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1、工 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ）题 目： 汽车离合器设计 专 业： 车辆工程 日 期： 2010年12月19日目 录1 绪论4 1.1 汽车离合器的发展41.2 离合器的现状51.3 离合器的功用61.4 离合器的工作原理71.5 CATIA的介绍82 离合器的结构方案设计 102.1 从动盘的选择 102.2 压紧弹簧和布置形式的选择 102.3 压盘的驱动方式 102.4 离合器的散热通风 112.5 膜片弹簧离合器的特点 112.6 确定离合器的类型 112.7 设计内容 123 离合器的基本参数及尺寸选择 133.1 离合器后备系数的确定 143.2 单位压力的确定 143.3
2、 摩擦片 153.4 离合器基本参数的优化 154 离合器压盘和离合器盖设计 184.1 压盘传动方式的选择 184.2 压盘及传动片的材料选择 194.3 压盘性能校核 194.4 离合器盖的设计 205 从动盘的设计 225.1 从动盘设计 225.2 摩擦片的选择和三维图 225.3 从动片的选择和设计 245.4 从动盘毂的设计 255.5 减振器的设计和三维图 276 膜片弹簧的设计 346.1 膜片弹簧的概念 346.2 膜片弹簧的弹性特性 346.3 膜片弹簧的强度计算 366.4 膜片弹簧基本参数的选择 377 离合器操纵系统的设计 397.1 离合器踏板位置，行程和踏板力 3
3、97.2 操纵系统周边工作环境和时间因素的影响 407.3 离合器操纵系统 417.4 操纵传动的设计与计算 43总结 47附件 48参考文献 531 绪论1.1 汽车离合器的发展根据德国出版的2003年汽车年鉴，2002年世界各国114家汽车公司所生产的1864款乘用车中，手动机械变速器车款数为1337款；在我国，乘用车中自动挡车款式只占全国平均数的26.53%；若考虑到商用车中更是多数采用手动变速器，手动挡汽车目前仍然是世界车款的主流（当然不排除一些国家或地区自动挡式车款是其主流产品）。至于未来，考虑到传动系由MT向自动传动系过渡，采用AMT技术其产品改造较为容易，因此AMT技术是自动传动
4、系统有力的竞争者。可以说，从目前到将来离合器这一部件将会伴随着内燃机一起存在，不可能在汽车上消失。在早期研发的离合器机构中，锥形离合器最成功。他的原型设计曾在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。采用锥体离合器的方案一直沿用到20世纪20年代中叶，对当时来说，锥形离合器的制造比较容易，摩擦面易修复。它的摩擦材料曾用过驴毛带、皮革带等。那是也曾出现过蹄-鼓式离合器代替锥形离合器，其结构形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-鼓式离合器，都
5、容易造成分离不彻底甚至出现主、从动见根本无法分离的自锁现象。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。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，能达到更满意的性能。浸在油中的盘片式离合器，盘子直径不能太大，以避免在高速时把油甩掉。此外有些容易把金属盘片粘住，不易分离。石棉基摩擦材料的引入和改进，使得盘片式离合器可以传递更大的转矩，能耐受更高的温度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可以用较小的摩擦面积，因而可以减少摩擦片数，这是有
6、多片离合器向单片离合器转变的关键。早期单片干式离合器有与锥形离合器先类似的问题，即离合器接合时不够平顺。但是由于单片干式离合器结构紧凑散热量好，转动惯量小所以以内燃机为动力的汽车经常采用它，尤其是成功开发了价格便宜的冲压件离合器盖以后更是如此。第一次世界大战后初期，单片离合器的从动盘金属片上没有摩擦面片，摩擦面片是贴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，是压盘上弹簧的工作压力分布更均匀，并减小里轴向尺寸。随着人们对汽车舒
7、适性要求的提高，离合器已在原有基础上得到不断改进，乘用车上愈来愈多地采用双质量飞轮的扭转减震器，能更有效地降低传动系噪声。近年来湿式离合器在技术上不断改进，在国外某些重型牵引汽车和自卸汽车上有开始采用多片湿式离合器。与干式离合器相比，由于用油泵进行强制冷却的结果，摩擦表面温度较低（不超过93），因此起步时长时间打滑不至于的烧损摩擦片。据报道这种离合器有着良好的起步能力，其使用寿命可达干式离合器的5-6倍。1.2 离合器的现状刘志勇和夏毅敏在汽车离合器从动盘减振弹簧的结构改进中提出：通过把汽车离合器从动盘的减振弹簧进行一定的结构改进,使得减振弹簧的刚度由原来的单级刚度变成了3级刚度,并可随着路况
8、及负荷的变化而使刚度发生变化,从而既提高了乘客乘坐的舒适性又增强了汽车的承载能力和可靠性1。梁小立和鲁统利在汽车离合器从动盘减振等级的选择与调试中指出：随着汽车技术的发展, 汽车用户对乘坐舒适性的要求越来越高, 汽车制造厂家纷纷选择价格昂贵的双质量飞轮和带多级减振器的离合器从动盘进行隔振, 来降低一些令人烦躁的振动噪音。结合实际的开发项目, 通过相关的仿真与NVH 测试分析, 选择合理的从动盘减振器部件、预减振和主减振等级, 这样既满足了汽车消费者舒适性的要求, 也能满足目前降低汽车制造成本的必然趋势, 为离合器从动盘的设计、选择、使用提供一些借鉴2。桓耀辉在汽车离合器从动盘扭转疲劳试验断裂原
9、因分析一文中指出：离合器是汽车发动机和变速器的重要部件，碳氮共渗处理是一种比较有效的表面强化工艺,碳、氮可以同时存在在部件表面,可以提高部件表面强度尤其是疲劳强度,并增强耐蚀性和耐磨性,进而使部件寿命提高3。黄新明, 武生玉在汽车离合器从动盘自由行程检测机的改进中介绍了对法国瓦雷奥(VELEO) 公司生产的汽车离合器从动盘自由行程检测机的半自动化改进方案,同时,介绍了改进后的自由行程检测机的结构、工作过程以及原理4。孙爱武,荣潍剑，马明君在汽车离合器分离轴承技术发展提出：对离合器分离轴承技术主要发展历史进行了描述,同时除离合器分离轴承外,文中还揭示了与离合器分离轴承相连的构件的相关设计研究,并
10、尝试解释工作系统内所有控制件的单个设计特性及系内连接构件间的相互影响5。颜克志在汽车离合器接合过程中的稳定性分析研究中指出：建立了AMT离合器接合过程的五自由度动力学模型,建立了离合器状态转化逻辑真值表,对离合器的接合过程进行了稳定性分析,并在MATLAB /SIMUL INK中进行了仿真。稳态分析和动态仿真结果说明,在离合器接合过程中,当离合器摩擦系数变化率趋于负值时,系统接合过程不稳定,出现自激振动,同时离合器接合压力的波动也会增加自激振动的可能性,最后为离合器的优化和控制提出了合理建议6。肖文颖, 许海华在汽车离合器膜片弹簧的优化设计提到：新的设计手段日益涌现,其中优化设计是在计算机广泛
11、应用的基础上发展起来的一项新技术。文中通过分析离合器的变形特性和多种约束条件,在参考成熟离合器结构参数的基础上,提出了一种离合器膜片弹簧的优化设计模型7。谢茂青在汽车离合器压盘盖精密模具设计中讲到：汽车离合器压盘盖的结构工艺性,提出了合理的成型工艺,且对模具的设计、结构、工作过程的工艺作了阐述。该模具已投入生产使用,工作流畅、可靠,制件品质符合要求8。连芳在汽车离合器驱动盘扭转疲劳试验断裂原因分析中分析：采用金相检验、化学分析、机械性能和硬度检验等方法对表面经碳氮共渗处理的STW22 离合器驱动盘早期断裂原因进行分析。结果表明：材料成份不均匀及碳氮共渗淬回火工艺不当是导致离合器驱动盘过早开裂的
12、主要原因，并提出了预防开裂的改进后淬火工艺9。孙文凯和刘旺在汽车离合器起步接合过程的仿真研究一文中提出：通过对汽车起步时离合器接合过程的分析, 在建立离合器动力学模型的基础上对其中的一些关键变量进行了详细阐述, 且对影响离合器接合品质及部件寿命的滑磨功、冲击度、温升等进行了分析评价。结合Matlab/Simulink仿真工具, 对某具体车型离合器起步接合全过程进行仿真, 得到了较好的仿真结果10。1.3 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300500r/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
