微型轿车离合器.doc

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）
摘要

离合器是汽车机械传动系统中不可或缺的一个部件，离合器的质量直接关系着车辆的动力性、经济性、平顺性等多方面的设计要求。膜片弹簧离合器是近年来在轿车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，平衡性好，并且它操作轻便。本文主要是对微型轿车的膜片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。
设计主要内容为：离合器结构方案选择，确定车型及其基本参数；离合器摩擦片基本参数确定以及材料的选择；从动盘毂、从动片结构参数设计计算以及材料的选择；扭转减震器的参数计算，减震弹簧的设计以及确定扭转减震器的材料；离合器盖、压盘尺寸参数设计计算及其材料的选取；分离轴承总成的设计、计算；离合器膜片弹簧的参数设计计算，材料及制造工艺的选择，强度校核。
关键词：离合器；压盘；膜片弹簧；微型轿车

III

Abstract

Clutch is an integral part of automobile mechanical drive system, the quality of the clutch is directly related to the power, economy, ride comfort and other aspects of the design requirements. Diaphragm spring clutch is widely used in the car in recent years, it has a large torque capacity and stability, good balance, and it is easy to operate,. This paper is mainly about the design of the diaphragm spring clutch of the mini car. According to the condition of the vehicle and the parameters of the vehicle, according to the design steps and requirements of the clutch system.
The main contents of the design for clutch structure scheme choice models and basic parameters; clutch friction plate for determining the basic parameters and material selection; driven disc hub, driven plate structure parameter design and calculation and material selection; torsion shock absorber parameters calculation, anti shock spring design and determine the torsion shock absorber material; clutch cover, pressure plate size design parameter calculation and material selection; separating bearing assembly design, calculation; calculation of the design parameters of the diaphragm spring clutch, material and manufacturing process selection and strength check.
Key words: Clutch; pressure plate；diaphragm spring; mini car

II

I

1 绪论
1.1 离合器的发展史
  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质车轮的小汽车上。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世界20年代中叶，对当时来说，锥形离合器的制造比较容易，摩擦面容易修复。它的摩擦材料曾用过驼毛带、皮革带等。那时也曾出现过蹄鼓式离合器来替代锥形离合器。该结构采用内蹄鼓式。这种结构型式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为木块、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（当时所提供的材料符合体的摩擦系数变化很大，容易引起自锁）。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，在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。采用纯粹的金属对金属的摩擦副，把它们浸在油中工作，能达到更为满意的性能。在1920年出现了单片干式离合器，这和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等问题。第一次世期，单片离合器的从动盘金属片上是没有摩擦面片的，摩擦面片是帖附在主动件飞轮和压盘上，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（一般至少6个），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，使压盘上弹簧的工作压力分布更均匀，并减小轴向尺寸。    
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，已能做到接合平顺，因此中现在广泛用于大、小各类车型中。如今单片干式摩擦离合器在结构设计方面相当完善。采用具有轴向性的从动盘，提高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，减小了传动系噪声和动载荷。 
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，乘用车上越来越多地采用具有双质量飞轮的扭转减振器，能更有效地降低传动系的噪声。为了实现离合器的自动操纵，自动离合器问世。采用自动离合器时可以省去离合器踏板，实现汽车的“双踏板”操纵。与其他自动传动系统（如液力传动）相比，它具有结构简单，成本低廉及传动效率高的优点。因此，在欧洲小排量汽车上曾得到广泛的应用。但是在现有自动离合器的各种结构中，离合器的摩擦力矩的力矩调节特性还不够理想，使用性能不尽完善。例如，汽车以高档低速上坡时，离合器往往容易打滑。因此必须提前换如低档以防止摩擦片的早期磨损以至烧坏。这些都需要进一步改善。随着汽车运输的发展，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，轻型汽车趋向大型化，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。
1.2 离合器的作用
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，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，
1

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。

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1-1 离合器总成
Figure 1-1 Clutch assembly
当离合器在接合时，发动机的扭矩会通过曲轴传递，通过飞轮2和压盘4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。
1.4 膜片弹簧离合器的优点
近年来在轻型载货汽车和轿车上广泛采用膜片弹簧离合器。因为它采用压紧弹簧，可以起到分离杠杆的作用，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。
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；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，不会产生冲击和噪声；使用寿命更长。
1.5 设计的主要内容
本次设计主要内容包括：膜片弹簧的尺寸计算、摩擦片的尺寸计算、压盘、离合器盖的结构设计、扭转减震器、分离装置、操纵系统的结构设计。
2 离合器的结构方案选取
2.1 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）能在任何行驶情况下，可靠地传递发动机的最大扭矩。为此，离合器的摩擦力矩应大于发动机最大扭矩；
（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，要能通过调整，使离合器正常工作。
2.2离合器结构设计
2.2.1摩擦片的选择
对乘车用车和最大质量小于6t的商用车而言，发动机的最大扭矩一般比较小，在布置尺寸可以的情况下，离合器通常只设有一片从动盘。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，从动部分的转动惯量小，在使用时能保证接合平顺和分离彻底，所以被广泛地使用于轿车和中、小型货车，因此该设计选择了单片离合器。摩擦片数为2。
2.2.2压紧弹簧布置形式的选择
离合器压紧装置可以分为中央弹簧式、周布弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。其中膜片弹簧主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。使用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）由于膜片弹簧大端面环形与压盘接触，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，膜片弹簧离合器不仅在乘用车上被大量采用，而且在各种形式的商用车上也被广泛应用，因而本次设计我选用膜片弹簧离合器。
2.2.3压盘的驱动方式的选择
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：
（1）凸台—窗孔式：它是把压盘的背面凸起部分和离合器盖上的窗孔连接在一起，通过二者的配合，扭矩会从离合器盖传到压盘，此方式结构简单，应用较多；但它也有一些缺点，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）径向传动片驱动方式：它用传动片将离合器盖与压盘结合起来，除传动片布置方向是沿压盘弦向布置外，其他的结构特征都与径向传动驱动式相同。
（3）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。
经过比较，我选择了径向传动驱动方式。
2.3离合器主要零件的材料选择
2.3.1从动盘的材料选择
从动盘本体采用45号钢在经过冲压的加工方法得到，正常情况下要在从动盘本体上设置径向切口，这样可以防止它产生弯曲变形，防止它分离不彻底。
2.3.2摩擦片的材料选择
摩擦片在性能上要满足如下要求：
（1）摩擦系数稳定，工作温度，滑磨速度，单位压力的变化对其影响；
（2）长期停放离合器摩擦面会发生粘着现象。
（3）有利于接合平顺；
（4）具有足够的机械强度和耐磨性，热稳定性好；
摩擦片选用材料为石棉基摩擦材料，它是由石棉或石棉织物、粘结剂和特种添加剂热压而成，其摩擦系数为。石棉基摩擦材料密度小，工作温度小于180℃，价格便宜，使用效果良好，在汽车离合器中广泛使用。
2.3.3膜片弹簧的材料选择
膜片弹簧使用优质高精质钢。其碟簧部分的尺寸精度要求高，碟簧材料为60SiMnA。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行调质处理，得具有高抗疲劳能力的回火索氏体。要防止膜片内缘离开，同时对膜片弹簧进行强压处理（将弹簧压平并保持小时），使其高压力区产生塑性变形以产生残余反向应力，对膜片弹簧的凹表面进行喷丸处理，喷丸是φ0.8的白口铁小丸， 可提高弹簧的疲劳寿命。同时，为提高分离指的耐磨性，对其进行局部高频淬火式镀铬。采用乳白镀铬，若膜片弹簧许用应力可取为1500～1700N/mm2。
2.3.4压盘的材料选择
为了保证足够的热容量和防止由于温度升高而产的弯曲变形，因此选择了压盘的材料为HT20-40，并且用铸造制成。它具有一定的质量和刚度。压盘的摩擦工作面需平整光滑，其端面粗糙不低于0.8。压盘应与飞轮保持良好的对中，并进行静平衡。
2.3.5离合器盖的材料选择
离合器盖的膜片弹簧支撑处须具有较大的刚度和较高的尺寸精度，压盘高度（从承压点到摩擦面的距离）公差要小，支撑环和支撑铆钉的安装尺寸精度要高，耐磨性好，膜片弹簧的支撑形式采用铆钉作支承时，如果分离轴承与曲轴中心线不同心，可引起铆钉的过度磨损。提高铆钉硬度的套筒和支承与曲轴中心线不同心，亦可引起铆钉的过度。提高铆钉硬度的套筒和支承圈是提高耐磨性的结构措施，采用10钢材材料、HRc40-50。
2.4离合器的通风散热
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。

3 离合器基本结构参数的确定
3.1 离合器设计所需数据

表3-1 离合器原始数据
Table 3-1 Clutch original data
汽车排量
汽车最大加载质量
汽车的质量
发动机位置
发动机最大功率
发动机最大转速
1.0L
1270 kg
895 kg
前置
48KW
5700r/min

表3-2 离合器原始数据
Table 3-2 Clutch original data
发动机最大扭矩
离合器形式
摩擦片最大外径
踏板行程
各档传动比
汽车最大时速
≥170N.m
机械、单片、膜片弹簧
f=200mm
mm
i0=4.388 ig1=3.416 ig2=1.894 ig3=1.280 ig4=0.914
140 km/h
3.2 摩擦片主要参数的选择
此次设计采用单片摩擦离合器，它是利用摩擦来传递发动机扭矩的，单片摩擦离合器可以保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，离合器静摩擦力矩应该大于发动机最大扭矩.
离合器静摩擦力矩： (3.1)
式中：是离合器后备系数，它是定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，必须要大于1.
发动机的最大转矩可由式： 求得
式中： Kw,r/min。为转矩适应性系数，一般在1.1～1.3之间 ，此次设计取=1.2，则求得N.m
后备系数β是离合器的重要参数，它可以反映出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. 防止离合器本身滑磨程度过大；b. 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；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。结合设计实际情况，初选择β=1.5。
根据表3-2查得 β＝1.3。
表3-3　离合器后备系数的取值范围
Table 3-3 Clutch reserve coefficient value range
车型
后备系数β
乘用车及最大总质量小于6t的商用车
1.20～1.75
最大总质量为6～14t的商用车
1.50～2.25
挂车
1.80～4.00

摩擦片的外径是离合器的重要参数，它对离合器的轮廓尺寸和使用寿命有决定性的影响。摩擦片外径D可根据发动机的最大转矩来计算: ，
为直径系数，取值见表3-3 取 得D=181mm。
表3-4　直径系数的取值范围
Table 3-4 Diameter coefficient value range
车型
直径系数
最大总质量大于14.0t的商用车
22.5～24.0
最大总质量为1.8～14.0t的商用车
16.0～18.5(单片离合器)
13.5～15.0(双片离合器)
乘用车
14.6

摩擦片的尺寸已系列化和标准化,标准如下表(部分):
表3-5　离合器摩擦片尺寸系列和参数
Table 3-5 Clutch friction plate size series and parameters

外径D\mm
内径d\mm
厚度/mm

单面面积cm2
160

110
3.2
0.687
0.676
106
180
125
3.5
0.694
0.667
132
200
140
3.5
0.700
0.657
160
225
150
3.5
0.667
0.703
221
250
155
3.5
0.620
0.762
302
280
165
3.5
0.589
0.796
402
300
175
3.5
0.583
0.802
466
325
190
3.5
0.585
0.800
546

根据计算结果和尺寸装配关系选取外径D为200mm，内径d为140mm，厚度3.5mm。
摩擦片的摩擦因数取决于摩擦片所用的材料及其工作温度及单位压力和滑磨速度等因素,可由表3-5查得。
摩擦面数Z为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸。本题目设计单片离合器，因此Z=2。离合器间隙Δt是指离合器处于正常接合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全接合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。该间隙Δt一般为3～4mm。取Δt=4mm。

表3-6　摩擦材料的摩擦因数的取值范围
Table 3-6 Range of friction coefficient of friction material

摩擦材料
摩擦因数
石棉基材料
模压
0.20～0.25
编织
0.25～0.35
粉末冶金材料
铜基
0.25～0.35
铁基
0.30～0.50
金属陶瓷材料
0.4

离合器的静摩擦力矩为： (3.2)
与式(3.1)联立得：
(3.3)
代入数据得：单位压力MPa。
表3-7　摩擦片单位压力的取值范围
摩擦片材料
单位压力/MPa
石棉基材料
模压
0.15~0.25
编织
0.25~0.35
粉末冶金材料
模压
0.35~0.50
编织
金属陶瓷材料
0.70~1.50
Table 3-7 range of unit pressure of friction plate

由表3-7可选编制式石棉基摩擦材料。
3.3 摩擦器基本参数的优化
摩擦器基本参数的优化三要素:
a设计变量
离合器的后备系数是由离合器的工作压力离合器的尺寸参数决定的，单位压力是由离合器的尺寸参数决定的。故选择优化设计变量为
b目标函数
离合器优化的目标是在使离合器的性能满足要求的情况下它的各部分组成尽量要小，其函数为
c约束条件
（1）摩擦片外径D（mm）的选取应使最大圆周速度不超过65～70m/s，即
m/sm/s

式中为摩擦片最大圆周速度（m/s）；为发动机最高转速(r/min)。
（2）摩擦片的内、外径比应在0.53～0.70范围内，即

（3）为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，不同车型的β值应在一定范围内，最大范围为1.2～4.0。
（4）为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器振器弹簧位置直径约50mm，即
mm
（5）为反映离合器传递的转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即

式中
为单位摩擦面积传递的转矩(N.m/mm2)，可按表3-6选取
经检查,合格。
表3-8　单位摩擦面积传递转矩的许用值
离合器规格

0．28
0．30
0．35
0．40
Table 3-8 unit area transfer torque of the allowable values
（6）为了防止离合器滑磨时的热负荷，为了降低摩擦片损伤，对于不同车型，单位压力的最大范围为0.11～1.50MPa,即
MPaMPaMPa
（7）因为要减少汽车起步时离合器产生的滑磨，而且摩擦片的表面温度也不应该太高,因此离合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功要小于其许用值,即

式中,为其许用值(J/mm2)，为单位摩擦面积滑磨(J/mm2)；对于乘用车：J/mm2，对于最大总质量小于6.0t的商用车：J/mm2，对于最大总质量大于6.0t商用车：J/mm2：W为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功（J），可根据下式计算

式中，为汽车总质量(Kg)；为汽车起步时所用变速器挡位的传动比；为主减速器传动比；为轮胎滚动半径（m）；为发动机转速r/min，计算时乘用车取r/min，商用车取r/min。其中： m Kg代入式得J，代入式得，合格。
（8）离合器接合的温升

式中,t为压盘温升,不超过°C；c为压盘的比热容，J/(Kg·°C)；γ为传到压盘的热量所占的比例，对单片离合器压盘来说；，为压盘的质量Kg。
代入，°C，合格。

4 离合器从动盘设计
4.1 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,它可以用来避免汽车传动系统的共振,它可以缓和冲击,减少噪声,也可以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，摩擦片，从动盘毂等组成，由下图4-1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。

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

图4-1 带扭转减振器的从动盘
Figure 4-1 Platen with torsional vibration damper

4.2从动盘设计
从动盘总成由从动盘毂，减震器，从动片和摩擦片等组成。从动盘会对离合器的工作性能有重要的影响，但是离合器的工作寿命比较短，因此从动盘总成在结构和材料上的选择是此次设计的重点。从动盘总成应满足如下设计要求：（1）从动盘的转动惯量应尽可能小，这样可以减少变速器换档时齿轮间的冲击；（2）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；（3）从动盘应具有轴向弹性，使离合器接合平顺，便于汽车平稳起步、摩擦面片上的压力分布均匀，以减小磨损；（4）要有足够的抗爆裂强度。
4.2.1 从动片的选择和设计
设计从动片时应该要尽量减轻质量，具有较高的硬度和高的平面度，并使质量的分布尽可能靠近旋转中心，这样可以得到较小的转动惯量。这是因为汽车在行驶中进行换档时，首先要把离合器分离开来，从动盘的转速必然要在离合器换档的过程中发生变化，或是降速（由低档换为高档）或是增速（由高档换为低档）。离合器的从动盘转速的变化将引起惯性力，可以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。惯性力的大小与从动盘的转动惯量成正比，因此为了减小转动惯量，从动片都做的比较薄，通常是由1.3～2.5㎜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㎜,这样能够让从动盘的质量更加的集中在旋转中心一侧。
单片离合器的从动片一般都制作成具有轴向弹性的结构，这样可以使离合器在结合的时候更加平稳，这样能够使汽车的起步更加平稳，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，因为设计的是微型轿车的离合器，故采可以用整体式弹性从动片，离合器从动片采用2㎜厚的薄钢板冲压而成，其外径由摩擦面外径决定，在这里取200㎜，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。
4.2.2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，它几乎承受由发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对中的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的尺寸可以根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩由表3.1选取：
表4-1　从动盘毂花键的尺寸
摩擦片的外径
/mm

/N.m
花健尺寸
挤压应力
/MPa
齿数
n
外径
/mm
内径
/mm
齿厚
/mm

有效齿长
/mm

160
49
10
23
18
3
20
9．8
180
69
10
26
21
3
20
11.6
200
108
10
29
23
4
25
11.1
225
147
10
32
26
4
30
11．3
250
196
10
35
28
4
35
10．2
280
275
10
35
32
4
40
12．5
300
304
10
40
32
5
40
10．5
325
373
10
40
32
5
45
11．4
350
471
10
40
32
5
50
13．0
Table 4-1 the dimensions of the spline platen hub

从动盘毂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