"""

轻型越野汽车离合器设计

1. 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 离合器在汽车传动系统中的关键作用

• 离合器连接或断开发动机和变速器之间的动力传输，确保发动机的转速与车辆的速度相匹配。
• 离合器在汽车起步时，通过滑磨和转速的逐渐接近，使旋转着的发动机和原为静止的传动系平稳的接合，以保证汽车平稳起步。
• 在驾驶员踏下离合器踏板的瞬间，离合器开始分离，这导致发动机的动力不能再传给变速器，从而完成换挡的操作。

1.1.2 轻型越野汽车离合器设计的重要性

• 轻型越野汽车在越野环境下需要具备较高的通过性和可靠性，而离合器作为动力传动系统中的核心组成部分，对车辆的性能和使用寿命有着重要影响。
• 离合器的设计对于越野环境下的特殊工况，如起步时容易出现空转和打滑等问题，需要进行优化。
• 离合器的结构设计也需要进一步优化，以提高其承载能力和可靠性。
• 随着技术的不断进步，轻型越野汽车离合器的材料选择和制造工艺也需要进行研究和改进，以适应更高强度和更恶劣环境下的使用要求。

1.2 研究目的

• 优化离合器的设计，提高离合器的传动效率，减少空转和打滑现象，使越野汽车的起步更加平稳，驾驶更加轻松。
• 改进离合器的结构设计和材料选择，提高离合器的承载能力和可靠性，减少故障和损坏的发生，提高越野汽车的使用寿命。
• 提高越野汽车的通过性和爬坡能力，从而提高越野汽车的整体性能。
• 促进汽车制造技术和材料科学的进步，以及轻型越野汽车产业的发展。

1.3 研究意义

• 提高越野汽车的驾驶舒适性。
• 增强越野汽车的可靠性。
• 提高越野汽车的性能。
• 促进汽车制造技术和材料科学的进步。
• 促进轻型越野汽车产业的发展。

1.4 离合器概述

1.4.1 给定设计参数

• 总质量ma:1870kg,最大功率(kW)/ 最大功率转速(rpm)：102/5000,一档速比ig：4.15，主减速比i0：4.73,最大转矩(N·m)/ 最大转矩转速(rpm)：217/2600-3200,轮胎规格:215/75 R15轮胎滚动半径rr=0.352,最高车速(km/h)：160。

1.4.2 离合器的工作原理

• 摩擦离合器主要由主动部分、从动部分、压紧机构以及操纵机构这四个主要部分组成。
• 当离合器处于接合状态时，发动机的扭矩会通过曲轴传递到飞轮和压盘，然后通过摩擦作用传递到从动盘，最后传递给变速器。
• 在离合器刚接触到摩擦片前，离合器盖会自动打开并将离合器从结合位置拉入分离位置。
• 当踏板被踩下，压盘往上推时，在摩擦片和离合杆之间产生摩擦力。
• 分离杠杆的中心部分是以离合器盖上的支柱作为支撑点，而其外部则与压盘相连，这有助于克服压紧弹簧带来的压力，从而使压盘向左偏移。
• 这样一来，从动盘两侧的压力消失，摩擦力随之消失，发动机的扭矩因此停止传入变速器，此时离合器处于分离状态。
• 当踏板被释放时，回位弹簧能够使踏板回到其原始位置。
• 离合器接合后，通过回位弹簧作用下的弹性势能，迫使弹簧片向下移动。
• 在这种情况，压紧弹簧会推动压盘向右移动，并继续将从动盘牢固地压在飞轮上，这样可以重新将发动机扭矩传给变速器。

1.5 离合器设计的基本要求

• 在接合的过程中，必须确保其是完整的、平滑的和温和的，以确保在初始启动阶段不会出现抖动或冲击。
• 在进行分离的过程中，必须迅速且彻底地分离。
• 为了确保工作环境的温度不会过高并延长其使用寿命，必须具备充足的热量吸收能力和出色的通风性能。
• 操作起来既快速又省力，降低驾驶员疲劳，确保了长时间驾驶下的舒适度和效率。
• 具有足够的强度和良好的动平衡，保证其工作可靠、使用寿命长。

1.5.1 从动盘数的选择

• 对于乘用车以及总质量不超过6吨的商用车来说，其发动机产生的最大扭矩通常不会过大。
• 离合器一般仅采用一个从动盘。
• 使用单片离合器具有简洁的构造、紧凑的轴向尺寸、出色的散热性能、便于维护和调整，同时其从动部分的转动惯量也相对较小。

1.5.2 弹簧结构形式的选择

• 本次设计采用拉式膜片弹簧，拉式膜片弹簧离合器取消了中间支撑零件，简化结构，减少零件数量和总质量。
• 拉式膜片弹簧在接合或分离状态下，大端与离合器盖保持接触，无论支撑环磨损程度，都不会产生间隙导致踏板行程增加，使用寿命更长。

1.5.3 压盘的选择

• 压盘的驱动方式主要有凸块一窗孔式、传力销式、键块式等多种。
• 弹性传动片传动方式，这种方式没有上述的缺点。

1.5.4 膜片离合器的组成

• 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。
• 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。

2. 离合器摩擦片参数的确定

2.1 选择摩擦片参数

2.1.1 外径D、内径d和厚度b的选择

• 摩擦片外径是离合器的主要参数，它对离合器的表面尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。
• 摩擦片外径D（mm）可以按照按式(2-1)选用。

2.1.2 后备系数β

• 后备系数β确保了发动机的扭矩能够稳定传输，降低了启动时的磨损，大大加长了离合器的寿命。
• 后备系数β最大范围为1.2~4.0。

2.1.3 离合器传递的最大静摩擦力矩

• 为了保证离合器在各种不同的工作条件下都能稳定地传输发动机的最大静摩擦力矩，Tc应当超过发动机的最大扭矩。

2.1.4 单位压力

• 单位压力P0决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器的性能和寿命有很大影响。
• 单位压力P0的最大范围为0.10~1.50MPa。

2.1.5 摩擦因数

• 摩擦因数f为摩擦因数取0.3。

2.1.6 摩擦面数

• 摩擦面数取2。

2.1.7 制造材料

• 摩擦片选择非石棉树脂橡胶基材料。

2.2 校核参数

2.2.1 圆周速度校核

• 摩擦片外径D的选择应使最大圆周速度VD不能超过65～70m/s。

2.2.2 内外径之比

• 摩擦片的内外径比值是离合器重要的设计参数。

2.2.3 后备系数的校核

• 后备系数是确保离合器能够传递发动机转矩的重要参数，它需要在保证离合器可靠性的同时，也考虑到驾驶舒适性和分离系统的耐用性，并且会保护传动系，不让其过载。

2.2.4 单位摩擦面积传递的转矩

• 为了准确地反映离合器在传递转矩和保护过载方面的性能，每单位摩擦面积所传递的转矩应当低于其允许的最大值。

2.2.5 P0的校核

• 为减少离合器滑磨时产生的热负荷并防止摩擦片损坏，应根据不同车型选择适当的单位压力范围，以确保符合所使用的摩擦材料的要求。

2.2.6 单位摩擦面积滑磨功

• 为了降低车辆启动过程中对离合器造成的损耗问题，同时避免因摩擦片表面温度过高而引发的烧损现象，在离合器每次接合时，都应当确保单位摩擦面积的磨损功w低于其许用值[w]。

2.3 本章小结

• 经过初选和校核，最终确定出摩擦片的相关参数。
• 摩擦片外径为225mm，摩擦片内径为150mm，摩擦片厚度为2mm，后备系数为1.6，单位压力0.28MPa，摩擦因数为0.3，摩擦面数为2，制造材料为非石棉树脂橡胶基材料。

3. 膜片弹簧的设计

3.1 膜片弹簧结构特点

• 膜片弹簧的结构形状如图3-1：由图3-1可知，膜片弹簧呈碟形，带有锥度，依据其形状和作用可分为两部分。
• 膜片弹簧较小的部分端口上切有多个均匀分布的径向槽，这一部分被称为分离指部分，其主要作用是分离杠杆。
• 膜片弹簧在分离过程中会发生弹性变形，因此其刚度将影响离合器的分离行程。
• 其余与碟子类似形状的部分构成碟簧部分，主要提供压紧力。
• 根据膜片弹簧载荷与变形的非线性特性，通过设计要求，可使压紧力在摩擦片磨损时变化较小，同时减小踏板力，使驾驶员操纵更轻松。

3.2 选择膜片弹簧基本参数

3.2.1 截锥高度H与板厚比值和板厚h的选择

• 经研究表明如果H/h小于时，特性曲线最初随着挠度的增加而增加；当H/h等于时，先随着挠度的增加而再次增加，然后在一定范围内变为恒定；当H/h大于时，特性曲线增加达到最大值，然后随着挠度的增加迅速减小，达到最小值，最后随着挠度的增加再次从该最小值增加。
• 选择膜片弹簧的H与h之比通常在1.5~2.0之间，而板厚h则在2~4mm范围内。

3.2.2 自由状态下碟簧部分大端、小端的选择和比值

• 研究发现，当R/r比值增大时，

3.2.3 起始圆锥低角的选择

• 起始圆锥低角的选择对膜片弹簧的性能有很大影响。

3.2.4 分离指数目的选取

• 分离指数目的选取对离合器的性能有很大影响。

3.2.5 膜片弹簧小端内半径及分离轴承作用半径的选择

• 膜片弹簧小端内半径及分离轴承作用半径的选择对离合器的性能有很大影响。

3.2.6 切槽宽度及半径

• 切槽宽度及半径的选择对离合器的性能有很大影响。

3.2.7 压盘加载点半径和支撑环加载点半径的确定

• 压盘加载点半径和支撑环加载点半径的确定对离合器的性能有很大影响。

3.3 膜片弹簧的弹性特性

• 工作点位置的选择对膜片弹簧的性能有很大影响。

3.4 膜片弹簧的材料和工艺要求

• 膜片弹簧的材料和工艺要求对离合器的性能有很大影响。

3.5 本章小结

• 通过详细的设计和校核，最终确定了膜片弹簧的相关参数。
• 膜片弹簧的参数选择对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

4. 离合器从动盘总成的设计

4.1 从动盘结构

• 从动盘的结构对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

4.2 从动片的设计

• 从动片的设计对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

4.3 从动盘毂设计

• 从动盘毂的设计对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

4.4 摩擦片的设计

4.4.1 摩擦片与从动片连接方式的选择

• 摩擦片与从动片连接方式的选择对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

4.4.2 摩擦片铆钉的参数确定

• 摩擦片铆钉的参数确定对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

4.5 扭转减震器的设计

4.5.1 极限转矩Tj

• 极限转矩Tj对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

4.5.2 扭转刚度kψ

• 扭转刚度kψ对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

4.5.3 阻尼摩擦转矩Tμ

• 阻尼摩擦转矩Tμ对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

4.5.4 预紧转矩Tn

• 预紧转矩Tn对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

4.5.5 减震弹簧的位置半径R0

• 减震弹簧的位置半径R0对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

4.5.6 减振弹簧的个数Zj

• 减振弹簧的个数Zj对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

4.5.7 减振弹簧总压力FΣ

• 减振弹簧总压力FΣ对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

4.6 减振弹簧的设计

4.6.1 工作负荷F

• 工作负荷F对减振弹簧的设计有着重要影响。

4.6.2 减振弹簧尺寸

• 减振弹簧尺寸对减振弹簧的设计有着重要影响。

4.6.3 从动片相对从动盘毂的最大转角ψj

• 从动片相对从动盘毂的最大转角ψj对减振弹簧的设计有着重要影响。

4.6.4 限位销直径d '

• 限位销直径d '对减振弹簧的设计有着重要影响。

4.7 本章小结

• 通过详细的设计和校核，最终确定了离合器从动盘总成的相关参数。
• 离合器从动盘总成的参数选择对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

5. 离合器主动部分的设计

5.1 压盘的设计

• 压盘的设计对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

5.1.1 压盘合适的尺寸

• 压盘合适的尺寸对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

5.1.2 接合升温校核

• 接合升温校核对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

5.2 传动片的设计与校核

• 传动片的设计与校核对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

5.2.1 传动片尺寸的确定

• 传动片尺寸的确定对离合器的性能和使用寿命有着重要影响。

5.2.2 传动片强度校核

• 传动片强度校核对离合器的性能