商用车离合器设计及产品建模分析
摘要
离合器是汽车传动系的组成部件之一，在以内燃机为动力的汽车机械传动中，它通常装在发动机飞轮的后端，传动系通过它与发动机相联系，即其主动部分与发动机飞轮连接，从动部分与变速器相连接。在汽车行驶中，驾驶员为了适应同使用情况（如起步、换挡、制动、停车）的需要，常常要频繁地踩下、松开离合器踏板，使发动机与传动系暂时分离，以中断动力传递，随后又使之逐渐接合，以便传递动力。此设计说明书详细的说明了商用车膜片弹簧离合器的结构形式，参数选择以及计算过程。本文主要是对商用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：摩擦片外径的确定，离合器后备系数的确定，单位压力的确定。并进行了各主从部分的设计主要为：摩擦片的设计，膜片弹簧的设计，操纵机构的设计，扭转减震器的设计，以及从动盘设计（从动盘毂的设计）设计等。并对商用车离合器进行三维建模分析设计。
关键词: 离合器 膜片弹簧 从动盘 压盘 摩擦片 三维建模
Abstract
The clutch is one of the components of the automobile transmission system. In the motor drive of the internal combustion engine, it is usually installed at the rear end of the engine flywheel. The drive system is connected with the engine, that is, the active part is connected with the engine flywheel, and the driven part is connected with the transmission. In automobile driving, in order to adapt to the needs of the same use (such as starting, shifting, braking, parking), the driver often stepped down and loosened the clutch pedal frequently to temporarily separate the engine from the transmission system to interrupt the power transfer, and then gradually engage it in order to transmit power. This design specification explains in detail the structural form, parameter selection and calculation process of the commercial membrane spring clutch. This paper is mainly about the design of diaphragm spring clutch for commercial vehicle. According to the vehicle use conditions and vehicle parameters, according to the design steps and requirements of the clutch system, the following work is carried out mainly: the selection of related design parameters mainly include the determination of the outer diameter of the friction disc, the determination of the clutch backup coefficient and the determination of the unit pressure. The design of the main and subordinate parts mainly include the design of the friction plate, the design of the diaphragm spring, the design of the manipulating mechanism, the design of the torsional shock absorber, and the design of the driven disc (the design of the driven disc hub). And three-dimensional modeling analysis and design for commercial vehicle clutch.
Key words: clutch diaphragm spring driven plate pressure plate friction disc 3D modeling
目录
绪论 2
1.1 概述 2
1.2 设计任务书 4
1.3功用 4
1.4 离合器的工作原理 5
1.5膜片弹簧离合器的结构及其优点 7
1.5.1膜片弹簧离合器的结构 7
1.5.2膜片弹簧离合器的优点 8
1.6方案选择 8
2 主要零部件的结构设计要求 9
2.1摩擦片的设计要求 9
2.2膜片弹簧的设计 9
2.3压盘的设计 9
2.4从动盘的设计 10
2.5离合器盖的设计 10
3 设计计算说明书 10
3.1离合器设计技术参数 10
3.2离合器基本性能关系式 10
3.3后备系数的选择 11
3.4摩擦片外径D、内径d和厚度b 11
3.5小结 13
4主动部分设计 13
4.1压盘设计 13
4.1.1 压盘传力方式的选择 13
4.1.2压盘的几何尺寸的确定 13
4.2离合器盖的设计 15
4.3传动片设计 15
4.4小结 16
5从动部分设计 16
5.1摩擦片设计 16
5.2从动盘毂的设计 17
5.3从动片设计 19
5.4操纵机构 19
5.4.1离合器踏板行程计算 20
5.4.2踏板力的计算 21
5.4.3从动轴的计算 22
5.4.4分离轴承的寿命计算 22
5.5小结 23
6 扭转减振器设计 23
6.1.扭转减振器的功能 23
6.2 扭转减振器的结构类型的选择 23
6.3扭转减振器参数的确定 24
6.4减振弹簧的尺寸确定 27
7膜片弹簧设计 28
7.1膜片弹簧的概念 28
7.2膜片弹簧基本参数的选择 29
7.3膜片弹簧的弹性特性 30
7.4膜片弹簧的强度计算 33
7.5小结 35
8 离合器三维建模分析 35
8.1 35
1、关于Solidworks 35
2、Solidworks界面的介绍 35
8.2离合器主要零件的建模 37
1、从动盘毂的三维建模 37
2、其他主要零件的建模（步骤略） 41
8.3离合器的装配图及爆炸图 45
9 使用说明书 48
参考文献 49
绪论
1.1 概述
对于内燃机汽车来说，离合器在机械传动系中作为一个独立的总成而存在，它是汽车传动系中直接与发动机相连接所总成。目前，各种汽车广泛采用的摩擦式离合器主要依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。它主要包括主动部分（发动机飞轮、离合器盖和压盘）、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）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。
在早期研发的离合器中，锥形离合器最为成功。近来，人们对离合器的要求越来越高，传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操纵形式的操纵形式正向自动操纵的形式发展。因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离合器传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。随着汽车发动机转速、功率不断提高和汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。离合器是汽车底盘传动系中的重要总成，位于汽车发动机飞轮和变速箱之间。在汽车的行驶过程中驾驶员通过操纵离合器使发动机的动力能够有效可靠的传与切断。其具体功用有：让发动机和传动系平稳结合，是汽车起步平缓；使发动机和传动系之间的动力暂时切断，便于驾驶员根据路况平顺换挡；把所传递的转矩限定在一定范围内，防止传动系的过载。汽车离合器按压紧弹簧的结构形式分螺旋弹簧式离合器和膜片弹簧式离合器。近些年膜片弹簧离合器越来越广泛的运用于汽车和商用货车上，相较于螺旋弹簧式离合器而言膜片弹簧式离合器有诸多优点。首先，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使得其压紧弹簧结构的零件数减少，重量也相应减轻；其次，离合器的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，当摩擦片因磨损而变薄时，压紧力不仅不会减小反而会有少量的增加，并且减轻了分离离合器时的踏板力，使操纵轻便；此外由于膜片弹簧是对称的结构和良好的平衡性，在高速运转时压紧力的降低很少。因此，可以看出膜片弹簧离合器的设计研究对在各个方面提高汽车离合器的性能有着十分重要的意义。
众所周知，膜片弹簧离合器的特点就是其压紧弹簧是膜片弹簧而不是一般的螺旋弹簧。膜片弹簧是由特殊的弹簧钢通过冲压而形成的，成圆锥形状，膜片弹簧在结构方面分为两部分。在膜片弹簧的大端是是一个完整的截锥体，它的形状像一个无底的碟子和一般机械上用的碟形弹簧完全一样，所以称作碟簧部分。膜片弹簧起弹性作用的部分正是碟簧部分。碟簧弹性作用是这样：沿其轴线方向加载，碟簧受压变平，卸载后又恢复原形。可以说膜片弹簧是碟簧的一种特殊结构形式。不同的是，在膜片弹簧上还包括有径向开槽部分。膜片弹簧上的径向开槽部分像一圈瓣片，它的作用是，当离合器分离时作为分离杠杆。所以它又被称为分离爪。分离爪与碟簧部分交接处的径向槽较宽呈长方形圆孔状，开这样的圆形方孔一方面可以减少分离抓根部应力集中，另一方面又可以用来安装铆钉固定膜片弹簧。
对于膜片弹簧离合器设计来说，膜片弹簧和从动盘的设计特别重要，膜片弹簧的选材与此存直接决定了其压紧力是否满足离合器传递动力的要求。膜片弹簧刚度过大过小都不好，会影响离合器的操纵机构以及驾驶员的操纵。而膜片弹簧离合器从动盘则是把发动机飞轮上的转矩传递到变速器，最终驱动汽车前进。对于转矩的传递来说，从动盘上摩插片的材料和结构尤为重要。其次，为了减小传动系的扭转共振，减小传动系噪声和动载荷，使飞轮与从动盘平稳结合传输动力。
膜片弹簧离合器在汽车上运用广泛，拥有扭矩容量大和工作相对平稳，操作方便，平衡性能好，能大规模生产等特点，无论是在现在还是在将来对汽车传动系更好和更可靠的传递动力都具有重要意义。
