汽车设计课程设计说明书
题目：重型载货汽车离合器设计
姓名：孔xx
学号：200924xxx
同组者：严xx、席xx、余xx、李xx、郑xx 专业班级：09车辆工程2班
指导教师：王xx、林xx、邹xx
设计时间：2012. 9.10-2012. 9.16
摘 要
汽车离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。其功用为：（1）使汽车平稳起步；（2）中断给传动系的动力，配合换档；（3）防止传动系过载。
膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻重型汽车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。此设计说明书详细的说明了重型汽车膜片弹簧离合器的结构形式，参数选择以及计算过程。
本文主要是对载重16吨重型汽车的膜片式弹簧离合器进行设计。根据车辆使用条件和车辆参数，按照离合器系统的设计步骤和要求，主要进行了以下工作：选择相关设计参数主要为：摩擦片外径D的确定，离合器后备系数 的确定，单位压力p的确定。并进行了总成设计主要为：分离装置的设计，以及从动盘设计（从动盘毂的设计）和压盘设计等。
关键词:离合器；膜片弹簧；从动盘；压盘；摩擦片
目录
摘要 .............................................................................................................................................. I
第1章离合器设计的目的及离合器概述 ......................................................................................... 4
1.1离合器设计的基本要求 ..................................................................................................... 4
1.2技术参数及论文要求 ........................................................................................................ 5
1.3膜片弹簧离合器结构 ........................................................................................................ 5
1.4膜片弹簧离合器的优点 ..................................................................................................... 6
1.5膜片弹簧离合器的工作原理 .............................................................................................. 6
第2章离合器摩擦片参数的确定 ................................................................................................... 7
2.1摩擦片参数的选择 ............................................................................................................ 7
2.1.1初选摩擦片外径D、内径d、厚度b ......................................................................... 7
2.1.2后备系数β ............................................................................................................. 7
2.1.3 离合器传递的最大静摩擦力矩TC ............................................................................ 8
2.1.4单位压力P0 ............................................................................................................ 8
2.2 离合器基本参数的校核 .................................................................................................... 9
2.2.1最大圆周速度 ......................................................................................................... 9
2.2.2单位摩擦面积传递的转矩Tc0 ................................................................................ 10
2.2.3单位压力P0 ......................................................................................................... 10
2.2.4 单位摩擦面积滑磨功 .............................................................................................. 8
第3章膜片弹簧的设计 ............................................................................................................... 10
3.1膜片弹簧的基本参数的选择 ............................................................................................ 10
3.1.1截锥高度H与板厚h比值H/h和板厚h的选择 ...................................................... 10
3.1.2自由状态下碟簧部分大端R、小端r的选择和R/r比值 ......................................... 10
3.1.3膜片弹簧起始圆锥底角 的选择 ......................................................................... 10
3.1.4分离指数目n的选取 ............................................................................................. 10
3.1.5切槽宽度δ1、δ2及半径re ................................................................................. 10
3.1.6 压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定 .............................................. 12
3.1.7膜片弹簧材料 ....................................................................................................... 12
3.2膜片弹簧的弹性特性曲线 ............................................................................................... 12
第4章扭转减振器的设计 ............................................................................................................ 14
4.1扭转减振器主要参数 ...................................................................................................... 14
4.1.1扭转刚度kϕ ........................................................................................................ 14
4.1.2阻尼摩擦转矩Tμ ................................................................................................. 15
4.1.3预紧转矩Tn .......................................................................................................... 15
4.1.4减振弹簧的位置半径R0 ........................................................................................ 15
4.1.5减振弹簧个数Zj ................................................................................................... 15
4.1.6减振弹簧总压力F∑ .............................................................................................. 15
4.2减振弹簧的计算 ............................................................................................................. 15
4.2.1减振弹簧的分布半径R1 ........................................................................................ 16
4.2.2单个减振器的工作压力P ....................................................................................... 16
4.2.3减振弹簧尺寸 ....................................................................................................... 16
第5章离合器其它主要部件的结构设计 ....................................................................................... 18
5.1从动盘毂的设计 ............................................................................................................. 18
5.2从动片的设计 ................................................................................................................. 18
5.3离合器盖结构设计的要求： ............................................................................................ 18
5.4压盘的设计 .................................................................................................................... 19
5.5压盘的结构设计与选择 ................................................................................................... 19 设计小结 ........................................................................................................ 错误！未定义书签。 致谢 ............................................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ........................................................................................................ 错误！未定义书签。
第1章 离合器设计的目的及离合器概述
了解轿车离合器的构造，掌握轿车离合器的工作原理。了解从动盘总成的结构，掌握从动盘总成的设计方法，了解压盘和膜片弹簧的结构，掌握压盘和膜片弹簧的设计方法，通过对以上几方面的了解，从而熟悉轿车离合器的工作原理。学会如何查找文献资料、相关书籍，培养学生动手设计项目、自学的能力，掌握单独设计课题和项目的方法，设计出满足整车要求并符合相关标准、具有良好的制造工艺性且结构简单、便于维护的汽车离合器，为以后从事汽车方面的工作或工作中设计其它项目奠定良好的基础。通过这次课程设计，使学生充分地认识到设计一个工程项目所需经历的步骤，以及身为一个工程技术人员所需具备的素质和所应当完成的工作，为即将进入社会提供了一个良好的学习机会，对于由学生向工程技术人员转变有着重大的实际意义。
离合器通常装在发动机与变速器之间，其主动部分与发动机飞轮相连，从动部分与变速器相连。为各类型汽车所广泛采用的摩擦离合器，实际上是一种依靠其主、从动部分间的摩擦来传递动力且能分离的机构。离合器的主要功用是切断和实现发动机与传动系平顺的接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换档齿轮间的冲击；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系个零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪音。
1.1离合器设计的基本要求
1) 在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止过载。
2) 接合时要完全、平顺、柔和，保证起初起步时没有抖动和冲击。
3) 分离时要迅速、彻底。
4) 从动部分转动惯量要小，以减轻换档时变速器齿轮间的冲击，便于换档和减小同步器的磨损。
5) 应有足够的吸热能力和良好的通风效果，以保证工作温度不致过高，延长寿命。
6) 操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。
7) 具有足够的强度和良好的动平衡，一保证其工作可靠、使用寿命长。
1.2 技术参数及论文要求
车 型：载货汽车
整车质量（Kg）12000kg
最大扭矩/转速（N·m/rpm）:911.5/2200
主减速比：5.0
一档速比：12.96
滚动半径：（mm）：524.9
1.3膜片弹簧离合器结构
膜片弹簧离合总成由膜片弹簧、离合器盖、压盘、从动盘和分离轴承总成等
部分组成。
1) 离合器盖
离合器盖一般为120°或90°旋转对称的板壳冲压结构，通过螺栓与飞轮联结
在一起。离合器盖是离合器中结构形状比较复杂的承载构件，压紧弹簧的压紧力最终都要由它来承受。
2) 膜片弹簧
膜片弹簧是离合器中重要的压紧元件，在其内孔圆周表面上开有许多均布的
长径向槽，在槽的根部制成较大的长圆形或矩形窗孔，可以穿过支承铆钉，这部分称之为分离指；从窗孔底部至弹簧外圆周的部分形状像一个无底宽边碟子，其截面为截圆锥形，称之为碟簧部分。
3) 压盘
压盘的结构一般是环形盘状铸件，离合器通过压盘与发动机紧密相连。压盘
靠近外圆周处有断续的环状支承凸台，最外缘均布有三个或四个传力凸耳。
4) 从动盘
离合器接合时，飞轮驱动离合器盖带动压盘一起转动，并通过压盘与从动盘
摩擦片之间的摩擦力使从动盘转动；在离合器分离时，压盘相对于离合器盖作自由轴向移动，使从动盘松开。这些动作均由传动片完成。传动片的两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联接，一般采用周向布置。在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转；在离合器分离时，可利用它的弹性恢复力来牵动压盘轴向分离并使操纵力减小。
5) 分离轴承总成
分离轴承总成由分离轴承、分离套筒等组成。分离轴承在工作时主要承受轴
向分离力，同时还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。目前国产的汽车中多使用角接触推力球轴承，采用全密封结构和高温铿基润滑脂，其端面形状与分离指舌尖部形状相配合，舌尖部为平面时采用球形端面，舌尖部为弧形面时采用平端面或凹弧形端面。
1.4 膜片弹簧离合器的优点
拉式膜片弹簧离合器与其他形式离合器相比，具有一系列优点：
1) 膜片弹簧离合器具有较理想的非线性弹性特性；
2) 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；
3) 高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；
4) 膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损
均匀且摩擦损失少，传递效率高，操纵轻便；
5) 在接合或分离状态下，离合器盖变形量小，刚度大，分离效率更高；
6) 易于实现良好的通风散热，使用寿命长；
7) 膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好
1.5 膜片弹簧离合器的工作原理
由图可知，离合器盖与发动机飞轮用螺栓紧固在一起，当膜片弹簧被预加压
紧，离合器处于接合位置时，由于膜片弹簧大端对压盘的压紧力，使得压盘与从动摩擦片之间产生摩擦力。当离合器盖总成随飞轮转动时(构成离合器主动部分)，就通过摩擦片上的摩擦转矩带动从动盘总成和变速器一起转动以传递发动机动力
要分离离合器时，将离合器踏板踏下，通过操纵机构，使分离轴承总成前移
推动膜片弹簧分离指，使膜片弹簧呈反锥形变形，其大端离开压盘，压盘在传动片的弹力作用下离开摩擦片，使从动盘总成处于分离位置，切断了发动机动力的传递。
第2章 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=100max=100911.mm=426.97mm
式中，Temax为发动机最大转矩，取Tmax=911.5N⋅m；K取50
离合器摩擦片尺寸系列和参数表1
表1
外径D/mm 160 180 200 225 250 280 300 325 350 380 405 内径d/mm 110 125 140 150 155 165 175 190 195 205 220 厚度b/mm 3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 4 4 4 c=d/D 0.687 0.694 0.700 0.667 0.620 0.589 0.583 0.585 0.557 0.540 0.543 1- c3 0.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 0.827 0.843 0.840 单位面积 106 132 160 221 302 402 466 546 678 729 908 摩擦片标准系列尺寸，取D=430mm,d=230mm b=4mm，c==0.53。
2.1.2 后备系数β
后备系数保证了离合器能可靠地传递发动机扭矩，同时它有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器的使用寿命。但为了离合器的尺寸不致过大，减少传430 230 4 0.535 0.847 1037
递系的过载，使操纵轻便等，后备系数又不宜过大。当发动机后备功率较大、使用条件较好时，β可选取小些；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，β应选取大些；货车总质量越大，β也应选得越大双片离合器的β值应大于单片离合器。各类汽车离合器β的取值范围见表2-3。
表2-3 离合器后备系数β的取值范围
根据发动机的最大转矩及上述要求，该离合器与大柴BF6M1013-28E3发动机匹配时，其后备系数为2.45。
2.1.3 离合器传递的最大静摩擦力矩TC Tc=βTemax=2.45⨯911.5=2233.175N⋅m
2.1.4 单位压力P0
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。
Tc=π
12fp0ZD3(1-d3)D3⇒
p0=12⨯TcfπZD(1-d33=
D3)12⨯2233.17530.3⨯π⨯4⨯4303(1-2304303)105MPa =0.
式中，f为摩擦因数取0.3；
p0为单位压力（MPa）
Z为摩擦面数取4；
D为摩擦片外径取430mm；
d为摩擦片内径取230mm；
摩擦片材料选择粉末冶金摩擦材料(铜基)，
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粉末冶金摩擦材料摩擦片，由基体金属（铜、铁或其他合金）、润滑组元（铅、石墨、二硫化钼等）、摩擦组元（二氧化硅、石棉等）3部分组成。其摩擦系数高，能很快吸收动能，制动、传动速度快、磨损小；强度高，耐高温，导热性好；抗咬合性好，耐腐蚀，受油脂、潮湿影响小。粉末冶金摩擦材料(铜基)以铜粉为主要成分再添加摩擦和防止粘结的非金属粉末制成的粉末冶金摩擦材料。 p0为单位压力0.105MPa，f为摩擦
2.2 离合器基本参数的校核
2.2.1 最大圆周速度
vD=π
60nemaxD⨯10-3=π60⨯2200⨯430⨯10-3≈49.5m/s
式中， vD为摩擦片最大圆周速度（m/s）；
nemax
为发动机最高转速取2200r/min；
D为摩擦片外径径取430mm；
故符合条件。
2.2.2 单位摩擦面积传递的转矩Tc0
Tc0=
4⨯2233.1754Tc2
mmm(N·/) =≈0.0052222
πZ(D-d)π⨯4⨯(430-230)
式中，Tc为离合器传递的最大静摩擦力矩2233.175N⋅m；
当摩擦片外径D>325mm时，[Tc0]=0.0 04N·m/mm2>0.005 N·m/mm2， 故符合要求 2.2.3 单位压力P0
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P0的最大范围为0.10～1.5Mpa，
由于已确定单位压力P0＝0.105Mpa，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：
22
marr2π2ne3.142⨯1500228000⨯0.5291
W = (22) = () = 23006.6 (J) 22
1800i0ig180012.96⨯5.0
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)
ma为汽车总质量取28000kg； rr为轮胎滚动半径0.5291m；
ig为汽车起步时所用变速器档位的传动比12.96； i0为主减速器传动比5.0；
ne为发动机转速(r/min),乘用车ne取1500 r/min;
4W4⨯23006.6
w = = = 0.111 2222
πZ(D-d)3.14⨯2(430-230)
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23006.6J 满足w
摩擦片的相关参数如表2
表2
摩擦片外径D 430mm
摩擦片内径d 230mm
后备系数β
2.45
厚度b 4
单位压力Po 0.105MPa
第3章 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
H
和板厚h的选择 h
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H/h一般为1.5～2.0，板厚h为2～4mm
H
故初选h=3mm, =2则H=2h=6mm.
h
3.1.2 自由状态下碟簧部分大端R、小端r的选择和
R
比值 r
当
dD+d430+230≤0.6时，摩擦片平均半径Rc===165(mm)， D44
对于拉式膜片弹簧的R值，应满足关系R≥Rc=165mm 故取R=170,再结合实际情况取R/r=1.25,则r=136mm。 3.1.3 膜片弹簧起始圆锥底角
α的选择
α＝arctanH/(R-r)=arctan6/(170-136)=10°，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re
取δ1＝3.3mm, δ2=10mm, re满足r-re>=δ2,则re
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：
1≤R-R1≤7 0≤r1-r≤6
故选择R1＝165mm， r1＝138mm.( R1尽量接近R,r1尽量接近r) 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。
3.2 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：
⎡πEhx1⎤ln(R/r)P1=f(x1)=⎢2⎥2
⎣6(1-b)⎦(R1-r1)
R-rx1R-r⎡2⎤(H-x1)(H-)+h⎢⎥ R1-r12R1-r1⎣⎦
式中，E――弹性模量，钢材料取E=2.06×105Mpa； 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，170mm； r――自由状态下碟簧部分小端半径，136mm； R1――压盘加载点半径，165mm； r1――支承环加载点半径，138mm；
H――自由状态下碟簧部分内截锥高度，6mm；
h――膜片弹簧钢板厚度，3mm。 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 6mm
板厚h 3mm
分离指数n
18
圆底锥角
10
第4章 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。
极限转矩受限于减振弹簧的许用应力等因素，与发动机最大转矩有关，一般可取，
Tj=(1.5～2.0) Temax
对于商用车，系数取1.5。
则Tj=1.5×Temax＝1.5×911.5＝1367.25（N·m） 4.1.1扭转刚度kϕ
由经验公式初选
kϕ≤13Tj
即kϕ＝≤13Tj＝13×1367.25＝17774.25（N·m/rad） 取kϕ＝17770（N·m/rad）
4.1.2 阻尼摩擦转矩Tμ
可按公式初选Tμ
Tμ＝（0.06～0.17）Temax
取Tμ=0.1 Temax=0.1×911.5=91.15(N·m) 4.1.3 预紧转矩Tn
减振弹簧在安装时都有一定的预紧。 Tn满足以下关系：
Tn＝（0.05～0.15）Temax且Tn≤Tμ＝91.15 N·m
而Tn＝（0.05～0.15）Temax＝45.6～136.7N·m
则初选Tn＝80N·m
4.1.4 减振弹簧的位置半径R0
R0的尺寸应尽可能大些，一般取
R0=(0.60～0.75)d/2
则取R0=0.7×230/2=80.5(mm),可取为81mm. 4.1.5减振弹簧个数Zj
当摩擦片外径D≥350mm时，
Zj〉10
故取Zj=12
4.1.6减振弹簧总压力F∑
当减振弹簧传递的转矩达到最大值Tj时，减振弹簧受到的压力F∑为
F∑＝Tj/R0＝1367.25/(81×10-3)＝16.88(kN)
4.2 减振弹簧的计算
在初步选定减振器的主要参数以后，即可根据布置上的可能来确定和减振器设计相关的尺寸。
4.2.1 减振弹簧的分布半径R1
R1的尺寸应尽可能大些，一般取
R1=(0.60～0.75)d/2
式中，d为离合器摩擦片内径
故R1=0.7×230/2=80.5(mm),可取为81mm，即为减振器基本参数中的R0 4.2.2单个减振器的工作压力P
P= F∑/Z=16880/12≈1406.7(N) 4.2.3 减振弹簧尺寸 1）弹簧中径Dc
其一般由布置结构来决定，通常
Dc=11～15mm
故取Dc=12mm 2）弹簧钢丝直径d
d=8PDc38⨯1406.7⨯12
==4.20mm π[τ]π⨯580
式中，扭转许用应力[τ]可取550～600Mpa,故取为580Mpa d取4.2 mm 3）减振弹簧刚度k
应根据已选定的减振器扭转刚度值kϕ及其布置尺寸R1确定，即
k=
kϕ1000R1Zj
2
=
17770
≈225.7(N/mm) -32
1000⨯(81⨯10)⨯12
4）减振弹簧有效圈数i
8.3⨯104⨯(4.2⨯10-3)4
i==≈8.28 3-333
8⨯(12⨯10)⨯225.7⨯108Dck
Ed4
5）减振弹簧总圈数n
其一般在6圈左右，与有效圈数i之间的关系为 n=i+(1.5～2)=9 减振弹簧最小高度
lmin=n(d+δ)≈1.1dn=41.58mm
弹簧总变形量
∆l=
P1406.7==6.23mm k225.7
减振弹簧总变形量l0
l0=lmin+∆l=41.58+6.23=47.81mm
减振弹簧预变形量
∆l'=
Tn80=≈0.365mm kZR1225.7⨯12⨯81
减振弹簧安装工作高度l
l=l0-∆l'=47.81-0.365=47.445mm
6）从动片相对从动盘毂的最大转角α
最大转角α和减振弹簧的工作变形量∆l''(∆l''=∆l-∆l')有关，其值为
α=2arcsin(∆l"/2R1)=4.15°
7）限位销与从动盘毂缺口侧边的间隙λ1
λ1=R2sinα
式中，R2为限位销的安装尺寸。λ1值一般为2.5～4mm。 所以可取λ1为3mm, R2为41.45mm. 8）限位销直径d'
d'按结构布置选定，一般
d'＝9.5～12mm。
可取d'为10mm
扭转减振器相关参数表4
表4
极限转矩Tj 阻尼摩擦转矩Tμ 预紧转矩Tn 减振弹簧的位置半径R0 减振弹簧个数Zj 1367．25 N·m
91.15 N·m
80 N·m
81mm
12
第5章 离合器其它主要部件的结构设计
5.1从动盘毂的设计
从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受由发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对中的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的迟钝可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩Temax而定。花键尺寸表如下:
花键尺寸表5
表5
5 65
430
911.5
10
45
36
13.5
5.2从动片的设计
从动盘对离合器工作性能影响很大，设计时应满足如下要求： 1)从动盘的转动惯量应尽可能小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。 2) 从动盘应具有轴向弹性，使离合器结合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，以减小磨损。
3)应安装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。 从动盘钢片一般都比较薄,通常是用1.3～2.0mm。 本次设计初选从动片厚度为2mm
5.3离合器盖结构设计的要求：
1)应具有足够的刚度，否则影响离合器的工作特性，增大操纵时的分离行程，减小压盘升程，严重时使摩擦面不能彻底分离。
2)应与飞轮保持良好的对中，以免影响总成的平衡和正常的工作。 3)盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度。
4)为了便于通风散热，防止摩擦表面温度过高，可在离合器盖上开较大的通风窗孔，或在盖上加设通风扇片等。
为了降低成本、增加刚度，重型汽车离合器盖一般用铸铁材料。 本次设计初选厚度为5mm
5.4压盘的设计
对压盘结构设计的要求:
1)压盘应具有较大的质量,以增大热容量，减小温，防止其产生裂纹和破碎，有时可设置各种形状的散热筋或鼓风筋，以帮助散热通风。中间压盘可铸出通风槽，也可以采用传热系数较大的铝合金压盘。
2)压盘应具有较大刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减小受热后的翘曲变形，以免影响摩擦片的均匀压紧及与离合器的彻底分离，厚度约为15～25 mm 。
3)与飞轮应保持良好的对中，并要进行静平衡，压盘单件的平衡精度应不低于15～20 g·cm 。
4)压盘高度(从承压点到摩擦面的距离)公差要小。
压盘形状较复杂，要求传热性好，具有较高的摩擦因数，通常采用灰铸铁，一般采用HT200、HT250、HT300，硬度为170～227HBS。
5.5压盘的结构设计与选择
t =
γW
(1) mc
D2-d2
)πρ (2) m = Vρ=h(
4
t =
γW
D-dh()πρc
4
=
0.25⨯23006.6
=0.99
22430-23015()π⨯7800⨯481.4
4
︒
C
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W=23006.6J
γ为传到压盘的热量所占的比例，对单片离合器压盘. γ=0.25； m为压盘质量(kg)
V为压盘估算面积；
c为压盘的比热容，铸铁：c=481.4 J/(kg·︒C)；
ρ为铸铁密度，取7800 kg/m3；
D为摩擦片外径取430mm；
d为摩擦片内径取230mm；
h为压盘厚度，取=15 mm；
t为压盘温升（︒C）
︒满足压盘温升不超过8~10C要求。
压盘传力方式选择：传动片式传动方式。
传力片常采用中碳钢（35）,硬度HRC55~62，渗碳处理。
设计总结
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，也是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。通过这次的汽车课程设计，使我之前学习的课本知识得以巩固，同时也更加系统全面的了解了汽车离合器的相关知识。我设计的离合器是拉式膜片弹簧离合器，虽然设计的不是非常理想，但是我认认真真的做了，初步了解了离合器的结构设计，这对我以后的工作发展有很大的帮助。
本次课程设计增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。我们不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。
由于设计资料和能力比较有限，此次设计尚有许多不足之处，恳请各位老师和同学给予批评指正。
最后，向对本次课程设计尽心指导的各位老师表示衷心的感谢！
------09车辆工程2班：孔xx
------2012年9月16日
参考文献
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[2] 王国权，龚国庆.汽车设计课程设计指导书[M].北京：机械工业出版社，2009.
[3] 陈家瑞.汽车构造[M].3版.北京：机械工业出版社，2009.
[4] 刘惟信.汽车设计[M].北京.清华大学出版社，2003.
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[6] 田其铸.汽车设计手册（整车·底盘卷).长春汽车研究所.1998.
[7] 王丰元，马明星，邹旭东.汽车设计课程设计指导书.北京：中国电力出版社，2009.
[8] 中华人民共和国汽车行业标准委员会.QC/T29082-1992 汽车传动轴总成技术条件[S].
北京：中国标准出版社，1992.
[9]国家标准：GBT1589-2004/GBT2974-2008/GBT2977-2008/GBT2978-2008
[10]参考网页：百度百科、卡车之家、中国第一汽车集团有限公司官网等。
汽车设计课程设计说明书
题目：重型载货汽车离合器设计
姓名：孔xx
学号：200924xxx
同组者：严xx、席xx、余xx、李xx、郑xx 专业班级：09车辆工程2班
指导教师：王xx、林xx、邹xx
设计时间：2012. 9.10-2012. 9.16
摘 要
汽车离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。其功用为：（1）使汽车平稳起步；（2）中断给传动系的动力，配合换档；（3）防止传动系过载。
膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻重型汽车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。此设计说明书详细的说明了重型汽车膜片弹簧离合器的结构形式，参数选择以及计算过程。
本文主要是对载重16吨重型汽车的膜片式弹簧离合器进行设计。根据车辆使用条件和车辆参数，按照离合器系统的设计步骤和要求，主要进行了以下工作：选择相关设计参数主要为：摩擦片外径D的确定，离合器后备系数 的确定，单位压力p的确定。并进行了总成设计主要为：分离装置的设计，以及从动盘设计（从动盘毂的设计）和压盘设计等。
关键词:离合器；膜片弹簧；从动盘；压盘；摩擦片
目录
摘要 .............................................................................................................................................. I
第1章离合器设计的目的及离合器概述 ......................................................................................... 4
1.1离合器设计的基本要求 ..................................................................................................... 4
1.2技术参数及论文要求 ........................................................................................................ 5
1.3膜片弹簧离合器结构 ........................................................................................................ 5
1.4膜片弹簧离合器的优点 ..................................................................................................... 6
1.5膜片弹簧离合器的工作原理 .............................................................................................. 6
第2章离合器摩擦片参数的确定 ................................................................................................... 7
2.1摩擦片参数的选择 ............................................................................................................ 7
2.1.1初选摩擦片外径D、内径d、厚度b ......................................................................... 7
2.1.2后备系数β ............................................................................................................. 7
2.1.3 离合器传递的最大静摩擦力矩TC ............................................................................ 8
2.1.4单位压力P0 ............................................................................................................ 8
2.2 离合器基本参数的校核 .................................................................................................... 9
2.2.1最大圆周速度 ......................................................................................................... 9
2.2.2单位摩擦面积传递的转矩Tc0 ................................................................................ 10
2.2.3单位压力P0 ......................................................................................................... 10
2.2.4 单位摩擦面积滑磨功 .............................................................................................. 8
第3章膜片弹簧的设计 ............................................................................................................... 10
3.1膜片弹簧的基本参数的选择 ............................................................................................ 10
3.1.1截锥高度H与板厚h比值H/h和板厚h的选择 ...................................................... 10
3.1.2自由状态下碟簧部分大端R、小端r的选择和R/r比值 ......................................... 10
3.1.3膜片弹簧起始圆锥底角 的选择 ......................................................................... 10
3.1.4分离指数目n的选取 ............................................................................................. 10
3.1.5切槽宽度δ1、δ2及半径re ................................................................................. 10
3.1.6 压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定 .............................................. 12
3.1.7膜片弹簧材料 ....................................................................................................... 12
3.2膜片弹簧的弹性特性曲线 ............................................................................................... 12
第4章扭转减振器的设计 ............................................................................................................ 14
4.1扭转减振器主要参数 ...................................................................................................... 14
4.1.1扭转刚度kϕ ........................................................................................................ 14
4.1.2阻尼摩擦转矩Tμ ................................................................................................. 15
4.1.3预紧转矩Tn .......................................................................................................... 15
4.1.4减振弹簧的位置半径R0 ........................................................................................ 15
4.1.5减振弹簧个数Zj ................................................................................................... 15
4.1.6减振弹簧总压力F∑ .............................................................................................. 15
4.2减振弹簧的计算 ............................................................................................................. 15
4.2.1减振弹簧的分布半径R1 ........................................................................................ 16
4.2.2单个减振器的工作压力P ....................................................................................... 16
4.2.3减振弹簧尺寸 ....................................................................................................... 16
第5章离合器其它主要部件的结构设计 ....................................................................................... 18
5.1从动盘毂的设计 ............................................................................................................. 18
5.2从动片的设计 ................................................................................................................. 18
5.3离合器盖结构设计的要求： ............................................................................................ 18
5.4压盘的设计 .................................................................................................................... 19
5.5压盘的结构设计与选择 ................................................................................................... 19 设计小结 ........................................................................................................ 错误！未定义书签。 致谢 ............................................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ........................................................................................................ 错误！未定义书签。
第1章 离合器设计的目的及离合器概述
了解轿车离合器的构造，掌握轿车离合器的工作原理。了解从动盘总成的结构，掌握从动盘总成的设计方法，了解压盘和膜片弹簧的结构，掌握压盘和膜片弹簧的设计方法，通过对以上几方面的了解，从而熟悉轿车离合器的工作原理。学会如何查找文献资料、相关书籍，培养学生动手设计项目、自学的能力，掌握单独设计课题和项目的方法，设计出满足整车要求并符合相关标准、具有良好的制造工艺性且结构简单、便于维护的汽车离合器，为以后从事汽车方面的工作或工作中设计其它项目奠定良好的基础。通过这次课程设计，使学生充分地认识到设计一个工程项目所需经历的步骤，以及身为一个工程技术人员所需具备的素质和所应当完成的工作，为即将进入社会提供了一个良好的学习机会，对于由学生向工程技术人员转变有着重大的实际意义。
离合器通常装在发动机与变速器之间，其主动部分与发动机飞轮相连，从动部分与变速器相连。为各类型汽车所广泛采用的摩擦离合器，实际上是一种依靠其主、从动部分间的摩擦来传递动力且能分离的机构。离合器的主要功用是切断和实现发动机与传动系平顺的接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换档齿轮间的冲击；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系个零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪音。
1.1离合器设计的基本要求
1) 在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止过载。
2) 接合时要完全、平顺、柔和，保证起初起步时没有抖动和冲击。
3) 分离时要迅速、彻底。
4) 从动部分转动惯量要小，以减轻换档时变速器齿轮间的冲击，便于换档和减小同步器的磨损。
5) 应有足够的吸热能力和良好的通风效果，以保证工作温度不致过高，延长寿命。
6) 操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。
7) 具有足够的强度和良好的动平衡，一保证其工作可靠、使用寿命长。
1.2 技术参数及论文要求
车 型：载货汽车
整车质量（Kg）12000kg
最大扭矩/转速（N·m/rpm）:911.5/2200
主减速比：5.0
一档速比：12.96
滚动半径：（mm）：524.9
1.3膜片弹簧离合器结构
膜片弹簧离合总成由膜片弹簧、离合器盖、压盘、从动盘和分离轴承总成等
部分组成。
1) 离合器盖
离合器盖一般为120°或90°旋转对称的板壳冲压结构，通过螺栓与飞轮联结
在一起。离合器盖是离合器中结构形状比较复杂的承载构件，压紧弹簧的压紧力最终都要由它来承受。
2) 膜片弹簧
膜片弹簧是离合器中重要的压紧元件，在其内孔圆周表面上开有许多均布的
长径向槽，在槽的根部制成较大的长圆形或矩形窗孔，可以穿过支承铆钉，这部分称之为分离指；从窗孔底部至弹簧外圆周的部分形状像一个无底宽边碟子，其截面为截圆锥形，称之为碟簧部分。
3) 压盘
压盘的结构一般是环形盘状铸件，离合器通过压盘与发动机紧密相连。压盘
靠近外圆周处有断续的环状支承凸台，最外缘均布有三个或四个传力凸耳。
4) 从动盘
离合器接合时，飞轮驱动离合器盖带动压盘一起转动，并通过压盘与从动盘
摩擦片之间的摩擦力使从动盘转动；在离合器分离时，压盘相对于离合器盖作自由轴向移动，使从动盘松开。这些动作均由传动片完成。传动片的两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联接，一般采用周向布置。在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转；在离合器分离时，可利用它的弹性恢复力来牵动压盘轴向分离并使操纵力减小。
5) 分离轴承总成
分离轴承总成由分离轴承、分离套筒等组成。分离轴承在工作时主要承受轴
向分离力，同时还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。目前国产的汽车中多使用角接触推力球轴承，采用全密封结构和高温铿基润滑脂，其端面形状与分离指舌尖部形状相配合，舌尖部为平面时采用球形端面，舌尖部为弧形面时采用平端面或凹弧形端面。
1.4 膜片弹簧离合器的优点
拉式膜片弹簧离合器与其他形式离合器相比，具有一系列优点：
1) 膜片弹簧离合器具有较理想的非线性弹性特性；
2) 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；
3) 高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；
4) 膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损
均匀且摩擦损失少，传递效率高，操纵轻便；
5) 在接合或分离状态下，离合器盖变形量小，刚度大，分离效率更高；
6) 易于实现良好的通风散热，使用寿命长；
7) 膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好
1.5 膜片弹簧离合器的工作原理
由图可知，离合器盖与发动机飞轮用螺栓紧固在一起，当膜片弹簧被预加压
紧，离合器处于接合位置时，由于膜片弹簧大端对压盘的压紧力，使得压盘与从动摩擦片之间产生摩擦力。当离合器盖总成随飞轮转动时(构成离合器主动部分)，就通过摩擦片上的摩擦转矩带动从动盘总成和变速器一起转动以传递发动机动力
要分离离合器时，将离合器踏板踏下，通过操纵机构，使分离轴承总成前移
推动膜片弹簧分离指，使膜片弹簧呈反锥形变形，其大端离开压盘，压盘在传动片的弹力作用下离开摩擦片，使从动盘总成处于分离位置，切断了发动机动力的传递。
第2章 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=100max=100911.mm=426.97mm
式中，Temax为发动机最大转矩，取Tmax=911.5N⋅m；K取50
离合器摩擦片尺寸系列和参数表1
表1
外径D/mm 160 180 200 225 250 280 300 325 350 380 405 内径d/mm 110 125 140 150 155 165 175 190 195 205 220 厚度b/mm 3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 4 4 4 c=d/D 0.687 0.694 0.700 0.667 0.620 0.589 0.583 0.585 0.557 0.540 0.543 1- c3 0.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 0.827 0.843 0.840 单位面积 106 132 160 221 302 402 466 546 678 729 908 摩擦片标准系列尺寸，取D=430mm,d=230mm b=4mm，c==0.53。
2.1.2 后备系数β
后备系数保证了离合器能可靠地传递发动机扭矩，同时它有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器的使用寿命。但为了离合器的尺寸不致过大，减少传430 230 4 0.535 0.847 1037
递系的过载，使操纵轻便等，后备系数又不宜过大。当发动机后备功率较大、使用条件较好时，β可选取小些；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，β应选取大些；货车总质量越大，β也应选得越大双片离合器的β值应大于单片离合器。各类汽车离合器β的取值范围见表2-3。
表2-3 离合器后备系数β的取值范围
根据发动机的最大转矩及上述要求，该离合器与大柴BF6M1013-28E3发动机匹配时，其后备系数为2.45。
2.1.3 离合器传递的最大静摩擦力矩TC Tc=βTemax=2.45⨯911.5=2233.175N⋅m
2.1.4 单位压力P0
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。
Tc=π
12fp0ZD3(1-d3)D3⇒
p0=12⨯TcfπZD(1-d33=
D3)12⨯2233.17530.3⨯π⨯4⨯4303(1-2304303)105MPa =0.
式中，f为摩擦因数取0.3；
p0为单位压力（MPa）
Z为摩擦面数取4；
D为摩擦片外径取430mm；
d为摩擦片内径取230mm；
摩擦片材料选择粉末冶金摩擦材料(铜基)，
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粉末冶金摩擦材料摩擦片，由基体金属（铜、铁或其他合金）、润滑组元（铅、石墨、二硫化钼等）、摩擦组元（二氧化硅、石棉等）3部分组成。其摩擦系数高，能很快吸收动能，制动、传动速度快、磨损小；强度高，耐高温，导热性好；抗咬合性好，耐腐蚀，受油脂、潮湿影响小。粉末冶金摩擦材料(铜基)以铜粉为主要成分再添加摩擦和防止粘结的非金属粉末制成的粉末冶金摩擦材料。 p0为单位压力0.105MPa，f为摩擦
2.2 离合器基本参数的校核
2.2.1 最大圆周速度
vD=π
60nemaxD⨯10-3=π60⨯2200⨯430⨯10-3≈49.5m/s
式中， vD为摩擦片最大圆周速度（m/s）；
nemax
为发动机最高转速取2200r/min；
D为摩擦片外径径取430mm；
故符合条件。
2.2.2 单位摩擦面积传递的转矩Tc0
Tc0=
4⨯2233.1754Tc2
mmm(N·/) =≈0.0052222
πZ(D-d)π⨯4⨯(430-230)
式中，Tc为离合器传递的最大静摩擦力矩2233.175N⋅m；
当摩擦片外径D>325mm时，[Tc0]=0.0 04N·m/mm2>0.005 N·m/mm2， 故符合要求 2.2.3 单位压力P0
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P0的最大范围为0.10～1.5Mpa，
由于已确定单位压力P0＝0.105Mpa，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：
22
marr2π2ne3.142⨯1500228000⨯0.5291
W = (22) = () = 23006.6 (J) 22
1800i0ig180012.96⨯5.0
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)
ma为汽车总质量取28000kg； rr为轮胎滚动半径0.5291m；
ig为汽车起步时所用变速器档位的传动比12.96； i0为主减速器传动比5.0；
ne为发动机转速(r/min),乘用车ne取1500 r/min;
4W4⨯23006.6
w = = = 0.111 2222
πZ(D-d)3.14⨯2(430-230)
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23006.6J 满足w
摩擦片的相关参数如表2
表2
摩擦片外径D 430mm
摩擦片内径d 230mm
后备系数β
2.45
厚度b 4
单位压力Po 0.105MPa
第3章 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
H
和板厚h的选择 h
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H/h一般为1.5～2.0，板厚h为2～4mm
H
故初选h=3mm, =2则H=2h=6mm.
h
3.1.2 自由状态下碟簧部分大端R、小端r的选择和
R
比值 r
当
dD+d430+230≤0.6时，摩擦片平均半径Rc===165(mm)， D44
对于拉式膜片弹簧的R值，应满足关系R≥Rc=165mm 故取R=170,再结合实际情况取R/r=1.25,则r=136mm。 3.1.3 膜片弹簧起始圆锥底角
α的选择
α＝arctanH/(R-r)=arctan6/(170-136)=10°，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re
取δ1＝3.3mm, δ2=10mm, re满足r-re>=δ2,则re
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：
1≤R-R1≤7 0≤r1-r≤6
故选择R1＝165mm， r1＝138mm.( R1尽量接近R,r1尽量接近r) 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。
3.2 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：
⎡πEhx1⎤ln(R/r)P1=f(x1)=⎢2⎥2
⎣6(1-b)⎦(R1-r1)
R-rx1R-r⎡2⎤(H-x1)(H-)+h⎢⎥ R1-r12R1-r1⎣⎦
式中，E――弹性模量，钢材料取E=2.06×105Mpa； 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，170mm； r――自由状态下碟簧部分小端半径，136mm； R1――压盘加载点半径，165mm； r1――支承环加载点半径，138mm；
H――自由状态下碟簧部分内截锥高度，6mm；
h――膜片弹簧钢板厚度，3mm。 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 6mm
板厚h 3mm
分离指数n
18
圆底锥角
10
第4章 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。
极限转矩受限于减振弹簧的许用应力等因素，与发动机最大转矩有关，一般可取，
Tj=(1.5～2.0) Temax
对于商用车，系数取1.5。
则Tj=1.5×Temax＝1.5×911.5＝1367.25（N·m） 4.1.1扭转刚度kϕ
由经验公式初选
kϕ≤13Tj
即kϕ＝≤13Tj＝13×1367.25＝17774.25（N·m/rad） 取kϕ＝17770（N·m/rad）
4.1.2 阻尼摩擦转矩Tμ
可按公式初选Tμ
Tμ＝（0.06～0.17）Temax
取Tμ=0.1 Temax=0.1×911.5=91.15(N·m) 4.1.3 预紧转矩Tn
减振弹簧在安装时都有一定的预紧。 Tn满足以下关系：
Tn＝（0.05～0.15）Temax且Tn≤Tμ＝91.15 N·m
而Tn＝（0.05～0.15）Temax＝45.6～136.7N·m
则初选Tn＝80N·m
4.1.4 减振弹簧的位置半径R0
R0的尺寸应尽可能大些，一般取
R0=(0.60～0.75)d/2
则取R0=0.7×230/2=80.5(mm),可取为81mm. 4.1.5减振弹簧个数Zj
当摩擦片外径D≥350mm时，
Zj〉10
故取Zj=12
4.1.6减振弹簧总压力F∑
当减振弹簧传递的转矩达到最大值Tj时，减振弹簧受到的压力F∑为
F∑＝Tj/R0＝1367.25/(81×10-3)＝16.88(kN)
4.2 减振弹簧的计算
在初步选定减振器的主要参数以后，即可根据布置上的可能来确定和减振器设计相关的尺寸。
4.2.1 减振弹簧的分布半径R1
R1的尺寸应尽可能大些，一般取
R1=(0.60～0.75)d/2
式中，d为离合器摩擦片内径
故R1=0.7×230/2=80.5(mm),可取为81mm，即为减振器基本参数中的R0 4.2.2单个减振器的工作压力P
P= F∑/Z=16880/12≈1406.7(N) 4.2.3 减振弹簧尺寸 1）弹簧中径Dc
其一般由布置结构来决定，通常
Dc=11～15mm
故取Dc=12mm 2）弹簧钢丝直径d
d=8PDc38⨯1406.7⨯12
==4.20mm π[τ]π⨯580
式中，扭转许用应力[τ]可取550～600Mpa,故取为580Mpa d取4.2 mm 3）减振弹簧刚度k
应根据已选定的减振器扭转刚度值kϕ及其布置尺寸R1确定，即
k=
kϕ1000R1Zj
2
=
17770
≈225.7(N/mm) -32
1000⨯(81⨯10)⨯12
4）减振弹簧有效圈数i
8.3⨯104⨯(4.2⨯10-3)4
i==≈8.28 3-333
8⨯(12⨯10)⨯225.7⨯108Dck
Ed4
5）减振弹簧总圈数n
其一般在6圈左右，与有效圈数i之间的关系为 n=i+(1.5～2)=9 减振弹簧最小高度
lmin=n(d+δ)≈1.1dn=41.58mm
弹簧总变形量
∆l=
P1406.7==6.23mm k225.7
减振弹簧总变形量l0
l0=lmin+∆l=41.58+6.23=47.81mm
减振弹簧预变形量
∆l'=
Tn80=≈0.365mm kZR1225.7⨯12⨯81
减振弹簧安装工作高度l
l=l0-∆l'=47.81-0.365=47.445mm
6）从动片相对从动盘毂的最大转角α
最大转角α和减振弹簧的工作变形量∆l''(∆l''=∆l-∆l')有关，其值为
α=2arcsin(∆l"/2R1)=4.15°
7）限位销与从动盘毂缺口侧边的间隙λ1
λ1=R2sinα
式中，R2为限位销的安装尺寸。λ1值一般为2.5～4mm。 所以可取λ1为3mm, R2为41.45mm. 8）限位销直径d'
d'按结构布置选定，一般
d'＝9.5～12mm。
可取d'为10mm
扭转减振器相关参数表4
表4
极限转矩Tj 阻尼摩擦转矩Tμ 预紧转矩Tn 减振弹簧的位置半径R0 减振弹簧个数Zj 1367．25 N·m
91.15 N·m
80 N·m
81mm
12
第5章 离合器其它主要部件的结构设计
5.1从动盘毂的设计
从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受由发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对中的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的迟钝可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩Temax而定。花键尺寸表如下:
花键尺寸表5
表5
5 65
430
911.5
10
45
36
13.5
5.2从动片的设计
从动盘对离合器工作性能影响很大，设计时应满足如下要求： 1)从动盘的转动惯量应尽可能小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。 2) 从动盘应具有轴向弹性，使离合器结合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，以减小磨损。
3)应安装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。 从动盘钢片一般都比较薄,通常是用1.3～2.0mm。 本次设计初选从动片厚度为2mm
5.3离合器盖结构设计的要求：
1)应具有足够的刚度，否则影响离合器的工作特性，增大操纵时的分离行程，减小压盘升程，严重时使摩擦面不能彻底分离。
2)应与飞轮保持良好的对中，以免影响总成的平衡和正常的工作。 3)盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度。
4)为了便于通风散热，防止摩擦表面温度过高，可在离合器盖上开较大的通风窗孔，或在盖上加设通风扇片等。
为了降低成本、增加刚度，重型汽车离合器盖一般用铸铁材料。 本次设计初选厚度为5mm
5.4压盘的设计
对压盘结构设计的要求:
1)压盘应具有较大的质量,以增大热容量，减小温，防止其产生裂纹和破碎，有时可设置各种形状的散热筋或鼓风筋，以帮助散热通风。中间压盘可铸出通风槽，也可以采用传热系数较大的铝合金压盘。
2)压盘应具有较大刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减小受热后的翘曲变形，以免影响摩擦片的均匀压紧及与离合器的彻底分离，厚度约为15～25 mm 。
3)与飞轮应保持良好的对中，并要进行静平衡，压盘单件的平衡精度应不低于15～20 g·cm 。
4)压盘高度(从承压点到摩擦面的距离)公差要小。
压盘形状较复杂，要求传热性好，具有较高的摩擦因数，通常采用灰铸铁，一般采用HT200、HT250、HT300，硬度为170～227HBS。
5.5压盘的结构设计与选择
t =
γW
(1) mc
D2-d2
)πρ (2) m = Vρ=h(
4
t =
γW
D-dh()πρc
4
=
0.25⨯23006.6
=0.99
22430-23015()π⨯7800⨯481.4
4
︒
C
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W=23006.6J
γ为传到压盘的热量所占的比例，对单片离合器压盘. γ=0.25； m为压盘质量(kg)
V为压盘估算面积；
c为压盘的比热容，铸铁：c=481.4 J/(kg·︒C)；
ρ为铸铁密度，取7800 kg/m3；
D为摩擦片外径取430mm；
d为摩擦片内径取230mm；
h为压盘厚度，取=15 mm；
t为压盘温升（︒C）
︒满足压盘温升不超过8~10C要求。
压盘传力方式选择：传动片式传动方式。
传力片常采用中碳钢（35）,硬度HRC55~62，渗碳处理。
设计总结
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，也是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。通过这次的汽车课程设计，使我之前学习的课本知识得以巩固，同时也更加系统全面的了解了汽车离合器的相关知识。我设计的离合器是拉式膜片弹簧离合器，虽然设计的不是非常理想，但是我认认真真的做了，初步了解了离合器的结构设计，这对我以后的工作发展有很大的帮助。
本次课程设计增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。我们不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。
由于设计资料和能力比较有限，此次设计尚有许多不足之处，恳请各位老师和同学给予批评指正。
最后，向对本次课程设计尽心指导的各位老师表示衷心的感谢！
------09车辆工程2班：孔xx
------2012年9月16日
参考文献
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[3] 陈家瑞.汽车构造[M].3版.北京：机械工业出版社，2009.
[4] 刘惟信.汽车设计[M].北京.清华大学出版社，2003.
[5] 余志生.汽车理论[M].4版.北京：机械工业出版社，2004.
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[7] 王丰元，马明星，邹旭东.汽车设计课程设计指导书.北京：中国电力出版社，2009.
[8] 中华人民共和国汽车行业标准委员会.QC/T29082-1992 汽车传动轴总成技术条件[S].
北京：中国标准出版社，1992.
[9]国家标准：GBT1589-2004/GBT2974-2008/GBT2977-2008/GBT2978-2008
[10]参考网页：百度百科、卡车之家、中国第一汽车集团有限公司官网等。