第一章前言全书共5章，主要阐述了 3吨柴油货车中的离合器及操纵机构设计和传 动轴设计。各章的主要内容包括：设计应当满足的主要要求、结构方案分析 和选择、主要参数的选择、离合器的设计和计算、扭转减震器的设计、离合 器的操纵机构和主要结构原件的分析、传动轴的设计与计算和结论。本书在体系和内容方面，主要参考了第三版汽车设计、第三版汽车 构造和离合器设计丛书。结合我国今年来汽车工业得到迅速发展的现 实，本书积极引用其介绍的优化设计、可靠性设计等新的设计方法。由于本人的学识有限，书中难免出现错误和疏漏之处，恳请各位老师和同 学批评指正。第二章离合器概述2.1离合器设计要求对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动系中是作为一个独立的 总成而存在的，它是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成。目前，各种 汽车广泛采用的摩擦离合器是一种依靠主、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、从动部分、压紧机构和操纵机构等 四部分，组成如下：1. 主动部分：飞轮、离合器盖、压盘；2. 从动部分：从动盘；3. 压紧机构：压紧弹簧；4. 操纵机构：分离叉、分离轴承、离合器踏板、传动部件。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，操纵机构是使主、从动部分分离的装置。为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足如下基本要求：1. 在任何行驶条件下,既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. 应有足够的吸热能力和良好的通分散热效果，以保证工作温度不至于过 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、调整方便等。2.2离合器的工作原理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，套在分离套筒的环槽中的拨叉便推动分离叉克 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。2.3离合器的功用及分类离合器是车辆（汽车）与发动机直接相连的部件。离合器在汽车上大部 分时间是处与接合状态，只有需要时才暂时的切断动力传递。所以其功用主 要有以下几点：1. 在汽车起步时，通过离合器主、从动部分之间的滑磨、转速的逐渐 接近，确保汽车起步平稳。2. 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，以减轻齿轮齿间的冲击，保证换挡时工作平顺。3. 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，防止传动系统过载。现代各类汽车上应用最广泛的离合器是干式盘形摩擦离合器，可按从动 盘数目不同、压紧弹簧布置形式不同、压紧弹簧结构形式不同和分离时作用 力方向不同分类如下：1按从动盘数分类：单片、双片、多片；2按弹簧布置形式分类：圆周布置、中央布置、斜向布置；3按弹簧形式分类：圆柱螺旋弹簧、圆锥螺旋弹簧、膜片弹簧；4按作用力方向分类：推式、拉式。2. 4离合器的结构方案汽车使用的离合器大部分都是摩擦式离合器，从它的分离受作用力来看 可分为拉式和推式两种；按从动盘数可分为单片、双片和多片，按其压紧弹 簧布置可分为圆周布置、中央布置和斜置式三种；按其压紧弹簧可分为圆柱 螺旋弹簧、圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧。一、盘的选择对轿车和轻型、微型货车而言，发动机的最大转矩一般不大，在布置尺 寸允许的条件下，离合器通常只设有一片从动盘。单片离合器结构简单，尺 寸紧凑，散热良好，维修太哦正方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保 证分离彻底、结合平顺。故在本次设计中选用了单片摩擦离合器。二、弹簧布置形式的选择周置弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧，其结构简单制造容易， 因此用较为广泛。压紧弹簧直接与压盘接触，易受热退火，且当发动机最大 转速很高时周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲，使弹簧压紧力下降，离 合器传递转矩的能力随之降低。此外，弹簧靠到它的定位面上，造成接触部 位严重磨损，甚至出现弹簧断裂的现象。中央弹簧离合器采用一至两个圆柱螺旋或用一个圆锥弹簧作为压紧弹 簧，并且布置在离合器的中心，此结构轴向尺寸较大。膜片弹簧的结构主要特点是采用一个膜片代替传统的螺旋弹簧和分离杠 杆。起结构特点如下：1、膜片弹簧的轴向尺寸较小而径向尺寸很大，这有利于在提高离合器传递 转矩能力的情况下离合器的轴向尺寸。2、膜片弹簧的分离指器分离杠杆的作用，故不需专门的分离杠杆，使离 合器结构大大的简化，零件数目少，质量轻。3、由于膜片弹簧轴向尺寸小，所以可以适当增加压盘的厚度，提高热容 量；而且还可以在压盘上增设散热筋及在离合器盖上开设较大的通风孔来改 善散热条件。4、膜片弹簧离合器的主要部件形状简单，可以采用冲压加工，大批量生 产时可以降低生产成本。故在本设计中选用了膜片弹簧离合器。三、离合器按它的结构形式选择根据膜片弹簧分离指在分离时所受的力是推力还是受拉力，可分为推式 和拉式弹簧离合器。拉式与推式离合器最明显的特征就是膜片弹簧安装方向 相反。拉式膜片弹簧离合器与推式有其明显的优点：1、减少中间支撑，零件数目相对要少。结构简单，紧凑、质量较轻。2、由于取消了中间支撑，减少了摩擦损失，传动效率高，使分离时的踏板力 更少，3、拉式膜片弹簧无论在接合还是在分离时，膜片弹簧都与离合器盖接触，不 会产生噪声和冲击。4、由于拉式膜片弹簧是以其中部压紧压盘，在压盘大小相同的条件下可使用 直径相对较大的膜片弹簧，从而实现在不增加分离时的操纵力的前提下，提 高压盘的压紧力和传递转矩的能力；或在传递转矩相同的条件下，减小压盘 的尺寸。5、使用寿命相对要长。所以在本设计中选择拉式离合器。四、扭转减振器的选择它能降低发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固 有频率，增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产 生的瞬态扭振，控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器的扭振与噪声， 缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷和改善离合器的接合平顺性。 故要有扭转减振器。五、压盘驱动形式选择窗孔式、销钉式、键块式它们缺点是在联接件间有间隙，在驱动中将产 生冲击噪声，而且零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低离合器传动效率。传 动片式此结构中压盘与飞轮对中性好，使用平衡性好，简单可靠，寿命长。故选择传动片式。六、操纵机构的选择液压式操纵机构主要由吊挂式离合器踏板、主缸、工作缸、管路系统和 回位弹簧等部分组成，具有传递效率高、质量小、布置方便、便于采用吊挂 踏板、驾驶室容易密封、发动机的震动和驾驶室或车架变形不会影响其正常 工作离合器接合较柔和等优点，故广泛应用于各种形式的汽车中。所以在本次设计种选用了液压式传动操纵机构。第三章离合器设计计算3.1离合器参数的选择一、摩擦片外径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和使用寿命， 它和离合器所需传递的转矩大小有一定的关系。发动机转矩是重要参数，按 发动机最大转矩Tg（N来选定D时，有下列公式可得：(3-1)根据所设计的车型和采用单片摩擦片，则A = 36 o由（3-1）得D -100=307.3236查摩擦片尺寸的系列化和标准化，选取标准摩擦片外径D=325mm,内径d= 190mm,厚度 h=3.5mm,内外径之比 c= 0.585 ,单位面积 A = 546mm2.验算摩擦片最大圆周速度：(3-2)7rDn60x1000式中：D-摩擦片外径，mm;n-发动机最大功率时转速，r/min;V一摩擦片最大圆周速度，m/s ;_7vDnV =3.14x325x3200 一 ”，=54.45m / s 65m / s60x100060x1000即满足设计要求。二、离合器后备系数“的确定后备系数0是离合器设计时应到的一个重要参数，它反映了离合器传递 发动机最大转矩的可靠程度。在选择0时，应考虑以下几点：摩擦片在使用中磨损后，离合器还能可靠地传递发动机最大转矩； 要能防止离合器滑磨过大；要能防止传动系过载。为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，0不易选取太小， 当使用条件恶劣，为提高起步能力，减小离合器滑磨，0应选取大些；采用 柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，0选取值应大些；发动机缸 数越多，转矩波动越小，0可选取小些。考虑以上影响因素和所设计车型为3吨货车，采用4缸柴油机，一般情 况下不拖挂，基本上在公路上行驶，根据0的取值范围0=1.7-2.25,同时 参考其它同类车型选取1.8。三、单位压力匕单位压力代对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑 离合器的工作条件，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。离合器使用频繁，发动机后备系数较小时，厶应取小些；当摩擦片外径较大时，为降低摩擦片外源出的热负荷，人应取小些； 后备系数较大时，可适当增大厶。采用有机材料(金属陶瓷摩擦材料钢基)时，心=0.70-1.50MR?。四、离合器压盘力的计算摩擦离合器是靠摩擦表面的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器的静 摩擦力矩根据摩擦定律可表示为：Tc = fFZRc(3-3)式中：7；-为静摩擦力矩，单位N.m;f摩擦面间的静摩擦因数，取f=0. 30;F一压盘施加在摩擦面上的工作压力，单位：N :Z 摩擦面数，单片离合器的Z=2;心一摩擦片的平均摩擦半径，单位：mm.假设摩擦片上工作压力均匀，则有：=(3-4)式中：厶-摩擦面单位压力，单位：MPa；A个摩擦面的面积；D一摩擦片外径，单位：mm;d一摩擦片内径，单位：mm.摩擦片的平均摩擦半径Rc根据压力均匀的假设，可表示(3-5)p3-d3 3(D2-d2)将式（3-4）与（3-5）代入（3-3）得:T严寻