捷 达 离 合 器 设 计
摘要
近年来,我国在设计的汽车和汽车制造技术已经取得了很大的进步,这是大家有目共睹的。而离合器作为汽车传送系中的一大重要组成部分，肩负着传递动力、减震跟防止过载等重要作用，所以离合器更成为了汽车发展和进步的一个重要因素,是不容忽视的。
此次设计是从理论计算上阐述了捷达轿车离合器容量的计算，离合器从动盘的尺寸，后备系数，摩擦片外径的尺寸等。设计包括对从动盘总成、压盘、离合器盖的设计校核优化。具体设计计算扭转减振器、摩擦片、压盘、离合器盖、膜片弹簧、传动片等多个部件总成。
在离合器动力学的基础上,分析和计算的原始,简要描述了离合器的部分主要设计参数的选择和设计要点,如类型选择、确定承载力,模型等。简要介绍传统设计方法的检查。
关键词：离合器；膜片弹簧；摩擦片；设计方法
目录
摘要…………………………………………………………………………………………….
. 1. 前言
随着现代科技的飞速发展，尤其是液压液力的传动技术，电子技术在汽车上得到广泛的运用，现代汽车发生了巨大的变化。而离合器作为汽车传动系的一大重要组成部分，肩负着传递动力、减振跟防止过载等重要作用。所以离合器成为了现代汽车发展不可忽略的
重要因素。随着自动变速器技术的发展跟完善，离合器的结构跟性能也随之变化。了解离合器的基本构造，掌握离合器的工作原理。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，通过对上述几方面的了解，便于熟悉汽车离合器的工作原理。我们要学会怎样查找文献资料、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。
1 1.1 本设计的目的、现实意义
本次选择的课题为捷达轿车离合器设计, 为保证操纵轻便，工作稳定，结构简单、紧凑，质量小和制造工艺性等方面因素，本次设计采用的是单盘膜片弹簧离合器，离合器是汽车传动系统中直接与发动机相连的部件，有着不可忽视的作用，一个良好的离合器能够提高汽车的使用寿命，离合器的基本功用为：
在汽车起步时，通过离合器主、从动部分之间的滑模而使它们的转速逐渐接近，以确保汽车起步平稳。当变速器换挡时，通过离合器主、从动部分的迅速分离来切断动力的传递，以减轻齿轮轮齿间的冲击，保证换挡时工作平顺。当传给离合器的转矩超过其所能传递的最大转矩时，其主、从动部分之间将产生滑磨，以防止传动系统过载。
2 1.2 本设计国内发展概况
国内外汽车主要离合器有摩擦式离合器、液力耦合器、电磁离合器等几种。摩擦离合器又分为周布弹簧离合器、中央弹簧离合器、周布斜置弹簧离合器、膜片弹簧离合器。离合器的发展、改良以及新技术的应用，很大程度上提高了汽车的操纵稳定性、安全性和舒适性；在人们追求高品质生活的今天，汽车以上性能得到更高度的关注，离合器的性能和技术应用也随之变得越发重要。
. 2. 离合器概述
1 2.1 离合器的功用 ：
离合器是汽车传动系中直接与发动机相联系的总成件，位于发动机和变速器之间。为各类型汽车所广泛采用的是摩擦离合器，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。其主动部分与发动机飞轮相连，从动部分与变速器输入轴相连。
所以离合器的具体功用如下：
（1）使发动机与传动系逐渐接合，保证汽车平稳起步。
（2）暂时切断发动机与传动系的联系，便于发动机的起动和变速器的换档。
（3）限制所传递的扭矩，防止传动系过载。
2 2.2 对离合器的要求：
（1）具有合适的储备能力，既能保证传递发动机最大转矩又能防止传动系统过载。
（2）接合平顺柔和，以保证汽车平稳起步。
（3）分离迅速彻底，便于换挡和发动机起动。
（4）散热良好。
（5）具有吸收振动、缓和冲击和减少噪声的能力。
（6）操纵简单省力，维修保养方便。
2 2.2 离合器的类型：
汽车离合器有摩擦离合器、液力耦合器、电磁离合器等几种。目前大部分汽车采用的是摩擦离合器，，因为其结构简单、性能可靠、维修方便。
表 2-1 为本次离合器设计所选车型基本技术参数：
表 2-1 捷达整车参数 项目
参数
汽车的驱动形式
前驱动 4×2
最高车速
max aV =185 km/h；
发动机最大功率及转速
max ep =81 KW（1.6L，6000r/min）
发动机最大转矩及转速
max eT =155 N·m
Tn =3800 r/min
主减速器传动比
0i =3.941
变速器传动比
gi1 =3.455 、1.944、1.286、0.909
轮胎型号
185/60R15
整备质量
m =1175 kg；
总质量
am =1500 kg，
制动系类型
前通风盘、后鼓式
最小离地间隙
137mm
轴距
2603mm
前、后轮轮距
1429mm；1422mm
. 3. 离合器结构设计分析
为了在离合器的设计中能合理地选择离合器总成及相关组件并确定相关参数，我们应先根据所选车型的类别、使用要求，和发动机的匹配要求、制造条件以及标准化、通用化、系列化要求等。
1 3.1 从动盘数的选择
单片离合器：在使用时可以确保分离彻底,轴向弹性压板可以确保顺利，有一个简单的结构,轴向尺寸紧凑,良好的散热,容易维护,驱动部分转动惯量小等。
双片离合器：一般用于传递转矩较大且径向尺寸受到限制的场合。
多片式离合器：主要应用于最大总质量大于 14 吨的商用车的行星齿轮变速器换挡机构
中。
对乘用车和最大质量小于 6t 的商用车而言，发动机的最大转矩一般不大，在布置尺寸容许条件下，离合器通常只设有一片从动盘。所以选择单片离合器。
2 3.2 压紧弹簧和布置形式的选择
捷达离合器盖总成中压紧弹簧为膜片弹簧，这种弹簧圆形、扁平、形状简单并具有分离指。与其他形式的离合器相比，膜片弹簧离合器有以下优点：
（1）形式简单，结构对称，装配空间小。
（2）可以以较低的分离力来满足必要的负荷要求。
（3）膜片式弹簧回转中心与离合器中心重合，所以在旋转时其压紧力不受离心力的影响。
（4）膜片弹簧具有比较理想的非线性特性，其弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保持大致不变。
（5）捷达的膜片弹簧离合器设计寿命较长。
捷达离合器为推式操纵的拉式膜片弹簧离合器。它是目前汽车离合器中比较流行的第三代产品。拉式膜片弹簧的安装方向与推式相反，在接合位置时，膜片弹簧的大端支承离合器盖上，而以中部压紧在压盘上。它与推式相比具有许多优点：
（1）结构简化，捷达离合器盖总成中取消了膜片弹簧中间的支承各零件；
（2）扭矩容量更大；
（3）分离得更彻底；
（4）操纵踏板更为简单；
（5）使用寿命更长。
本次设计选用：拉式膜片弹簧离合器（图 3-1）。
图 3-1 拉 式膜片弹簧离合器结构图
3 3.3 离合器主要参数的选择
1 3.3.1 后备系数β
后备系数β是离合器设计时用到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时，应该要注意到下面 3 点：
（1）离合器在摩擦片磨损后还应能正常地传递发动机的最大转矩。
（2）要防止离合器滑磨过大。
（3）要能防止传动系过载。
显然，如果选择的β过小，发动机的最大转矩不能正常传递；如果选择的β过大，
那么离合器尺寸过大，会导致传动系超负荷，难以操作。我们可以根据使用条件的好坏来适当地选取β的大小。在摩擦片磨损之后，离合器的压力依然能够可靠平稳，所以选取的β值可以较小；双片离合器的β值应大于单片离合器。
所以β值的取值范围一般为：
轿车和轻型货车 β=1．20～1．75
中重型货车 β=1．50～2．25 越野车、重型汽车和牵引汽车 β=1．80～4．00
本设计是捷达小轿车离合器的设计，故宜取小值，本次设计取β = 1.2。
2 3.3.2 摩擦因数 f f 、摩擦面数 Z Z 和离合器间隙△t t
摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素是决定摩擦因数 f 的关键。摩擦因数 f 的取值范围见下表。
表 3-1 摩擦材料的摩擦因数 f 的取值范围 [3]
摩 擦 材 料
摩擦因数 f
石棉基材料
模压
0.20～0.25
编织
0.25～0.35
粉末冶金材料
铜基
0.25～0.35
铁基
0.35～0.50
金属陶瓷材料
0.70～1.50
本次设计采用石棉基编织材料，所以取 f = 0.30 。
离合器从动盘数是摩擦面数 Z 的一半，决定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸。本次设计取单片离合器 Z = 2 。
离合器间隙△t 是指离合器处于正常结合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全结合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。该间隙△t 一般为 3～4mm 。本次设计取△t =3 mm 。
3 3.3.3 单位压力0P
选择单位压力0P必须考虑离合器的工作条件，因为其会影响离合器工作性能和使用寿命，例如发动机后备功率大小，摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。
当摩擦片采用不同材料时，0P按下表范围选取：
表 3-2 摩擦片单位压力0P 的取值范围
摩擦片材料
单位压力 P 0 /MPa
石棉基材料
模压
0.15～0.25
编织
0.25～0.35
粉末冶金材料
铜基
0.35～0.50
铁基
金属陶瓷材料
0.70～1.50
此次设计选用石棉基编织材料，取0P =0.3MPa。
4 3.3.4 滑磨功 W D D
和温升速率 H H R R
计算
3.3.4.1 相关参数选择
（1）传动总效率的 选择
表 3-3
总传动效率 （机械式变速器）
轿车
货车
膜片弹簧
0.90
0.85
螺旋弹簧
0.88
0.83
参见表 3-3，轿车膜片弹簧离合器，选择 =0.9 。
（2）正弦函数表示的坡度 sin 的选择
表 3-4
正弦函数表示的坡度 sin
轿车
货车
牵引车
越野
1/6
1/8
1/6
公路
1/8
1/8
1/8
参见表 3-4，选择 sin =1/8 。
（3）滚动阻力系数 F 的选择
表 3-5
滚动阻力系数 F
一般沥青或混凝土路
0.015
卵石路
0.021
砂石路
0.042
参见表 3-5，一般沥青或混凝土路况，选择 F=0.015 。
3.3.4.2 滑磨功计算
指离合器接合过程中有多少机械能转变为热能，用以表征离合器表面磨损严重程度；对车辆进行必要的假设和简化，离合器接合过程中的滑磨功DW （J）为：
) 10 sin 81 . 9 ( 9000 max0max2 2Fm mri i Ti ik rm T nDg ege TW
（3-1）
式中，Tn 为发动机最大转矩时的转速（r/min）；
m 为汽车整备质量（kg）；
r 为驱动轮滚动半径（m）；
0i 为驱动桥主减速比；
gi 为变速器起步档传动比；
max eT 是发动机最大转矩（N·m）；
为总传动效率；
sin 为正弦函数表示的坡度；
F 是滚动阻力系数；
k 为系数（对比计算时， k =1）。
其中：Tn =3800r/min；max eT =155N·m； r =287mm；m=1175kg；
k =1；0i =3.941；gi =3.455；选 =0.90； sin =1/8；F=0.015。
由式 3-1 计算得DW =112943.43（N·m）。
3.3.4.3 温升速率计算
温升速率RH 表征摩擦片接合与分离时摩擦生热导致摩擦片温度升高的量：
) 10 sin 81 . 9 ( 30max0 max01047 . 0Fm mri i Ti irm ne T Rg egTT n H
（3-2）
式中，变量含义同式 3-1；
将相关数据带入式 3-2 并计算得温升速率：RH =84805.64（N·m/s 1/2 ）。
5 3.3.5 摩擦片外径 D D 、内径 d d 和面积 A A
摩擦片外径是离合器的基本尺寸，关系到离合器结构重量和使用寿命，与离合器所需传递的转矩大小有一定关系。根据发动机最大转矩max eT 初选摩擦片外径 D ，由表 3-6 选定摩擦片其他尺寸：
表 3-6 离合器摩擦片尺寸系列和参数 [3，5]
外径D/mm
内径d/mm
厚度h/mm
C′=d/D
1-C′3
单面面积 a/cm 2
160
180
200
225
250
280
300
110
125
140
150
155
165
175
3.2
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
0.687
0.694
0.700
0.667
0.620
0.589
0.583
0.676
0.667
0.657
0.703
0.762
0.796
0.802
106
132
160
221
302
402
466
由于 D =
mm mmAT e6 . 18147155100 100max
（3-3）
式中，max eT为发动机最大转矩，取 m N T 155max； A 为不同结构根据和使用条件对 D 的影响系数，对于小轿车 取 A=47。
取 D =200mm， d =140mm， h =3.5mm， a =160cm 2 。
6 3.3.6 摩擦片
离合器摩擦片在性能上应满足如下要求：
（1）摩擦因数较高且稳定，工作温度、单位压力、滑磨速度变化对其影响要小；
（2）具有足够的机械强度和耐磨性；
（3）材料密度要小，以减小从动盘转动惯量；
（4）热稳定性好，高温下比较稳定；
（5）磨合性好，不致刮伤飞轮和压盘表面；
（6）接合平顺，无“咬合”或“抖动”现象；
（7）长期停放后，摩擦面间不发生“粘着”现象；
（8）油、水对其摩擦性能的影响要达到最小。
离合器摩擦片所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。石棉基材料具有摩擦因数较高（大约 0.3～0.45）、密度较小、制造容易、价格低廉等优点。目前主要应用于中、轻载荷下工作。
摩擦片与从动片的连接方式有铆接和粘接两种。铆接方式连接可靠，更换摩擦片方便，适宜在从动片上安装波形片。
所以本次设计选取石棉合成物制成的摩擦材料，采用铆接方式。
7 3.3.7 摩擦片基本参数的优...
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