基于三維建模的乘用車離合器設計

蔣慶磊，聶永濤

（濰坊工程職業學院，山東 青州 262500）

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基于三維建模的乘用車離合器設計

蔣慶磊，聶永濤

（濰坊工程職業學院，山東 青州 262500）

摘 要：離合器是汽車傳動系中一個必不可少的部件，它是汽車傳動系中直接與發動機相連接的總成。文章對膜片彈簧、離合器的各個參數進行設計并計算，然后對膜片彈簧離合器各個零件的結構和選材進行說明，給出本次設計所建三維數字化模型的部分數據。

關鍵詞：離合器；膜片彈簧

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.006

CLC NO.: U463.2Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-16-02

引言

國內的一些研究機構基本上采用了優化設計的方法。有的應用軟件進行輔助設計。離合器基本參數的優化主要有以下的步驟：設計變量、建立目標函數、確立約束條件、求出函數的最優解。汽車離合器設計中主要參數的確定將直接決定離合器結構設計而影響離合器乃至整個傳動系的工作和使用壽命，采用優化設計的思路，把離合器工作壓力P0、幾何尺寸D和d以及儲備系數β為設計變量，綜合考慮和滿足各約束條件情況下，離合器基本參數優化設計追求的目標定在保證離合器性能要求條件下，使其結構尺寸盡可能的小，可得到較好的設計效果。

1、離合器的參數設計

1.1 確定摩擦片外徑

摩擦片外徑是離合器的基本尺寸，它關系到離合器的結構、重量和使用壽命。它和離合器所需傳遞的轉矩大小有一定關系。顯然，傳遞大的轉矩，就需要有較大的尺寸。發動機轉矩是重要的參數，當按發動機最大轉矩Temax(N˙ m)來選定D。

1.2 確定摩擦片單位壓力p0

對離合器來說，降低p0意味著要增加摩擦片面積，提高了允許磨耗量，直接意義是提高了摩擦片使用里程。因此，在一定意義上來說，p0值小，離合器的壽命長。這樣，確定摩擦片上的單位壓力p0值大小，應和離合器本身工作條件，摩擦片的直徑大小，摩擦片材料及其品質等因素有關。對于采用有機材料作為基礎的摩擦面片，對于小轎車，mm D≤ 230時，p0約為0.25Mpa。

1.3 校核離合器靜摩擦力矩

摩擦離合器是靠存在于主、從動部分摩擦表面間的摩擦力矩來傳遞發動機轉矩的。設PO為摩擦面承受的單位壓力，且壓力分布均勻，整理處理公式后，對于具有個摩擦面的離合器，其摩擦力矩為：

式中，f取0.25；F為壓盤施加在摩擦面上的工作壓力；Rc為摩擦片的平均半徑；z為摩擦面數，單片離合器時為2。c=d/D ，一般在0.53～0.7之間。

1.4 確定后備系數β

后備系數β是離合器設計中另一個重要的參數。它反映了離合器傳遞發動機最大轉矩的可靠程度，在選擇時，應考慮摩擦片在使用中磨損后離合器仍能可靠地傳遞發動機最大轉矩，防止傳動系過載以及操縱輕便等因素。由上可知：β=TC/Te=1.57。

2、離合器零件的結構設計

2.1 從動盤總成設計

設計從動盤總成時應注意滿足以下幾個方面的要求：為了減少變速器換檔時齒輪間的沖擊，從動盤的轉動慣量應盡可能??；為了保證汽車平穩起步，摩擦面片上的壓力分布更均勻等，從動盤應具有軸向彈性；為避免傳動系的扭轉共振以及緩和沖擊載荷，從動盤中應裝有扭轉減震器等。

2.2 從動片設計

設計從動片時，要盡量減輕其重量，并應使其質量的分布盡可能地靠近旋轉中心，以獲得最小的轉動慣量。為了使離合器結合平順，保證汽車平穩起步，單片離合器的從動片一般都做成具有軸向彈性的結構。為了使從動盤具有軸向彈性，將扇形波形片的左右凸起段分別與左右側摩擦片鉚接，這種結構的軸向彈性較好，轉動慣量較小，適宜于高速旋轉。

2.3 從動盤轂設計

發動機轉矩是經從動盤轂的花鍵孔輸出，變速器第一軸花鍵軸就插在該花鍵孔內。從動盤轂和變速器第一軸的花鍵結合方式，眼下都采用齒側定心的矩形花鍵。我國生產的離合器，其從動盤轂花鍵多用SAE標準。從動盤轂的結構由兩部分組成：盤轂和法蘭，本論文將它們做成一體。

2.4 從動盤摩擦材料選取

離合器摩擦面片在離合器結合過程中將遭到嚴重的滑磨，在相對很短的時間內產生大量的熱，因此，選取石棉材料。它具有良好的耐熱性能，又得到銅絲或鎳絲的加強，可以說是一種性能比較良好的摩擦材料。但是它的粉塵對環境有污染，國外已經淘汰。

2.5 壓盤的設計

1）壓盤傳力方式的選擇

本文采用傳力片的傳動方式，由彈簧鋼帶制成的傳力片的一端鉚在離合器蓋，另一端用螺釘固定在壓盤上。為了改善傳力片的受力狀況，它一般都是沿圓周切向布置。這種傳力片的連接方式，簡化了壓盤的結構，降低了對裝配精度的要求，并且還有利于壓盤的定中。本文采用膜片彈簧進行壓緊，則在壓盤上鑄出凸塊，以供支撐膜片彈簧。

2）壓盤幾何尺寸的確定

在摩擦片的尺寸確定后與它摩擦相接觸的壓盤內，外徑尺寸也就基本確定了。壓盤厚度的確定主要依據以下兩點：一是要求壓盤具有足夠大的質量來吸收熱量。二是要求壓盤應具有足夠大的剛度和合理的結構形狀。因此，壓盤一般都做得比較厚，而且在內緣做成一定的錐度以彌補壓盤因受熱變形后內緣的凸起。壓盤設計時，在初步確定壓盤厚度以后，應校核離合器接合一次的溫升。若溫升過高，可適當增加壓盤的厚度。

3）壓盤材料的選取

壓盤形狀一般都比較復雜，而且要求耐磨，傳熱性好和具有較理想的摩擦性能，通常由灰鑄鐵鑄成。

2.6 離合器蓋設計

離合器蓋用厚度約為5mm的低碳鋼板沖壓成型。

2.7 膜片彈簧的設計

H/h比值的選擇：設計膜片彈簧時，要利用其非線性的彈性變形規律，以獲得最佳的使用性能。R/r比值的選擇：比值R/r對彈簧的載荷及應力特性都有影響。根據結構布置與分離力的需求決定，一般R/r取值為1.2-1.3。汽車膜片彈簧底角α在10o-14o之間。分離指本文取18個，切槽寬3mm。支撐環作用半徑L為72mm。

3、結束語

通過合理選擇離合器的參數和結構，獲取了建立三維模型所需數據，從而科學設計了乘用車的膜片彈簧離合器，此種方法適用于實際的工業生產需求，具有廣闊的市場前景。

參考文獻

[1] 蔣和生等.基于虛擬儀器的汽車離合器從動盤總成性能試驗機的開發.機床與液壓，2006（8）：191-192.

[2] 孫文凱等. 汽車離合器起步接合過程的仿真研究.武漢科技大學學報，2006（4）：368-371.

中圖分類號：U463.2

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)04-16-02

作者簡介：蔣慶磊，就職于濰坊工程職業學院。

Design on clutch of passenger car based on the three-dimensional modeling

Jiang Qinglei, Nie Yongtao
( Weifang Engineering Vocational College, Shandong Qingzhou 262500 )

Abstract:It is an essential element of the automobile transmission system for clutch, which is directly connected to the engine assembly in the automobile transmission system. In this paper, all parameters of the diaphragm spring and clutch are designed and calculated, then to illustrate the structure and material selection of the diaphragm spring and clutch parts. This design is given to a part of the data of building the three-dimensional digital model.

Keywords:clutch; diaphragm spring