宝马325im的离合器设计计算8726636知识讲解.docx

此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除宝马325im的离合器设计计算摘 要汽车离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。其功用为：（1）使汽车平稳起步；（2）中断给传动系的动力，配合换档；（3）防止传动系过载。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。本设计主要针对宝马325im的离合器进行设计计算。关键词: 离合器、膜片弹簧、从动盘 、中间盘、 压盘 、摩擦片AbstractAutomobile Clutch in the engine and gearbox between the flywheel shell, with screw will be fixed in the clutch assembly after the plane of the flywheel, clutch gearbox output shaft is the input shaft。In the process of moving vehicle, the driver may need Pedal or release the clutch pedal so that the engine and gearbox temporary separation and progressive joint, to cut off the engine or transmission to the transmission input power. Its function as: (1) the car a smooth start, (2) to interrupt the transmission of power to meet the shift, (3) to prevent transmission of the overload.In recent years theca spring clutch is a kind of clutch that widely Adopted in vehicle and light vehicle . It has great capacity of torque And more stabley ,manipulate easy and convenient ,well equilibrium ,And also can produce batch .so the research of the clutch is more and more important . This design manual elaborated on the construction form,parametre choose and process of calculate of the light vehicle.This design is mainly for the clutch of the BMW 325im.Key words: clutch、theca spring、driven disc、pressure plate、 the middle plate、friction disc目录摘 要IABSTRACTII绪 论1第1章 概述2第2章 离合器结构方案选取42.1给定参数和结构设计要求42.2结构设计42.2.1 从动盘数选取42.2.2 压紧弹簧的结构形式及布置42.2.3 压盘和中间盘的驱动方式62.2.4 分离轴承的类型72.2.5 离合器的通风散热措施8第3章 离合器基本结构参数的确定及优化93.1后备系数的选择93.2摩擦因数f的选择93.3摩擦片单位压力P。的选择93.4摩擦片外径及其它尺寸的确定10第4章 膜片弹簧设计134.1膜片弹簧的概念134.2 膜片弹簧的弹性特性134.3膜片弹簧基本参数的选择144.4膜片弹簧的计算15第5章 离合器压盘和中间盘设计205.1 压盘和中间盘传力方式的选择205.2 压盘和中间盘的几何尺寸的确定205.3 压盘和中间盘的材料选择21第6章 离合器从动盘总成设计226.1从动盘结构简要介绍226.2 从动盘设计226.2.1从动片的选择和设计236.2.2从动盘毂设计236.2.3 摩擦片的材料选取及与从动片的固紧方式246.3 扭转减震器设计256.3.1 扭转减振器的结构简单介绍256.3.2 减振弹簧设计256.3.3 减振弹簧的尺寸确定27第七章 离合器操纵机构设计297.1 对离合器操纵机构的要求297.2 操纵机构结构形式的选择297.3 离合器操纵机构的设计计算29结 论32致 谢33参考文献34此文档仅供学习和交流绪 论汽车是重要的交通运输工具，是科学技术发展水平的标志，随着现代生活的节奏越来越快，人们对交通工具的要求也越来越高。汽车作为最普通的交通工具，在日常的生活和工作中起了重要的作用。因此，汽车工业的规模及产品的质量就成为衡量一个国家技术的重要标志之一。对于汽车来说，由于它要求具有自重轻、行驶速度高、加速性好、适于各种路面上甚至无路地区行驶及机动灵活等特点，长期以来，它的发动机都采用内燃机。但是，由内燃机的扭矩转速特性曲线可知，在其整个工作转速范围内扭矩变化小，最低稳定转速较高，不能适应汽车可能遇到的各种行驶条件：如起步、爬坡、通过各种路面和无路地区等。因此，在汽车上需要有一套复杂的传动系统，以使内燃机能适应汽车行驶的需要。现代汽车上常用的是机械传动系统，它是由离合器及变速器、万向节传动轴、主减速器、差速器和驱动车轮的传动装置等部件组成。在上述机械式传动系统中，离合器作为一个独立的部件而存在。在以内燃机作为动力的机械传动汽车中，离合器是作为一个独立的总成而存在的。 离合器通常装在发动机与变速器之间，其主动部分与发动机飞轮相连，从动部分与变速器相连。为各类型汽车所广泛采用的摩擦离合器，实际上是一种依靠其主、从动部分间的摩擦来传递动力且能分离的机构。离合器的主要功用是切断和实现发动机与传动系平顺的接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换档齿轮间的冲击；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系个零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪音。第1章 概述汽车诞生之前马车是人类最好的陆上交通工具。1770年法国人呢古拉斯古诺将蒸汽机装在板车上，制造出第一辆蒸汽板车，这是世界上第一辆利用机器为动力的车辆。1769年，瑞士军官普兰捷尔也造出一辆以蒸汽机为动力的自由行驶的板车，于是又人将普兰捷尔也认定为汽车的始祖之一。1860年，法国人艾迪勒努瓦发明了一种内部燃烧的汽油发动机，1885年德国工程师卡尔奔驰在曼海姆制成一部装有0.85马力汽油机的三轮车。德国另一位工程师戈特利布戴姆勒也同时造出了一辆用1.1马力汽油机作动力的三轮车。他们两被公认为以内燃机为动力的现代汽车的发明者，1886年1月29日也被公认为汽车的诞生日。汽车从无到有并迅猛发展。从20世纪初到20世纪50年代，汽车产量大幅增加，汽车技术也有很大进步，相继出现了高速汽油机、柴油机：弧齿锥齿轮和准双面锥齿轮传动、带同步器的齿轮变速器、化油器、差速器、摩擦片式离合器、等速万向节、液压减震器、石棉制动片、充气式橡胶轮胎等。摩擦离合器是应用的最广泛也是历史最久的一类离合器，它基本上是由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于结合状态并能传动动力的基本机构，而离合器的操纵机构主要是使离合器分离的装置。双片离合器与单片离合器相比，由于摩擦面数增加一倍，因而传递的扭矩的能力较大；在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力较小，另外接合较为平顺但中间盘通风散热不好，两片起步负载不一样，因而容易烧坏摩擦片，分离也不够彻底因此在设计结构时做了必要的措施，比如中间盘增加了散热孔，中间盘和压盘之间有分离机构等。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。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，其膜片弹簧为反装，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。由于膜片弹簧相比其它压紧方式有上述很多优点，因此在这次设计上依然用膜片弹簧。第2章 离合器结构方案选取汽车离合器设计的基本要求：1）在任何行驶条件下，能可靠地传递发动机的最大转矩。2）接合时平顺柔和，保证汽车起步是没有抖动和冲击。3）分离时要迅速、彻底。4）从动部分转动惯量小，减轻换挡时变速器齿轮间的冲击。5）有良好的吸热能力和通风散热效果，保证离合器的使用寿命。6）避免传动系产生扭转共振，具有吸收振动、缓和冲击的能力。7）操纵轻便、准确。8）应有足够的强度和良好的平衡。9）结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。2.1给定参数和结构设计要求发动机最大功率及转速： 160Kw/6500rpm发动机最大转矩及转速： 250N.m/27500rpm汽车整备质量： 1535KG主减速比： 3.64变速器1档传动比： 4.17轮胎型号： 205/55R17在设计离合器时，应根据车型的类别，使用要求制造条件以及系列化，通用化，标准化要求等，合理选择离合器的结构。2.2结构设计2.2.1 从动盘数选取本车可选取双片干式膜片弹簧摩擦离合器，因为这种结构的离合器结构简单，调整方便，轴向尺寸紧凑，分离彻底，从动件转动惯量小，散热性好，采用轴向有弹性的从动盘结合平顺，广泛用于乘用车及微、中型客车和货车上，在发动机转矩不大于1000N.m的大型客车和重型货车上也有所推广。因此该离合器选取双片干式膜片弹簧离合器。2.2.2 压紧弹簧的结构形式及布置离合器的压紧弹簧的结构形式有：圆柱螺旋弹簧、矩形断面的圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧等。可采用沿圆周布置、中央布置、和斜置等布置形式。根据本所设计的离合器的已知系数和使用条件选取膜片弹簧离合器比较合适。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（参看2.1图）。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移到膜后移使离合器分离。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，广泛用于乘用车、客车、轻型和中型货车上。膜片弹簧离合器的操纵都采用推式机构，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。本次设计只要是减小离合器的径向尺寸，而拉式膜片弹簧会增大离合器的径向尺寸，并且设计上比较复杂，安装上也比推式困难。因此选用推式膜片弹簧。（a） 自由状态； （b）压紧状态； （c）分离状态图2.1膜片弹簧离合器的工作原理图 (a) 一般压式操纵 (b)拉式操纵图2.2离合器操纵形式2.2.3 压盘和中间盘的驱动方式压盘和中间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，但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由的作轴向移动。压盘与飞轮的连接方式或驱动方式有：凸块窗孔式、传力销式、键式以及弹性传动片式等。本次采用的是键式连接，虽然近些年广泛采用弹性传动片式，是因为键式有间隙，会产生冲击和噪音。但这次设计的分轮与压盘、中间盘的键式采用小间隙配合，能达到其冲击小噪音小的要求。它是由中间盘和压盘上6个键和飞轮上的6个键槽进行动力传递的。其中中间盘和压盘之间还有分离机构，来确保分离正常。压盘通过分离钩与膜片弹簧连接在一起，膜片弹簧通过铆钉与离合器盖组装在一起，离合器盖则用螺钉固定在飞轮上。所以该离合器采用键式连接方式驱动。2.2.4 分离轴承的类型分离轴承在工作中主要承受轴向力，在分离离合器时由于分离轴承旋转产生离心力，形成其径向力。故离合器的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承两种。前者适合于高速低轴向负荷，后者适合于相反情况.常用含润滑油脂的密封止推球轴承;小型车有时采用含油石墨止推滑动轴承。分离轴承与膜片弹簧之间有沿圆周方向的滑磨，当两者旋转中不同心时也伴有径向滑磨。为了消除因不同心导致的磨损并使分离轴承与膜片弹簧内端接触均匀，膜片弹簧离合器广泛采用自动调心式分离装置（见图2.3）。它有内圈旋转轴承，轴承罩，波形片簧，它由厚约为0.7的65Mn钢带制成（油淬、模内回火度HRC4351）及分离套筒组成。由于轴承与套筒间都留有足够径向间隙以保证分离轴承相对于分离套筒可以径向移动1mm左右，所以当膜片相对分离套筒有偏斜时，由于波形片簧能够产生变形，允许分离轴承产生相对的偏斜，以保证膜片弹簧仍能被均匀的压紧，也防止了膜片弹簧分离指处的异常磨损并减少了噪音。另外由于分离指与直径较小的轴承内圈接触，则增大了膜片弹簧的杠杆比。分离套筒支撑着分离轴承并位于变速器第一轴轴承盖的轴颈上，可以轴向移动。分离器结合后，分离轴承与分离杠杆之间一般有34mm间隙，以免在摩擦片磨损后引起压盘压力不足而导致离合器打滑使摩擦片以及分离轴承烧坏。此间隙使踏板有段自由行程。有的轿车采用无此间隙的内圈恒转式结构，用轻微的油压或弹簧力使分离轴承与杠杆端（多为膜片弹簧）经常贴合，以减轻磨损和减少踏板行程。图2.3自动调心轴承装置1分离轴承罩；2分离轴承；3分离套筒；4波形弹簧片2.2.5 离合器的通风散热措施提高离合器工作性能的有效措施是借助于其通风散热系统降低其摩擦表面的温度。在正常使用条件下，离合器的压盘工作表面的温度一般均在180以下，随着其温度的升高，摩擦片的磨损将加快。当压盘工作表面的温度超过180200时，摩擦片的磨损速度将急剧升高。在特别严酷的使用条件下，该温度有可能达到1000。在高温下压盘会翘曲变形甚至产生裂纹和碎裂；由石棉摩擦材料制成的摩擦片也会烧裂和破坏。为防止摩擦表面的温度过高，除压盘应具有足够的质量以保证有足够的热容量外，还应使其散热通风良好。为此，可在压盘上设置散热筋或鼓风筋；在双片离合器中间压盘体内铸出足够多的导风槽，这种结构措施在单片离合器压盘上也开始应用；将离合器盖和压盘设计成带有鼓风叶片的结构；在保证有足够刚度的前提下在离合器盖上开出较多或较大的通风口，以加强离合器表面的通风散热和清除摩擦产生的材料粉末，在离合器壳上设置离合器冷却气流的入口和出口等所谓通风窗，在离合器壳内装设冷却气流的导罩，以实现对摩擦表面有较强定向气流通过的通风散热等。为防止压盘 的受热翘曲变形，压盘应有足够大的刚度。鉴于以上对质量和刚度的要求，一般压盘都设计得比较厚，一般约为1525mm。本次设计的压盘厚度为15mm，另外为增加散热，在中间盘中开有通风槽，在飞轮壳上开有通风孔。第3章 离合器基本结构参数的确定及优化在初步确定了离合器的结构形式之后就要确 定其基本结构尺寸参数。3.1后备系数的选择离合器的后备系数，选择时应考虑摩擦片磨损后仍能传递及避免起步时滑磨时间过长；同时应考虑防止传动系过载及操纵轻便等。表3.1 后备系数表车型乘用车及总质量小于6t的商用车最大总质量为614t的商用车挂车后备系数1.201.751.502.251.804.00本设计是基于宝马325iM汽车的离合器设计，该车型属于乘用车，故选择本次设计的后背系数在1.201.75之间选择，取=1.20。3.2摩擦因数f的选择摩擦片的材料选用石棉基材料、采用编制技术。摩擦材料摩擦因数f石棉基材料模压0.200.25编制0.250.35粉末冶金材料铜基0.250.35铁基0.350.5金属陶瓷材料0.4 从上表可以选该摩擦片的摩擦因数为0.25。3.3摩擦片单位压力P。的选择当摩擦片采用不同的材料时，P。取值范围如下表摩擦材料摩擦因数P。/MPa石棉基材料模压0.150.25编制0.250.35粉末冶金材料铜基0.350.50铁基金属陶瓷材料0.71.5 从上表可以选该摩擦片的单位压力为0.25 MPa。3.4摩擦片外径及其它尺寸的确定摩擦片的外径D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，所以应先确定摩擦片的外径D。在确定外径时，可以根据公式得到。式中=1.20、P。=0.25 MPa、f=0.25、=250N.m、Z=4、C=0.7代入式子得摩擦片的外径D=168mm。根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，根据下表3.2“离合器摩擦片尺寸系列和参数”（即GB145774）表3.2离合器摩擦片尺寸系列和参数外径内径厚度内外径之比单位面积1601103.20.687106001801253.50.694132002001403.50.700160002251503.50.667221002501553.50.620302002801653.50.589402003001753.50.583466003251903.50.58554600可取：摩擦片有关标准尺寸： 外径D=180 内径d=125 厚度h=3.5 内径与外径比值d/D=0.694 3.5离合器基本参数的优化设计离合器要确定离合器的性能参数和尺寸参数，这些参数的变化直接影响离合器的工作性能和结构尺寸。这些参数的确定在前面是采用先初选、后校核的方法。下面采用优化的方法来确定这些参数。 （1）摩擦片外径D的选取应使最大圆周速度不能超过65-70m/s即 VD=/60nemaxD65-70m/s VD=/606500180=61.23m/s 满足要求。式中VD为摩擦片最大圆周速度，nemax为发动机的最高转速。（2）摩擦片的内外径之比c应在0.53-0.70范围内，本次设计取0.694。（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，不同的车型的值应在一定的范围内，最大范围为1.2-4.0，本次设计取=1.2。（4）为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器弹簧位置直径2R0约50mm,即d2R0+50 mm。根据轴的材料选用40Cr，发动机的最大转矩可以计算出轴的最小直径为28.6mm，取d=30mm，即R=15mm。取扭转减震器的安装尺寸R0=37mm。则1252*37+50。（5）为了降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，对于不同的车型，单位压力P0根据所用的摩擦材料在一定的范围内选取，P0的最大范围为0.10-1.50 Mpa，本次设计取0.3 Mpa.（6）为反映离合器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 【】 Z为摩擦面数 （3-1） 代入得 =0.0054MPa0.35 Mpa 满足要求。【】按下表取值离合器规格D/mm210210-250250-325325【】/0.280.300.350.40 （7）为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤,离合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值,即 （3.2）式中,为单位摩擦面积滑磨(J/mm2)；为其许用值(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 （3.3）式中，为汽车总质量(Kg)；为轮胎滚动半径（m）；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；为发动机转速r/min，计算时乘用车取r/min，商用车取r/min。其中：i0=3.64 ，ig=4.17 ，=306mm ，=1637Kg代入式（3.3）得W=20683.4J，代入式（3.2）得，w=0.26=0.4 J/mm2合格。 （8）离合器接合的温升t = （3.4）式中：t为压盘温升不超过810C；c为压盘的比热容，c = 481.4 J/(KgC)；为传到压盘的热量所占的比例，对单片离合器压盘；= 0.5，m为压盘的质量m = 3.15 Kg代入，t = 4.76C，合格。第4章 膜片弹簧设计4.1膜片弹簧的概念膜片弹簧的大端处为一完整的截锥，类似无底的碟子，和一般机械上用的碟形弹簧一样，故称作碟簧部分。膜片弹簧起弹性作用的正是其碟簧部分。与碟形弹簧不同的是在膜片弹簧上还有径向开槽部分，形成许多称为分离指、起分离杠杆作用的弹性杠杆。分离指与碟簧部分小端交接处的径向槽较宽且呈长方孔，分离指根部的过渡圆角半径应大于4.5mm，以减少分离指根部的应力集中，长方孔又可用来安置销钉固定膜片弹簧。4.2 膜片弹簧的弹性特性膜片弹簧的弹性特性是由其碟簧部分所决定，是非线性的，与自由状态下碟簧部分的内锥高H及弹簧的钢板厚h有关。不同的H/h值有不同的弹性特性(见图4.1)。当(H/h)时，P为增函数，这种弹簧的刚度大适于承受大载荷并用作缓冲装置中的行程限制。当(H/h)=，特性曲线上有一拐点，若(H/h)=1.5，则特性曲线中段平直，即变形增加但载荷P几乎不变，故这种弹簧称零刚度弹簧。当H/h)2，则特性曲线中有一段负刚度区域，即变形增加而载荷反而减小。这种特性很适于作为离合器的压紧弹簧。因为可利用其负刚度区使分离离合器时载荷下降，达到操纵省力的目的。当然，负刚度也不宜过大，以免弹簧工作位置略微变动就引起弹簧压紧力过大的变化。为兼顾操纵轻便及压紧力变化不大，汽车离合器膜片弹簧通常取1.5(H/h)2，则特性曲线具有更大的负刚度区且具有载荷为负值的区域。这种弹簧适于汽车液力传动中的锁止机构。图4.1不同时的无弹性特性曲线碟形弹簧当其大、小端部承受压力时，载荷P与变形久之间有如下关系： （6.1）式中：E弹性模量，对于钢：E=21 X 104MPa波松比，钢材料取=0. 3；h弹簧钢板厚度，mm；H碟簧的内截锥高，mm；R碟簧大端半径，mm；A系数， m碟簧大、小端半径之比，m=R/r。汽车离合器膜片弹簧在实际安装中的支承点如图4.2所示。（a） 自由状态；（b）结合状态；（c）分离状态图4.2膜片弹簧在离合器接合和分离状态时的受力以及变形4.3膜片弹簧基本参数的选择1、比值H/h和 h的选择此比值对膜片弹簧的弹性特性影响极大，因此，要利用H/ h对弹簧特性的影响正确地选择该比值，以得到理想的特性曲线及获得最佳的使用性能。一般汽车的膜片弹簧离合器多取： 参考同类型车，取H/h=5.25/3.5=1.52、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1.82.0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1.21.35.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。初步确定R/r=1.33、 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915之间，代入数值计算可得：=15，符合要求。4、膜片弹簧小端半径r及分离轴承的作用半径rr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，分离轴承作用半径r大于 r。因为花键外径D=29要使2 rD，所以取r=22，r=255、分离指数目n、切槽宽、窗孔槽宽、及半径r分离指数目n常取18，大尺寸膜片弹簧可取24，小尺寸膜片弹簧可取12，本设计取n=18.=3.2-3.5mm, =9-10mm, r的取值应满足r- r的要求。本设计取=3.5mm，=10mm，r=55mm6、 承环的作用半径l和膜片与压盘接触半径L由于采用推式膜片弹簧，l，L的大小将影响膜片弹簧的刚度，一般来说，l值应尽量靠近r而略大与r。L应接近R略小于R。可选择：l=67，L=85。7、膜片弹簧材料制造膜片弹簧用的材料，应具有高的弹性极限和屈服极限，高的静力强度及疲劳强度，高的冲击强度，同时应具有足够大的塑性变形性能。按上述要求，国内常用的膜片弹簧材料为硅锰钢60Si2MnA。4.4膜片弹簧的计算由前面已知数据：T=250N.m ,D=180,d=125,=1.2,=1.5,=1.3,=15,R=85,r=65,H=5.25,h=3.5,l=67,L=85,r=22,r=25,n=18, =3.5，=10r=55 据下式（7.1）画出P曲线=HH()+ ( 4.2)式中，E弹性模数，钢材料取E=2.010Mp；泊松比，钢材料取0.3 h弹簧片厚， H碟簧部分内截锥高， 大端变形， R碟簧部分外半径（大端半径）， r碟簧部分内半径， L膜片弹簧与压盘接触半径， l支承环平均半径，设 = =因此式(4.2)就成为：= ln()(-)+1 ( 4.3)把有关数值代入上述各式，得：P=1450.78 =2.5=0.1660.696+0.883令d/d=0 得：0495-1.392+0.883=0可绘制出膜片弹簧的特性曲线，如图4.3所示。图4.3 膜片弹簧特性曲线 定膜片弹簧的工作点位置取离合器接合时膜片弹簧的大端变形量=0.65H=2.2,根据特性曲线上可以查得膜片弹簧的压紧力P=5200N校核后备系数: = 上式中：因为d/D=0.6940.6所以可以很准确的算出：R=76.25所以由上公式可得: =1.44 离合器彻底分离时,膜片弹簧的大端变形量为:=+(即为)压盘的行程可取为=2.4,所以=2.73+2.4=4.4离合器刚开始分离时,压盘的行程=1.8,此时膜片弹簧的变形量为:= +=2.73+1.8=3.9摩擦片磨损后,其最大磨损量=ZS式中: Z摩擦片总的工作面数 S每一摩擦面工作面的最大允许磨损量，可取S=0.5所以计算可得: =20. 5=1故=1.1 离合器彻底分离时,分离轴承作用的载荷P=（H-）H-+h （4.4） 由公式（4.3）取=则得:=（H-）H-+h （4.5）代入有关数值,得P=2025N 分离轴承的行程= 式（4.6）由公式(4.6)取=时可得公式(4.7)= 式（4.7）代入相关数值计算得=7.6又由下面两公式(4.8)和(4.9)=1 式（4.8）=1 式（4.9）代入有关数据得: =0.739 =0.522由公式(4.10):=12(1)+ln +2+ln (4.10)代入相关数据得: =2.53故=+=8.13 强度校核由公式4.11=H+（L-l） 式(4.11)代入相关数据可得:=5.64而膜片弹簧的大端的最大变形(离合器彻底分离时)=4.4, 所以可以由下面公式4.11=+1 + 式 (4.12) 把有关数值代入计算得:=1565.7MPa 因为膜片弹簧的材料为60Si2MnA,该材料许用应力为1700-1900MPa而=1565.7Mpa1700，所以该膜片弹簧满足要求。第5章 离合器压盘和中间盘设计5.1 压盘和中间盘传力方式的选择压盘和中间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键式的传力方式。由分轮上的键槽和压盘与中间盘的外凸键组成，为了改善传动片的受力情况，它一般都是沿圆周布置。5.2 压盘和中间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，故压盘和中间盘的内外径也可因此而确定。压盘外径D=210 压盘内径d=130中间盘外径D=210 中间盘内径d=130那么压盘和中间盘的尺寸归结为确定其厚度。压盘和中间盘的厚度确定主要依据以下两点：1.压盘和中间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.压盘和中间盘应具有较大