膜片弹簧离合器设计说明书

武汉理工大学华夏学院2012届车辆工程专业课程设计说明书

摘 要

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、便于维护的轿车离合器，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。

本次设计主要是对上海通用君威3.0豪华版的离合器设计，主要采用单片膜片弹簧离合器，主要对离合器的膜片弹簧，从动盘，离合器外壳，压盘等离合器零件来进行设计

关键词: 离合器 , 膜片弹簧 , 从动盘 , 压盘 , 摩擦片

1、绪言

对各种离合器结构分析 离合器主要有以下几种： 1) 周置弹簧离合器

周置弹簧离合器采用圆柱螺旋弹簧，这种压紧方式结构简单，制造方便，但是当高转速时，周置弹簧离合器，收理性了较大，容易产生较大的弯曲，从而是压紧力降低，所以不适合高速发动机。

2) 中央弹簧离合器

中央弹簧离合器的压紧弹簧于从动盘轴线相同，采用较小刚度的弹簧就可以获得较大的压紧力，有利于减轻踏板力，弹簧不与压盘接触，弹簧不受退火影响，主要用在重型汽车上。

3) 膜片弹簧离合器

膜片弹簧离合器能使得离合器结构大大简化，质量小，通风好，同时起到压紧弹簧和分离杠杆的作用，摩擦片磨损时，弹簧的力变化不大，工作稳定。

4) 双片离合器

双片离合器有两个从动盘，鱼单片相比，摩擦面积增多，因而传递转矩的能力较大，但是中间压盘通风散热不良，外形尺寸大。

5) 斜置弹簧离合器

斜置弹簧离合器是指弹簧轴线与离合器轴线成一个夹角，其工作稳定，踏板力较小。

1

膜片式离合器总成设计

图1-1 离合器的工作原理图

其离合器的基本功用：

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。

2、模片弹簧离合器概述

膜片弹簧离合器总成由膜片弹簧、离合器盖、压盘、传动片和分离轴承总成等部分组成。

2

武汉理工大学华夏学院2012届车辆工程专业课程设计说明书

图2-1 膜片弹簧离合器结构

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) 传力片

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。

3

膜片式离合器总成设计

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。

3、离合器结构方案选取

设计参数如下：

车型：上海通用君威GL3.0豪华版 整车质量（kg）：1579

最大扭矩/转速（N·m/rpm）：256/4400 3、1离合器的结构设计时必须综合考虑因素

离合器的结构设计中必须考虑的因素有以下五点： （1） 保证离合器结合平顺和分离彻底

（2） 离合器从动部分和主动部分各自的连接形式和支承 （3） 离合器的轴向定位和轴承润滑 （4） 运动零件的限位 （5） 离合器的调整 3、2结构设计

3、2、1从动盘数选取

对于乘用车和最大总质量小于6t的商用车而言，发动机的最大转矩一般不大，在布置容许条件下，离合器通常只设有一个从动盘，同时单片离合器结构简单，轴向尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动质量小，在使用时能保证分离彻底由于所设计离合器为小轿车，整车质量又比较小，传动转矩不是很大，转速又比较高，故采用单片离合器。

从从动盘数的的选取：单片离合器 3、2、2压紧弹簧的结构形式及布置

4

图3-1 膜片弹簧布置模式

武汉理工大学华夏学院2012届车辆工程专业课程设计说明书

压紧弹簧结构形式和布置：采用膜片拉式弹簧离合器

因为膜片弹簧离合器于其他形式的离合器相比，具有以下六点优点： （1） 具有理想的非线性弹性特性 （2） 兼起到压紧弹簧和分离杠杆的作用

（3） 高速旋转时，弹簧的压紧力降低很少，性能比较稳定

（4） 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 （5） 通风散热良好，使用寿命长

（6） 膜片弹簧中心，与离合器中心重合，平衡性好

又因为为小轿车，所以舒适性比较重要，采用拉式的膜片弹簧离合器，踏板力比推式的减少25%~30%，同时在支承环磨损后不会形成间隙而增大踏板自由行程，不会产生冲击和噪声，使用寿命长。

3、2、3压盘的驱动方式

5

膜片式离合器总成设计

图 3-2 压盘驱动方式

因为凸块-窗口式、传力销式、键块式的驱动方式在连接件之间都有间隙，当转速过大时，在传动中将产生冲击和噪声，而且在零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低了离合器的传动效率，所要求设计任务的车型的发动机转速为4400rpm，转速比较大，所以采用弹性传动片的压盘驱动方式。3、2、4分离轴承的类型

分离轴承采用有径向止推轴承，因为有径向止推轴承使用于高转速、低轴向负荷的情况下，设计任务中所需要设计的离合器符合这情况，采用有径向止推轴承。 3、2、5离合器的通风散热措施

在压盘上设置散热筋，在离合器盖上开较大的通风窗，在离合器外壳上换装导流罩。

4、离合器基本结构参数的确定

4、1摩擦片外径及其它尺寸的确定

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=100式中

TemaxTemaxA?10025647mm?233.4mm

为发动机最大转矩，取Tmax?256N?m，D为摩擦片外径，A为不同结构和使

表4-1 离合器摩擦片尺寸系列和参数表1

用条件对D的影响系数，对于小轿车 取A=47。

外径D/mm 160 内径d/mm 110 厚度b/mm 3.2 c=d/D 180 125 3.5 200 140 3.5 225 150 3.5 250 155 3.5 280 165 3.5 300 175 3.5 325 190 3.5 350 195 4 380 205 4 405 220 4 430 230 4 0.687 0.694 0.700 0.667 0.620 0.589 0.583 0.585 0.557 0.540 0.543 0.535 6

武汉理工大学华夏学院2012届车辆工程专业课程设计说明书

1- c3 单位面积 通过结合离合器粗算尺寸和标准尺寸表对比，查得应选用D?300mm,d?175mm b?3.5mmc?0.583。

0.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 0.827 0.843 0.840 0.847 106 132 160 221 302 402 466 546 678 729 908 1037 4、2离合器后备系数的?确定

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，减少传递系的过载，使操纵轻便等，后备系数又不宜过大。由于所设计的离合器为膜片弹簧离合器，在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小（开始时还有些增加），再加上小轿车的后备功率比较大，使用条件较好，宜取较小值，故初取β=1.2。

Tc=?Temax?1.2?256?307.2N?m

4、3单位压力P的确定

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。

摩擦因数f的确定：因为为轿车，根据其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素，采用粉末冶金材料的铜基摩擦片，查《汽车设计》课本表2-4摩擦材料的摩擦因素f的取值范围，可得粉末冶金材料的铜基摩擦片的摩擦因素取值范围为0.25~0.35，故取f=0.3

摩擦面数Z的确定：因为前面结构设计为单片离合器，所以摩擦面数Z=2。

Tc??1233fp0ZD(1?c)?p0?12?Tcf?ZD3(1?c)3

=p0?12?307.20.3???2?0.3?1?0.5833?3??0.098MPa

4、4离合器基本参数的校核

3、4、1最大圆周速度

vD??60nemaxD?10?3??60?5200?300?10?3?82m/s

式中，vD 为摩擦片最大圆周速度（m/s）；为发动机最高转速取5200r/min，D为摩擦片外径径取300mm。

3、4、2单，Tc0

Tc0=

4Tc?Z(D?d)22?4?307.2??2??3002?1752?7

?0.0032N?mmm2

膜片式离合器总成设计

当摩擦片外径D ?250~325，[Tc0]=0.0035 N·m/mm>0.0032 N·m/mm

225、离合器从动盘设计

5、1从动盘结构简要介绍

从动盘由摩擦片、从动钢片、扭转减震器和花键榖、波形弹簧钢片、摩擦衬片等组成。 5、2从动盘设计

5、2、1从动片的选择和设计

从动片有整体式弹性从动片、分开式弹性从动片、组合式弹性从动片三种，因为组合式弹性从动片主要运用于货车的中，所以不考虑，本次设计采用整体式弹性从动片。

图5-1 整体式从动片

5、2、2从动盘毂的设计（根据从动盘外径和发动机扭矩来选取从动盘花键毂花键的有关尺寸/花键挤压应力校核）

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

表5-1 从动盘毂花键尺寸

从动盘外径发动机转矩Dmm TnN?m 花键齿数n 10 花键外径花键内径齿D?mm d?mm 厚有效齿长挤压应力lmm bmm ?MPa 8.89 300 256 40 32 5 40 由于花键主要损坏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 花键侧面压力P公式如下

P?4Temax4?256?D??d??Z??0.04?0.032??1?14222N

式中D?,d?为花键内外径，m，Z为从动盘毂的数目，Temax为发动机的最大扭矩，Nm 挤压应力公式如下：

?挤压?Pnhl1422210?0.004?0.04?MPa???8.89MPa

8

武汉理工大学华夏学院2012届车辆工程专业课程设计说明书

式中n为花键齿数，h为花键齿工作高度h??D??d??2，m，l为有效齿长，m 从动盘毂由中碳钢锻造而成，并经过调质处理，许用挤压应力为20MPa，所以符合强度要求。 5、2、3摩擦片的材料选取及与从动片的固紧方式 摩擦片需要满足以下几点： （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9）

在工作时有相对较高的摩擦系数

在整个工作寿命期内应维持其摩擦特性，不希望出现摩擦衰退的现象 在短时间内能吸收相对较高的能量，具有好的耐磨性能

能承受较高的压盘载荷作用，在离合器接合过程中表现出良好的性能 能抵抗高的转速下大的离心力载荷而不破坏 在传递发动机转矩时，有足够的剪切强度 具有小的转动惯量，材料加工性能良好

在整个正常工作温度范围内，和对偶材料压盘、飞轮（都是铸铁件）等有良好的兼容摩擦副对偶面有高度的容污性能，不易影响它们的摩擦作用

摩擦性能

（10） 具有优良的性能/价格比，不会污染环境

离合器摩擦片所采用的材料主要有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金属陶瓷摩擦材料。石棉基摩擦材料具有摩擦因数较高、密度较小、制造容易、价格低廉等优点。但它性能不够稳定，摩擦因数受工作温度、单位压力、滑膜速度的影响大，故目前主要应用于中、轻载荷下工作。由于石棉在生产和使用过程中对环境有污染，对人体有害，故以玻璃纤维、金属纤维等来替代石棉纤维。粉末冶金和金属陶瓷摩擦材料具有传热性好、热稳定性与耐磨性好、摩擦因数较高且稳定、能承受的单位压力较高以及寿命较长等优点，但是价格较贵，密度较大，接合平顺性较差，主要应用于载质量较大的商用车上。

摩擦片和从动盘的连接方式主要有铆接和粘接两种。铆接方式连接可靠，跟换摩擦片方便，适宜在从动盘上安装波形片，但其摩擦面积利用率小，使用寿命短。粘接方式可以增大实际摩擦面积，摩擦片厚度利用率高，具有较高抗离心力和切向力的能力，但更换摩擦片困难，且使从动盘难以安装波形片，无轴向弹性，可靠性低。

本设计主要采用粉末冶金材料的铜基摩擦片，铆接固定方式，能满足以上所有需求。

6、压盘的设计

6、1压盘传力方式的选择

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，压盘应在离合器分离时能自由地轴向运动，使压盘和从动盘脱离接触。，其他驱动方式都有间隙，容易产生噪声，所要求设计任务的车型的发动机转速为4400rpm，转速比较大，所以采用弹性传动片的压盘驱动方式。

6、2压盘的几何尺寸的确定

压盘应具有足够大的刚度和合理的结构形状，以保证在受热时不发生翘曲。所以压盘通常做的比较厚，一般不小于10mm，本次设计采用12mm 6、3压盘和传动片的材料选择

由于压盘需要较好的耐磨性能、散热性能和比较理想的摩擦性能，所以通常使用灰铸铁，本次设计也采用灰铸铁进行制造压盘。

9

膜片式离合器总成设计

由于弹性传动片的压盘驱动方式反向承载能力差，汽车反拖时易折断传动片，故材料要求比较高，一般采用高碳钢，本次设计也采用高碳钢进行制造。 6、4离合器盖的设计

离合器盖设计的要点：

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。

乘用车离合器盖一般用08、10钢等低碳钢板。本次设计初选08钢板厚度为3mm

7、离合器分离装置的设计

7、1分离杆的设计

图7-1 几种分离轴承

分离杆设计需要满足下列几点 1) 分离杆应具有足够的刚度

2) 分离杆的铰接处应该避免运动上的干涉 3) 分离杆的高度内端可以调整

4) 分离杆的铰接处应该用滚针轴承或则刀口支承

综上所述，本次设计中分离杆采用中碳钢锻造。表面氰化处理，提高耐磨性能。 7、2离合器分离套筒和分离轴承的设计

本次设计为膜片弹簧离合器，所以为了保证分离离合器时分离轴承能够均匀地压紧膜片弹簧内端，采用自动调心的分离轴承。同时为高速、低负荷的工作状态，所以采用径向推力累轴承。

分离套筒采用尼龙和玻璃纤维纤维模压成型，为了减轻摩擦磨损，在制作过程中加入1%二硫化钼，从而起到自润滑的作用

10

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1fdw.html