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1、推式膜片弹簧离合器及万向传动轴第 一 章前 言 离合器和传动轴看似简单，工作原理浅薄，但其结构的发展经历了上百年，融合几代人的智慧和心血才达到今天的地步，多年来实践经验和技术上的改进，从单片干式摩擦离合器发展到双片以及多片离合器，从原来的周置弹簧离合器、中央弹簧离合器、斜置弹簧离合器发展到膜片弹簧离合器，目前膜片弹簧离合器已广泛利用到各种车型上，因为它有一系列优点，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。近年来，湿式离合器在技术上不断改进，国外某些重型牵引汽车，开始了多片湿式离合器。 汽车后驱动桥的万向传动轴，简称传动轴，它是有万向节轴管及伸缩花键等组成，对
2、于长轴矩汽车的分段传动轴，还要有中间支承。在乘用车中，有时为了提高传动系的弯曲刚度，改善传动系的弯曲振动特性，减小噪声，也将传动轴分成两段。当传动轴分段时，需加中间支承。实心传动轴仅用于作为与等速万向节相连的转向驱动桥的半轴，或用于作断开式驱动桥的摆动半轴；空心传动轴具有较小质量，能传递较大转矩，比实心传动轴具有更高的临界转速，主要应用于传动系的万向传动轴。传动轴的伸缩花键一端不应靠近后驱动桥，而应靠近变速器或中间支承，以减小其轴向阻力和磨损。随着汽车发动机转速、功率的不断提高和汽车电子技术的高速发展，人们对离合器和万向传动轴的要求越来越高。离合器和万向传动轴设计理论也从传统的机械力学领域深入
3、到热、电、材料、控制等众多的学科领域。今天，技术已发展到电子化、信息化。离合器和万向传动轴的发展也面临着用新技术改造和提高。 第二章 离合器设计2.1 离合器概述对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动系中是做为一个独传中相连接的总成。目前，汽车上广泛采用摩擦离合器是一种能分离的装置。它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构。为了保证离合器有良好的工作性能，涉及离合器应忙组如下要求：在保证任何行驶条件下，既能可靠传递发动机的最大扭矩，必有适当的转矩储备，又能防止传动系过载。1接合是要完全、平顺、柔和 ，保证汽车岂不是没有抖动和冲击。2分离是要迅速、彻底。3从动部分转动惯量要小，以减轻
4、变速器换挡是变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。4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。5应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力。6操纵轻便、准确，以便减轻驾驶员的疲劳。7作用在从动盘上的总压力和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中要尽可能小，以保证稳定的工作性能。8结构简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。随着汽车发动机转速、功率的不断提高和汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器的工作性能的角度出发，传统的推式 膜片离合器结构正在向拉是膜片弹簧离合器发展。传统
5、的操纵形式正向自动操纵形式发展。因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离合器的传动转矩的能力和简化操纵，易辰各位离合器的发展趋势。2.2 离合器的结构方案分析现代各类汽车上应用最广泛的离合器是干式盘形摩擦离合器，可按从动盘数目不同、压紧弹簧布置形式不同、压紧弹簧的结构形式不同和分离时作用力方向不同分类如下：一、从动盘的选择1.单片离合器单片离合器结构简单，轴向尺寸紧凑，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，采用轴向有弹性的从动盘可保证结合平衡。2.双片离合器双片离合器与单片离合器相比，由于摩擦面增加一倍，因而传递转矩的能力较大；结合更为
6、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。3.多片离合器 多片离合器多为湿式，具有结合更加平顺、柔和，摩擦表面温度较低，磨损较小，使用寿命长等优点。但分离行程大，分离不彻底，轴向尺寸和从动部分转动惯量大，主要应用于最大总质量大于14t的商用车上。二、压紧弹簧和布置形式的选择1.周置弹簧离合器 过去广泛应用于各类汽车上，现在已很少用。2.中央弹簧离合器 中央弹簧离合器结构复杂，轴向尺寸较大，多用于发动机最大转矩大于400500Nm的商用车上，以减轻其操纵力。 3.斜置弹簧离合器与上述两种离合器相比，它具有工作性能稳定、踏板力小的突出特点。此结构在最大总质量大于14t的商用车上
7、。4.膜片弹簧离合器膜片弹簧是一种由弹簧钢制成的具有特殊结构的碟形弹簧，主要由碟簧部分和分离指部分组成，膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比，具有一系列优点：膜片弹簧具有较理想的非线性弹性特性，弹簧压力在摩擦片的允许磨损范围内基本不变，因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；相对圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降，离合器分离时，弹簧压力有所下降，从而降低了踏板力。对于圆柱螺旋弹簧，其压力则大大增加。膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小。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。膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀
8、，摩擦片接触良好，磨损均匀。易于实现良好的通风散热，使用寿命长。膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。 但膜片弹簧的制造工艺较复杂，制造成本较高，对材质和尺寸精度要求较高，其非线性弹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采用。表2-1推式和拉式比较 项目类型离合器各外形分离轴承膜片弹簧外径尺寸弹簧应力压紧载荷支撑环数设计负荷安装推式大简单大容易相对小大小2拉式小复杂小较难相对大小大1 拉式膜片膜片弹簧离合器较推式
9、性能上有更多优点，由于受到分离轴承机构设计，拆装复杂等因素困饶，因此在许多场合还是宁愿采用推式结构型。2.3 离合器的主要参数选择2.3.1 后备系数 后备系数是离合器设计中的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转距的可靠程度。在选择时，应考虑摩擦片在使用中磨损后离合器仍能可靠地传递发动机最大转距、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系过载以及操纵轻便等因素。显然，为可靠传递发动机最大转距和防止离合器滑磨时间过长， 不宜选得太小；为使离合器尺寸不致过大、使用条件好时，可选得小些；当使用条件恶劣、需要拖带挂车时，为提高起步能力，减少离合器滑磨，应选得大些；汽车总质量越大，业应选得越大；采用柴油
10、机时，由于工作比较粗暴，转距较不平稳，选取的值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转距波动越小， 可选得越小；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的 值应大于弹片离合器。各类汽车离合器 得取值范围见表2-1。表2-2离合器后备系数 得取值范围车 型后 备 系 数乘用车及最大总质量小于6t的商用车1.201.75最大总质量为614t的商用车1.502.25挂车1.804.002.3.2单位压力 单位压力决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等
11、因素。对于离合器使用频繁、发动机后备系数较小、载质量大或经常在坏路面上行驶的汽车，应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处的热负荷，应取小些；后备系数较大时，可适当增大。当摩擦片采用不同的材料时，取值范围见表2-2表2-3 摩擦片单位压力x的取值范围摩擦片材料单位压力Map石棉基材料模压0.150.25编织0.250.35粉末冶金材料铜基0.350.50铁基金属陶瓷材料0.701.502.3.3 摩擦片外径D、内径d和厚度b 摩擦片外径是离合器的重要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转距A已知，结合式（2-6）和式
12、（2-7），适当选取后备系数 和单位压力x，可估算出摩擦片外径，即单位压力摩擦片外经D、内径 d 和厚度b 最大转矩D= 摩擦片外径D（mm）也可根据发动机最大转距 按如下经验公式选用 经验公式D= （2-1）直径系数 车用车=14.6 D=14.6219mm摩擦片内径 可根据d/D=0.530.70之间来确定 式中，c为直径系数，取值范围见表2-3。表2-3 直径系数 的取值范围车型直径系数乘用车14.6最大总质量为1.814.0t的商用车16.018.5（单片离合器）13.515.0（双片离合器）最大总质量大于14.0t的商用车22.524.0荡摩擦片外径D确定后，摩擦片内径d可根据d/D
13、在0.530.70之间来确定。在同样摩擦片外径D时，选用较小的摩擦片内径d虽可增大摩擦面积，提高传递转距的能力，但会使摩擦面上的压力分布不均匀，使摩擦片内、外缘圆周的相对滑磨速度差别太大而造成摩擦面磨损不均匀，且不利于散热和扭转减振器的安装。摩擦片尺寸应符合尺寸系列标准GB/T57641998汽车用离合器面片，所选的D应使摩擦片最大圆周速度不超过6570m/s，以免摩擦片发生分离。 摩擦片的厚度b主要有3.2mm、3.5mm和4.0mm三种。2.3.4摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙 摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。摩擦片的材料主要有石棉基材料
14、、粉末冶金材料和金属陶瓷材料等。石棉基材料的摩擦因数f受工作温度、单位压力和滑磨速度的影响较大，而粉末冶金材料和金属陶瓷材料的摩擦因数f较大且稳定。各种摩擦材料的摩擦因数f的取值范围见表2-4表2-4摩擦材料的摩擦因数f的取值范围摩擦材料摩擦因数f石棉基材料模压0.200.25编织0.250.35粉末冶金材料铜基0.250.35铁基0.350.50金属陶瓷材料0.4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距的大小及其结构尺寸。离合器间隙是指离合器处于正常结合状态、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结合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。该间隙 一般为34mm。2.3.5离合器的设计与计算 约束条件1）=6570m/s 3600min为发动机的最高转速（r/min）0.3452）内外半径比0.53 c 0.70查标准系列根据经验公式计算结果可取225同样可查取1503)后备系数 1.2 4.0 根据后备系数的选择原则，本次设计的选1.304）为了保证扭转减震器的安装摩擦片的内径 d必须大于弹簧位置直
