重型载货汽车离合器设计说明书

目录

1前言 (1)

2总体方案论证 (2)

2.1离合器总成的结构和有关组件的结构 (2)

2.1.1从动盘数及干、湿式的选择 (2)

2.1.2压紧弹簧的结构型式及布置 (2)

2.1.3 压盘的驱动方式 (4)

2.1.4分离杠杆的结构型式 (4)

2.1.5分离轴承的类型 (5)

2.1.6离合器的通风散热措施 (5)

2.1.7从动盘的结构型式 (6)

2.1.8 离合器的操纵机构选择 (6)

2.2 结论 (7)

3汽车离合器的设计计算 (9)

3.1离合器主要参数的选择 (9)

3.2摩擦离合器主要零件的设计计算...................... 错误！未定义书签。

3.2.1压紧弹簧的设计计算.............................. 错误！未定义书签。

3.2.2压盘的设计计算.................................. 错误！未定义书签。

3.2.3从动片与从动盘毂的设计计算...................... 错误！未定义书签。

3.2.4分离杠杆的设计计算.............................. 错误！未定义书签。

3.2.5离台器盖的设计计算.............................. 错误！未定义书签。

3.3离合器操纵机构设计................................ 错误！未定义书签。

3.3.1离合器操纵机构的结构型式选择.................... 错误！未定义书签。

3.3.2离合器分离行程及性能计算........................ 错误！未定义书签。4结论................................................ 错误！未定义书签。参考文献 .......................................... 错误！未定义书签。致谢 ................................................ 错误！未定义书签。附录 ................................................ 错误！未定义书签。

1前言

离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，以保证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；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；在工作中受到大的动载荷时，能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；有效地降低传动系中的振动和噪声。

[1]摩擦离合器主要由主动部分(发动机飞轮、离合器盖和压盘等)、从动部分(从动盘)、压紧机构(压紧弹簧)和操纵机构(分离叉、分离轴承、离合器踏板及传动部件等)四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传递动力的基本结构，操纵机构是使离合器主、从动部分分离的装置。[1]

本课题来源于生产实际，为解决多数摩擦离合器存在散热能力不足，摩擦片易磨损等缺点的现状，保证离合器具有良好的工作性能，依据经济、可靠、操作方便的原则，对汽车离合器设计提出如下基本要求：

a.在任何行驶条件下，能可靠地传递发动机的最大转矩。

b.接合时要平顺柔和，以保证汽车起步时没有抖动和冲击。

c.分离时要迅速、彻底。

d.从动部分转动惯量小，减轻换挡时变速器齿轮间的冲击。

e.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。

f.操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。

g.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。

h.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。

i.结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。

早期使用的一些锥形摩擦式离合器，其从动部分的转动惯量太大，使得变速器换档困难，而且结合也不够柔和，易卡住；湿式多片离合器其片与片间容易被油粘住，致使分离不彻底，造成换档困难；多片干式摩擦离合器，接触面数多，结合平稳柔和，能保证汽车的平稳起步。但其片数多使得从动部分的转动惯量大，换档不够容易。而且其通风散热性不好，易引起过热，加快了摩擦片的磨损甚至烧伤和碎裂，调整不当也会使离合器分离不彻底；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，而且在结构上采取一定的措施，能使其结合平顺。

2总体方案论证

2.1离合器总成的结构和有关组件的结构

离合器是作为汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其性能的好坏直接影响汽车平稳起步、变速器中换挡齿轮之间的冲击、传动系中的振动和噪声。现代汽车摩擦离合器在设计中应根据车型的类别，使用要求，与发动机的匹配要求，制造条件以及标准化、通用化、系列化要求等，合理地选择离合器总成的结构和有关组件的结构，现分述如下：

2.1.1从动盘数及干、湿式的选择

a.单片干式摩擦离合器

其结构简单，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时也能接合平顺。因此，广泛用于各级轿车及微、轻、中型客车与货车上，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。

b.双片干式摩擦离合器

与单片离合器相比，由于摩擦面增多使传递转矩的能力增大，接合也更平顺、柔和；在传递相同转矩的情况下，其径向尺寸较小，踏板力较小。但轴向尺寸加大且结构复杂；中间压盘的通风散热性差易引起过热而加快摩擦片的磨损甚至烧伤碎裂；分离行程大，调整不当分离也不易彻底；从动件转动惯量大易使换档困难等。仅用于传递的转矩大且径向尺寸受到限制时。

c.多片湿式离合器

摩擦面更多，接合更加平顺柔和；摩擦片浸在油中工作，表面磨损小。但分离行程大、分离也不易彻底，特别是在冬季油液粘度增大时；轴向尺寸大；从动部分的转动惯量大，故过去未得到推广。近年来，由于多片湿式离合器在技术方面的不断完善，重型车上又有采用，并有不断增加的趋势。因为它采用油泵对摩擦表面强制冷却，使起步时即使长时间打滑也不会过热，起步性能好，据称其使用寿命可较干式高出5～6倍。

单片离合器结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，在使用时能保证分离彻底，接合平顺。多片离合器分离不彻底，轴向尺寸大，质量大，易烧坏摩擦片。依据经济、可靠、操作方便的原则，故选择单片离合器。

2.1.2压紧弹簧的结构型式及布置

离合器压紧弹簧的结构型式有：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型式。根据压紧弹簧的型式及布置，离合器分为：

a.周置弹簧离合器

周置弹簧离合器的压紧弹簧是采用圆柱螺旋弹簧并均匀布置在一个圆周上。有

的重型汽车将压紧弹簧布置在同心的两个圆周上。周置弹簧离合器的结构简单、制造方便，过去广泛用于各种类型的汽车上。现代由于轿车发动机转速的提高(最高转速高达5000～7000r／min或更高)，在高转速离心力的作用下，周置弹簧易歪斜甚至严重弯曲鼓出而显著降低压紧力；另外，也使弹簧靠到定位座柱上而使接触部位严重磨损甚至出现断裂现象。因此，现代轿车及微、轻、中型客车多改用膜片弹簧离合器。但在轻、中、重型货车上，周置弹簧离合器仍得到广泛采用。

b.中央弹簧离合器

采用一个矩形断面的圆锥螺旋弹簧或用1～2个圆柱螺旋弹簧做压簧并布置在离合接触，因此压盘由于摩擦而产生的热量不会直接传给弹簧而使其回火失效。压簧的压紧力是经杠杆系统作用于压盘，并按杠杆比放大，因此可用力量较小的弹簧得到足够的压盘压紧力，使操纵较轻便。采用中央圆柱螺旋弹簧时离合器的轴向尺寸较大，而矩形断面的锥形弹簧则可明显缩小轴向尺寸，但其制造却比较困难，故中央弹簧离合器多用在重型汽车上以减轻其操纵力。根据国外的统计资料：当载货汽车的发动机转矩大于400～450N·m时，常常采用中央弹簧离合器。

c.斜置弹簧离合器

是重型汽车采用的一种新型结构。以数目较多的一组圆柱螺旋弹簧为压紧弹簧，分别以倾角（弹簧中心线与离合器中心线间的夹角）斜向作用于传力套上，后者再推动压杆并按杠杆比放大后作用到压盘上。这时，作用在压杆内端的轴向推力等于弹簧压力的轴向分力。当摩擦片磨损后压杆内端随传力套前移，使弹簧伸长，压力减小，倾角亦减小，而cos值则增大。这样即可使在摩擦片磨损范围内压紧弹簧的轴向推力几乎保持不变，从而使压盘的压紧力也几乎保持不变。同样，当离合器分离时后移传力套，压盘的压紧力也大致不变。因此，斜置弹簧离合器与前两种离合器相比，其突出优点是工作性能十分稳定。与周置弹簧离合器比较，其踏板力约可降低35％。

d.膜片弹簧离合器

膜片弹簧离合器由于膜片弹簧具有非线性特性，因此可设计成当摩擦片磨损后，弹簧压力几乎可以保持不变，且可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，使离合器的结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著地缩短了其轴向尺寸；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，磨损均匀，也易于实现良好的散热通风等。

周置弹簧在轻、中、重型货车上，周置弹簧离合器得到广泛采用，其结构简单、调整方便，分离彻底。中央弹簧此结构轴向尺寸大。斜置弹簧在重型汽车上使用，突出优点是工作性能十分稳定，踏板力较小。膜片弹簧弹簧其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，提高使用寿命，平衡性好。依据经济、可靠、操作方便的原则，故选择周置弹簧。

2.1.3 压盘的驱动方式

凸块—窗孔式、销钉式、键块式它们缺点是在联接件间有间隙，在驱动中将产生冲击噪声，而且零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低离合器传动效率。传动片式此结构中压盘与飞轮对中性好，使用平衡性好，简单可靠，寿命长。是在单片离合器中长期采用的传统结构(见图2-1)。[2]该结构是在压盘外缘铸出3～4个凸块，装配时伸入离合器盖对应的长方形窗孔中。而离合器盖则与飞轮相连。考虑到摩擦片磨损后压盘将向前移，因此凸块应突出窗孔以外；其结构简单。[2]

图2-1 凸块—窗孔式压盘驱动

缺点是连接之间有间隙（如凸块与窗孔之间的间隙约为0.2mm左右）。这样，在传动时将产生冲击和噪声。依据经济、可靠、操作方便的原则，故选择凸块—窗孔式。

2.1.4分离杠杆的结构型式

在周置弹簧离合器中一般采用3～6个分离杠杆，采用如图2-2所示的结构型式。对它们的共同要求是：杠杆应有足够的刚度；其支承处的摩擦损失要小；其支承机构与压盘的驱动机构在运动时不发生干涉；分离杠杆内端的位置应便于调整以便分离轴承能同时均衡地压紧所有的分离杠杆；分离杠杆的质心要设计得尽量靠近其中间支承处，以避免在高速时因分离杠杆的离心力造成压紧力的降低。

图2-2 离合器分离杆杠

1 滚销

2 支承销（切有平面）

[1]分离杠杆由锻造后加工制成，其中间支承叉用螺钉紧固在离台器盖上，固定在支承叉孔中的支承销上切有平面，分离杠杆的中间孔就支承在支承销及与支承销平面相接触的小滚销上。在它们之间有配合间隙，因此当分离离合器时，滚销可在支承销的平面上移动，使分离杠杆的中间支点成为一个可活动的支承，以适应压盘运动的要求。[1]

2.1.5分离轴承的类型

分离轴承在工作中主要承受轴向力；在分离离台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。前者适于高转速低轴向负荷，后者适于相反情况。常用含润滑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。

分离套筒支承着分离铀承并位于变速器第一轴轴承盖的轴颈上，可轴向移动。离合器接合后，分离轴承与分离杠杆间一般有3～4mm间隙，以免在摩擦片层损后引起压盘压力不足而导致离合器打滑使摩擦片及分离轴承烧损。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杆端（多为膜片弹簧）经常贴合，以减轻磨损和减小踏板行程。

2.1.6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，离合器压盘工作表面的温度一般均在180C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180C～200C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1000C，在高温下压盘会翘曲变形甚至会产生裂纹和碎裂；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，可在压盘上没置散热筋或鼓风筋；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采用；将离合器盖和压杆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，以加强摩擦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，在离合器壳内装设为冷却气流导向的导流罩，以实现对摩擦表面有较强定向气流通过的通风散热等。

2.1.7从动盘的结构型式

简单的从动盘由从动片、摩擦片及从动盘毂铆接而成，其结构简单、质量小，有时用于重型汽车尤其是双片离合器中。

为了使离合器接合平顺，从动片尤其是单片离合器的从动片，一般都使其具有轴向弹性。最简单的方法是在从动片上开T形槽，外缘形成许多扇形，并将它们冲压成依次向不同方向弯曲的波浪形。两边的摩擦片则分别铆在每相隔一个的扇形片上。在离合器接合时，从动片被压紧，弯曲的波浪形扇形部分被逐渐压平，使从动盘上的压力和传递的转矩逐渐增大，故接合平顺柔和。这种切槽有利于减少从动片的翘曲。其缺点是很难保证每片扇形部分的刚度完全一致。

分开式结构中，波形弹簧片与从动片分别冲压成型后铆在一起。由于波形弹簧片是由同一模具冲制，故其刚度比较一致；由于波形弹簧是采用比从动片更薄的钢板(厚度仅为0.7mm)，故这种结构容易得到更小的转动惯量，这些方面都优于整体式结构。上述两种结构尤其是后一种多为轿车所采用。

在载货汽车上常采用一种所谓组合式从动片。这种结构在靠近压盘一侧的从动片上铆着波形弹簧片，摩擦片则铆在波形弹簧片上，而靠近飞轮一侧的摩擦片则直接铆在从动片上。其转动惯量较大，但对于要求刚度较高、外形稳定性较好的大型从动片来说，这种结构也是可以采用的。当载货汽车离合器的直径小于380mm时，则从动片仍可采用前两种结构。

采用组合式从动片它能降低发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率，增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的瞬态扭振，控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器的扭振与噪声，缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷和改善离合器的接合平顺性。

2. 1.8 离合器的操纵机构选择

机械式质量大，机械效率低，在远距离操纵时布置较困难，寿命短，用于轻型车。液力式传动效率高，质量小，布置方便，离合器接合较柔和，有可能降低猛接离合器时传动系的动载荷。它不仅用于中、小型车，在重型汽车上也日益增多。气压式突出优点是操纵轻便。依据经济、可靠、操作方便的原则，故选择液压式。

2.2总体方案论证结论

YC1040离合器的压紧弹簧是采用圆柱螺旋弹簧并均匀布置在一个圆周上。该构简单、制造方便。其构造见图2-1。离合器的主动部分、从动部分和压紧机构都装在发动机后方的离合器壳内，而操纵机构的各个部分则分别位于离合器壳内部、外部和驾驶室中。

图 2-1周布弹簧离合器

发动机的飞轮和压盘是离合器的主动部分，离合器盖和压盘之间是通过四组传动片来传递转矩的。传动片用弹簧钢片制成．每组两片，其一端用传动片铆钉铆在离合器盖上，另一端则用传动片固定螺钉与压盘连接，离合器盖用螺钉固定在发动机的飞轮上。因此，压盘能随飞轮一起旋转。在离合器分离时，弹性的传动片产生弯曲变形（其两端沿离合器轴向作相对位移）。为使离合器分离时不至于破坏压盘的对中和离合器的平衡。四组传动片是相隔90 沿圆周切问均匀分布的。

在飞轮和压盘之间装有一片带有扭转减振器的从动盘组件（以下简称从动盘）。铆装在从动盘毂上的从动盘本体由薄钢片制成，故其转动惯量较小。从动盘本体的两面各铆有一片用石棉合成物制成的摩擦片。从动盘毂的花键孔套在从动轴(即变速器第一轴)前端的花键上，并在花键上作轴向移动。

16个沿圆周分布的螺旋压紧弹簧将压盘压向飞轮．并将从动盘夹紧在中间，使离合器处于结合状态。这样，在发动机工作时，其转矩一部分将由飞轮经与之接触的摩擦片直接传给从动盘本体；另一部分则由飞轮通过8个固定螺钉传到离合器盖，并由此经四组传动片传到压盘，最后也通过摩擦片传给从动盘本体。从动盘本体再将转矩通过从动盘毂的花键传给从动轴，由此输入变速器。

离合器须与曲轴飞轮组组装在一起进行动平衡校正。为了在拆卸离合器后重新

组装是仍保持动平衡，离合器盖与飞轮的相对角位置由离合器盖定位销定位。在压紧弹簧的作用下，离合器经常处于接合状态．只有在必要时暂时分离。位于离合器内部的分离操纵机构主要有分离杠杆、带分离轴承的分离套筒和分离叉。它有四个径向安装的、用薄钢板冲压制成的分离杠杆，其中部以分离杠杆支承柱孔中的浮动销为支点．外端通过摆动支片抵靠着压盘的钩状凸起部。当在分离杠杆内端施加一个向前的水平推力时。杠杆将绕支点转动，其外端通过摆动支片推动压盘克服压紧弹簧的力而后移，从而撤除对从动盘的压紧力，于是摩擦作用消失，离合器不再传递任何转矩，即离合器转入了分离状态。当需要使离合器由分离状态恢复接合时，驾驶员可放松离合器踏板．踏板和分离叉分别在回位弹簧的作用下退回原位，压紧弹簧又重新使离合器恢复接合状态。为使结合柔和，驾驶员应逐渐地放松踏板。

3汽车离合器的设计计算

3.1离合器主要参数的选择

摩擦片或从动盘的外径是离合器的重要参数，它对离合器的轮廓尺寸有决定性的影响，并根据离合器能全部传递发动机的最大转矩来选择。为了能可靠地传递发动机最大转距max e T ，离合器的静摩擦力矩c T 应大干发动机最大转矩max e T ，而离台器传递的摩擦力矩c T 又决定于其摩擦面数z 、摩擦系数f ，作用在摩擦面上的总压紧力 P ∑与摩擦片平均摩擦半径m R ，即

)(220max d D p ZfR R ZfP T T m m e c -===∑πβ (3-1)

=1.75×104N m ?=182N m ?

取 1.75β= [3]

摩擦片平均摩擦半径m R （当压力均布时）为

3333

22221233m D d R r R D d R r

--==-- （3-2） 当 0.6d D ≥时，R m 可足够精确地由下式求得：

42

m D d R r R ++== 设0P 为摩擦表面所承受的单位而积上的压力，则单元摩擦面积ds(见图3-1)上产生的单元摩擦力为

00dF fp ds fp d d ρρα==

而单元摩擦力矩为

20dT fp d d ρρα=

图3-1 摩擦片上的单元摩擦面积

整个摩擦片上产生的摩擦力矩则为

3322

00023R r R r T fp d d fp πρραπ-==?? 而单位压力为

023()P p R r π∑

=-

（3-4） 对于具有Z 对摩擦表面的离合器，其摩擦力矩则为 33

0(2)3c R r T ZT Z fp π-==

（3-5） 得：