端处为一完整的截锥体，它的形状像一个无底的碟子和一般机械上用的碟形弹簧完全一样，故称作碟簧部分。膜片弹簧起弹性作用的正是其碟簧部分。碟形弹簧的弹性作用是这样：沿其轴线方向加载，碟簧受压变平，卸载后又恢复原形所。可以说膜片弹簧是碟形弹簧的一种特殊结构形式。所不同的是，在膜片弹簧上还包括有径向开槽部分。膜片弹簧上的径向开槽部分像一圈瓣片，它的作用是，当离合器分离时作为分离杠杆。故它又称分离爪。分离爪与碟簧部分交接处的径向槽较宽呈长方圆形孔。这样做，一方面可以减少分离爪根部应力集中，一方面又可用来安置销钉固定膜片弹簧，分离爪根部的过渡圆角R＞4.5。
6.2 膜片弹簧的变形特性和加载方式
由于膜片弹簧采用推式结构，故其正装。离合器在分离和接合时，膜片弹簧的加载情况不一样，相应的有两种加载方式和变形情况：
（1）接合时：离合器接合时，膜片弹簧起压紧弹簧之用，在压盘——离合器盖总成未与飞轮装合以前，膜片弹簧近似处于自由状态，膜片弹簧对压盘无压紧作用。当压盘——离合器盖总成与飞轮装合时，离合器盖前端面向飞轮前端面靠拢。因此，离合器盖通过支承环4对膜片弹簧施加载荷P1，膜片弹簧几乎变平。同时在压盘处也作用有载荷P1。我们把P1称作压紧力。支承环4和膜片弹簧压盘接触处之间的高度变化称作大端变形1，膜片弹簧分离轴承相对于压盘高度的变化称之为小端变形2。
（2）分离时：当分离轴承以P2力作用在膜片弹簧的小端时，支承环4逐渐不起作用，而支承环5开始起作用。当P2力达到一定值时，膜片弹簧被压翻。分离时在膜片弹簧的大端处及小端处将进一步产生附加变形形1=
1f
和
2f
。此时膜片弹簧大端处的变
1f1b
+。
6.3 膜片弹簧的弹性变形特性
前面说过膜片弹簧起弹性作用的部分是其碟簧部分，碟簧部分的弹性变形特性和螺旋弹簧是不一样的，它是一中非线性的弹簧，其特性和碟簧部分的原始内截锥高H及弹簧片厚h的比值H/h有关。不同的H/h值可以得到不同的特性变形特性。一般可以分成下列四中情况：
H
⑴ h＜2
如下图6.1中H/h=0.5的曲线,其曲线形状表现为:载荷P的增加,变形总是不断增加.这种弹簧的刚度很大,可以承受很大的载荷,适合与作为缓冲装置中的行程限制器。
H
⑵ h=2
如图6.1中H/h=1.5≈2的曲线,弹性特性曲线在中间有一段很平直,变形的增加,载荷P几乎不变.这种弹簧叫做零刚度弹簧.
H
⑶2＜h＜22
H
如图6.1中h=2.75者,弹簧的特性曲线中有一段负刚度区域,即当变形增加时,载
荷反而减少具有这种特性的膜片弹簧很适合用于作为离合器的压紧弹簧,因为可利用其负刚度区,达到分离离合器时载荷下降,操纵省力的目的,当然负刚度过大也不适宜,以免弹簧工作位置略微变动造成弹簧压紧力过大.
H
⑷h＞2
如下图6.2,这种弹簧的的特性曲线中具有更大的负刚度不稳定工作区,而且有载荷为负值的区域.这种弹簧适合于汽车液力传动中的锁止机构。
图6.1 三种不同H/h值时的无因次特曲线
图6.2 各种不同H/h值时的无因次弹性变形特性
6.4 膜片弹簧的参数尺寸确定
在设计膜片弹簧时，一般初步选定其全部尺寸然后进行一系列的验算，最后优选最合适的尺寸。其结构示意图见图6.3
图6.3 膜片弹簧示意简图
6.4.1 H/h比值的选取
设计膜片弹簧时，要利用其非线性的弹性变形规律，因此要正确选择其特性曲线的形状，以获得最佳性能。一般汽车汽车膜片弹簧的H/h值的范围在1.5～2.5之间。
我设计的膜片弹簧，H=5.0mm；h=2.5mm
H5.0
所以，h=2.5=2
6.4.2 R及R/r确定
比值R/r对弹簧的载荷及应力特性都有影响，从材料利用率的角度，比值在1.8～2.0时，碟形弹簧储存弹性的能力为最大，就是说弹簧的质量利用率和好。因此设计用来缓和冲击，吸收振动等需要储存大量弹性能时的碟簧时选用。对于汽车离合器的膜片弹簧，设计上并不需要储存大量的弹性能，而是根据结构布置与分离的需要来决定，一般R/r取值为1.2～1.3.对于R,膜片弹簧大端外径R应满足结构上的要求和摩擦片的外径相适应，大于摩擦片内径，近于摩擦片外径。此外，当H，h及R/r等不变时，增加R有利于膜片弹簧
应力的下降。参考下表可6-1
表 6-1 一些车型膜片弹簧的R和R/r的值
初步确定R=95mm；r=76mm
95
所以，R/r=1.25
76
6.4.3 膜片弹簧起始圆锥底角
汽车膜片弹簧一般起始圆锥底角在10°～14°之间，≈计算可得：=13°27′
6.4.4 膜片弹簧小端半径rf及分离轴承的作用半径rp
rf的值主要由结构决定，最小值应大于变速器第一轴花键外径，分离轴承作用
H(Rr)
代入数值
半径rp大于 rf。
因为花键外径D=26㎜，要使2 rf＞D，所以取rf=20㎜，rp=22㎜
6.4.5 分离指数目n、切槽宽1、窗孔槽宽2、及半径re
汽车离合器膜片弹簧的分离指数目n＞12，一般在18左右，采用偶数，便于制造时模具分度切槽宽1≈3㎜，2≈10㎜，窗孔半径re一般情况下由
（r－re）≈(0.8～1.4) 2,所以取r－re=12=10㎜ 可取n=18, 1≈3㎜，2≈10㎜, re=60
第7章 离合器压盘设计
7.1压盘的传力方式的选择
压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时，它和飞轮一起带动从动盘转动，所以它必须和飞轮连接在一起，但这种连接应允许压盘在离合器的分离过程中能自由的沿轴向移动。如前面所述采用采用传动片式的传力方式。由弹簧钢带制成的传动片一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上，为了改善传动片的受力情况，它一般都是沿圆周布置。
7.2压盘的几何尺寸的确定
由于摩擦片的的尺寸在前面已经确定，故压盘的内外径也可因此而确定。 压盘外径D=185㎜ 压盘内径d=122㎜ 压盘的厚度确定主要依据以下两点： （1）压盘应有足够的质量
在离合器的结合过程中，由于滑磨功的存在，每结合一次都要产生大量的热，而每次结合的时间又短（大约在3秒钟左右），因此热量根本来不及全部传到空气中去，这样必然导致摩擦副的温升。在频繁使用和困难条件下工作的离合器，这种温升更为严重。它不仅会引起摩擦片摩擦系数的下降，磨损加剧，严重时甚至会引起摩擦片和压盘的损坏。
由于用石棉材料制成的摩擦片导热性很差，在滑磨过程中产生的热主要由飞轮和压盘等零件吸收，为了使每次接合时的温升不致过高，故要求压盘有足够大的质量以吸收热量。
（2）压盘应具有较大的刚度
压盘应具有足够大的刚度，以保证在受热的情况下不致产生翘曲变形，而影响离合器的彻底分离和摩擦片的均匀压紧。
鉴于以上两个原因压盘一般都做得比较厚（载重汽车上一般不小于15㎜），但一般不小于10㎜
在该设计中，初步确定该离合器的压盘的厚度为15㎜
7.3压盘传动片的材料选择
压盘形状一般比较复杂，而且还需要耐磨，传热性好和具有较高的摩擦系数，故通常用灰铸铁铸造而成，其金相组织呈珠光体结构，硬度为HB170～227，其摩擦表面的光洁度不低与1.6。为了增加机械强度，还可以另外添加少量合金元素。在本设计中用材料为3号灰铸铁JS—1，工作表面光洁度取为1.6。
第8章 离合器盖的设计
离合器盖一般都与飞轮固定在一起，通过它传递发动机的一部分转矩。此外，它还是离合器压紧弹簧和分离杠杆的支承壳体。因此，在设计中应注意以下几个问题：
（1）离合器的刚度
离合器分离杠杆支承在离合器盖上，如果盖的刚度不够，即当离合器分离时，可能会使盖产生较大的变形，这样就会降低离合器操纵机构的传动效率，严重时还可能造成离合器分离不彻底，引起摩擦片的早期磨损，还会造成变速器的换档困难。因此为了减轻重量和增加刚度，该离合器盖采用厚度约为4㎜的低碳钢板（如08钢板）冲压成带加强筋和卷边的复杂形状。
（2）离合器的通风散热
为了加强离合器的冷却离合器盖必须开有许多通风窗口，通常在离合器压紧弹簧座处开有通风窗口。
（3）离合器的对中问题
离合器盖内装有分离杠杆、压盘、压紧弹簧等重要零件，因此它相对与飞轮必须有良好的对中，否则会破坏离合器的平衡，严重影响离合器的工作。
离合器盖的对中方式有两种，一种是用止口对中，另有种是用定位销或定位螺栓对中，由于本设计选用的是传动片传动方式，因而离合器盖通过一外圆与飞轮上的内圆止口对中.
第9 章 离合器从动盘设计
9.1从动盘结构介绍
在现代汽车上一般都采用带有扭转减振的从动盘,用以避免汽车传动系统的共振,缓和冲击,减少噪声,提高传动系统零件的寿命,改善汽车行使的舒适性,并使汽车平稳起步。从动盘主要由从动片，从动盘毂，，摩擦片等组成，由下图9.1可以看出，摩擦片1，13分别用铆钉14，15铆在波形弹簧片上，而后者又和从动片铆在一起。从动片5用限位销7和减振12铆在一起。这样，摩擦片，从动片和减振盘三者就被连在一起了。在从动片5和减振盘12上圆周切线方向开有6个均布的长方形窗孔，在在从动片 和减振盘之间的从动盘毂8法兰上也开有同样数目的从动片窗孔，在这些窗孔中装有减振弹簧11，以便三者弹性的连接起来。在从动片和减振盘的窗孔上都制有翻边，这
样可以防止弹簧滑脱出来。在从动片和从动盘毂之间还装有减振摩擦片6，9。当系统发生扭转振动时，从动片及减振盘相对从动盘毂发生来回转动，系统的扭转能量会很快被减振摩擦片的摩擦所吸收。
图9.1 带扭转减振器的从动盘
1，13—摩擦片；2，14，15—铆钉；3—波形弹簧片；4—平衡块；5—从动片；6，9—减振摩擦；7—限位销；8—从动盘毂；10—调整垫片；11—减振弹簧；12—减振盘
9.2 从动盘设计
从动盘总成由摩擦片，从动片，减震器和从动盘穀等组成。它虽然对离合器工作性能影响很大的构件，但是其工作寿命薄弱，因此在结构和材料上的选择是设计的重点。从动盘总成应满足如下设计要求：
（1）为了减少变速器换档时齿轮间的冲击，从动盘的转动惯量应尽可能小 （2）为了保证汽车平稳起步、摩擦面片上的压力分布均匀等从动盘应具有轴向弹性
（3）为了避免传动系的扭转共振以及缓和冲击载荷，从动盘中应装有扭转减 振器 （4）要有足够的抗爆裂强度
9.2.1 从动片的选择和设计
设计从动片时要尽量减轻质量，并使质量的分布尽可能靠近旋转中心，以获得小
的转动惯量。这是因为汽车在行驶中进行换档时，首先要分离离合器，从动盘的转速必然要在离合器换档的过程中发生变化，或是增速（由高档换为低档）或是降速（由低档换为高档）。离合器的从动盘转速的变化将引起惯性力，而使变速器换档齿轮之间产生冲击或使变速器中的同步装置加速磨损。惯性力的大小与冲动盘的转动惯量成正比，因此为了见效转动惯量，从动片都做的比较薄，通常是用1.3~2.0㎜厚的薄钢板冲压而成,为了进一步减小从动片的转动惯量,有时将从动片外缘的盘形部分磨至0.65～1.0㎜,使其质量更加靠近旋转中心。
为了使离合器结合平顺，保证汽车平稳起步，单片离合器的从动片一般都作成具有轴向弹性的结构，这样，在离合器的结合过程中，主动盘和从动盘之间的压力是逐渐增加的，从而保证离合器所传递的力矩是缓和增长的。此外，弹性从动片还使压力的分布比较均匀，改善表面的接触，有利于摩擦片的磨损。
具有轴向弹性的的传动片有以下三种形式：整体式的弹性从动片，分开式的弹性从动片、及组合式弹性从动片。，
在本设计中，因为设计的是长安福特微型轿车的离合器，故可以采用整体式弹性从动片，，离合器从动片采用2㎜厚的的薄钢板冲压而成，其外径由摩擦面外径决定，在这里取225㎜，内径由从动盘毂的尺寸决定，这将在以后的设计中取得。为了防止由于工作温度升高后使从动盘产生翘曲而引起离合器分离不彻底的缺陷，还在从动刚片上沿径向开有几条切口。
9.2.2 从动盘毂的设计
从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的尺寸可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩Temax按国标GB1144－74选取。
从动盘的轴向长度不宜过小，以免在花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底，一般取1.0-1.4倍的花键轴直径。从动盘毂一般采用锻钢（如35、45、40Cr等），并经调质处理。为提高花键内孔表面硬度和耐磨性，可采用镀铬工艺：对减振弹簧窗口及从动片配合，应进行高频处理。
花键选取后应进行挤压应力σj（MPa）及剪切应力τj（MPa）的强度校核：
8Temax
[j][2]
22
(Dd)znl （9.1） 4Temax
[j]15[2]
(Dd)znlb （9.2）
j
j
式中，z为从动盘毂的数目；其余参数见表（9-1）。
表9-1 离合器从动盘毂花键尺寸系列
摩擦片 外径 D/mm 160 180 200 225 250 280 300 325 350
发动机的
最大转矩 齿数 Temax/N·m N 50 10 70 10 110 10 150 10 200 10 280 10 310 10 380 10 480
10
花键尺寸
外径 内径 D′/mm d′/mm 23 18 26 21 29 23 32 26 35 28 35 32 40 32 40 32 40
32
齿厚
b/mm 3 3 4 4 4 4 5 5 5
有效齿长 l/mm 20 20 25 30 35 40 40 45 50
挤压应力 σj/Mpa 10 11.8 11.3 11.5 10.4 12.7 10.7 11.6 13.2
根据摩擦片的外径D=180mm与发动机的最大转矩Temax=123 N·m，由表9-1查得n=10，D′=32mm，d′=26mm，b=4mm，l=30mm，σj=11.5Mpa，则由公式校核得：
σj=10.5MPa
所以，所选花键尺寸能满足使用要求
9.2.3摩檫片的材料选取及与从动片的固紧方式
摩擦片的工作条件比较恶劣，为了保证它能长期稳定的工作，根据汽车的的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求：
（1）应具有较稳定的摩擦系数，温度，单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的影响小。
（2）要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。
（3）要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好
（4）热稳定性要好，要求在高温时分离出的粘合剂较少，无味，不易烧焦 （5）磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面 （6）油水对摩擦性能的影响应最小
（7）结合时应平顺而无“咬住”和“抖动”现象
由以上的要求,目前车用离合器上广泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐热和化学稳定性能比较好的石棉和粘合剂及其它辅助材料混合热压而成，其摩擦系数大约在0.3左右。这种摩擦片的缺点是材料的性能不稳定，温度，滑磨速度及单位压力的增加都将摩擦系数的下降和磨损的加剧。 所以目前正在研制具有传热性好、强度高、耐高温、耐磨和较高摩擦系数（可达0.5左右）的粉末冶金摩擦片和陶瓷摩擦材料等。
在该设计中选取的是石棉合成物制成的摩擦材料。固紧摩擦片的方法采用较软的黄铜铆钉直接铆接，采用这种方法后，当在高温条件下工作时，黄铜铆接有较高的强度，同时，当钉头直接与主动盘表面接触时，黄铜铆钉不致像铝铆钉那样会加剧主动
盘工作表面的局部磨损，磨损后的生成物附在工作表面上对摩擦系数的影响也较小。这种铆接法还有固紧可靠和磨损后换装摩擦片方便等优点。
结 论
本次课程设计根据给出的设计要求和原始设计参数，以及拉式膜片弹簧离合器及其操纵机构的工作原理和使用要求，通过对其工作原理的阐述、结构方案的比较和选择、相关零件参数的计算，大致确定了离合器及其操纵机构的基本结构和主要尺寸以及制造相关零部件所用的材料。
结构方面：根据设计要求，考虑到使用条件和其显著的优点，选用带扭转减振器的单片拉式膜片弹簧离合器，压盘驱动方式采用传动片传动，分离轴承采用自动调心式分离轴承，操纵机构采用液压式。
计算方面：确定了离合器的主要参数β、P0、D、d，结果按照基本公式运算得出并通过约束条件，检验合格。根据膜片弹簧基本参数之间的约束关系，初步确定了膜片弹簧的尺寸参数，并通过优化程序得出了膜片弹簧尺寸的优化值，并进一步确定了膜片弹簧的工作点，同时进行了强度校核。
选材方面：摩擦片选用编织石棉基材料，保证其有足够的强度和耐磨性、热稳定性、磨合性，不会发生粘着现象。膜片弹簧采用65Si2MnA，其中所含硅成分提高了机件的弹性，所含錳，加强了耐高温性；传动片采用80刚，满足其强度需要；压盘采用HT200，提高了耐磨性；离合器盖从用铸铁，提高了散热能力；设计后的离合器温升校核合格。
综上所述，本次设计遵从了：（1）分离彻底；（2）接合柔和；（3）操纵轻便，工作特征稳定；（4）从动部分转动惯量小的设计要点，数据全部通过约束条件检验，原件所使用的材料基本上符合耐磨，耐压和耐高温的要求，而且离合器尺寸合适，适宜安装，能最高效率传递发动机扭矩，符合计划书及国家标准。
由于此次设计中因选取的部分零件作为主要设计对象，存在很多的不完善，设计过程中也遇到很多的困难，所以在本次设计中可能有很多错误和遗漏，希望各位老师批评指正。
参 考 文 献
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