离合器毕业设计(论文)
基于SolidWorks汽车离合器设计
摘要
在汽车配件中有一样很重要的零件那就是离合器。离合器装在发动机与变速器之间，汽车从启动到行驶的整个过程中，经常需要使用离合器。它的作用是使发动机与变速器之间能逐渐接合，从而保证汽车平稳起步；暂时切断发动机与变速器之间的联系，以便于换档和减少换档时的冲击；当汽车紧急制动时能起分离作用，防止变速器等传动系统过载，起到一定的保护作用。离合器类似开关，接合或断离动力传递作用，因此，任何形式的汽车都有离合装置，只是形式不同而已。现在，电子技术也进入离合器系统，一种由控制单元（ECU）控制的离合器已经应用在多款的轿跑车上。
本设计主要是通过三维设计软件SolidWorks对离合器的各个零部件的绘制和分析，更好的表达了离合器结构和零部件的连结关系，这样可以更好的分析和设计离合器。
关键词：汽车配件；离合器；离合器参数；工程要求
The Design of Automobile Clutch on SolidWorks
Abstract
Author:Yue Hong-sheng
Tutor:Yangli
There are the same as in the auto parts a very important part and that is the clutch. Clutch mounted between the engine and transmission, car from start to moving the entire process, often need to use the clutch. Its role is to make between the engine and transmission can be gradually bonding, so as to ensure a smooth start car; temporarily cut off the link between the engine and transmission in order to shift and reduce the impact of shift time; when the vehicle emergency braking effect when separate role in preventing transmission and other drive system overload, play a certain protective effect. Clutch similar to the switch, junction, or breaking away from the power transmission and, accordingly, any form of vehicle has a clutch device, but the form is different. Today, electronic technology has also entered Ling GIA system.
A kind of by the control unit (ECU) controls the clutch has been used in many different types on the coupe.
This design mainly through the SolidWorks 3D design software for the various components of the clutch drawing and analysis, a better expression of the clutch links the relationship between the structure and components, so that better analysis and design of the clutch.
Keywords: Auto Parts；Clutch；Clutch parameters；3D design
目录
1前言 (1)
2离合器结构方案分析 (2)
2.1离合器的作用 (2)
2.2离合器的种类 (3)
2.3离合器的结构的确定 (5)
3 离合器结构与计算 (8)
3.1离合器主要参数的选择 (8)
3.2离合器零件的设计与计算 (10)
3.3标准件参数的确定 (12)
4 SolidWorks的离合器设计 (15)
4.1离合器零件的绘制 (15)
4.2离合器的装配 (16)
4.3爆炸图的生成 (18)
4.4工程图的生成 (19)
结论 (20)
致谢 (21)
参考文献 (22)
1前言
当今世界汽车产业发展迅速，汽车配件也随之紧跟。并且现代人对汽车的性能和质量也在不断地提高和增加。在这些种客观的发展的趋势下，汽车配件的设计已经是汽车行业当中受到了更多的关注，并且也成为了该行业中较为重要的组成部分。在这种机遇下，汽车零部件的设计就也越来越受到了该行业的关注。所以汽车离合器的设计也是汽车设计中很重要的部分。
汽车离合器看似结构简单、工作原理浅薄，但是其结构的发展却经历了百年，融合了几代人智慧和心血才达到现今的地步。其设计理论也从传统的机械、力学领域深入到热、电、材料、控制等众多学科领域。今天，技术已发展到电子化、信息化，离合器的发展也面临着用新的技术进行改造和提高。我国的汽车工业相对于世界上其他先进国家还是相当落后，虽然从国外引进了许多新产品、新技术，但是对传统技术的消化掌握还有一段距离。应充分了解传统结构和设计技术的重要性，因为它是基础。
随着电子技术在汽车上应用，一种自动离合器系统也进入了汽车领域。这种由控制单元（ECU）控制的离合器已经应用在一些轿车上，使手动变速器换档的一个重要步骤—离合器的断开与接合能够自动地适时完成，简化了驾驶员的操纵动作。
现在许多的朋友还是喜欢传统的离合器，因为它是基础，在了解离合器的时候首先必须了解的就是传统型的离合器，此设计就是对汽车离合器的尺寸和结构用三维设计软件SolidWorks仿真技术对离合器的设计，这样就能更好对离合器的结构的分析和了解。
2 离合器结构方案分析
2.1离合器的作用
2.1.1 保证汽车平稳起步
起步前汽车处于静止状态，如果发动机与变速箱是刚性连接的，一旦挂上档，汽车将由于突然接上动力突然前冲，不但会造成机件的损伤，而且驱动力也不足以克服汽车前冲产生的巨大惯性力，使发动机转速急剧下降而熄火。如果在起步时利用离合器暂时将发动机和变速箱分离，然后离合器逐渐接合，由于离合器的主动部分与从动部分之间存在着滑磨的现象，可以使离合器传出的扭矩由零逐渐增大，而汽车的驱动力也逐渐增大，从而让汽车平稳地起步。
2.1.2便于换档
汽车行驶过程中，经常换用不同的变速箱档位，以适应不断变化的行驶条件。如果没有离合器将发动机与变速箱暂时分离，那么变速箱中啮合的传力齿轮会因载荷没有卸除，其啮合齿面间的压力很大而难于分开。另一对待啮合齿轮会因二者圆周速度不等而难于啮合。即使强行进入啮合也会产生很大的齿端冲击，容易损坏机件。利用离合器使发动机和变速箱暂时分离后进行换档，则原来啮合的一对齿轮因载荷卸除，啮合面间的压力大大减小，就容易分开。而待啮合的另一对齿轮，由于主动齿轮与发动机分开后转动惯量很小，采用合适的换档动作就能使待啮合的齿轮圆周速度相等或接近相等，从而避免或减轻齿轮间的冲击。
2.1.3防止传动系过载
汽车紧急制动时，车轮突然急剧降速，而与发动机相连的传动系由于旋转的惯性，仍保持原有转速，这往往会在传动系统中产生远大于发动机转矩的惯性矩，使传动系的零件容易损坏。由于离合器是靠磨擦力来传递转矩的，所以当传动系内载荷超过磨擦力所能传递的转矩时，离合器的主、从动部分就会自动打滑，因而起到了防止传动系过载的作用。
2.2 离合器的种类
汽车离合器有摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种。摩擦式离合器又分为湿式和干式两种。
2.2.1 机械式离合器
图2-1机械式离合器
1-飞轮 2-从动盘 3-压盘 4-膜片弹簧
工作原理：离合器的主动部分和从动部分借接触面间的摩擦作用，使两者之间可以暂时分离，又可逐渐接合，在传动过程中又允许两部分相互转动。
2.2.2 液力离合器
图2-2液力离合器
1-叶轮2-输出轮3-油4-油的流向
工作原理：液力偶合器靠工作液（油液）传递转矩，外壳与泵轮连为一体，是主动件；涡轮与泵轮相对，是从动件。当泵轮转速较低时，涡轮不能被带动，主动件与从动件之间处于分离状态；随着泵轮转速的提高，涡轮被带动，主动件与从动件之间处于接合状态。
2.2.3磁粉式离合器
图2-3磁粉式离合器
1-粉末 2-输入侧 3-输出侧 4-激磁线圈 5-线型粉末 6-磁通
工作原理：电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。在主动
与从动件之间放置磁粉，可以加强两者之间的接合力，这样的离合器称为磁粉式电磁离合器。
2.3离合器的结构的确定
2.3.1 离合器总结构
图2-4离合器结构
1-离合器从动盘2-膜片弹簧-压盘组3-分离轴承4-分离套筒5-分离衬套6-黄刚衬套7-离合器拉索8-轴承套及密封件9-分离轴传动杆10-回位弹簧11-卡簧12-橡胶防尘套13-轴承衬套
2.3.2周布弹簧离合器部分零件的构造
图2-5周布弹簧零部件的构造
2.3.3 膜片弹簧式离合器
图2-6膜片弹簧离合器的结构
1-离合器盖2-膜片弹簧3-压盘4-从动盘5-回位弹簧片6-支撑圈膜片弹簧是一种较为特殊的压紧弹簧，它具有非线性的工作特性，在轿车和中、轻型汽车上应用广泛。与螺旋弹簧不同，膜片弹簧采用弹簧钢板制成圆环，
并带有一定锥度。
图2-7膜片弹簧离合器盖和压盘
1-从动盘2-膜片弹簧3-支承圈4-离合器盖5-分离钩6-压盘7-飞轮
膜片弹簧的中心揩油许多径向切口，切口外端孔用于安装支承销和钢圈将弹簧固定在离合器盖上。弹簧外边缘压在压盘上，内边缘靠在分离轴承前端。从断面上看，弹簧形式以中间支撑圈为支点的杠杆。同时，在膜片弹簧的外端装有分离钩，将弹簧与压盘相连。
3 离合器结构与计算
3.1 离合器主要参数的选择
摩擦离合器是靠摩擦表面间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= ?FZRc （3-1）式中，Tc为静摩擦力矩；?为摩擦面间的静摩擦因数，计算时一般取
0．25-0．30；F为压盘施加在摩擦面上的工作压力；Rc为摩擦片的平均摩擦半径；Z为摩擦面数，是从动盘数的两倍。
假设摩擦片上工作压力均匀，则有
F=PoA=Po[π(D2-d2) ／4] （3-2）式中，P0为摩擦面单位压力，A为一个摩擦面的面积；D为摩擦片外径；d 为摩擦片内径。
摩擦片的平均摩擦半径Rc根据压力均匀的假设，可表示为
Rc=D3-d3／3(D2-d2) （3-3）当d／D≥0.6时，Rc可相当准确地由下式计算
Rc=D+d／4
将式(3-2)与式(3-3)代人式(3-1)得
Tc=π／12[?ZpoD3(1-C3)] (3-4) 式中，c为摩擦片内外径之比，c=d／D，一般在0.53～0.70之间。
为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时Tc应大于发动机最大转矩，即
Tc=βTemax (3-5) 式中，Temax为发动机最大转矩；β为离合器的后备系数，定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，β必须大于1。
离合器的基本参数主要有性能参数β和P0，尺寸参数D和d及摩擦片厚度b。
3.1.1 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。在选择夕时，应考虑以下几点：
（1）摩擦片在使用中磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩。
（2）要防止离合器滑磨过大。
（3）要能防止传动系过载。
显然，为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，β不宜选取太小；为使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，β又不宜选取太大；当发动机后备功率较大、使用条件较好时，β可选取小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力、减少离合器滑磨，β应选取大些；货车总质量越大，β也应选得越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的β值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，β可选取小些；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取的β值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的β值应大于单片离合器。
各类汽车口值的取值范围通常为：
轿车和微型、轻型货车β=1.20～1.75
中型和重型货车β=1.50～2.25
越野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽车β=1.80～4.00
3.1.2 单位压力po
单位压力po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，加应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处的热负荷，po应取小些；后备系数较大时，可适当增大po。
当摩擦片采用不同材料时，按下列范围选取：
石棉基材料：po=0.10～0.35MPa
粉末冶金材料：po=0.35～0.60MPa
金属陶瓷材料：po=0.70～1.50Mpa
3.1.3 摩擦片外径D、内径d和厚度b
当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩Temax已知，结合式(3-1)和式(3-5)，适当选取后备系数β和单位压力po，即可估算出摩擦片尺寸。
摩擦片外径D(mm)也可根据发动机最大转矩Temax(N·m)按如(3-6)经验公式选用:
(3-6) 式中，KD为直径系数，轿车：KD=14.5；轻、中型货车：单片KD=16.0～18.5，双片KD-13.5～15.0；重型货车：KD=22.5～24.0。
在同样外径D时，选用较小的内径d虽可增大摩擦面积，提高传递转矩的能力，但会使摩擦面上的压力分布不均匀，使内外缘圆周的相对滑磨速度差别太大而造成摩擦面磨损不均匀，且不利于散热和扭转减振器的安装。摩擦片尺寸应符合尺寸系列标准哪5764-86《汽车用离合器面片》，所选的D应使摩擦片最大圆周速度不超过65～70m／s，以免摩擦片发生飞离。
摩擦片的厚度上要有3.2mm、3.5mm和4.0mm三种。
3.2离合器零件的设计与计算
3.2.1 零件设计与计算
设计离合器要确定离合器的性能参数和尺寸参数，这些参数的变化影响离合器的结构尺寸和工作性能。
（1）设计变量
后备系数可由式(3-1)和式(3-5)确定，可以看出β取决于离合器工作压力F 和离合器的主要尺寸参数D和d。
单位压力β。可由式(3-2)确定，po也取决于F和D及d。因此，离合器基本参数的优化设计变量选为X=[X1X2X3]T=[FDd]T
（2）目标函数
离合器基本参数优化设计追求的目标是在保证离合器性能要求条件下，使其结构尺寸尽可能小，即目标函数为?（x）=min[π／4(D2-d2)]
式中，ω为单位摩擦面积滑磨功(J／mm2)；[ω]为其许用值(J／mm2)，对于轿车：[ω] =0.40J／mm2，对于轻型货车：[ω] =0.33J／mm2，对于重型货车：[ω]
=0.25J／mm2; W为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功(J)，可根据下式计算
W=π2ne2mar r2／1800io2ig2 (3-10) 式中，ma为汽车总质量(kg)；rr为轮胎滚动半径(m)；ig为起步时所用变速器挡位的传动比；i0为主减速器传动比；ne为发动机转速(r／min)，计算时轿车取2000r／min，货车取1500r／min。
3.3标准件参数的确定
3.3.1 膜片弹簧主要参数的选择
（1）比值H／h和h的选择
比值H／h对膜片弹簧的弹性特性影响极大。分析式(3-11)可知，当H／
h<时，Fl=f(λ1)为增函数；H／h=时，Fl= f(λ1)有一极值，该极值点恰为拐
点；H／h>时，Fl= f(λ1)有一极大值和一极小值；当H／h=2时，Fl= f(λ1)的极小值落在横坐标上。为保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的H／h一般为1.6～2.2，板厚丸为2～4mm。
（2）比值R／r和R、r的选择
研究表明，R／r越大，弹簧材料利用率越低，弹簧刚度越大，弹性特性曲线受直径误差影响越大，且应力越高。根据结构布置和压紧力的要求，R／r一般为1.20～1.35。为使摩擦片上压力分布较均匀，推式膜片弹簧的R值应取为大于或等于摩擦片的平均半径Rc，拉式膜片弹簧的r值宜取为大于或等于Rc。而且，对于同样的摩擦片尺寸，拉式的R值比推式大。
（3）α的选择
膜片弹簧自由状态下圆锥底角。与内截锥高度H关系密切，α=arctanH／(R-r) ≈H／(R-r)，一般在90～150范围内。
（4）膜片弹簧工作点位置的选择
图3-12 膜片弹簧的弹性特性曲线
膜片弹簧的弹性特性曲线，如图3-12所示。该曲线的拐点H对应着膜片弹簧的压平位置，而且λ1H=(λ1M+λ1N)／2。新离合器在接合状态时，膜片弹簧工作点B一般取在凸点M和拐点H之间，且靠近或在H点处，一般λ1B=(0.8～1.0)且λlH，以保证摩擦片在最大磨损限度△λ范围内压紧力从F1B到F1A变化不大。当分离时，膜片弹簧工作点从B变到C，为最大限度地减小踏板力，C点心尽量靠近N点。
（5）n的选取
分离指数目n常取为18，大尺寸膜片弹簧有些3-12 膜片弹簧的弹性特性曲线取24，小尺寸膜片弹簧有些取12。
3.3.2 膜片弹簧材料及制造工艺
国内膜片弹簧一般采用60Si2MnA或50CrVA等优质高精度钢板材料。为了保证其硬度、几何形状、金相组织、载荷特性和表面质量等要求，需进行一系列热处理。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行强压处理，即沿其分离状态的工作方向，超过彻底分离点后继续施加过量的位移，使其过分离3～8次，并使其高应力区发生塑性变形以产生残余反向应力。一般来说，经强压处理后，在同样的工作条件下，可提高膜片弹簧的疲劳寿命5％～30％。另外，对膜片弹簧的凹面或双面进行喷丸处理，即以高速弹丸流喷射到膜片弹簧表面，使表层产生塑性变形，形成一定厚度的表面强化层，起到冷作硬化的作用，同样也可提高疲劳寿命。
为提高分离指的耐磨性，可对其端部进行高频感应加热淬火或镀铬。为了防止膜片弹簧与压盘接触圆形处由于拉应力的作用产生裂纹，可对该处进行挤压处理，以消除应力源。
膜片弹簧表面不得有毛刺、裂纹、划痕等缺陷。碟簧部分的硬度一般为45～50HRC，分离指端硬度为55～62HRC，在同一片上同一范围内的硬度差不大于3个单位。碟簧部分应为均匀的回火托氏体和少量的索氏体。单面脱碳层的深度一般不得超过厚度的3％。膜片弹簧的内外半径公差一般为Hil和h11，厚度公差为±0.025mm，初始底锥角公差为±10起。上、下表面的表面粗糙度为1.6μm，底面的平面度一般要求小于0.1mm。膜片弹簧处于接合状态时，其分离指端的相互高度差一般要求小于0.8～1.0mm。
4 SolidWorks的离合器设计4.1离合器零件的绘制
图4-1阻尼盘
图4-2从动盘主体
4.2离合器的装配
图4-4离合器装配图
图4-5 离合器装配主视图
图4-6 离合器装配右视图