比亚迪轿车拉式离合器设计毕业论文.doc

第 1 章 绪 论

1.1选题的目的
离合器的设计要求是在任何条件下行驶，既能可靠的传递的发动机最大转矩，并有适当的转矩储备,有能防止传动系过载，接合时要完全，平顺，柔和，保证汽车起动时没有抖动和冲击，分离时要迅速，彻底，从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时的变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减少同步器的磨损。应有足够的吸热能力和良好的通风能力，以保证工作时的温度不致过高，延长其使用寿命。应能避免和衰减传动系的扭转与振动，并且具有吸收振动，缓和冲击和降低噪声的能力。操纵轻便，准确，以减轻驾驶员的疲劳。作用在从动盘的总压力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。具有足够的强度与动态平衡，以保证其工作可靠，使用寿命长。结构简单，紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装，维修，调整方便等。本次设计，我力争把离合器设计系统化，为离合器设计者提供一定的参考价值。抛弃传统的退市膜片弹簧离合器，设计新式的拉式膜片弹簧离合器是本次设计的主要特点。

1.2离合器国内外发展现状
近年来各国政府都从资金、技术方面大力发展汽车工业，使其发展速度明显比其它工业要快的多，因此汽车工业迅速成为一个国家工业发展水平的标志。
对于内燃机汽车来说，离合器在机械传动系中作为一个独立的总成而存在，它是汽车传动系中直接与发动机相连接听总成。目前，各种汽车广泛采用的摩擦式离合器主要依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。
在早期研发的离合器中，锥形离合器最为成功。现今所用的盘片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。20世纪20年代末，直到进入30年代时，只有工程车辆、赛车和大功率的轿车上才采用多片离合器。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离合器[1]。
据中国汽车工业协会统计，2009年我国汽车工业全年产量为1379.10万辆，同比增长48.3%，其中，乘用车产量为1038.38万辆，同比增长54.11%；商用车产量为340.72万辆，同比增长33.02%。我国汽车产量基数已经达到千万辆规模，在如此规模基数的情况下，可见2009年我国汽车销售市场的火爆场面。由于汽车离合器的需求规模与整车产量关系密切，过去的一年也是我国汽车离合器总成行业发展最好的一年，一改我国汽车离合器行业增长缓慢的局面。汽车产业振兴政策带动了我国汽车零部件产业，从2008年9月美国爆发的金融危机迅速转化为一场全球性的经济危机。汽车零部件产业的高速发展带动了我国离合器行业的发展，根据我们对主要汽车离合器企业的统计，我国汽车离合器行业主要企业去年销售收入总体增长幅度达到16.2%，一些企业如长安离合器、桂林福达、宁波宏协、荣成黄海、南京法雷奥等还投资扩大生产能力以满足国内主机厂商不断增长的要求。由于自动档车型和手动挡车型采用不同的传动部件，所以它们之间比重发生的变化也会影响到离合器与液力变矩器两者产品市场结构的变化影响到我国传统汽车离合器行业发展的前景。据统计的结果显示，我国乘用车上采用自动变速器的俄车型覆盖范围进一步扩大，这反映了近年来自动档轿车越来越被人们所接受和认可的趋势，整车厂商也力推自动挡轿车。但根据中国汽车协会的统计，我国自动汽车产量比重在最近三年中比重却在不断下架，手动档汽车产量的比重却在持续上升。首先固然是与目前国家实施的汽车产业政策调整有关，但其次更深层次的原因是我们认为当前中国人均生活水平仍还处于比较低的情况下，汽车仍然是作为一种奢侈消费品和投资的工具，因此在5-10年内，我国汽车自动档仍难占据主流地位。

1.3离合器的概述
1.3.1 膜片弹簧离合器的概述
膜片弹簧离合器是用膜片弹簧代替了一般螺旋弹簧及分离杠杆机构而做成的离合器，因为它布置在中央，所以也可算中央弹簧离合器，其结构如图1-1所示。在离合器中采用膜片弹簧做压簧有很多优点。首先，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杆的作用，使零件数目减少，重量减轻；其次，离合器结构大大简化并显著地缩短了离合器的轴间尺寸；再者，膜片弹簧具有良好的非线性特性，设计合适，可使摩擦片磨损到极限，压紧力仍能维持很少改变，且可减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便。其工作特性见图1-4。此外，膜片弹簧的安装位置对离合器的旋转轴线是完全对称的，因此，它的压紧力不会受离心力的影响，很适于高速旋转。
离合器压盘升程和分离轴承行程之间的关系，对膜片弹簧离合器工作性能好坏影响很大。从理论上说，压盘升程和分离轴承行程之间的关系为线性关系，见图1-2。但实际上，由于离合器盖等零件在外力作用下的变形和支承接触处间隙的存在，在离合器分离过程中，压盘的升程会有些滞后，如图1-3所示。并且随着使用时间的增加、作用次数的增多以及膜片弹簧安装方法的不同，会使压盘开始的升程更往后延。这实际上是减少了压盘的升程，并有可能导致分离不彻底。

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
由于膜片弹簧离合器有上述一系列的优点，并且制造膜片弹簧的工艺水平在不断提高，因而这种离合器在汽车上用得越来越广。但膜片弹簧离合器设计、制造技术要求比周置螺旋弹簧离合器高，如设计、制造不当，其使用性能可能还不如普通螺旋离合器。
要使膜片弹簧有好的特性，可以从以下两个方面着手进行：
（1） 优选膜片弹簧有关几何尺寸参数；
（2） 改善膜片弹簧与压盘支撑表面接触状态。

图1.2 理论曲线 图1.3 实际曲线

图1.4 膜片弹簧工作特性
1.3.2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。
1.3.3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。
1.3.4拉式膜片弹簧离合器与推式的比较
拉式膜片弹簧离合器中的膜片弹簧安装方向，与传统的推式结构相反，并将支承点移动到膜片弹簧最大端附近。接合时，膜片弹簧的大端支承在离合器盖上，以中部压紧在压盘上，将分离轴承向外拉离飞轮实现离合器的分离。
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，不会产生冲击和哭声；使用寿命更长。
但是，拉式膜片弹簧的分离指是与分离轴承套筒总成嵌装在一起的，需采用专门的分离轴承如图1-5所示。结构较为复杂，安装拆卸较困难。由于拉式膜片弹簧离合器综合性能优越，目前在各种汽车中的应用日趋广泛。

表1.1 推式和拉式膜片弹簧优缺点比较
项目
类型
离合器盖变形
分离轴承
膜片弹簧外径
弹簧
应力
夹紧
载荷
支承
环数
设计
负荷
安装
推式
大
简单
大
容易
相对小
相对大
相对小
2
拉式
小
复杂
小
较难
相对大
相对小
相对大
1

1-轴承内圈 2-轴承外圈 3-轴承罩 4-波形弹簧
5-分离套筒 6-碟形弹簧 7-挡环 8-锁环
图1.5 拉式自动调心式分离轴承装置
1.4 设计主要内容
各种汽车广泛采用的摩擦离合器是一种依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构等四部分。离合器的主要功用就是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步。本章中主要介绍设计的拉式膜片弹簧离合器的结构、功用及其工作原理，并且与以往推式膜片弹簧相比较，突出了拉式膜片弹簧离合器的优点。

第 2 章 离合器基本结构尺寸、参数的选择

表2.1 设计参数
参数
项目

参数
项目

预选车型
比亚迪f0
主要尺寸
3588×1563×1533(m)
整车质量
1270(Kg)
最大功率
48/5700(KW)
最高车速
140(Km/h)
最大扭矩
88/3500(N·m)
主减速器传动比
5.46
一档传动比
3.40

2.1 离合器的结构方案设计
2.1.1 从动盘数的选择
1. 单片离合器
对乘用车和最大总质量小于6t的商用车而言，发动机的最大转矩一般不大，在布置尺寸容许条件下，离合器通常只设有一遍从动盘。单片离合器结构简单，轴向尺寸紧凑，散热性良好，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，采用轴向有弹性的从动盘可保证接合平顺。
2. 双片离合器
双片离合器与单片离合器相比，由于摩擦因数增加一倍，因而传递转矩的能力较大；接合更为平顺、柔和；在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力较小；中间压盘通风散热性能差，容易引起摩擦片过热，加快其磨损甚至烧坏；分离行程较大，不易分离彻底，。
3. 多片离合器
多片离合器多为湿式，具有接合更加平顺、柔和，摩擦表面温度较低，磨损较小，使用寿命长等优点。
本次设计为单片离合器。
2.1.2 压紧弹簧和布置形式的选择
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。
2.1.3 膜片弹簧的支撑形式
拉式膜片弹簧的支承结构形式分为无支承环形式，将膜片弹簧的大端直接支承在离合器盖中冲出的环形凸台上；单支承环形式如图2-1所示，将膜片弹簧大端支承在离合器盖中的支承环上。

图2.1 单支承环支承形式

2.2 离合器基本性能关系式
离合器的基本功能之一是传递转矩，因此离合器转矩容量是离合器最为基本的性能之一，但通常它只能用来初步定出离合器的原始参数、尺寸，它们是否适合最终取决于试验验证。

将离合器转矩容量和发动机最大转矩关系式：
(2.1)

2.3 基本结构尺寸、参数的选择
2.3.1 摩擦片外径D的确定
摩擦片外径是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和使用寿命，它和离合器所需传递的转矩大小有一定关系。
当按发动机最大转矩(N·m)来选定D时，有公式
(2.2)
A=47，小轿车。
表2.2 离合器摩擦片尺寸系列和参数
外径D\mm
160
180
200
225
250
280
300
325
内径d\mm
110
125
140
150
155
165
175
190
厚度/mm
3.2
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5

0.687
0.694
0.700
0.667
0.620
0.589
0.583
0.585

0.676
0.667
0.657
0.703
0.762
0.796
0.802
0.800
单面面积cm2
106
132
160
221
302
402
466
546

根据表2-1标准尺寸选取
D=180mm，d=125mm，h=3.5mm ，=0.667 ，a=132mm2 。

2.3.2 离合器后备参数β的确定

表2.3 离合器的后备参数的取值范围
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
对小轿车离合器推荐的后备参数β取值为1.2。
2.3.3 单位压力P的确定
1） 压紧力F
F=3000β(D+d)/μZ(D2+Dd+d2)=2093.16~2378.59N （2.3）
石棉基材料μ=0.3，单片离合器Z=2。
摩擦片单位压力P P=F/a=0.159~0.181MPa
2） 单位压力P
当摩擦片的外径较大时，要适当降低摩擦面上的单位压力P，离合器使用频繁，工作条件比较恶劣时，单位压力P取较小的值为好，因此只有降低单位压力P增大摩擦面积，加大容许的磨耗的体积，增加使用磨耗量，才能延长使用时间。
对于采用有机材料为基础的摩擦面F列数据可做参考。
小轿车D≤230mm时，P约为0.25MPa
= β=πμZPD3（1-C3） （2.4）
其中 β=1.2，μ=0.3。
P=12β/πμZPD3（1-C3）=0.173MPa （2.5）

表2.4 摩擦材料的摩擦因数的取值范围
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

表2.5 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
铜基
0.35~0.50

铁基
金属陶瓷材料
0.70~1.50

单位压力P在容许范围之内，认为所选离合器的尺寸、参数适合。

2.4 本章小结
如上一章所述，汽车上所用的摩擦离合器是拉式膜片弹簧离合器，又要靠它的滑磨来使汽车平稳起步，工作条件甚为恶劣。因此在设计离合器时，不仅要求它在任何情况下都能可靠地传递发动机转矩，而且还应使它有足够的使用寿命，本章提供了为以后设计离合器时重要的结构尺寸和设计参数。

第 3 章 离合器零件的结构选型及设计计算
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0.5mm）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。

3.1从动盘总成
从动盘有两种结构型式：带扭转减振器的和不带扭转减振器的，带扭转扭转减振器的结构如图3-1所示。
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0.2mm，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彻底，一般在从动盘本体上设径向切口。

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-减振摩擦片 7-限位销 8-从动盘毂 10-调整垫片 11-减振弹簧 12-减振盘
图3.1 带扭转减振器的从动盘

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）为了减少变速器换挡时轮齿间的冲击，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更均匀等，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。
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。
3.1.1 从动片
（1）设计从动片时， 要尽量减轻其质量，并应使其质量的分布尽可能地靠近旋转中心，已获得最小的转动惯量。通常是用1.3～2.0mm厚的钢板冲压而成，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薄至0.65～1.0mm，使其质量分布更加靠近旋转中心。
（2）为了使离合器接合平顺，保证汽车起步平稳，单片离合器的从动片一般都做成具有轴向弹性的结构。对于单片离合器的乘用车而言，通常只设有一个从动盘。
3.1.2 从动盘毂

mm。膜片弹簧应用优质高精度钢板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。国内常用的碟簧材料的为60Si2MnA，当量应力可取为1600～1700N/mm2。
6. 公差与精度
离合器盖的膜片弹簧支承处，要具有大的刚度和高的尺寸精度，压力盘高度（从承压点到摩擦面的距离）公差要小，支承环和支承铆钉安装尺寸精度要高，耐磨性要好。

图4.3 膜片弹簧尺寸符号示意图
4.2.2 膜片弹簧的优化设计
（1）为了满足离合器使用性能的要求，弹簧的与初始锥角
应在一定范围内，即

（2）弹簧各部分有关尺寸的比值应符合一定的范围，即

（3）为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，推式膜片弹簧的压盘加载点半径（或拉式膜片弹簧的压盘加载点半径）应位于摩擦片的平均半径与外半径之间，即
拉式：
（4）根据弹簧结构布置要求，与，与之差应在一定范围内选取，即

（5）膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用，，因此杠杆比应在一定范围内选取，即
拉式：
由（4）和（5）得mm，mm。
4.2.3 膜片弹簧的载荷与变形关系
碟形弹簧的形状如图3-2所示的锥型垫片，它具有独特的弹性特征，广泛应用于机械制造业中。膜片弹簧是具有特殊结构的碟形弹簧，在碟簧的小端伸出许多由径向槽隔开的挂状部分——分离指。膜片弹簧的弹性特性与尺寸如其碟簧部分的碟形弹簧完全相同（当加载点相同时）。因此，碟形弹簧有关设计公式对膜片弹簧也适用。通过支承环和压盘加在膜片弹簧上的沿圆周分布的载荷，假象集中在支承点处，用F1表示，加载点间的相对变形（轴向）为λ1，则压紧力F1与变形λ1之间的关系式为:
（4.3）
式中： E——弹性模量，对于钢，；
μ——泊松比，对于钢，μ=0.3；
H——膜片弹簧在自由状态时，其碟簧部分的内锥高度；
h——弹簧钢板厚度；
R——弹簧自由状态时碟簧部分的大端半径；
r——弹簧自由状态时碟簧部分的小端半径；
R1——压盘加载点半径；
r1——支承环加载点半径。

表4.1　膜片弹簧弹性特性所用到的系数
R
r
R1
r1
H
h
95
76
93
78
5
2.5
代入上式（4.3）得
（4.4）
对式（4.4）求一次导数，可解出λ1=F1的凹凸点，求二次导数可得拐点。
凸点：mm时，N
凹点：mm时，N
拐点：mm时，N
当离合器分离时，膜片弹簧加载点发生变化。设分离轴承对膜片弹簧指所加的载荷为F2，对应此载荷作用点的变形为λ2。
（4.5）
（4.6）
根据以上公式可求出下列表中数据：
　表4.2 膜片弹簧工作点的数据

2.31
5.59
3.39

1.73
4.19
2.97

3678.88
2060.86
2868.86

1618.71
906.78
1262.30

膜片弹簧工作点位置的选择。从膜片弹簧的弹性特性曲线图分析出，该曲线的拐点H对应着膜片弹簧压平位置，而。新离合器在接合状态时，膜片弹簧工作点B一般取在凸点M和拐点H之间，且靠近或在H点处，一般,以保证摩擦片在最大磨损限度Δλ范围内压紧力从F1B到F1A变化不大。当分离时，膜片弹簧工作点从B变到C ，为最大限度地减小踏板力，C点应尽量靠近N点。为了保证摩擦片磨损后仍能可靠的传递传矩，并考虑摩擦因数的下降，摩擦片磨损后弹簧工作压紧力应大于或等于新摩擦片时的压紧力

4.2.4 膜片弹簧的应力计算
假定膜片弹簧在承载过程中其子午断面刚性地绕此断面上的某中性点O转动。断面在O点沿圆周方向的切向应变为零，故该点的切向应力为零，O点以外的点均存在切向应变和切向应力。现选定坐标于子午断面，使坐标原点位于中性点O。令X轴平行于子午断面的上下边，其方向如上图所示，则断面上任意点的切向应力为：
（4.7）

图4.4 膜片弹簧工作点位置
式中： φ——碟簧部分子午断面的转角（从自由状态算起）；
α——碟簧部分子有状态时的圆锥底角；
e ——碟簧部分子午断面内中性点的半径；
e=（R-r）/In(R/r) （4.8）
为了分析断面中断向应力的分布规律，将上式写成Y与X轴的关系式：
（4.9）

图4.5 切向应力在子午断面的分布

由式（4.9）可知，当膜片弹簧变形位置φ一定时，一定的切向应力αt在X-Y坐标系里呈线性分布。
当时，因为的值很小，我们可以将看成，由上式可写成。此式表明，对于一定的零应力分布在中性点O而与X轴承角的直线上。可以看出当时无论取任何值，都有。显然，零应力直线为K点与O点的连线，在零应力直线内侧为压应力区，外侧位拉应力区，等应力直线离应力直线越远，其应力越高。由此可知，碟簧部分内缘点B处切向压应力最大，A处切向拉应力最大，分析表明，B点的切向应力最大，计算膜片弹簧的应力只需校核B处应力就可以了，将B点的坐标X=（e-r）和Y=h/2 代入（4.9）中有
（4.10）
令可以求出切向压应力达极大值的转角
由于 mm
所以 ，N/mm2
B点作为分离指根部的一点，在分离轴承推力F2作用下还受有弯曲应力：
（4.11）
式中： n——分离指数目; n=18
Br——单个分离指的根部宽;
mm （4.12）
因此 N/mm2
由于σrB是与切向压应力σtB垂直的拉应力，所以根据最大剪应力强度理论，B点的当量应力为：
N/mm (4.13)
N/mm2
膜片弹簧的设计应力一般都稍高于材料的局限，为提高膜片弹簧的承载能力，一般要经过以下工艺：先对其进行调质处理，得到具有较高抗疲劳能力的回火索氏体，对膜片弹簧进行强压处理（将弹簧压平并保持12～14h），使其高应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，提高弹簧疲劳寿命，对分离指进行局部高频淬火或镀铝，以提高其耐磨性。

4.3本章小结
膜片弹簧的设计比较复杂，按照参考样件或先期的经验初步选定膜片弹簧的结构尺寸，然后对其工作弹性、应力强度等作出分析，最终经过优选定出其合理的结构尺寸。在本章中详细对膜片弹簧进行计算分析。

第 5 章 离合器操纵系统的设计
5.1 操纵机构
汽车离合器操纵机构是驾驶员用来控制离合器分离又使之柔和接合的一套机构。它始于离合器踏板，终止于离合器壳内的分离轴承。由于离合器使用频繁，因此离合器操纵机构首先要求操作轻便。轻便性包括两个方面，一是加在离合器踏板上的力不应过大，另一方面是应有踏板形成的校正机构。离合器操纵机构按分离时所需的能源不同可分为机械式、液压式、弹簧助力式、气压助力机械式、气压助力液压式等等。
离合器操纵机构应满足的要求是[3]：
（1）踏板力要小，轿车一般在80～150N范围内，货车不大于150～200N；
（2）踏板行程对轿车一般在mm范围内，对货车最大不超过180mm；
（3）踏板行程应能调整，以保证摩擦片磨损后分离轴承的自由行程可复原；
（4）应有对踏板行程进行限位的装置，以防止操纵机构因受力过大而损坏；
（5）应具有足够的刚度；
（6）传动效率要高；
（7）发动机振动及车架和驾驶室的变形不会影响其正常工作。
机械式操纵机构有杠系传动和绳索系两种传动形式，杠传动结构简单，工作可靠，但是机械效率低，质量大，车架和驾驶室的形变可影响其正常工作，远距离操纵杆系，布置困难，而绳索传动可消除上述缺点，但寿命短，机构效率不高。
本次设计的普通轮型离合器操纵机构，采用液压式操纵机构。液压操纵机构有如下优点：
（1）液压式操纵，机构传动效率高，质量小，布置方便；便于采用吊挂踏板，从而容易密封，不会因驾驶室和车架的变形及发动机的振动而产生运动干涉；
（2）可使离合器接合柔和，可以降低因猛踩踏板而在传动系产生的动载荷，正由于液压式操纵有以上的优点，故应用日益广泛，离合器液压操纵机构由主缸、工作缸、管路系统等部分组成。
mm，mm， mm，mm
mm， mm，mm，mm
5.1.1 离合器踏板行程计算
踏板行程由自由行程和工作行程组成。
（5.1）
式中，
——分离轴承的自由行程，一般为mm，取mm；
反映到踏板上的自由行程一般为mm；
、——主缸和工作缸的直径；
Z——摩擦片面数；
——离合器分离时对偶摩擦面间的间隙，单片：mm
取mm；
、、、、、——杠杆尺寸。
得：mm，mm，合格。

图5.1 液压操纵机构示意图

5.1.2 踏板力的计算
踏板力为
（5.2）
式中：
——离合器分离时，压紧弹簧对压盘的总压力；
——操纵机构总传动比，；
——机械效率，液压式：%，机械式：%；
——克服回位弹簧1、2的拉力所需的踏板力，在初步设计时，可忽略之。N，，%；则N 合格。
分离离合器所作的功
（5.3）
式中：
——离合器拉接合状态下压紧弹簧的总压紧力。
N，则J 合格。
5.2 离合器的分离装置
5.2.1 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。
分离轴承在工作中主要承担轴向力。在分离离合器时，由于分离轴承的旋转，在离心力的作用下，它同时还承受径向力。在膜片弹簧离合器中，为了保证在分离离合器时分离轴承均匀地压紧膜片弹簧内端，采用可以自位（自动调准中心）的分离装置，可以补偿因几何上偏移造成的强烈震动。如图1-5所示，自动调心式分离轴承，是角接触式球轴承，它有角接触式轴承体和轴承套筒座组成。
5.2.2 分离轴承寿命计算
一般轴承寿命计算公式为
（5.4）
式中，n--为转速，r/min；
--为额定动载荷，N；
P--当量动载荷，N。
表5.1 分离轴承参数表
轴承型号
动载荷/(N)
温度系数
载荷系数
转速n(r/min)
7008AC
19000
0.85
1.1
3500
将分离轴承数据带入式（5.4）中得，

合格。

5.3 本章小结
离合器操纵系统的功能是，把驾驶员对离合器踏板的输入变成分离轴承上的输出，来控制离合器的分离与接合，从而完成对汽车传动系统的动力切断或传递。因此，离合器踏板的布置位置、相关尺寸、作用力以及行程大小都要符合人体工程学的要求。本章简述了离合器操纵系统的设计计算、分离轴承的设计与校核。

结　　论

本次设计的是拉式膜片弹簧离合器，首先对离合器的发展及工作原理进行简述，结合比亚迪轿车的技术参数对离合器的结构方案、主要零部件设计计算，确定离合器的主要尺寸及其操纵机构的基本结构和制造相关零部件所用的材料。
结构方面：根据任务书中的要求结合比亚迪轿车的技术特点，选用带扭转减振器的单片拉式膜片弹簧离合器。压盘驱动方式为传力片传动。分离轴承采用自动调心式分离轴承才。操纵机构采用液压式。
计算方面：根据任务书中主要数据确定车型，定位比亚迪f0轿车。选取单片摩擦片参数，确定离合器的主要参数摩擦片外径D、后备系数β、单位压力P。之后选取膜片弹簧参数、从动盘毂参数并对选取的参数进行校核计算，保证刚度强度一操纵轻便等要求。根据计算的结果进行对离合器装配图的绘制，之后对各主要零部件零件图绘制。
选材方面：从动片选用中碳钢版（50号85号）或65Mn钢板，厚度一般为1.3～2.5mm，表面硬度为38～48HRC，在本次设计中选用62Mn钢板冲压制成，厚度为2.0mm。从动盘毂一般采用锻钢（如35、45、40Cr等），并经调质处理，表面硬度一般在26～32HRC，为提高花键内孔表面硬度和耐磨性，可采用镀络工艺。摩擦片选用石棉基材料，保证其具有足够的强度和耐磨性。压盘选用HT200材料，硬度为170～227HBS，要求传热性好，具有较高的摩擦因数。离合器盖选用10钢钢板，并在离合器盖上设有通气孔。扭转减振器中的扭转弹簧选用65Mn材料。
在设计中基本达到离合器的设计要求，能够满足离合