车辆工程毕业设计113丰田轿车离合器设计

本科生毕业设计

丰田轿车离合器设计

院部名称：

专业班级：车辆工程

学生姓名：

指导教师：

职 称： 讲 师

The Graduation Design for Bachelor's Degree

Design of Toyota Cars Clutch

Candidate：Li Long

Specialty：Vehicle Engineering

Class：B07-5

Supervisor：Lecturer Lv Degang

Heilongjiang Institute of Technology

摘 要

离合器是汽车传动系中的重要部件，它的构造特性与发展和传动系紧密相关，本文针对丰田花冠汽车的各项参数，设计拉式膜片弹簧离合器。

离合器设计的内容主要包括压盘总成、从动盘总成、膜片弹簧三个部分。首先，对离合器各零件的参数、尺寸、材料、及结构进行设计，然后使用CAD软件画出推式膜片弹簧的装配及零件的三维图形，最后转为Auto CAD工程图。

本文还重点研究了膜片弹簧在分离过程中的受力，对受力过程进行数学分析，并对其进行校核，以提高膜片弹簧离合器的使用寿命，使膜片弹簧离合器在工作过程中处于最佳状态。

本文主要介绍了膜片弹簧离合器的发展史、工作原理、优点、离合器功用、主要参数的选择与优化、结构设计、零部件设计以及材料的选择等内容。

关键词：离合器；膜片弹簧；设计；材料；原理；功用

ABSTRACT

The clutch is an important part of the automobile power train, its characteristic and development have close relation with the power train. Based on Fengtian huaguan’s parameter, this paper aim to design pushing type diaphragm-spring clutch.

There be three main parts of the clutch design: driven disc design, diaphragm-spring design and the driving disc design. Firstly, this paper calculates the parameters, and chooses sizes and materials for the clutch’s parts. Then draw the three-dimension-blueprint of the assembly and components. Finally transforms the three-dimension-blueprint into Auto CAD engineering plat.

This paper also studies force exerted on diaphragm in the process of separation, and analyzing the process mathematically, then examines and calculates relative parameter. In conclusion, the design will prolong the lifetime of diaphragm-spring clutch, and makes the clutch in best state when it’s working.

This paper describes the development history of the clutch diaphragm spring, operating principle, advantages, clutch function, the main parameter selection and optimization, structural design, component design and material selection, etc.

Key words: Clutch; Diaphragm-spring; Design;Materials; Principle; Function

目 录

摘要 ........................................................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................................................. II 目录 .................................................................................................................... 错误！未定义书签。

第1章 绪 论 .................................................................................................................................. 3

1.1 膜片弹簧离合器结构及工作原理 ..................................................................................... 3

1.2 课题研究的目的和意义 ....................................................................................................... 4

1.3 离合器的历史、现状和发展趋势 ............................................................................. 5

1.4 膜片弹簧离合器概述 ........................................................................................................... 7

1.5 主要研究内容 ......................................................................................................................... 8

第2章 离合器基本尺寸参数的选择 ................................................................................ 10

2.1 离合器基本性能关系式 .................................................................................................... 10

2.2 离合器后备系数的选择 .................................................................................................... 10

2.3 摩擦材料中单位压力和摩擦因数的取值 .................................................................... 10

2.4 本章小结 ................................................................................................................................ 11

第3章 离合器从动盘总成设计 ........................................................................................... 12

3.1 摩擦片的设计 ...................................................................................................................... 12

3.2 从动盘毂的设计 .................................................................................................................. 14

3.3 从动片和波形弹簧片的设计 ........................................................................................... 14

3.4 扭转减震器的设计 ............................................................................................................. 15

3.5 本章小结 ............................................................................................................................... 17

第4章 离合器压盘总成设计 ................................................................................................ 18

4.1 压盘设计 ............................................................................................................................... 18

4.2 离合器盖的设计 .................................................................................................................. 18

4.3 传力片的设计 ...................................................................................................................... 19

4.4 本章小结 ............................................................................................................................... 20

第5章 膜片弹簧设计 ................................................................................................................ 20

5.1 膜片弹簧的切选 .................................................................................................................. 21

5.2 膜片弹簧的分析 .................................................................................................................. 22

5.3 膜片弹簧的校核 .................................................................................................................. 24

5.4 本章小结 ............................................................................................................................... 24

第6章 离合器分离装置设计 ................................................................................................ 25

6.1分离杆的设计 ....................................................................................................................... 25

6.2离合器分离套筒和分离轴承的设计 .............................................................................. 25

6.3 离合器壳的设计 .................................................................................................................. 26

6.4 本章小结 ............................................................................................................................... 26 结论 ........................................................................................................................................................ 27 参考文献 ............................................................................................................................................. 28 致谢 ........................................................................................................................................................ 30 附录 .................................................................................................................... 错误！未定义书签。

第1章 绪 论

1.1 膜片弹簧离合器结构及工作原理

离合器是汽车传动系中直接与发动机相关联的部件，主动部分和从动部分可以暂时分离，又可以逐渐接合，并且在传动过程中还要有可能相对转动，通过主动、从动两部分的相互作用把发动机的动力扭距传递给驱动系统，来实现汽车的起步、换挡等功能。离合器的作用有三：一是保证汽车平稳起步，二是保证传动系换挡时工作平顺，三是防止汽车传动系过载[1]。

在以内燃机作为动力的机械传动汽车中，离合器作为一个独立的部件存在。虽然发展自动传动系统是汽车传动系的发展趋势，但根据德国出版的2003世界汽车年鉴，2002年世界各国114家汽车公司生产的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。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[1]。 目前在汽车离合器中，摩擦式离合器用得最为广泛。摩擦式离合器按结构分可分主动部分（包括飞轮、离合器盖和压盘）、从动部分（从动盘总成）、压紧机构（压紧弹簧）和操纵机构（包括分离叉、分离轴承、分离踏板和传动部件）。在膜片弹簧离合器中膜片弹簧有压紧弹簧和分离杠杆的双重作用，所以膜片弹簧离合器的结构设计主要是包括从动盘总成、膜片弹簧和压盘总成三个部分[2]。

a b c

图1.1 膜片弹簧离合器工作原理示意图

a—安装前位置；b—安装后；c—分离位置

1—飞轮； 2—摩擦片； 3—离合器盖； 4—分离轴承； 5—压盘； 6—膜片弹簧； 7—支撑环

膜片弹簧为碟形，其上开有若干个径向开口，形成若干个弹性杠杠。弹簧中部有钢丝支承圈，用铆钉将其安装在离合器盖上。在离合器盖未固定到飞轮上时，膜片弹簧处于自由状态，离合器盖与飞轮接合面间有一距离L。用螺栓将离合器盖固定到飞轮上时，离合器盖通过后钢丝支承圈把膜片弹簧中部向前移动了一段距离。由于膜片弹簧外端位置没有变化，所以膜片弹簧被压缩变形。膜片弹簧外缘通过压盘把从动盘压靠在飞轮后端面上，这时离合器为接合状态。在分离离合器时，分离轴承前移，膜片弹簧将以前钢丝支承圈为支点，其外缘向后移动，在分离钩的作用下，压盘离开从动盘后移，离合器就变为分离状态了[3]。

1.2 课题研究的目的和意义

1、选题目的：本次选择课题为丰田轿车离合器的设计，本次设计为膜片弹簧离合器，而此设计有重大的意义和广泛的用途，因为离合器作为底盘传动系统中的重要部件，它起着从发动机到传动系中齿轮之间桥梁的作用，故它的重要性不可忽视，一个良好的离合器能够提高汽车的寿命，所以设计一个操作简便分离快速的离合器是十分必要的，且选择了设计离合器能够做到对汽车内重要部件的了解。

2、选题意义：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。膜片弹簧离合器是用膜片弹簧代替了一般螺旋弹簧以及分离杆机构而做成的离合器，因为它布置在中央，所以也可算中央弹簧离合器。

它的优点：首先，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杆的作用，使得零件数目减少，重量减轻；其次，离合器结构大大简化并显著地缩短了离合器的轴间尺寸；再者，膜片弹簧具有良好的非线性特性，设计合适可使摩擦片磨损到极限，压紧力仍能维持很少改变，且减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便。因此，离合器作为汽车重要的基础部件它的功能不能忽视，设计如此重要的汽车传动系统意义重大。

1.3 离合器的历史、现状和发展趋势

研究现状，国内外背景及发展趋势：传统离合器分有拉线和液压式两种，自动离合器也分为两种：机械电机式自动离合器和液压式自动离合器。机械电机式自动离合器的ECU汇集油门踏板、发动机转速传感器、车速传感器等信号，经处理后发送指令驱动伺服马达，通过拉杆等机械形式驱使离合器动作；液压式自动离合器则是由ECU发送信号驱动电动液压系统，通过液压操纵离合器动作。

液压式自动离合器在目前通用的膜片离合器的基础上增加了电子控制单元（ECU）和液压执行系统，将踏板操纵离合器油缸活塞改为由开关装置控制电动油泵去操纵离合器油缸活塞。变速器控制单元（ECU）与发动机控制单元（ECU）是集成在一起的，根据油门踏板、变速器档位、变速器输入/输出轴转速、发动机转速、节气门开度等传感器反馈信息，计算出离合器最佳的接合时间与速度。

自动离合器的执行机构由电动油泵、电磁阀和离合器油缸组成，当ECU发出指令驱动电动油泵，电动油泵产生的高压油液通过电磁阀输送到离合器油缸。通过ECU控制电磁阀的电流量来控制油液流量和油液的通道变换，实现离合器油缸活塞的移动，从而完成汽车起动、换档时的离合器动作。

为了实现离合器的自动操纵，采用自动离合器，可以省去离合器踏板，实现汽车的“双踏板”操纵，与其他自动离合传动系统（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，离合器的摩擦力矩调节性还不够理想，使用性能不尽完善。例如，汽车以高档低速上坡时，离合器容易打滑。因此必须提前换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。

我国汽车业的高速发展，带动我国汽车离合器市场需求持续大幅增长。随着我国自动档轿车的增加，我国传统离合器行业的发展前景日益担忧，不少企业都在寻求新

的持续发展的途径。2007年以前，我国汽车产量持续增长、汽车保有量的增加、出口市场需求的扩张等三大因素推动我国汽车离合器行业连续8年快速发展，2007年我国汽车离合器的产量突破1000万套。自2008年以来，受全球金融危机影响，中国汽车销量为938万辆，增长率仅为6.7%，离合器的市场规模约为55亿元。到2010年，我国离合器总销售额将达84亿元，其中，盖总成2800万件，从动盘总成5700万件，液力变矩器100万套以上。目前国产离合器已经能够全面覆盖国内各种车型产品并具有足够的研发、制造和供货能力，干摩擦式离合器仍将是“十一五”期间汽车动力系统中的主要应用部件。在技术目标方面，离合器的可靠性和寿命指标要达到或接近国外同类产品水平，传递转矩超过3000牛米的大容量重型离合器要形成批量供货，要掌握AT、LTD、DCT和DMF等关键技术，在离合器及其电子操控系统的集成开发方面取得突破，建立离合器的综合自动检测系统，以及建立模拟工况和实车试验标准，形成更为完善的离合器产品评价体系。按照离合器行业的规划，“十一五”期间，汽车离合器行业要形成3~5家年销售量超过300万套的“小巨人”企业和5~10家年销售量超过120万套的规模企业，并出现产销规模进入世界离合器行业前10名的中国企业。

国内外主要汽车离合器有摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种。摩擦式离合器又分为湿式和干式两种。而比较先进的离合器为液力偶合器、电磁离合器、具体如下介绍：

（1）摩擦式离合器：发动机飞轮是离合器的主动件，带有摩擦片的从动盘和从动毂借滑动花键与从动轴（即变速器的主动轴）相连。压紧弹簧则将从动盘压紧在飞轮端面上。发动机转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上，再由此经过从动轴和传动系中一系列部件传给驱动轮。压紧弹簧的压紧力越大，则离合器所能传递的转矩也越大。由于汽车在行驶过程中，需经常保持动力传递，而中断传动只是暂时的需要，因此汽车离合器的主动部分和从动部分是经常处于接合和状态的。摩擦副采用弹簧压紧装置即是为了适应这一要求。当希望离合器分离时，只要踩下离合器操纵机构中的踏板，套在从动盘毂的环槽中的拔叉便推动从动盘克服压紧弹簧的压力向松开的方向移动，而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力的传递。当需要重新恢复动力传递时，为使汽车速度和发动机转速变化比较平稳，应该适当控制离合器踏板回升的速度，使从动盘在压紧弹簧压力作用下，向接合的方向移动与飞轮恢复接触。二者接触面间的压力逐渐增加，相应的摩擦力矩也逐渐增加。当飞轮和从动盘接合还不紧密，二者之间摩擦力矩比较小时，二者可以不同步旋转，即离合器处于打滑状态。随着飞轮和从动盘接合紧密程度的逐步增大，二者转速也渐趋相等。直到

离合器完全接合而停止打滑时，汽车速度方能与发动机转速成正比。

摩擦离合器又可分为：

单盘离合器：只有一片从动盘，其前后两面都装又摩擦片，因而具有两个摩擦面。 双盘离合器：即增加了一个从动盘。

周布弹簧离合器：采用若干个螺旋弹簧座压紧弹簧，并沿摩擦盘圆周分布。 中央弹簧离合器：仅具有一个或两个较强力的螺旋弹簧并安置在中央。 膜片弹簧离合器：是以膜片弹簧作为压紧弹簧

（2）液力偶合器靠工作液（油液）传递转矩，外壳与泵轮连为一体，是主动件；涡轮与泵轮相对，是从动件。当泵轮转速较低时，涡轮不能被带动，主动件与从动件之间处于分离状态；随着泵轮转速的提高，涡轮被带动，主动件与从动件之间处于接合状态。

（3）电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。如在主动与从动件之间放置磁粉，则可以加强两者之间的结合力，这样的离合器称为磁粉式电磁离合器。 （4）自动离合器随着电子技术在汽车上应用，一种自动离合器系统也进入了汽车领域，这种由控制单元（ECU）控制的离合器已经应用在一些轿车上，使手动变速器换挡的一个重要步骤——离合器的断开与接合能够自动地适时完成，简化了驾驶员的操纵动作。

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，以使用心得使用条件。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，提高使用寿命，简化操作，已经成为目前离合器的发展趋势。

1.4 膜片弹簧离合器概述

膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型载货汽车上广泛采用的一种离合器。因其作为压簧，可以同时兼起分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，质量减少，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。其次，由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀。另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性，故能在从动盘摩擦片磨损后，弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩，而不致产生滑离。离合器分离时，使离合器踏板操纵轻便，减轻驾驶员的劳动强度。此外，因膜片是一种对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很少，而周布置弹离合器在高速时，因受离心力作用会产生横向挠曲，弹簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力，从而引起离合器传递转矩能力下

降。那么可以看出，对于轻型车膜片弹簧离合器的设计研究对于改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义。

作为压紧弹簧的所谓膜片弹簧，是由弹簧钢冲压成的，具有“无底碟子”形状的截锥形薄壁膜片，且自其小端在锥面上开有许多径向切槽，以形成弹性杠杆，而其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。膜片弹簧的两侧有支承圈，而后者借助于固定在离合器盖上的一些（为径向切槽数目的一半）铆钉来安装定位。当离合器盖用螺栓固定到飞轮上时，由于离合器盖靠向飞轮，后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形，锥顶角变大，甚至膜片弹簧几乎变平。同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。当离合器分离时，分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变，使膜片弹簧大端后移，并通过分离钩拉动压盘后移使离合器分离。膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，由于膜片弹簧具有非线性特性，因此设计摩擦片磨损后，弹簧压力几乎不变，且可以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，因此其压紧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，使离合器结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著缩短了轴向尺寸；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，摩擦均匀，也易于实现良好的通风散热等。

由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点，并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平在不断提高，因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用，而且正大力扩展到载货汽车和重型汽车上，国外已经设计出了传递转矩为80~~2000N.m、最大摩擦片外径达420的膜片弹簧离合器系列，广泛用于轿车、客车、轻型和中型货车上。甚至某些总质量达28~32t的重型汽车也有采用膜片弹簧离合器的，但膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高。膜片弹簧离合器的操纵曾经都采用压式机构，即离合器分离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分离指处是承受压力。当前膜片弹簧离合器的操纵机构已经为拉式操纵机构所取代。后者的膜片弹簧为反装，并将支承圈移到膜片弹簧的大端附近，使结构简化，零件减少、装拆方便；膜片弹簧的应力分布也得到改善，最大应力下降；支承圈磨损后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响。而在压式结构中支承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自由行程。

1.5 主要研究内容

由于膜片弹簧离合器，拥有零件数目少，重量轻，非线性特性好，操纵轻便，等优点，且制造膜片弹簧的工艺水平在不断提高，所以本文将设计推式膜片弹簧离合器。

本设计以丰田花冠汽车各项参数和性能为设计基础，所选定汽车发动机提供的最

大转矩Temax为152Nm。

本设计针对的车型是09款丰田花冠轿车。 其基本参数如下： 车 型：丰田花冠 整车质量：1145（kg） 最高车速：185 （km/h） 主要尺寸: 4530×1705×1490 长/宽/高（mm） 最大功率：88/6000 （kw） 最大扭矩：152/4400 （N.m）

为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足以下要求：

（1）在任何行驶条件下，都能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载。

（2）接合时要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。 （3）分离要迅速、彻底。

（4）从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。

（5）具有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命。

（6）应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力。

（7）操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。

（8）作用在从动盘上的总压力和摩擦离合器和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。

（9）具有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长。 （10）结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便。

第2章 离合器基本尺寸参数的选择

2.1 离合器基本性能关系式

离合器的基本功能之一是传递力矩，因此离合器转矩容量是离合器最为基本的性能之一。通常它只能用来初步定出离合器的原始参数、尺寸，它们是否合适最终取决于试验验证。

根据摩擦力矩公式

TcTemaxfZPoD31c3/12 (2.1)

式中：Tc—离合器静摩擦力矩；β—后备系数；f—摩擦因数；Z：摩擦面数；po—单位压力；D—摩擦片外径；c—内外径之比。

有了上面的关系式，对于一定的离合器结构而言，只要合理选择其中的参数，并能满足上面的关系式，就可估算出所设计的离合器是否合适[4]。



2.2 离合器后备系数的选择

后备系数β是离合器一个重要设计参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择β时，应保证离合器应能可靠地传递发动机最大转矩、要防止离合器滑磨过大、要能防止传动系过载。其数值按表2—1选取，而设计乘用车的离合器其β要求比较的大，初步选择为1.60。

表2.1 离合器后备系数β的取值范围

车 型

乘用车及最大总质量小于6t的商用车 最大总质量为6～14t的商用车

挂车

后备系数 1.20～1.75 1.50～2.25 1.80～4.00

2.3 摩擦材料中单位压力和摩擦因数的取值

石棉基摩擦材料的密度小，制造容易、价格低廉等优点，但受工作温度、单位压力、滑磨速度影响大，主要用于中、轻载荷的工作条件下，而粉末冶金材料的传热性好、热稳定性与耐磨性好、摩擦因数高，故在选择摩擦片材料是粉末冶金材料中的铁

基[5]。初选po根据表2—2中可得：为0.5MPa，f为0.5。

表2—2 摩擦材料中单位压力和摩擦因数的取值

摩擦片材料

模压

石棉基材料

编织 铜基

粉末冶金材料

铁基

金属陶瓷材料

0.70～1.50 0.35～0.50

0.35～0.50

0.4

0.25～0.35

0.25～0.30 0.25～0.30

单位压力po/MPa 0.15～0.25

摩擦因数f 0.20～0.25

2.4 本章小结

本章系统介绍了膜片弹簧离合器的结构，并讲述了离合器各零件的结构和材料，各部分的连接关系，以及基础数据的选择和处理，为下章离合器的计算打下基础。

第3章 离合器从动盘总成设计

3.1 摩擦片的设计

(1)摩擦片基本尺寸的确定。摩擦片外径是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和使用寿命，它和离合器所需传递的转矩有一定的关系。根据摩擦力矩公式(3—1)：

D12Temax

(3.1)

fZp0(1c3)

式中：Temax—发动机最大转矩；β—后备系数；f—摩擦因数；Z：摩擦面数；po—单位压力；D—摩擦片外径；c—内外径之比

计算离合器的外径D同时参考经验公式(3.2)：

D10Temax

(3.2) K

式中：K—参考系数；D—摩擦片外径；Temax—发动机最大转矩；

乘用车轿车K取47，计算得到D=179mm。

初选D以后，还需根据摩擦片尺寸的系列化和标准化进一步确定[6]。

表3—1 离合器尺寸选择参数表

查找标准(GB1457—74)的规定：

最终确定：外径D=250mm；内径d=155mm，内外径之比c=0.620，单片面积

F=302mm2 。

对摩擦片的厚度h，我国以规定了3种规格：3.2mm，3.5mm，4mm，这里选择厚度为3.5mm。

(2)摩擦片的校核。在初步确定完摩擦片的基本尺寸后，要对摩擦片校核： 1)摩擦片外D(mm)的选择应使最大圆周速度vD不超过65～70m/s：

vD/60nemax103 (3.3)

式中：nemax—发动机的最高转速（r/min）；

当nemax取6 000时，代入可得： vD=45.79m/s ≤ 65～70m/s。

2)摩擦片的内外径比c应在0.53～0.70 范围内： c=0.620∈｛0.53～0.70｝。

3)保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，β应在1.2～1.75之间，代入式(2—1)：

β= Tc/ Temax=1.30∈｛1.20～1.75｝。

4)为了减少汽车起步过程中的离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，离合器每一次接合的单位面积滑磨功应小于其许用值，即：



4W

 (3.4) 22

Z(D-d)

式中：ω—单位摩擦面积滑磨功(J/mm2)；[ω] —其许用值0.4 J/mm2；W—汽车起步时离合器接合一次产生的总滑磨功(J)，可以根据下式计算：

W

221 800i0ig22ne2mrar

(3.5)

式中：ne—发动机转速，取2 000r/min；ma—汽车总质量(kg)，取1145kg；rr—汽车轮胎滚动半径(m)；ig—汽车起步时所用变速器档位的传动比；数值取3.8；i0—主减速器传动比，取4.2。

各个数值代入(3.5)式得到：W=14 983J。

把W=14983J和摩擦片的各个数值代入式(3.4)，得：

=0.228J/mm2≤[]=0.4J/mm2。

经过校核可知，摩擦片的设计符合相应的设计要求[7]。

3.2 从动盘毂的设计

发动机转矩是经从动盘毂的花键孔输出，花键之间为动配合，在离合器分离和结合的过程中，从动盘毂就能在花键轴上自由滑动。我国生产的离合器，其从动盘毂花键多用SAE标准，其有关尺寸见表

表3—2 从动盘毂花键的尺寸

摩擦片的外径

D/mm 180 200 225 250 ……

发动机的最大转矩Temax/Nm

69 108 150 200 ……

齿数n 10 10 10 10 ……

外径D’/mm

26 29 32 35 ……

花键尺寸 内径d’/mm

21 23 26 28 ……

齿厚t/mm

3 4 4 4 ……

有效齿长l/mm

20 25 30 35 ……

挤压应力/MPa 11.6 11.1 11.3 10.2 ……

根据表3—2中选择n=10，D’=35mm，d’=28mm，t=4mm，l=35mm。

花键尺寸选定后应进行强度校核。由于花键损坏的主要形式是由于表面受挤压过大而破坏，所以花键要进行挤压应力计算，当应力偏大时可适当增加花键毂的轴向长度。

花键的挤压应力j：

j

8Temax

10.2MPaj30MPa (3.6) 22

(Ddznl)znl



式中：Temax—发动机最大转矩；D—花键毂的外径；d—花键毂的内径；n—花键毂的齿数；l—花键毂的有效长度。

从动盘毂一般都由中碳钢锻造而成，并经调质处理，其挤压应力不应大于30MPa。 从动盘毂采用锻钢（40Cr），采用调质处理，表面和心部硬度在26～32HRC。提高花键内孔表面硬度和耐磨度，可采用镀铬工艺；对减振弹簧窗口及从动片配合处，应进行高频处理。

3.3 从动片和波形弹簧片的设计

设计从动片，要尽量减轻其重量，并使其质量的分布可能地靠近旋转中心，以获得最小的转动惯量。为了减小转动惯量，从动片做的比较薄，一般在1.3mm—2.2mm。根据设计的需要采用从动片的厚度为2mm，材料为中碳钢板（50号），表面硬度为35～40HRC，结构采用分开式弹性从动片结构。

波形片材料采用65Mn，厚度为0.7mm，硬度为40～46HRC，并经过表面发蓝处理。

3.4 扭转减震器的设计

由于发动机传到汽车传动系中的转矩是周期地不断变化的，从而使传动系统产生扭转振动。若振动频率与传动系的自振频率相重合会发生共振，影响传动系中零件的寿命。为避免共振，缓和传动系所受的冲击载荷，在许多汽车的传动系统中装设了扭转减振器，且大多数将扭转减振器附装在离合器的从动盘中[8]。

a b

图5—1 扭转减振器工作示意图

a—静止状态；b—工作状态

1、2—减振弹簧；3—从动盘本体；4—阻尼片；

离合器接合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘传给了从动盘两侧的摩擦片，带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减振器盘转动。动盘本体和减振器盘又通过六个减振器弹簧把转矩传给了从动盘毂。因为有弹性环节的作用，所以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。传动系中的扭转振动会使从动盘毂相对于动盘本体和减振器盘来回转动，夹在它们之间的阻尼片靠摩擦消耗扭转振动的能量，将扭转振动衰减下来[9]。

扭转减振器的设计计算着重于减振弹簧。 (1)减振弹簧的材料。选用60Si2MnA弹簧钢丝。

(2)减振弹簧个数Zj的选取。根据表3.3，由于D=250mm，所以Zj取4。

表3—3 减振弹簧个数的选取

摩擦片外径D/mm

Zj

225～250 4～6

250～325 6～8

325～350 8～10

>350 >10

(3)减振弹簧的位置半径R0。减振弹簧的位置半径R0一般取(0.60～0.75)d/2,同时为了保证离合器可靠的传动发动机的转矩，减振弹簧位置直径2R0约小于摩擦片内径约50mm，所以取R0=37.5mm。

(4)极限转矩Tj。极限转矩是指减振器在消除了限位销与从动盘毂之间的间隙时所能传递的最大转矩，即限位销起作用时的转矩。它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 (3.7)

式中：Temax—发动机最大转矩；Tj—极限转矩。

乘用车取相应系数为2.0，所以Tj=304Nm。

(5)扭转角刚度k 。为了避免引起传动系统的共振，要合理选择减振器的扭转角刚度k，使共振现象不发生在发动机常用的工作转速范围内。k取决于减振弹簧的线刚度及其结构布置尺寸：

k=KZjR02×103 (3.8)

式中：K—每个减振弹簧的线性刚度(N/mm)；Zj—减振弹簧的个数；R0—减振弹簧位置半径(m)。

减振器的角刚度既要满足传递足够大的转矩的要求，又要满足为了避开共振而尽量降低其值的要求，这在实际上是做不到的。因此，减振器的角刚度k的最后确定，常常是结构所允许的设计结果，设计时选k为：k ≤13Tj。

由于设计的是乘用车的发动机，常工作时的转速是较高的，且保证发动机的工作较稳定，所以选择k较小，取k=10Tj=4 000Nm。

这样每个弹簧的线性刚度为K= k/(KZjR02)=2.1×106 N/mm。

(6)阻尼摩擦转矩T。由于减振器扭转刚度k受结构及发动机最大转矩的限制，不肯能够很低，故为了在发动机工作转速范围内最有效地消振，必须合理选择减振器的阻尼摩擦转矩T，一般可选：

T=(0.06～0.17)Temax (3.9)

式中：T—阻尼摩擦转矩；Temax—发动机最大转矩。

按经验选T=0.12Temax=24N。

(7)预紧转矩Tn。减振弹簧在安装时都有一定的预紧力。研究表明，Tn的增加，共振频率将向减小频率的方向移动，这是有利的。但Tn不应大于T，否则在反向工作时，扭转减振器将提前停止工作，故取：

Tn=(0.05～0.17) Temax (3.10)

式中：Tn—预紧转矩；Temax—发动机最大转矩。

取Tn=0.10Temax=20N。

(8)极限转角j。减振器从预紧转矩Tn增加到极限转矩Tj时，从动片相对从动盘毂的极限转角j为

jarcsin2

l

(3.11) 2Rl0

式中：j —极限转角；R—减振弹簧位置半径；l—减振弹簧的工作变量。

j通常取3o～12o，由于设计的乘用车的离合器，所以对发动机的平顺性要求较高，所以j取9o。

3.5 本章小结

本章介绍了离合器从动盘总成的设计，包括摩擦片主要参数的选择与优化、扭转减振器与减振弹簧的计算、操纵机构与输出轴的计算、选取从动盘毂。以及设计了摩擦片，从动盘毂，从动片波形弹簧，及扭转减震器，对其进行材料选择和数据计算。

第4章 离合器压盘总成设计

4.1 压盘设计

压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时，它和飞轮一起带动从动盘转动，所以它必须和飞轮有一定的联系，但这种联系有应允许压盘在离合器分离过程中自由的做轴向移动，使压盘和从动盘脱离接触。压盘和飞轮间常用的连接方式有凸台式、键式和销式。但这些连接方式在离合器分离和结合的过程中，由于传力零件之间有摩擦，将降低离合器操纵部分的传动效率。

为了消除上述缺点，在设计中采用传力片式。

在离合器的基本参数选定后，压盘的基本尺寸应和摩擦片的外径和内径相同，确定压盘的厚度应符合下面两点要求。

(1)压盘应具有较大质量，以增大热容量，减少温升。应用下式校核压盘的一次接合的温升：

t

W

mc

(4.1)

o式中：t—压盘温升(oC)；c—压盘的比热容，铸铁：c=481.4J/(kg·C)；m—压盘质量(kg)，

经计算约为4.2kg；W—汽车起步时离合器接合一次产生的总滑磨功(J)，经上面计算得W=14 983J；—传到压盘的热量所占的比例，对于单片离合器压盘：=0.5。

根据式(4—1)得：t=3.7 oC≤8 oC。

(2)压盘应具较大的刚度。能使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减少受热后翘曲变形，以免影响摩擦片的均匀压紧及与离合器的彻底分离[8]。

与飞轮保持良好的对中，并要进行静平衡，压盘单件的平衡精度不低于15～20g·cm

基于以上两点，选取压盘的厚度为12mm。

由于压盘的形状较复杂，要求传热性好，具有较高的摩擦因数，所以采用灰铸铁，采用HT300，硬度为170～227HBS，另外添加少量的金属元素（镍铁合金）以增加其机械强度[10]。

4.2 离合器盖的设计

(1)离合器盖结构设计要求。应具有足够的刚度，否则将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。为此可采用如下的措施：适当的增大盖的板厚，使钢板厚度达到4mm；在盖内的圆周处翻边。

和飞轮保持良好的对中，以免影响总成的平衡和正常的工作。 盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度。

(2)离合器盖的材料。由于设计的离合器是乘用车用的，所以离合器盖的加工工艺为冲压制造，所以采用的是4mm的10号钢板冲压而成[11]。

4.3 传力片的设计

传力片的作用是在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转，分离时，又可以利用它的弹性来牵动压盘轴向分离并使操纵力减小。

传力片为3组，每组2片，每片厚度为0.8mm，由65Mn的弹簧钢带制成。在布置传力片时要注意，通常情况下传力片应该受拉力[11]。

传力片的校核：

用公式(4-2)计算传力片的有效长度：

l1l1.5d (4.2) 式中：l１—传力片的有效长度；l—传力片上两孔之间的距离；d—孔的直径。

用公式(4—3)计算传力片的弯曲总刚度：

3 K12EJn/il (4.3) X1

式中：E—传力片材料的弹性模量；JX—截面惯性矩；n—为传力片数量；i—传力片的组数；l１—传力片的有效长度。

用公式(4-4)计算压盘和离合器盖组装时的最大应力：



max



P

2niW

l (4.4)

1

式中：σmax—最大应力值；W—传力片的截面系数；n—传力片数量；i—传力片的组数； l１—传力片的有效长度；P—传力片作用力的大小。

带入数值计算得到max913MPa

离合器传扭时分为正向驱动和反向驱动，用公式(4-5)计算正向驱动时的最大应力:



max

P

2niW

l

1

6TemaxfmaxTemax

=204.5MPa≤913MPa (4.5) 2

inRbhinRbh

式中：σmax—最大应力值；W—传力片的截面系数；n—传力片数量；i—传力片的组数；

P—传力片作用力的大小；b—传力片的宽度；l１—传力片的有效长度；h—传力片厚度；R—传力片的圆周半径；fmax—传力片轴向变形力最大值；Temax—发动机最大转矩。 用公式(4—6)计算反向驱动时的最大应力:

6TemaxfmaxTemaxP

 max=823.5 MPa≤913MPa (4.6) l21

2niWinRbhinRbh

式中：σmax—最大应力值；W—传力片的截面系数；n—传力片数量；i—传力片的组数； P —传力片作用力的大小；b—传力片的宽度；l—传力片的有效长度；h—传力片厚度；

R—传力片的圆周半径；fmax—传力片轴向变形力最大值；Temax—发动机最大转矩。

可见，传力片的设计符合要求。

4.4 本章小结

本章对离合器主动件进行了设计、计算、选择及校核。主动件包括离合器盖、压盘等。这些部件都是给离合器传递扭矩的部件，他们共同的特点是都要有良好的散热能力，有能有效把在主动部分的热传递出去的能力。这些部件总成都是符合标准的部件，经过严格的校核计算，可以符合使用的标准，满足使用的需要。

第5章 膜片弹簧设计

5.1 膜片弹簧的切选

设计膜片弹簧，一定要初步选定其全部尺寸，然后进行一系列的验算，最后优选出合适的尺寸[12]。

表5—1 膜片弹簧的主要参数的选用参考值

基本参数 外内径比 R/r 膜片钢板厚度 h(mm)

高厚比 H/r 外径厚度比 H/h 比值 R/r0

杠杆比（推式） (r1-rf)/(R1-r1)

分离指的数目 n 分离指舌尖切槽宽 δ1(mm) 分离指舌根切槽宽δ2(mm) 分离指舌部最宽处半径 re(mm)

初始锥底角 (o)

1=R-R1

半径差值(mm)

2=r1-r 3=rf-r0

常用范围 1.2～1.3 2～3.4 1.7～2.0 75～95 4～5 2.3～4.5 18 3.2～3.5 9～10 ≤ r-δ2 10～13 2～4 0.5～ 3 0～3

一般范围 1.2～1.35

2～4 1.6～2.2 70～100 3.5～5.0

- - - - - 9～15 1～7 0～6 0～4

图5—1 膜片弹簧的基本尺寸

膜片的外径R的大小约为摩擦片的平均半径，即(D+d)/4，所以R的初选为106mm，

本科生毕业设计

丰田轿车离合器设计

院部名称：

专业班级：车辆工程

学生姓名：

指导教师：

职 称： 讲 师

The Graduation Design for Bachelor's Degree

Design of Toyota Cars Clutch

Candidate：Li Long

Specialty：Vehicle Engineering

Class：B07-5

Supervisor：Lecturer Lv Degang

Heilongjiang Institute of Technology

摘 要

离合器是汽车传动系中的重要部件，它的构造特性与发展和传动系紧密相关，本文针对丰田花冠汽车的各项参数，设计拉式膜片弹簧离合器。

离合器设计的内容主要包括压盘总成、从动盘总成、膜片弹簧三个部分。首先，对离合器各零件的参数、尺寸、材料、及结构进行设计，然后使用CAD软件画出推式膜片弹簧的装配及零件的三维图形，最后转为Auto CAD工程图。

本文还重点研究了膜片弹簧在分离过程中的受力，对受力过程进行数学分析，并对其进行校核，以提高膜片弹簧离合器的使用寿命，使膜片弹簧离合器在工作过程中处于最佳状态。

本文主要介绍了膜片弹簧离合器的发展史、工作原理、优点、离合器功用、主要参数的选择与优化、结构设计、零部件设计以及材料的选择等内容。

关键词：离合器；膜片弹簧；设计；材料；原理；功用

ABSTRACT

The clutch is an important part of the automobile power train, its characteristic and development have close relation with the power train. Based on Fengtian huaguan’s parameter, this paper aim to design pushing type diaphragm-spring clutch.

There be three main parts of the clutch design: driven disc design, diaphragm-spring design and the driving disc design. Firstly, this paper calculates the parameters, and chooses sizes and materials for the clutch’s parts. Then draw the three-dimension-blueprint of the assembly and components. Finally transforms the three-dimension-blueprint into Auto CAD engineering plat.

This paper also studies force exerted on diaphragm in the process of separation, and analyzing the process mathematically, then examines and calculates relative parameter. In conclusion, the design will prolong the lifetime of diaphragm-spring clutch, and makes the clutch in best state when it’s working.

This paper describes the development history of the clutch diaphragm spring, operating principle, advantages, clutch function, the main parameter selection and optimization, structural design, component design and material selection, etc.

Key words: Clutch; Diaphragm-spring; Design;Materials; Principle; Function

目 录

摘要 ........................................................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................................................. II 目录 .................................................................................................................... 错误！未定义书签。

第1章 绪 论 .................................................................................................................................. 3

1.1 膜片弹簧离合器结构及工作原理 ..................................................................................... 3

1.2 课题研究的目的和意义 ....................................................................................................... 4

1.3 离合器的历史、现状和发展趋势 ............................................................................. 5

1.4 膜片弹簧离合器概述 ........................................................................................................... 7

1.5 主要研究内容 ......................................................................................................................... 8

第2章 离合器基本尺寸参数的选择 ................................................................................ 10

2.1 离合器基本性能关系式 .................................................................................................... 10

2.2 离合器后备系数的选择 .................................................................................................... 10

2.3 摩擦材料中单位压力和摩擦因数的取值 .................................................................... 10

2.4 本章小结 ................................................................................................................................ 11

第3章 离合器从动盘总成设计 ........................................................................................... 12

3.1 摩擦片的设计 ...................................................................................................................... 12

3.2 从动盘毂的设计 .................................................................................................................. 14

3.3 从动片和波形弹簧片的设计 ........................................................................................... 14

3.4 扭转减震器的设计 ............................................................................................................. 15

3.5 本章小结 ............................................................................................................................... 17

第4章 离合器压盘总成设计 ................................................................................................ 18

4.1 压盘设计 ............................................................................................................................... 18

4.2 离合器盖的设计 .................................................................................................................. 18

4.3 传力片的设计 ...................................................................................................................... 19

4.4 本章小结 ............................................................................................................................... 20

第5章 膜片弹簧设计 ................................................................................................................ 20

5.1 膜片弹簧的切选 .................................................................................................................. 21

5.2 膜片弹簧的分析 .................................................................................................................. 22

5.3 膜片弹簧的校核 .................................................................................................................. 24

5.4 本章小结 ............................................................................................................................... 24

第6章 离合器分离装置设计 ................................................................................................ 25

6.1分离杆的设计 ....................................................................................................................... 25

6.2离合器分离套筒和分离轴承的设计 .............................................................................. 25

6.3 离合器壳的设计 .................................................................................................................. 26

6.4 本章小结 ............................................................................................................................... 26 结论 ........................................................................................................................................................ 27 参考文献 ............................................................................................................................................. 28 致谢 ........................................................................................................................................................ 30 附录 .................................................................................................................... 错误！未定义书签。

第1章 绪 论

1.1 膜片弹簧离合器结构及工作原理

离合器是汽车传动系中直接与发动机相关联的部件，主动部分和从动部分可以暂时分离，又可以逐渐接合，并且在传动过程中还要有可能相对转动，通过主动、从动两部分的相互作用把发动机的动力扭距传递给驱动系统，来实现汽车的起步、换挡等功能。离合器的作用有三：一是保证汽车平稳起步，二是保证传动系换挡时工作平顺，三是防止汽车传动系过载[1]。

在以内燃机作为动力的机械传动汽车中，离合器作为一个独立的部件存在。虽然发展自动传动系统是汽车传动系的发展趋势，但根据德国出版的2003世界汽车年鉴，2002年世界各国114家汽车公司生产的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。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[1]。 目前在汽车离合器中，摩擦式离合器用得最为广泛。摩擦式离合器按结构分可分主动部分（包括飞轮、离合器盖和压盘）、从动部分（从动盘总成）、压紧机构（压紧弹簧）和操纵机构（包括分离叉、分离轴承、分离踏板和传动部件）。在膜片弹簧离合器中膜片弹簧有压紧弹簧和分离杠杆的双重作用，所以膜片弹簧离合器的结构设计主要是包括从动盘总成、膜片弹簧和压盘总成三个部分[2]。

a b c

图1.1 膜片弹簧离合器工作原理示意图

a—安装前位置；b—安装后；c—分离位置

1—飞轮； 2—摩擦片； 3—离合器盖； 4—分离轴承； 5—压盘； 6—膜片弹簧； 7—支撑环

膜片弹簧为碟形，其上开有若干个径向开口，形成若干个弹性杠杠。弹簧中部有钢丝支承圈，用铆钉将其安装在离合器盖上。在离合器盖未固定到飞轮上时，膜片弹簧处于自由状态，离合器盖与飞轮接合面间有一距离L。用螺栓将离合器盖固定到飞轮上时，离合器盖通过后钢丝支承圈把膜片弹簧中部向前移动了一段距离。由于膜片弹簧外端位置没有变化，所以膜片弹簧被压缩变形。膜片弹簧外缘通过压盘把从动盘压靠在飞轮后端面上，这时离合器为接合状态。在分离离合器时，分离轴承前移，膜片弹簧将以前钢丝支承圈为支点，其外缘向后移动，在分离钩的作用下，压盘离开从动盘后移，离合器就变为分离状态了[3]。

1.2 课题研究的目的和意义

1、选题目的：本次选择课题为丰田轿车离合器的设计，本次设计为膜片弹簧离合器，而此设计有重大的意义和广泛的用途，因为离合器作为底盘传动系统中的重要部件，它起着从发动机到传动系中齿轮之间桥梁的作用，故它的重要性不可忽视，一个良好的离合器能够提高汽车的寿命，所以设计一个操作简便分离快速的离合器是十分必要的，且选择了设计离合器能够做到对汽车内重要部件的了解。

2、选题意义：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。膜片弹簧离合器是用膜片弹簧代替了一般螺旋弹簧以及分离杆机构而做成的离合器，因为它布置在中央，所以也可算中央弹簧离合器。

它的优点：首先，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杆的作用，使得零件数目减少，重量减轻；其次，离合器结构大大简化并显著地缩短了离合器的轴间尺寸；再者，膜片弹簧具有良好的非线性特性，设计合适可使摩擦片磨损到极限，压紧力仍能维持很少改变，且减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便。因此，离合器作为汽车重要的基础部件它的功能不能忽视，设计如此重要的汽车传动系统意义重大。

1.3 离合器的历史、现状和发展趋势

研究现状，国内外背景及发展趋势：传统离合器分有拉线和液压式两种，自动离合器也分为两种：机械电机式自动离合器和液压式自动离合器。机械电机式自动离合器的ECU汇集油门踏板、发动机转速传感器、车速传感器等信号，经处理后发送指令驱动伺服马达，通过拉杆等机械形式驱使离合器动作；液压式自动离合器则是由ECU发送信号驱动电动液压系统，通过液压操纵离合器动作。

液压式自动离合器在目前通用的膜片离合器的基础上增加了电子控制单元（ECU）和液压执行系统，将踏板操纵离合器油缸活塞改为由开关装置控制电动油泵去操纵离合器油缸活塞。变速器控制单元（ECU）与发动机控制单元（ECU）是集成在一起的，根据油门踏板、变速器档位、变速器输入/输出轴转速、发动机转速、节气门开度等传感器反馈信息，计算出离合器最佳的接合时间与速度。

自动离合器的执行机构由电动油泵、电磁阀和离合器油缸组成，当ECU发出指令驱动电动油泵，电动油泵产生的高压油液通过电磁阀输送到离合器油缸。通过ECU控制电磁阀的电流量来控制油液流量和油液的通道变换，实现离合器油缸活塞的移动，从而完成汽车起动、换档时的离合器动作。

为了实现离合器的自动操纵，采用自动离合器，可以省去离合器踏板，实现汽车的“双踏板”操纵，与其他自动离合传动系统（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，离合器的摩擦力矩调节性还不够理想，使用性能不尽完善。例如，汽车以高档低速上坡时，离合器容易打滑。因此必须提前换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。

我国汽车业的高速发展，带动我国汽车离合器市场需求持续大幅增长。随着我国自动档轿车的增加，我国传统离合器行业的发展前景日益担忧，不少企业都在寻求新

的持续发展的途径。2007年以前，我国汽车产量持续增长、汽车保有量的增加、出口市场需求的扩张等三大因素推动我国汽车离合器行业连续8年快速发展，2007年我国汽车离合器的产量突破1000万套。自2008年以来，受全球金融危机影响，中国汽车销量为938万辆，增长率仅为6.7%，离合器的市场规模约为55亿元。到2010年，我国离合器总销售额将达84亿元，其中，盖总成2800万件，从动盘总成5700万件，液力变矩器100万套以上。目前国产离合器已经能够全面覆盖国内各种车型产品并具有足够的研发、制造和供货能力，干摩擦式离合器仍将是“十一五”期间汽车动力系统中的主要应用部件。在技术目标方面，离合器的可靠性和寿命指标要达到或接近国外同类产品水平，传递转矩超过3000牛米的大容量重型离合器要形成批量供货，要掌握AT、LTD、DCT和DMF等关键技术，在离合器及其电子操控系统的集成开发方面取得突破，建立离合器的综合自动检测系统，以及建立模拟工况和实车试验标准，形成更为完善的离合器产品评价体系。按照离合器行业的规划，“十一五”期间，汽车离合器行业要形成3~5家年销售量超过300万套的“小巨人”企业和5~10家年销售量超过120万套的规模企业，并出现产销规模进入世界离合器行业前10名的中国企业。

国内外主要汽车离合器有摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种。摩擦式离合器又分为湿式和干式两种。而比较先进的离合器为液力偶合器、电磁离合器、具体如下介绍：

（1）摩擦式离合器：发动机飞轮是离合器的主动件，带有摩擦片的从动盘和从动毂借滑动花键与从动轴（即变速器的主动轴）相连。压紧弹簧则将从动盘压紧在飞轮端面上。发动机转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上，再由此经过从动轴和传动系中一系列部件传给驱动轮。压紧弹簧的压紧力越大，则离合器所能传递的转矩也越大。由于汽车在行驶过程中，需经常保持动力传递，而中断传动只是暂时的需要，因此汽车离合器的主动部分和从动部分是经常处于接合和状态的。摩擦副采用弹簧压紧装置即是为了适应这一要求。当希望离合器分离时，只要踩下离合器操纵机构中的踏板，套在从动盘毂的环槽中的拔叉便推动从动盘克服压紧弹簧的压力向松开的方向移动，而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力的传递。当需要重新恢复动力传递时，为使汽车速度和发动机转速变化比较平稳，应该适当控制离合器踏板回升的速度，使从动盘在压紧弹簧压力作用下，向接合的方向移动与飞轮恢复接触。二者接触面间的压力逐渐增加，相应的摩擦力矩也逐渐增加。当飞轮和从动盘接合还不紧密，二者之间摩擦力矩比较小时，二者可以不同步旋转，即离合器处于打滑状态。随着飞轮和从动盘接合紧密程度的逐步增大，二者转速也渐趋相等。直到

离合器完全接合而停止打滑时，汽车速度方能与发动机转速成正比。

摩擦离合器又可分为：

单盘离合器：只有一片从动盘，其前后两面都装又摩擦片，因而具有两个摩擦面。 双盘离合器：即增加了一个从动盘。

周布弹簧离合器：采用若干个螺旋弹簧座压紧弹簧，并沿摩擦盘圆周分布。 中央弹簧离合器：仅具有一个或两个较强力的螺旋弹簧并安置在中央。 膜片弹簧离合器：是以膜片弹簧作为压紧弹簧

（2）液力偶合器靠工作液（油液）传递转矩，外壳与泵轮连为一体，是主动件；涡轮与泵轮相对，是从动件。当泵轮转速较低时，涡轮不能被带动，主动件与从动件之间处于分离状态；随着泵轮转速的提高，涡轮被带动，主动件与从动件之间处于接合状态。

（3）电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。如在主动与从动件之间放置磁粉，则可以加强两者之间的结合力，这样的离合器称为磁粉式电磁离合器。 （4）自动离合器随着电子技术在汽车上应用，一种自动离合器系统也进入了汽车领域，这种由控制单元（ECU）控制的离合器已经应用在一些轿车上，使手动变速器换挡的一个重要步骤——离合器的断开与接合能够自动地适时完成，简化了驾驶员的操纵动作。

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，以使用心得使用条件。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，提高使用寿命，简化操作，已经成为目前离合器的发展趋势。

1.4 膜片弹簧离合器概述

膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型载货汽车上广泛采用的一种离合器。因其作为压簧，可以同时兼起分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，质量减少，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。其次，由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀。另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性，故能在从动盘摩擦片磨损后，弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩，而不致产生滑离。离合器分离时，使离合器踏板操纵轻便，减轻驾驶员的劳动强度。此外，因膜片是一种对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很少，而周布置弹离合器在高速时，因受离心力作用会产生横向挠曲，弹簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力，从而引起离合器传递转矩能力下

降。那么可以看出，对于轻型车膜片弹簧离合器的设计研究对于改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义。

作为压紧弹簧的所谓膜片弹簧，是由弹簧钢冲压成的，具有“无底碟子”形状的截锥形薄壁膜片，且自其小端在锥面上开有许多径向切槽，以形成弹性杠杆，而其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。膜片弹簧的两侧有支承圈，而后者借助于固定在离合器盖上的一些（为径向切槽数目的一半）铆钉来安装定位。当离合器盖用螺栓固定到飞轮上时，由于离合器盖靠向飞轮，后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形，锥顶角变大，甚至膜片弹簧几乎变平。同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。当离合器分离时，分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变，使膜片弹簧大端后移，并通过分离钩拉动压盘后移使离合器分离。膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，由于膜片弹簧具有非线性特性，因此设计摩擦片磨损后，弹簧压力几乎不变，且可以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，因此其压紧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，使离合器结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著缩短了轴向尺寸；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，摩擦均匀，也易于实现良好的通风散热等。

由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点，并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平在不断提高，因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用，而且正大力扩展到载货汽车和重型汽车上，国外已经设计出了传递转矩为80~~2000N.m、最大摩擦片外径达420的膜片弹簧离合器系列，广泛用于轿车、客车、轻型和中型货车上。甚至某些总质量达28~32t的重型汽车也有采用膜片弹簧离合器的，但膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高。膜片弹簧离合器的操纵曾经都采用压式机构，即离合器分离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分离指处是承受压力。当前膜片弹簧离合器的操纵机构已经为拉式操纵机构所取代。后者的膜片弹簧为反装，并将支承圈移到膜片弹簧的大端附近，使结构简化，零件减少、装拆方便；膜片弹簧的应力分布也得到改善，最大应力下降；支承圈磨损后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响。而在压式结构中支承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自由行程。

1.5 主要研究内容

由于膜片弹簧离合器，拥有零件数目少，重量轻，非线性特性好，操纵轻便，等优点，且制造膜片弹簧的工艺水平在不断提高，所以本文将设计推式膜片弹簧离合器。

本设计以丰田花冠汽车各项参数和性能为设计基础，所选定汽车发动机提供的最

大转矩Temax为152Nm。

本设计针对的车型是09款丰田花冠轿车。 其基本参数如下： 车 型：丰田花冠 整车质量：1145（kg） 最高车速：185 （km/h） 主要尺寸: 4530×1705×1490 长/宽/高（mm） 最大功率：88/6000 （kw） 最大扭矩：152/4400 （N.m）

为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足以下要求：

（1）在任何行驶条件下，都能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载。

（2）接合时要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。 （3）分离要迅速、彻底。

（4）从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。

（5）具有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命。

（6）应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力。

（7）操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。

（8）作用在从动盘上的总压力和摩擦离合器和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。

（9）具有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长。 （10）结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便。

第2章 离合器基本尺寸参数的选择

2.1 离合器基本性能关系式

离合器的基本功能之一是传递力矩，因此离合器转矩容量是离合器最为基本的性能之一。通常它只能用来初步定出离合器的原始参数、尺寸，它们是否合适最终取决于试验验证。

根据摩擦力矩公式

TcTemaxfZPoD31c3/12 (2.1)

式中：Tc—离合器静摩擦力矩；β—后备系数；f—摩擦因数；Z：摩擦面数；po—单位压力；D—摩擦片外径；c—内外径之比。

有了上面的关系式，对于一定的离合器结构而言，只要合理选择其中的参数，并能满足上面的关系式，就可估算出所设计的离合器是否合适[4]。



2.2 离合器后备系数的选择

后备系数β是离合器一个重要设计参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择β时，应保证离合器应能可靠地传递发动机最大转矩、要防止离合器滑磨过大、要能防止传动系过载。其数值按表2—1选取，而设计乘用车的离合器其β要求比较的大，初步选择为1.60。

表2.1 离合器后备系数β的取值范围

车 型

乘用车及最大总质量小于6t的商用车 最大总质量为6～14t的商用车

挂车

后备系数 1.20～1.75 1.50～2.25 1.80～4.00

2.3 摩擦材料中单位压力和摩擦因数的取值

石棉基摩擦材料的密度小，制造容易、价格低廉等优点，但受工作温度、单位压力、滑磨速度影响大，主要用于中、轻载荷的工作条件下，而粉末冶金材料的传热性好、热稳定性与耐磨性好、摩擦因数高，故在选择摩擦片材料是粉末冶金材料中的铁

基[5]。初选po根据表2—2中可得：为0.5MPa，f为0.5。

表2—2 摩擦材料中单位压力和摩擦因数的取值

摩擦片材料

模压

石棉基材料

编织 铜基

粉末冶金材料

铁基

金属陶瓷材料

0.70～1.50 0.35～0.50

0.35～0.50

0.4

0.25～0.35

0.25～0.30 0.25～0.30

单位压力po/MPa 0.15～0.25

摩擦因数f 0.20～0.25

2.4 本章小结

本章系统介绍了膜片弹簧离合器的结构，并讲述了离合器各零件的结构和材料，各部分的连接关系，以及基础数据的选择和处理，为下章离合器的计算打下基础。

第3章 离合器从动盘总成设计

3.1 摩擦片的设计

(1)摩擦片基本尺寸的确定。摩擦片外径是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和使用寿命，它和离合器所需传递的转矩有一定的关系。根据摩擦力矩公式(3—1)：

D12Temax

(3.1)

fZp0(1c3)

式中：Temax—发动机最大转矩；β—后备系数；f—摩擦因数；Z：摩擦面数；po—单位压力；D—摩擦片外径；c—内外径之比

计算离合器的外径D同时参考经验公式(3.2)：

D10Temax

(3.2) K

式中：K—参考系数；D—摩擦片外径；Temax—发动机最大转矩；

乘用车轿车K取47，计算得到D=179mm。

初选D以后，还需根据摩擦片尺寸的系列化和标准化进一步确定[6]。

表3—1 离合器尺寸选择参数表

查找标准(GB1457—74)的规定：

最终确定：外径D=250mm；内径d=155mm，内外径之比c=0.620，单片面积

F=302mm2 。

对摩擦片的厚度h，我国以规定了3种规格：3.2mm，3.5mm，4mm，这里选择厚度为3.5mm。

(2)摩擦片的校核。在初步确定完摩擦片的基本尺寸后，要对摩擦片校核： 1)摩擦片外D(mm)的选择应使最大圆周速度vD不超过65～70m/s：

vD/60nemax103 (3.3)

式中：nemax—发动机的最高转速（r/min）；

当nemax取6 000时，代入可得： vD=45.79m/s ≤ 65～70m/s。

2)摩擦片的内外径比c应在0.53～0.70 范围内： c=0.620∈｛0.53～0.70｝。

3)保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，β应在1.2～1.75之间，代入式(2—1)：

β= Tc/ Temax=1.30∈｛1.20～1.75｝。

4)为了减少汽车起步过程中的离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，离合器每一次接合的单位面积滑磨功应小于其许用值，即：



4W

 (3.4) 22

Z(D-d)

式中：ω—单位摩擦面积滑磨功(J/mm2)；[ω] —其许用值0.4 J/mm2；W—汽车起步时离合器接合一次产生的总滑磨功(J)，可以根据下式计算：

W

221 800i0ig22ne2mrar

(3.5)

式中：ne—发动机转速，取2 000r/min；ma—汽车总质量(kg)，取1145kg；rr—汽车轮胎滚动半径(m)；ig—汽车起步时所用变速器档位的传动比；数值取3.8；i0—主减速器传动比，取4.2。

各个数值代入(3.5)式得到：W=14 983J。

把W=14983J和摩擦片的各个数值代入式(3.4)，得：

=0.228J/mm2≤[]=0.4J/mm2。

经过校核可知，摩擦片的设计符合相应的设计要求[7]。

3.2 从动盘毂的设计

发动机转矩是经从动盘毂的花键孔输出，花键之间为动配合，在离合器分离和结合的过程中，从动盘毂就能在花键轴上自由滑动。我国生产的离合器，其从动盘毂花键多用SAE标准，其有关尺寸见表

表3—2 从动盘毂花键的尺寸

摩擦片的外径

D/mm 180 200 225 250 ……

发动机的最大转矩Temax/Nm

69 108 150 200 ……

齿数n 10 10 10 10 ……

外径D’/mm

26 29 32 35 ……

花键尺寸 内径d’/mm

21 23 26 28 ……

齿厚t/mm

3 4 4 4 ……

有效齿长l/mm

20 25 30 35 ……

挤压应力/MPa 11.6 11.1 11.3 10.2 ……

根据表3—2中选择n=10，D’=35mm，d’=28mm，t=4mm，l=35mm。

花键尺寸选定后应进行强度校核。由于花键损坏的主要形式是由于表面受挤压过大而破坏，所以花键要进行挤压应力计算，当应力偏大时可适当增加花键毂的轴向长度。

花键的挤压应力j：

j

8Temax

10.2MPaj30MPa (3.6) 22

(Ddznl)znl



式中：Temax—发动机最大转矩；D—花键毂的外径；d—花键毂的内径；n—花键毂的齿数；l—花键毂的有效长度。

从动盘毂一般都由中碳钢锻造而成，并经调质处理，其挤压应力不应大于30MPa。 从动盘毂采用锻钢（40Cr），采用调质处理，表面和心部硬度在26～32HRC。提高花键内孔表面硬度和耐磨度，可采用镀铬工艺；对减振弹簧窗口及从动片配合处，应进行高频处理。

3.3 从动片和波形弹簧片的设计

设计从动片，要尽量减轻其重量，并使其质量的分布可能地靠近旋转中心，以获得最小的转动惯量。为了减小转动惯量，从动片做的比较薄，一般在1.3mm—2.2mm。根据设计的需要采用从动片的厚度为2mm，材料为中碳钢板（50号），表面硬度为35～40HRC，结构采用分开式弹性从动片结构。

波形片材料采用65Mn，厚度为0.7mm，硬度为40～46HRC，并经过表面发蓝处理。

3.4 扭转减震器的设计

由于发动机传到汽车传动系中的转矩是周期地不断变化的，从而使传动系统产生扭转振动。若振动频率与传动系的自振频率相重合会发生共振，影响传动系中零件的寿命。为避免共振，缓和传动系所受的冲击载荷，在许多汽车的传动系统中装设了扭转减振器，且大多数将扭转减振器附装在离合器的从动盘中[8]。

a b

图5—1 扭转减振器工作示意图

a—静止状态；b—工作状态

1、2—减振弹簧；3—从动盘本体；4—阻尼片；

离合器接合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘传给了从动盘两侧的摩擦片，带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减振器盘转动。动盘本体和减振器盘又通过六个减振器弹簧把转矩传给了从动盘毂。因为有弹性环节的作用，所以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。传动系中的扭转振动会使从动盘毂相对于动盘本体和减振器盘来回转动，夹在它们之间的阻尼片靠摩擦消耗扭转振动的能量，将扭转振动衰减下来[9]。

扭转减振器的设计计算着重于减振弹簧。 (1)减振弹簧的材料。选用60Si2MnA弹簧钢丝。

(2)减振弹簧个数Zj的选取。根据表3.3，由于D=250mm，所以Zj取4。

表3—3 减振弹簧个数的选取

摩擦片外径D/mm

Zj

225～250 4～6

250～325 6～8

325～350 8～10

>350 >10

(3)减振弹簧的位置半径R0。减振弹簧的位置半径R0一般取(0.60～0.75)d/2,同时为了保证离合器可靠的传动发动机的转矩，减振弹簧位置直径2R0约小于摩擦片内径约50mm，所以取R0=37.5mm。

(4)极限转矩Tj。极限转矩是指减振器在消除了限位销与从动盘毂之间的间隙时所能传递的最大转矩，即限位销起作用时的转矩。它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 (3.7)

式中：Temax—发动机最大转矩；Tj—极限转矩。

乘用车取相应系数为2.0，所以Tj=304Nm。

(5)扭转角刚度k 。为了避免引起传动系统的共振，要合理选择减振器的扭转角刚度k，使共振现象不发生在发动机常用的工作转速范围内。k取决于减振弹簧的线刚度及其结构布置尺寸：

k=KZjR02×103 (3.8)

式中：K—每个减振弹簧的线性刚度(N/mm)；Zj—减振弹簧的个数；R0—减振弹簧位置半径(m)。

减振器的角刚度既要满足传递足够大的转矩的要求，又要满足为了避开共振而尽量降低其值的要求，这在实际上是做不到的。因此，减振器的角刚度k的最后确定，常常是结构所允许的设计结果，设计时选k为：k ≤13Tj。

由于设计的是乘用车的发动机，常工作时的转速是较高的，且保证发动机的工作较稳定，所以选择k较小，取k=10Tj=4 000Nm。

这样每个弹簧的线性刚度为K= k/(KZjR02)=2.1×106 N/mm。

(6)阻尼摩擦转矩T。由于减振器扭转刚度k受结构及发动机最大转矩的限制，不肯能够很低，故为了在发动机工作转速范围内最有效地消振，必须合理选择减振器的阻尼摩擦转矩T，一般可选：

T=(0.06～0.17)Temax (3.9)

式中：T—阻尼摩擦转矩；Temax—发动机最大转矩。

按经验选T=0.12Temax=24N。

(7)预紧转矩Tn。减振弹簧在安装时都有一定的预紧力。研究表明，Tn的增加，共振频率将向减小频率的方向移动，这是有利的。但Tn不应大于T，否则在反向工作时，扭转减振器将提前停止工作，故取：

Tn=(0.05～0.17) Temax (3.10)

式中：Tn—预紧转矩；Temax—发动机最大转矩。

取Tn=0.10Temax=20N。

(8)极限转角j。减振器从预紧转矩Tn增加到极限转矩Tj时，从动片相对从动盘毂的极限转角j为

jarcsin2

l

(3.11) 2Rl0

式中：j —极限转角；R—减振弹簧位置半径；l—减振弹簧的工作变量。

j通常取3o～12o，由于设计的乘用车的离合器，所以对发动机的平顺性要求较高，所以j取9o。

3.5 本章小结

本章介绍了离合器从动盘总成的设计，包括摩擦片主要参数的选择与优化、扭转减振器与减振弹簧的计算、操纵机构与输出轴的计算、选取从动盘毂。以及设计了摩擦片，从动盘毂，从动片波形弹簧，及扭转减震器，对其进行材料选择和数据计算。

第4章 离合器压盘总成设计

4.1 压盘设计

压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时，它和飞轮一起带动从动盘转动，所以它必须和飞轮有一定的联系，但这种联系有应允许压盘在离合器分离过程中自由的做轴向移动，使压盘和从动盘脱离接触。压盘和飞轮间常用的连接方式有凸台式、键式和销式。但这些连接方式在离合器分离和结合的过程中，由于传力零件之间有摩擦，将降低离合器操纵部分的传动效率。

为了消除上述缺点，在设计中采用传力片式。

在离合器的基本参数选定后，压盘的基本尺寸应和摩擦片的外径和内径相同，确定压盘的厚度应符合下面两点要求。

(1)压盘应具有较大质量，以增大热容量，减少温升。应用下式校核压盘的一次接合的温升：

t

W

mc

(4.1)

o式中：t—压盘温升(oC)；c—压盘的比热容，铸铁：c=481.4J/(kg·C)；m—压盘质量(kg)，

经计算约为4.2kg；W—汽车起步时离合器接合一次产生的总滑磨功(J)，经上面计算得W=14 983J；—传到压盘的热量所占的比例，对于单片离合器压盘：=0.5。

根据式(4—1)得：t=3.7 oC≤8 oC。

(2)压盘应具较大的刚度。能使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减少受热后翘曲变形，以免影响摩擦片的均匀压紧及与离合器的彻底分离[8]。

与飞轮保持良好的对中，并要进行静平衡，压盘单件的平衡精度不低于15～20g·cm

基于以上两点，选取压盘的厚度为12mm。

由于压盘的形状较复杂，要求传热性好，具有较高的摩擦因数，所以采用灰铸铁，采用HT300，硬度为170～227HBS，另外添加少量的金属元素（镍铁合金）以增加其机械强度[10]。

4.2 离合器盖的设计

(1)离合器盖结构设计要求。应具有足够的刚度，否则将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。为此可采用如下的措施：适当的增大盖的板厚，使钢板厚度达到4mm；在盖内的圆周处翻边。

和飞轮保持良好的对中，以免影响总成的平衡和正常的工作。 盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度。

(2)离合器盖的材料。由于设计的离合器是乘用车用的，所以离合器盖的加工工艺为冲压制造，所以采用的是4mm的10号钢板冲压而成[11]。

4.3 传力片的设计

传力片的作用是在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转，分离时，又可以利用它的弹性来牵动压盘轴向分离并使操纵力减小。

传力片为3组，每组2片，每片厚度为0.8mm，由65Mn的弹簧钢带制成。在布置传力片时要注意，通常情况下传力片应该受拉力[11]。

传力片的校核：

用公式(4-2)计算传力片的有效长度：

l1l1.5d (4.2) 式中：l１—传力片的有效长度；l—传力片上两孔之间的距离；d—孔的直径。

用公式(4—3)计算传力片的弯曲总刚度：

3 K12EJn/il (4.3) X1

式中：E—传力片材料的弹性模量；JX—截面惯性矩；n—为传力片数量；i—传力片的组数；l１—传力片的有效长度。

用公式(4-4)计算压盘和离合器盖组装时的最大应力：



max



P

2niW

l (4.4)

1

式中：σmax—最大应力值；W—传力片的截面系数；n—传力片数量；i—传力片的组数； l１—传力片的有效长度；P—传力片作用力的大小。

带入数值计算得到max913MPa

离合器传扭时分为正向驱动和反向驱动，用公式(4-5)计算正向驱动时的最大应力:



max

P

2niW

l

1

6TemaxfmaxTemax

=204.5MPa≤913MPa (4.5) 2

inRbhinRbh

式中：σmax—最大应力值；W—传力片的截面系数；n—传力片数量；i—传力片的组数；

P—传力片作用力的大小；b—传力片的宽度；l１—传力片的有效长度；h—传力片厚度；R—传力片的圆周半径；fmax—传力片轴向变形力最大值；Temax—发动机最大转矩。 用公式(4—6)计算反向驱动时的最大应力:

6TemaxfmaxTemaxP

 max=823.5 MPa≤913MPa (4.6) l21

2niWinRbhinRbh

式中：σmax—最大应力值；W—传力片的截面系数；n—传力片数量；i—传力片的组数； P —传力片作用力的大小；b—传力片的宽度；l—传力片的有效长度；h—传力片厚度；

R—传力片的圆周半径；fmax—传力片轴向变形力最大值；Temax—发动机最大转矩。

可见，传力片的设计符合要求。

4.4 本章小结

本章对离合器主动件进行了设计、计算、选择及校核。主动件包括离合器盖、压盘等。这些部件都是给离合器传递扭矩的部件，他们共同的特点是都要有良好的散热能力，有能有效把在主动部分的热传递出去的能力。这些部件总成都是符合标准的部件，经过严格的校核计算，可以符合使用的标准，满足使用的需要。

第5章 膜片弹簧设计

5.1 膜片弹簧的切选

设计膜片弹簧，一定要初步选定其全部尺寸，然后进行一系列的验算，最后优选出合适的尺寸[12]。

表5—1 膜片弹簧的主要参数的选用参考值

基本参数 外内径比 R/r 膜片钢板厚度 h(mm)

高厚比 H/r 外径厚度比 H/h 比值 R/r0

杠杆比（推式） (r1-rf)/(R1-r1)

分离指的数目 n 分离指舌尖切槽宽 δ1(mm) 分离指舌根切槽宽δ2(mm) 分离指舌部最宽处半径 re(mm)

初始锥底角 (o)

1=R-R1

半径差值(mm)

2=r1-r 3=rf-r0

常用范围 1.2～1.3 2～3.4 1.7～2.0 75～95 4～5 2.3～4.5 18 3.2～3.5 9～10 ≤ r-δ2 10～13 2～4 0.5～ 3 0～3

一般范围 1.2～1.35

2～4 1.6～2.2 70～100 3.5～5.0

- - - - - 9～15 1～7 0～6 0～4

图5—1 膜片弹簧的基本尺寸

膜片的外径R的大小约为摩擦片的平均半径，即(D+d)/4，所以R的初选为106mm，