膜片弹簧设计

毕业设计（论文）报告纸

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毕业设计（论文）任务书

课题名称 膜片弹簧离合器结构设计 学院(部) 汽 车 学 院 专 业 车 辆 工 程 班 级 22010804 学生姓名 管 启 明 学 号 2201080409 2 月 20 日 至 6 月 8 日 共 16 周

指导教师(签字) 教学院长(签字)

2012 年 2 月 20 日

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一、设计内容（论文阐述的问题）

完成客车用膜片弹簧离合器的设计任务。 主要设计内容：

1．国内外客车用离合器现状及发展趋势分析； 2．熟悉膜片弹簧离合器的构成与结构特点；

3．离合器的基本结构尺寸和参数的选择(摩擦片外径D 、离合器后备系数β和单位压力p)、性能计算和设计；

4．离合器零件的结构选型及设计计算；

5．从动盘总成设计； 6．压盘和离合器盖总成设计；

7．膜片弹簧的强度校核；

8．绘制离合器装配图； 9．编写设计计算说明书。

二、设计原始资料（实验、研究方案）

该膜片弹簧离合器的使用对象是长途大客车。 1．整车主要技术指标

总长：Lamax ≯11500mm ， 总宽：Bamax ≯2500mm 总高：Hamax ≯3500mm （至车顶最高点，空载） 轴距：L1＞5600mm ， L2＞1450mm

前悬：La ≯2800mm ； 后悬：Lb ≯3200mm 接近角：α≮8°， 离去角：β≮8° 最小离地间隙：Hmin ≮150mm 一级踏步高：≯400mm （空载） 乘员数：﹥40人（含司机） 总质量：≯16000kg

2．设计要求

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，保证汽车起步时没有抖动和冲击，分离时要迅速、彻底；

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③从动部分转动惯量小，减轻换挡时变速器齿轮间的冲击； ④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； ⑤避免传动系产生扭转共振，具有吸收振动、缓和冲击的能力；

⑥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，保证有稳定的工作性能；

⑦离合器应有足够的强度和良好的动平衡；

⑧结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。

三、设计完成后提交的文件和图表（论文完成后提交的文件）

1．计算说明书部分

设计计算说明书一份，主要内容包括： 1) 膜片弹簧离合器开发的意义；

2) 膜片弹簧离合器的设计原则，设计依据； 3) 膜片弹簧离合器方案对比分析； 4) 膜片弹簧离合器的设计计算； 5) 主要零件的设计计算； 6) 设计结果的评价分析。

2．图纸部分：

①离合器总成的装配图； ②主要零部件图；

要求：所有图纸中，必须有一张为手工绘制。

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四、毕业设计（论文）进程安排

序号 设计（论文）各阶段名称 日期（教学周） 1.下达毕业设计任务，理解设计意图，进行初步资 2.20 -3.11 1-3周 料搜集和资料翻译。

2.资料搜集阶段。结合毕业实习搜集有关资料，为

3.12 -3.25 4-5周 撰写开题报告做准备。

3.撰写并提交开题报告，完成不少于4000字的英 3.26 -

4.1 6周 文资料翻译。

4.方案设计。 4.2 -4.22 7-9周

5.方案答辩。 4.23 -4.29 10周

6.技术设计。 4.30 -5.31 11-15周

7.毕业设计(论文)评阅。 6.1 -6.6 15周

8.答辩。 6.8 16周

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五、主要参考资料

1．汽车设计 王望予等主编 机械工业出版社 2．汽车设计 刘惟信主编 清华大学出版社 3．汽车理论 余志生主编 机械工业出版社 4．膜片弹簧与碟形弹簧离合器的设计与制造林世裕主编 东南大学出版社 5．汽车离合器 徐石安主编 清华大学出版社 6．汽车工程手册 设计篇 机械工业出版社 7．汽车百科全书 周允主编 机械工业出版社 8．《汽车工程》、《汽车技术》、《北京汽车》、《天津汽车》、《上海汽车》等期刊有关文章

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毕业设计开题报告

题 目 膜片弹簧离合器结构设计 学生姓名 管启明 学号 2201080409 所在院(系) 汽 车 学 院 专业班级 车辆工程四班 指导教师 张平

2012年4月1日

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题 目

膜片弹簧离合器结构设计

一、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等

汽车是作为一种交通工具而产生的，但是汽车发展到今天已经不能把它理解为单纯的“行”的手段。因为“汽车化”改变了当代世界的面貌，它已经成为当代物质文明与进步的象征及文明形态的一种代表。人类社会及人民生活的“汽车化”，大大地扩大了人们日常生活的活动范围，扩大并加速了地区间、国际间的交往，成倍地提高了人们外出办事的效率，极大地加速了人们的活动节奏，促进了世界经济的大发展与人类的快速进步，开创了现代“汽车社会”这样一个崭新的时代。随着社会节奏的加速以及人们生活水平的提高，对汽车来说，人们要求它有自重轻、行使速度高、加速性能好、使用于各种路面上甚至无路地区行驶及机动灵活等特点。为了满足汽车各种行使的需求，在汽车上要需要有一套复杂的传动系统。随着汽车发动机转速和功率的不断提高、汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器结果正逐步地向拉式结果发展，传统的操作形式正向自动操作形式发展。因此，提高离合器的可靠性和使用寿命，适应高转速，增加传递转矩的能力和简化操作，已成为离合器的发展趋势。

目前，汽车离合器操纵形式有拉线和液压式两种，轿车多用液压操纵式，它具有噪声小、省力、平稳、布置方便的优点，由总泵、分泵、软管、踏板等组成。当驾车者踩下离合器踏板时，推杆推动总泵活塞使油压增高，通过软管进入分泵，迫使分泵拉杆推动分离叉，将分离轴承推向前；当驾车者松开离合器踏板时，液压解除，分离叉在回位弹簧作用下逐渐退回原位，离合器又处在接合状态。

现在，电子技术也进入了离合器系统。一种由控制单元(ECU)控制的离合器已经应用在多款的轿跑车上。其ECU 汇集油门踏板、发动机转速传感器、车速传感器等信号，驱动伺服马达机构施行自动变速。

在采用离合器的传动系统中，早期离合器的结果形式是锥形摩擦离合器。锥形摩擦离合器传递扭矩的能力，比相同直径的其他结构形式的摩擦离合器要大。但是，其最大的缺点是从动部分的转动惯量太大，引起变速器换挡困难。而且这种离合器在接合时也不够柔和，容易卡住。

次后，在油中工作的所谓湿式的多片离合器逐渐取代了锥形摩擦离合器。但是多片湿式摩擦离合器的片与片之间容易被油粘住（尤其是在冷天油液变浓时更容易发生），导致分离不彻底，造成换挡困难。所以它又被干式所取代。多片干式摩擦离合器的主要优点是由于接触面数多，故接合平顺柔和，保证了汽车的平稳起步。但因片数较多，从动部分的转动惯量较大，还是感到换挡不够容易。另外，中间压盘的通风散热不良，易引起过热，加快了摩擦片的磨损甚至烧伤和破裂。如果调整不当还可能引起离合器分离

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不彻底。

多年的实践经验使人们逐渐趋向于采用单片干式摩擦离合器。它具有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。而且只要在结构上采取一定措施，也能使其接合平顺。因此，它得到了极为广泛的应用。如今，单片干式摩擦离合器在结构设计方面也相当完善：采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的接合平顺性；离合器中装有扭转减振器，防止了传动系统的共振，减少了噪音；以及采用了摩擦较小的分离杆机构等。另外，采用了膜片弹簧作为压簧，可同时兼起到分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。膜片弹簧和压盘的环行接触，可保证压盘上的压力均匀。由于膜片弹簧本身的特性，当摩擦片磨损时，弹簧的压力几乎没有改变，且可减轻分离离合器时所需要的踏板力。为了提高离合器的传扭能力，在重型汽车上多采用多片干式离合器。次外，近年来由于多片湿式离合器在技术上的不段改善，在国外的某些重型牵引汽车和自卸车上又开始采用多片湿式离合器，并有不断增加的倾向。与干式离合器相比，由于用油泵进行强制制冷的结果，摩擦表面的温度较低（不超过93℃）。因此，允许起步时长时间地打滑或用高档起步而不致烧损摩擦片，具有良好的起步能力。据说这种离合器的使用寿命可达干式离合器的五、六倍。

为了实现离合器的自动操纵，有自动离合器。采用自动离合器时可以省去离合器踏板，实现汽车的“双踏板”操纵。与其他自动传动系统（如液力传动）相比，它具有结构简单，成本低廉及传动效率高的优点。因此，在欧洲小排量汽车上曾得到广泛的应用。但是在现有自动离合器的各种结构中，离合器的摩擦力矩的力矩调节特性还不够理想，使用性能不尽完善。例如，汽车以高档低速上坡时，离合器往往容易打滑。因此必须提前换如低档以防止摩擦片的早期磨损以至烧坏。这些都需要进一步改善。随着汽车运输的发展，离合器还要在原有的基础上不断改进和提高，以适应新的使用条件。从国外的发展动向来看，近年来汽车的性能在向高速发展，发动机的功率和转速不断提高，载重汽车趋向大型化，国内也有类似的情况。此外，对离合器的使用要求也越来越高。所以，增加离合器的传扭能力，提高其使用寿命，简化操作，已经成为目前离合器的发展趋势。

二、选题的目的及研究意义

离合器是汽车传动系统中直接与发动机相联系的部件，主要作用是保证汽车起步平稳，保证传动系统换挡时工作平顺，防止传动系统过载等，在离合器的具体结构上，首选，在保证传递发动机最大转矩的前提下，应满足两个基本要求：首先，分离彻底、接合柔和。其次，离合器从动部分的转动惯量要尽可能的小。此外，还要求离合器散热良好。之所以对离合器进行研究分析，意义在于离合器对汽车起着异常重要的作用。

选题依据：随着科技的飞速发展，特别是液压技术、电子技术在汽车领域的广泛应用，汽车传动系发生了巨大的变化。作为传动系重要组成部件之一的离合器总成，担负着传力、减震和防止系统过载等重要作用。伴随着自动变速器技术及与之相配套的离合器技术的完善，离合器产品不论是性能结构方面还是生产制造方面都发生了很大变化。

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研究意义：随着汽车运输业的发展，离合器还要在原有的基础上不断提高改进，一适应新的使用条件。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，离合器的使用条件也越来越苛刻。从提高离合器性能的角度出发，传统推式膜片弹簧离合器的结构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统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，增加离合器传递转矩的能力和简化操作，已成为离合器目前发展趋势

本设计选取膜片弹簧离合器作为研究课题。 三．.研究的基本内容，拟解决的主要问题

分析汽车离合器的作用和工作原理，熟悉离合器各个组成部分之间的连接关系，设计一款大客车的离合器，然后进行选材并对各部分进行合理安排并绘制离合器的装配图和零件图。通过本次毕业设计，不仅可以巩固所学的理论知识，还可以培养运用所学专业理论知识的能力，更重要的是还可以让自己的知识面有一定的拓展，是一次很好的理论和实践相结合的锻炼机会。

四、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明

研究步骤、方法及措施

1.认真分析毕业设计任务书，制定进度计划。

2.查阅相关文献和资料，并观看相关实物和视频，进一步了解其结构。

3.计算各数据，着手绘图。

4.采用类比法，文献法，行动法。

主要内容：在计算中，首先确定摩擦片外径尺寸，然后根据该尺寸对其他部件总成进行了计算和设计。通过计算校核摩擦片外径尺寸，计算选择出其他部件的外形尺寸，再对其进行校核，确定是否能达到设计要求。设计包括对从动盘总成的设计校核，对压盘的设计校核，对离合器盖的设计校核及离合器盖的设计校核和优化。具体设计计算了摩擦片、扭转减振器、膜片弹簧、压盘、离合器盖、传动片等多个部件总成。

主要思路：主要分析了了膜片弹簧离合器，对膜片弹簧离合器进行了分类，阐述了

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膜片弹簧离合器的原理和组成，及其特性。通过详细的推导过程积累了大量的数据，叙述了离合器的发展现状，和它的工作原理，在此过程中，经过对比结合，初步确定了合适的离合器结构形式，选取了拉式膜片弹簧离合器，并且带有扭转减振器，为后面的计算提供了理论基础。

五、检索与本课题有关参考文献资料

1．王望予主编. 汽车设计. 第四版 北京：机械工业出版社，2004 2．刘惟信主编. 汽车设计. 第一版 北京：清华大学出版社， 2001 3．余志生主编. 汽车理论. 第五版 北京：机械工业出版社， 2009

4．林世裕主编. 膜片弹簧与碟形弹簧离合器的设计与制造. 南京：东南大学出版社，1995

5．徐石安、江发潮主编. 汽车离合器 第一版 北京：清华大学出版社， 2005 6.汽车工程手册设计篇. 第一版 北京：机械工业出版社，2001

7.陈国金,尹凌鹏,殷小亮,龚友平.膜片弹簧离合器仿真优化设计.Mechanical & Electrical Engineering Magazine.2009.P35～36. 8.任涛，文大化，何大志，潘毓学，穆雁南.膜片弹簧有限元分析.长春理工大学学报（自然科学版).2010.P93～94.

9.张文华. 膜片弹簧式离合器的分析及优化设计.长春理工大学学报（自然科学版）2009.P7～9.

10.Zhao Li-jun ，Liu Tao.Optimun Design of Automobile Diaphragm Spring Clutch ［J ］.IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference ，2008. 六、毕业设计进程安排

1.下达毕业设计任务，理解设计意图，进行初步资

2.20 -

3.11 1-3周 资料搜集和资料翻译。

2.资料搜集阶段。结合毕业实习搜集有关资料，为

3.12 -3.25 4-5周撰写开题报告做准备。

3.撰写并提交开题报告，完成不少于4000字的英 3.26 -

4.1 6周文资料翻译。 4.方案设计。 4.2 -4.22 7-9周

5.方案答辩。 4.23 -4.29 10周

6.技术设计。 4.30 -5.31 11-15周

7.毕业设计(论文)评阅。 6.1 -6.6 15周

8.答辩。 6.8 16周

六、指导教师意见

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1．对开题报告的评语

2．对开题报告的意见及建议

指导教师（签名）：

年 月 日

所在院（系）审查意见：

负责人签字(盖公章)

年 月 日

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二 ○ 一 二 届 毕 业 设 计

膜片弹簧离合器设计计算说明书

学 院：汽车学院 专 业：车辆工程 姓 名：管启明 学 号：2201080409 指导教师：张平

完成时间：2012年6月21日

二〇一二年六月

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摘 要

近年来汽车设计和制造技术的进步有目共睹。为了进一步提高产品性能,延长使用寿命,普通机械式离合器技术同样也产生了令人注目的变化。无论从结构特性、产品工艺性能,还是控制技术方面,机械离合器的技术进步从某种程度上反映了设计观念的发展,以及将来可能的技术走势。

本文从理论计算上阐述了如何就汽车离合器的几种不同功能因素来选择摩擦片数目的方法，并在此基础上提出了建立数学模型进行设计以及选取参数的一种方法。

关键词:离合器，膜片弹簧，从动盘，压盘，摩擦

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ABSTRACT

Of late years, the development in design and manufacturing technique of automobile is obvious to all. In order to improve product performance and to extend service life,technique on the general machinery clutch produced attentional changes too.The technique development of the machinery clutch, whether its design feature,processing property or control technique, reflected development of the design concept and its future possible technique trend to a certain extent.

The paper expatiates by theoretical calculation the choosing method of friction disks of automotive clutch according to the several function factors . Based on this ，a new method of setting up mathematics model ，conducting design and choosing parameters of automotive clutch is proposed.

KEY WORDS ：clutch ，Diaphragm spring ，clutch plate ，friction

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目录

第一章 膜片弹簧离合器开发的意义 ....................................... 1 第二章 膜片弹簧离合器方案对比分析 ..................................... 3 第三章 膜片弹簧离合器的设计原则及选择依据 .. (6)

3.1发动机基本参数的确定 ........................................... 6 3.2从动盘数及干、湿式的对比及选择 ................................. 6 3.3压盘的驱动方式的对比及选择 ..................................... 6 3.4膜片弹簧支承形式的选择 ......................................... 7 3.5分离杠杆、分离轴承的分析及选择 ................................. 8 第四章 离合器主要参数的选择 (10)

4.1离合器后备系数β的确定 ........................................ 10 4.2单位压力P0的确定 ............................................. 10 4.3摩擦因数f 、摩擦面数Z 和离合器间隙△t .......................... 11 4.4摩擦片主要参数（外径D 、内径d 和厚度b ）的选择 ................. 12 第五章 膜片弹簧离合器的设计计算 .. (13)

5.1膜片弹簧的结构特点、变形特性和加载方式 ........................ 13 5.2膜片弹簧的弹性特性 ............................................ 14 5.3膜片弹簧基本参数尺寸的选择 (16)

5.3.1 H/h 比值和h 的选取 ...................................... 16 5.3.2 R 、r 及R/r 确定 ......................................... 17 5.3.3 膜片弹簧起始圆锥底角α的选择 ............................ 17 5.3.4 膜片弹簧小端半径0r 及分离轴承的作用半径 f r 的选择 ........ 18 5.3.5 分离指数目n 、切槽宽1δ、2δ、及半径 e r 的选择 ............. 18 5.3.6压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定 ............ 18 5.3.7膜片弹簧工作点位置的选择 .. (18)

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5.4膜片弹簧的强度计算及校核 ...................................... 19 5.5膜片弹簧材料及制造工艺的选择 . (22)

5.5.1膜片弹簧材料 ............................................ 22 5.5.2制造工艺 (22)

第六章 主要零件的设计计算 (23)

6.1.从动盘总成 (23)

6.1.1从动盘结构形式的选择 .................................... 23 6.1.2从动片的选择和设计 ...................................... 23 6.1.3.从动盘毂的选择和设计 .................................... 24 6.1.4摩檫片的选取 ............................................ 27 6.1.5波形片和减振弹簧 ........................................ 28 6.1.6扭转减振器设计 .......................................... 29 6.2离合器盖总成 .. (31)

6.2.1离合器盖 ................................................ 31 6.2.2压盘 .................................................... 32 6.2.3传动片 .................................................. 33 6.2.4分离杠杆装置 ............................................ 33 6.2.5支承环 .................................................. 33 6.3分离轴承总成 .. (34)

6.3.1分离杠杆的设计 .......................................... 34 6.3.2离合器分离轴承的设计 (34)

第七章 设计结果的评价分析 ............................................ 35 参 考 文 献 ........................................................... 36 致 谢 (37)

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