基于桑塔纳2000俊杰推式膜片弹簧离合器系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于桑塔纳2000俊杰推式膜片弹簧离合器系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

运输的发展，离合器还要在原有的基础上不断改进和提高，以适应新的使用条件。 从国外的发展动向来看，近年来汽车的性能在向高速发展，发动机的功率和转速不断提高，载重汽车趋向大型化，国内也有类似的情况。 此外，对离合器的使用要求也越来越高。 所以，增加离合器 的传扭能力，提高其使用寿命，简化操作，已经成为目前离合器的发展趋势。 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， 6 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。 现代汽车离合器应满足的要求 根据离合器的功用，它应满足下列主要要求： （ 1） 能在任何行驶情况下，可靠地传递发动机的最大扭矩。 为此，离合器的摩擦力矩（ cT ）应大于发动机最大扭矩（ maxeT ）； （ 2） 接合平顺、柔和。 即要求离合器所传递的扭矩能缓和地增加，以免汽车起步冲撞或抖动； （ 3） 分离迅速、彻底。 换档时若离合器分离不彻底，则飞轮上的力矩继续有一部份传入变速器，会使换档困难，引起齿轮的冲击响声； （ 4） 从动盘的转动惯 量小。 离合器分离时，和变速器主动齿轮相连接的质量就只有离合器的从动盘。 减小从动盘的转动惯量，换档时的冲击即降低； （ 5） 具有吸收振动、噪声和冲击的能力； （ 6） 散热良好，以免摩擦零件因温度过高而烧裂或因摩擦系数下降而打滑； （ 7） 操纵轻便，以减少驾驶员的疲劳。 尤其是对城市行驶的轿车和公共汽车，非常重要； （ 8） 摩擦式离合器，摩擦衬面要耐高温、耐磨损，衬面磨损在一定范围内，要能通 7 过调整，使离合器正常工作。 离合器工作原理 如图 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。 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 图 离合器总成 设计的预期成果 本次设计，我将取得如下成果： 设计说明书：（ 1）离合器各零件的结构；（ 2）离合器主要参数的选择与优化；（ 3）膜片弹簧的计算与优化；（ 4）扭转减振器的设计；（ 5）离合器操纵机构的设计计算。 图纸有：扭转减振器、摩擦片、膜片弹簧、从动盘、轴、 8 压盘、离合器总成。 第 2 章 离合器的结构设计 9 为了达到计划书所给的数据要求，设计时应根据车型的类别、使用要求、制造条件，以及“系列化、通用化、标准化”的要求等，合理选择离合器结构。 离合器结构选择与论证 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。 摩擦片数为 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 [5]： （ 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。 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 [3]： （ 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 10 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。 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。 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200~180 176。 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 180176。 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 C1000。 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；在离合器外壳内装导流罩。 膜片弹簧式离合器本身构造能良好实现通风散热效果，故不需作另外设置。 从动盘总成 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： （ a） 转动惯量要小，以减小变速器换档时轮齿简单冲击； 11 （ b） 应具有轴向弹性，使离合器接合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，减小磨损。 （ c） 应装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。 （ 1） 摩擦片要求 摩擦系数稳定、工作温度、单位压力的变化对其影响要 小，有足够的机械强度和耐磨性；热稳定性好，磨合性好，密度小；有利于结合平顺，长期停放离合器摩擦片不会粘着现象的。 综上所述，选择石棉基材料。 石棉基摩擦材料是由石棉或石棉织物、粘结剂（树脂或硅胶）和特种添加剂热压制成，其摩擦系数为 ～ ，密度小，价格便宜，多年来在汽车离合器上使用效果良好。 同时，摩擦片从动钢片用铆钉连接，连接可靠，更换摩擦片方便，而且适宜在从动钢片上装波形弹簧片以获得轴向弹性。 （ 2） 从动盘的轴向弹性 从动盘的轴向弹性可改善离合器性能，使离合器接合柔和，摩擦面接触均匀，磨损较小。 为使从 动盘有轴向弹性，单独制造扇形波状弹簧与从动钢片铆接。 波状弹簧可用比钢片轻薄的材料制造，轴向弹性较好，转动惯量小，适宜高速旋转，且弹簧对置分布，弹性好。 因此设计中选用此类弹簧。 （ 3） 扭转减震器 扭转减震器几乎是现代汽车离合器从动盘上必备的部件，主要由弹性元件和阻尼元件组成。 弹性元件可降低传动系的首端扭转刚度，从而降低传动系扭转系统的某阶固有频率，改变系统的固有振型，使之尽可能避免由发动机转矩主谐量激励引起的共振。 但是 ,这种共振往往难以避免。 汽车行驶在不平的道路上行驶阻力也会时刻变化。 当由于路面不平引起的激力 频率与传动系的某阶自振频率重合时，也会发生共振现象。 阻尼元件则可有效的耗散此时的振动能量，因而扭转减震器可有效地降低传动系共振载荷与噪声。 扭转减震器的弹性特性，又线性和非线性两种。 弹性元件采用圆柱螺旋弹簧的减震器，其弹性特点为线性。 阻尼元件采用摩擦片通过碟形弹簧建立阻尼默片的正应力，其阻尼力矩比较稳定。 因此发动机的扭矩实际上是通过一些弹性元件传递到传动系的。 摩擦式扭转减震器工作原理：离合器工作时，扭矩从摩擦片传给从动钢片再传给从动盘毂，此时弹簧被压缩，从动钢片相对从动盘毂前移（从动毂边缘上的缺口控制着钢 片与毂的最大位移）。 图 21 为膜片弹簧离合器结构图 12 离合器结构设计的要点 在进行离合器的具体设计时，首先应保证传递发动机最大扭矩为前提，然后满足下列条件 : （ 1） 如前所述，扇形波状弹簧对置分布铆接在从动钢片上，并在从动盘上设置扭转减震器保证离合器接合柔和，摩擦片制成一定锥度（从动盘锥形量约为 ）使其大端面向飞轮，这样从动盘毂在从动轴（即变速器第一轴）花键上易于滑动，有利于离合器彻底分离。 （ 2） 离合器主动部分与从动部分的连接和支撑形式，离合器的主动部分包括飞轮，离合器盖与他们一起转动 并能轴向移动的压盘，压盘通过钢片与离合器盖相连，离合器从动部分有从动盘，从动轴，从动轴装在飞轮与压盘之间，可在从动轴花键上滑动，设计时把离合器从动轴的前轴承安装在发动机曲轴的中心孔内。 （ 3） 离合器从动轴的轴向定位及轴承润滑，离合器从动轴在安装后应保持轴向定位，在拆卸时便于离合器中抽出来。 因此，设计时使从动轴前轴承外圆与飞轮为过渡配合，而前轴承内圈与从动轴为间隙配合，离合器的从动轴轴向定位是靠从动轴后轴承来保证的。 离合器分离轴承靠注入黄油润滑的，而从动轴前轴承靠油杯定期注入润滑。 为防止润滑油流到摩擦衬面， 造成离合器打滑，除在轴承处安有自紧油封外，还在飞轮上开泄油孔。 （ 4） 离合器运动零件的限位，离合器处于接合时为使压盘与摩擦片很好接合，应使分离弹簧与分离轴承之间保持一定间隙，这是分离轴承回位弹簧加以保证。 分离时，应对踏板的最大行程加以限制。 13 离合器主要零件的设计 从动盘 扇形波状弹簧两两对置铆接与从动钢片上，两侧在铆接摩擦片，铆钉都采用铝制埋头铆钉，摩擦衬面在铆接后腰磨削加工，使其工作表面的不平度误差小于 ，从动盘本体采用 45 号钢冲压加工得到，为防止其弯曲变形而引起分离不。