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1、1 第一章 前言 1.1 概述 对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动中是作为一个独立的总成而 存在的，它是汽车传动系直接与发动机相连接的总成。目前，各种汽车广泛使用 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。离 合器的主要功能是切断和实现对传动系的动力传递。主要功用： (1) 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； (2) 在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击； (3) 限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏； (4) 有效地降低传动系中的振动和噪声。 1.1.1 离合器设计的原则 1.在任何行驶条件下
2、均能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储 备； 2.接合时要平顺柔和，以保证汽车起步时没有抖动和冲击； 3.分离时要迅速、彻底； 4.离合器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 换挡和减少同步器的磨损； 5.应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.应使传动系避免扭转共振，并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力； 7.作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能 小，以保证有稳定的工作性能； 8.操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳； 9.应有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、寿命长； 1
3、0.结构简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。2 1.1.2 离合器的组成 1. 主动部分 主动部分包括飞轮、离合器盖、压盘等机件组成。这部分与发动机曲轴连在 一起。离合器盖与飞轮靠螺栓连接，压盘与离合器盖之间是靠34个传动片传 递转矩的 2. 从动部分 从动部分是由单片、双片或多片从动盘所组成，它将主动部分通过摩擦传来 的动力传给变速器的输入轴。从动盘由从动盘本体，摩擦片和从动盘毂三个基本 部分组成。为了避免转动方向的共振，缓和传动系受到的冲击载荷，大多数汽车 都在离合器的从动盘上附装有扭转减震器。 3. 扭转减振器 离合器接合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘传给了从动盘
4、两侧的摩擦片， 带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减振器盘转动。从动盘本体和减振 器盘又通过六个减振器弹簧把转矩传给了从动盘毂。因为有弹性环节的作用，所 以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。传动系中的扭转振动会使从动盘毂相 对于从动盘本体和减振器盘来回转动，夹在它们之间的阻尼片靠摩擦消耗扭转振 动的能量，将扭转振动衰减下来。 详细 D=W=G 图=纸：三 二 1爸 爸 五 四 0 六 全 套 资 料 低 拾10快起3 为了使汽车能平稳起步，离合器应能柔和接合，这就需要从动盘在轴向具有 一定弹性。为此，往往在动盘本体圆周部分，沿径向和周向切槽。再将分割形成 的扇形部分沿周向翘曲成波浪形，
5、两侧的两片摩擦片分别与其对应的凸起部分相 铆接，这样从动盘被压缩时，压紧力随翘曲的扇形部分被压平而逐渐增大，从而 达到接合柔和的效果。 4. 压紧机构 压紧机构主要由螺旋弹簧或膜片弹簧组成，与主动部分一起旋转，它以离合 器盖为依托，将压盘压向飞轮，从而将处于飞轮和压盘间的从动盘压紧。 5. 操纵机构 操纵机构是为驾驶员控制离合器分离与接合程度的一套专设机构，它是由位 于离合器壳内的分离杠杆（在膜片弹簧离合器中，膜片弹簧兼起分离杠杆的作用） 、分离轴承、分离套筒、分离叉、回位弹簧等机件组成的分离机构和位于离合器 壳外的离合器踏板及传动机构、助力机构等组成。 6.离合器的工作原理 发动机飞轮是离合
6、器的主动件，带有摩擦片的从动盘和从动毂借滑动花键与 从动轴（即变速器的主动轴）相连。压紧弹簧则将从动盘压紧在飞轮端面上。发 动机转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上，再由此经过 从动轴和传动系中一系列部件传给驱动轮。压紧弹簧的压紧力越大，则离合器所 能传递的转矩也越大。 a.结合状态 b.分离状态 图 1-1 离合器工作原理图 由于汽车在行驶过程中，需经常保持动力传递，而中断传动只是暂时的需要， 因此汽车离合器的主动部分和从动部分是经常处于接合状态的。摩擦副采用弹簧 压紧装置即是为了适应这一要求。当希望离合器分离时，只要踩下离合器操纵机4 构中的踏板，套在从动盘毂的环槽中的拨
7、叉便推动从动盘克服压紧弹簧的压力向 松开的方向移动，而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力的传递。 当需要重新恢复动力传递时，为使汽车速度和发动机转速变化比较平稳，应 该适当控制离合器踏板回升的速度，使从动盘在压紧弹簧压力作用下，向接合的 方向移动与飞轮恢复接触。二者接触面间的压力逐渐增加，相应的摩擦力矩也逐 渐增加。当飞轮和从动盘接合还不紧密，二者之间摩擦力矩比较小时，二者可以 不同步旋转，即离合器处于打滑状态。随着飞轮和从动盘接合紧密程度的逐步增 大，二者转速也渐趋相等。直到离合器完全接合而停止打滑时，汽车速度方能与 发动机转速成正比。5 第二章 离合器的方案选择 2.1 离合器的分类
8、汽车离合器大多是盘式摩擦离合器，按其从动盘数目可分为：单片、双片和 多片三类；根据压紧弹簧布置形式不同可分为：圆周布置、中央布置和斜布置等 形式；根据使用的压紧弹簧不同可分为：圆柱螺旋弹簧、圆锥螺旋弹簧和膜片弹 簧离合器；根据分离时所受作用力的方向不同可分为：拉式和推式两种形式。 2.2 从动盘数的选择 2.2.1 单片离合器 单片离合器（图 2-1）结构简单，尺寸紧奏，散热良好，维修调整方便，从动 部分转动惯量小，能保证分离彻底，接合平顺。适用于轿车和轻型、微型车。 2.2.2 双片离合器 双片离合器（图 2-2）摩擦面数是单片离合器的两倍，传递转矩能力较大，但 是中间压盘通风散热性不好，两
9、片起步负载不均，因而容易烧坏摩擦片，分离不 够彻底。此结构一般用于传递转矩较大的场合。 图 2-1 单片离合器 图 2-2 双片离合器 2.2.3 多片离合器 多片离合器主要用于行星齿轮变速器换挡机构中。它具有接合平顺柔和、摩6 擦表面温度较低、磨损较小，使用寿命长等优点，主要应用于重型牵引车和自卸 车上。 通过以上分析比较，微型客车选用单片干式离合器。 2.3 压紧弹簧及其布置形式的选择 2.3.1 圆周布置弹簧离合器 圆周布置弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧，其特点是结构简单、 制造容易。为了保证摩擦片上压力均匀，压紧弹簧数目不应太少，要随摩擦片直 径的增大而增大，而且应当是分离杠杆
10、的倍数。其缺点是压紧弹簧直接与压盘接 触，易受热退火，且当发动机转速很高时，圆周布置弹簧由于受离心力作用而向 外弯曲，使弹簧压紧力下降，离合器传递转矩能力也随之降低；弹簧靠到它的定 位面上，造成接触部位严重磨损，甚至会出现断裂现象。 2.3.2 中央布置弹簧离合器 中央弹簧离合器采用一到两个圆柱螺旋弹簧或用一个圆锥弹簧作为压紧弹簧， 并且布置在离合器的中心，此结构轴向尺寸较大。由于可选用较大的杠杆比，因 此可得到足够的压紧力，且有利于减小踏板力，使操纵轻便。此外，压紧弹簧不 与压盘直接接触，不会使弹簧退火，通过调整垫片或螺纹容易实现对压紧力的调 整。这种结构多用于重型汽车上。 2.3.3 斜布
11、置弹簧离合器 斜布置弹簧离合器的弹簧压力斜向作用在传力盘上，并通过压杆作用在压盘 上。这种结构的显著优点是在摩擦片磨损或分离离合器时，压盘所受的力几乎保 持不变。与上述两种离合器相比，具有工作性能稳定、踏板力较小的突出优点。 此结构在重型汽车上已有采用。 2.3.4 膜片弹簧离合器 膜片弹簧离合器（图 2-3）中的膜片弹簧是一种具有特殊结构的碟形弹簧，主 要由碟簧部分和分离指组成。 1.优点 它与其它形式的离合器相比具有以下一系列优点：7 1）弹簧具有较理想的非线性特性（如图 2-4） ，弹簧压力在摩擦片允许磨损范 围内基本不变（从安装工作点 B 变化到 A 点） ，因而离合器工作时能保持传递
12、转矩 大致不变；对于圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降（从 B 点变化到 C 点） 。离合器 分离时，弹簧压力有所降（从 B 点变化到 C 点） ，从而降低了踏板力；对于圆柱螺 旋弹簧，压力则大大增加（从 B 点变化到 C 点） 。 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，弹簧压紧力降低很少，性能稳定；而圆柱螺旋弹簧压紧力明 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，使用寿命长。 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。 2.缺点 1）
13、制造工艺复杂，对材质和尺寸精度要求高。 2）非线性特性不易控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。 图 2-3 膜片弹簧离合器 图 2-4 膜片弹簧工作点位置 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轿车上被大量采用，而且在轻、 中、重型货车以及客车上也被广泛采用。8 2.3.5 膜片弹簧的支承形式 图 2-5 推式膜片弹簧双支承环形式 本次设计采用的是推式膜片弹簧， （图 2-5）是推式膜片弹簧的三种支承形式， 图 2-5a)用台肩式铆钉将膜片弹簧、两个支承环与离合器盖定位铆合在一起，结构 简单；图 2-5 b)在铆钉上
14、装硬化衬套和刚性档环，提高了耐磨性，延长了使用寿命， 但结构较复杂；（图 2-5 c)取消了铆钉，在离合器盖内边缘上伸出许多舌片，将膜 片弹簧、两个支承环与离合器盖弯合在一起，使结构紧凑、简化，耐久性良好， 应用日益广泛。设计中采用了图 2-5 a)支承形式。 2.3.6 压盘的驱动方式 压盘的驱动方式主要有凸块窗孔式、传力销式、键块式和弹性传动片式等 多种。前三种的缺点是在连接件之间都有间隙，在传动过程中将产生冲击和噪声， 而且在零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低了离合器的传动效率。弹性传动片式 是近年来广泛采用的驱动方式，沿圆周切向布置三组或四组薄弹簧钢片两端分别 与离合器盖和压盘以铆钉或螺
15、栓联结。 （图 2-2） ，传动片的弹性允许其做轴向移动。 当发动机驱动时，传动片受拉，当拖动发动机时，传动片受压。弹性传动片驱动 方式结构简单，压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，工作可靠，寿命长。但 反向承载能力差，汽车反拖时易折断传动片，故对材料要求较高，一般采用高碳 钢。 综上所述，本次设计的微型客车的离合器为推式膜片弹簧离合器。力求结构 简单，工作可靠，降低成本。 第三章 离合器主要参数的选择与计算9 3.1 离合器主要参数的选择 摩擦离合器是靠存在于主、从动部分摩擦表面之间的摩擦力矩来传递发动机 转矩的。离合器的静摩擦力矩 为： c T (3-1) 式中， 为静摩擦力矩； c T
16、为摩擦面间的静摩擦因数，计算时一般取0.250.30； f 为压盘施加在摩擦面上的工作压力； F 为摩擦片的平均摩擦半径； c R 为摩擦面数，是从动盘数的两倍。 Z 假设摩擦片上工作压力均匀，则有 (3-2) 式中， 为摩擦面单位压力， 为一个摩擦面的面积； 为摩擦片外径； 为摩 0 p A D d 擦片内径. 摩擦片的平均摩擦半径 根据压力均匀的假设，可表示为 c R (3-3) 当dD06时，Rc可相当准确地由下式计算(3-4) 4 d D R c 将式（3-2）与式（3-3）代 入式（3-1）得(3-5) ) 1 ( 12 3 3 0 c D fzp T c 式中， 为摩擦片内外径之比， ，一般在 0.530.70之间。 c D d c 为了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，设计时 应大于发动机最大转矩，即 c T(3-6) max e c T T 式
