汽车离合器设计cj解析

1.2技术参数及论文要求 发动机型号：CA488 整车质量：2105 KG最大扭矩/转速（N ·m/rpm ）: 157/2800 主减速比：4.55 一档速比：4.218驱动轮类型与规格：195/80R14一、 离合器摩擦片参数的确定2.1 摩擦片参数的选择2.1.1 初选摩擦片外径D 、内径d 、厚度b摩擦片外径是离合器基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和寿命，它和离合器所需传递转矩大小有一定关系。

D =mm mm A T e 77.18247157100100max == 式中，maxe T 为发动机最大转矩，取m N T ⋅=157max ；A 为不同结构和使用条件对D 的影响系数， 取A=47。

离合器摩擦片尺寸系列和参数表1表1摩擦片标准系列尺寸，取mm 140,d mm 200D ==mm 5.3 b =700.0c =。

2.1.2 后备系数β后备系数β是离合器的重要参数，反映离合器传递发动机最大扭矩的可靠程度，选择β时，应从以下几个方面考虑：1.摩擦片在使用中有一定磨损后，离合器还能确保传递发动机最大扭矩；2.防止离合器本身滑磨程度过大；3.要求能够防止传动系过载。

通常轿车和轻型货车75.1~2.1=β。

所以取3.1=β 2.1.3 离合器传递的最大静摩擦力矩T CcT ==⨯=1573.1max e T β204.1m N ⋅2.1.4 单位压力P 0摩擦面上的单位压力P 的值和离合器本身的工作条件,摩擦片的直径大小,后备系数,摩擦片材料及质量等有关。

离合器使用频繁,工作条件比较恶劣单位压力P 较小为好。

当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力P 。

因为在其它条件不变的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘的线速度大，滑磨时发热厉害，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力P 应随摩擦片外径的增加而降低。

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因素。

)1(123330D dZD fp T c -=π⇒=-⨯⨯⨯⨯=-⨯=)2001401(20023.01.20412)1(123333330ππD d ZD f T p ca MP .330式中，f 为摩擦因数取0.3；p 为单位压力（aMP ）Z 为摩擦面数取2；D 为摩擦片外径取200mm ； d 为摩擦片内径取140mm ；摩擦片材料选择石棉基材料，p 为单位压力0.33a MP ，f 为摩擦因数取0.3。

摩擦片的工作条件比较恶劣，为了保证它能长期稳定的工作，根据汽车的的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求：⑴应具有较稳定的摩擦系数，温度，单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的影响小。

⑵要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。

⑶要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好⑷热稳定性要好，要求在高温时分离出的粘合剂较少，无味，不易烧焦 ⑸磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面 ⑹油水对摩擦性能的影响应最小⑺结合时应平顺而无“咬住”和“抖动”现象由以上的要求,目前车用离合器上广泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐热和化学稳定性能比较好的石棉和粘合剂及其它辅助材料混合热压而成，其摩擦系数大约在0.3左右,在该设计中选取的是石棉合成物制成的摩擦片。

2.2 离合器基本参数的校核2.2.1 最大圆周速度s m s m D n v e D /65/3.2910200280060106033max <≈⨯⨯⨯=⨯=--ππ式中， D v 为摩擦片最大圆周速度（m/s ）；maxe n 为发动机最高转速取2800r/min ；D 为摩擦片外径径取200mm ；故符合条件。

2.2.2 单位摩擦面积传递的转矩c0T0c T ==-)(422d D Z Tc π)140200(21.204422-⨯⨯⨯π0062.0≈(N·m /2mm ) 式中，c T 为离合器传递的最大静摩擦力矩204.1m N ⋅；当摩擦片外径D ≤210mm 时，][0c T =0.28 N ·m /2mm >0.0062 N ·m /2mm ， 故符合要求 2.2.3 单位压力0P为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，选取单位压力0P 的最大范围为0.15～.35Mpa ，由于已确定单位压力0P ＝0.33Mpa ，在规定范围内，故满足要求 2.2.4单位摩擦面积滑磨功为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，离合器每一次结合的单位摩擦面积滑磨功w 应小于其许用值[w]。

汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功(J)为：W = 1800n 2e 2π(2g202r a i i r m ) = 1800200014.322⨯(2224.21855.40.32105⨯) = 11270(J)式中，W 为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功(J)m a 为汽车总质量取2105kg ；r r 为轮胎滚动半径14*25.4/2+195*0.8=0.3m ； i g 为汽车起步时所用变速器档位的传动比4.218； i 0为主减速器传动比4.55；n e 为发动机转速(r/min),乘用车n e 取2000 r/min;w =)(422d D Z W -π = )140200(214.311270422-⨯⨯ = 0.28 式中，W 为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功取11270J 满足w < [w] = 0.4 0J/mm 2要求。

摩擦片的相关参数如表2表2摩擦片外径D 摩擦片内径d 后备系数β厚度b 单位压力Po 200mm140mm1.3 3.50.33MPa二、 膜片弹簧的设计3.1 膜片弹簧的基本参数的选择 3.1.1 截锥高度H 与板厚h 比值hH和板厚h 的选择 为了保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的hH一般为1.5～2.0，板厚h 为2～4mm 故初选h=2mm ,hH=1.5则H=1.5h=3.5mm . 3.1.2自由状态下碟簧部分大端R 、小端r 的选择和rR比值 比值r R /对弹簧的载荷及应力特性都有影响，从材料利用率的角度，比值在1.8～2.0时，碟形弹簧储存弹性的能力为最大，就是说弹簧的质量利用率较好。

因此设计用来缓和冲击，吸收振动等需要储存大量弹性能时的碟簧时选用。

对于汽车离合器的膜片弹簧，设计上并不需要储存大量的弹性能，而是根据结构布置与分离的需要来决定，一般r R /取值为1.2～1.3。

对于R ，膜片弹簧大端外径R 应满足结构上的要求和摩擦片的外径相适应，大于摩擦片内径，近于摩擦片外径。

此外，当H ，h 及r R /等不变时，增加R 有利于膜片弹簧应力的下降。

当6.0≥D d 时，摩擦片平均半径Rc=)(8541402004mm d D =+=+， 对于拉式膜片弹簧的R 值，应满足关系100≥R ≥Rc=85mm 故取R=90,再结合实际情况取R/r=1.25,则r=72mm 。

3.1.3膜片弹簧起始圆锥底角α的选择α＝arctanH/(R-r)=arctan3.5/(90-72)≈11°，满足9°～15°的范围。

3.1.4 分离指数目n 的选取 取为n=18。

3.1.5 切槽宽度δ1、δ2及半径e r取δ1＝3.5mm, δ2=10mm, e r 满足r-e r >=δ2,则e r <=r-δ2=72-10=62mm 故取e r ＝60mm.3.1.6 压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定R1和r1需满足下列条件：711≤-≤R R 610≤-≤r r故选择R1＝88mm ， r1＝72mm. 3.1.7膜片弹簧材料制造膜片弹簧用的材料，应具有高的弹性极限和屈服极限，高的静力强度及疲劳强度，高的冲击强度，同时应具有足够大的塑性变形性能。

按上述要求，国内常用的膜片弹簧材料为硅锰钢60Si2MnA 或50CrVA 。

3.1.8 膜片弹簧的变形特性和加载方式由于膜片弹簧采用拉式结构，故其正装。

离合器在分离和结合时，膜片弹簧的加载情况不一样，相应的有两种加载方式和变形情况：1) 接合时：离合器接合时，膜片弹簧起压紧弹簧之用，在压盘——离合器盖总成未与飞轮装合以前，膜片弹簧近似处于自由状态，膜片弹簧对压盘无压紧作用。

当压盘——离合器盖总成与飞轮装合时，离合器盖前端面靠拢。

因此，离合器盖通过支承环4对膜片施加载荷1P ，膜片弹簧几乎变平。

同时在压盘处也作用有载荷1P 。

我们把1P 称作压紧力。

支承环4和膜片弹簧压盘接触处之间的高度变化称作大端变形1λ，膜片弹簧分离轴承相对于压盘高度的变化称之为小端变形2λ。

2) 分离时：当分离轴承以2P 力作用在膜片弹簧的小端时，支承环4逐渐不起作用，而支承环5开始起作用。

当2P 力达到一定值时，膜片弹簧被压翻。

分离时在膜片弹簧的大端处及小端处将进一步产生附加变形f 1λ和f 2λ。

此时膜片弹簧大端处的变形b f 111λλλ+=。

3.2 膜片弹簧的弹性特性曲线假设膜片弹簧在承载过程中，其子午线刚性地绕上地某中性点转动。

设通过支承环和压盘加载膜片弹簧上地载荷P1(N)集中在支承点处，加载点间的相对轴向变形为x1(mm),则膜片弹簧的弹性特性如下式表示：⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-------⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==222)1121)(111()11()/ln()1(61)1(1h r R r R x H r R r R x H r R r R b Ehx x f P π 式中，E ――弹性模量，钢材料取E=2.06×510Mpa ； b ――泊松比，钢材料取b=0.3；R ――自由状态下碟簧部分大端半径，mm ； r ――自由状态下碟簧部分小端半径，mm ； R1――压盘加载点半径，mm ； r1――支承环加载点半径，mm ；H ――自由状态下碟簧部分内截锥高度，mm ；h ――膜片弹簧钢板厚度，mm 。

图形如下：图4.1弹性特性曲线膜片弹簧的相关参数如表3表3截锥高度H板厚h分离指数n 圆底锥角3.5mm 2mm 18 11C0三、扭转减振器的设计4.1 扭转减振器主要参数带扭转减振器的的从动盘结构简图如下图4.1所示弹簧摩擦式:图4.2带扭转减振器的从动盘总成结构示意图1—从动盘；2—减振弹簧；3—碟形弹簧垫圈；4—紧固螺钉；5—从动盘毂；6—减振摩擦片7—减振盘；8—限位销由于现今离合器的扭转减振器的设计大多采用以往经验和实验方法通过不断筛选获得,且越来越趋向采用单级的减振器。