基于三维建模的乘用车离合器设计

蒋庆磊，聂永涛

（潍坊工程职业学院，山东 青州 262500）



基于三维建模的乘用车离合器设计

蒋庆磊，聂永涛

（潍坊工程职业学院，山东 青州 262500）

摘 要：离合器是汽车传动系中一个必不可少的部件，它是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成。文章对膜片弹簧、离合器的各个参数进行设计并计算，然后对膜片弹簧离合器各个零件的结构和选材进行说明，给出本次设计所建三维数字化模型的部分数据。

关键词：离合器；膜片弹簧

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.006

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

引言

国内的一些研究机构基本上采用了优化设计的方法。有的应用软件进行辅助设计。离合器基本参数的优化主要有以下的步骤：设计变量、建立目标函数、确立约束条件、求出函数的最优解。汽车离合器设计中主要参数的确定将直接决定离合器结构设计而影响离合器乃至整个传动系的工作和使用寿命，采用优化设计的思路，把离合器工作压力P0、几何尺寸D和d以及储备系数β为设计变量，综合考虑和满足各约束条件情况下，离合器基本参数优化设计追求的目标定在保证离合器性能要求条件下，使其结构尺寸尽可能的小，可得到较好的设计效果。

1、离合器的参数设计

1.1 确定摩擦片外径

摩擦片外径是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构、重量和使用寿命。它和离合器所需传递的转矩大小有一定关系。显然，传递大的转矩，就需要有较大的尺寸。发动机转矩是重要的参数，当按发动机最大转矩Temax(N˙ m)来选定D。

1.2 确定摩擦片单位压力p0

对离合器来说，降低p0意味着要增加摩擦片面积，提高了允许磨耗量，直接意义是提高了摩擦片使用里程。因此，在一定意义上来说，p0值小，离合器的寿命长。这样，确定摩擦片上的单位压力p0值大小，应和离合器本身工作条件，摩擦片的直径大小，摩擦片材料及其品质等因素有关。对于采用有机材料作为基础的摩擦面片，对于小轿车，mm D≤ 230时，p0约为0.25Mpa。

1.3 校核离合器静摩擦力矩

摩擦离合器是靠存在于主、从动部分摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。设PO为摩擦面承受的单位压力，且压力分布均匀，整理处理公式后，对于具有个摩擦面的离合器，其摩擦力矩为：

式中，f取0.25；F为压盘施加在摩擦面上的工作压力；Rc为摩擦片的平均半径；z为摩擦面数，单片离合器时为2。c=d/D ，一般在0.53～0.7之间。

1.4 确定后备系数β

后备系数β是离合器设计中另一个重要的参数。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，应考虑摩擦片在使用中磨损后离合器仍能可靠地传递发动机最大转矩，防止传动系过载以及操纵轻便等因素。由上可知：β=TC/Te=1.57。

2、离合器零件的结构设计

2.1 从动盘总成设计

设计从动盘总成时应注意满足以下几个方面的要求：为了减少变速器换档时齿轮间的冲击，从动盘的转动惯量应尽可能小；为了保证汽车平稳起步，摩擦面片上的压力分布更均匀等，从动盘应具有轴向弹性；为避免传动系的扭转共振以及缓和冲击载荷，从动盘中应装有扭转减震器等。

2.2 从动片设计

设计从动片时，要尽量减轻其重量，并应使其质量的分布尽可能地靠近旋转中心，以获得最小的转动惯量。为了使离合器结合平顺，保证汽车平稳起步，单片离合器的从动片一般都做成具有轴向弹性的结构。为了使从动盘具有轴向弹性，将扇形波形片的左右凸起段分别与左右侧摩擦片铆接，这种结构的轴向弹性较好，转动惯量较小，适宜于高速旋转。

2.3 从动盘毂设计

发动机转矩是经从动盘毂的花键孔输出，变速器第一轴花键轴就插在该花键孔内。从动盘毂和变速器第一轴的花键结合方式，眼下都采用齿侧定心的矩形花键。我国生产的离合器，其从动盘毂花键多用SAE标准。从动盘毂的结构由两部分组成：盘毂和法兰，本论文将它们做成一体。

2.4 从动盘摩擦材料选取

离合器摩擦面片在离合器结合过程中将遭到严重的滑磨，在相对很短的时间内产生大量的热，因此，选取石棉材料。它具有良好的耐热性能，又得到铜丝或镍丝的加强，可以说是一种性能比较良好的摩擦材料。但是它的粉尘对环境有污染，国外已经淘汰。

2.5 压盘的设计

1）压盘传力方式的选择

本文采用传力片的传动方式，由弹簧钢带制成的传力片的一端铆在离合器盖，另一端用螺钉固定在压盘上。为了改善传力片的受力状况，它一般都是沿圆周切向布置。这种传力片的连接方式，简化了压盘的结构，降低了对装配精度的要求，并且还有利于压盘的定中。本文采用膜片弹簧进行压紧，则在压盘上铸出凸块，以供支撑膜片弹簧。

2）压盘几何尺寸的确定

在摩擦片的尺寸确定后与它摩擦相接触的压盘内，外径尺寸也就基本确定了。压盘厚度的确定主要依据以下两点：一是要求压盘具有足够大的质量来吸收热量。二是要求压盘应具有足够大的刚度和合理的结构形状。因此，压盘一般都做得比较厚，而且在内缘做成一定的锥度以弥补压盘因受热变形后内缘的凸起。压盘设计时，在初步确定压盘厚度以后，应校核离合器接合一次的温升。若温升过高，可适当增加压盘的厚度。

3）压盘材料的选取

压盘形状一般都比较复杂，而且要求耐磨，传热性好和具有较理想的摩擦性能，通常由灰铸铁铸成。

2.6 离合器盖设计

离合器盖用厚度约为5mm的低碳钢板冲压成型。

2.7 膜片弹簧的设计

H/h比值的选择：设计膜片弹簧时，要利用其非线性的弹性变形规律，以获得最佳的使用性能。R/r比值的选择：比值R/r对弹簧的载荷及应力特性都有影响。根据结构布置与分离力的需求决定，一般R/r取值为1.2-1.3。汽车膜片弹簧底角α在10o-14o之间。分离指本文取18个，切槽宽3mm。支撑环作用半径L为72mm。

3、结束语

通过合理选择离合器的参数和结构，获取了建立三维模型所需数据，从而科学设计了乘用车的膜片弹簧离合器，此种方法适用于实际的工业生产需求，具有广阔的市场前景。

参考文献

[1] 蒋和生等.基于虚拟仪器的汽车离合器从动盘总成性能试验机的开发.机床与液压，2006（8）：191-192.

[2] 孙文凯等. 汽车离合器起步接合过程的仿真研究.武汉科技大学学报，2006（4）：368-371.

中图分类号：U463.2

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)04-16-02

作者简介：蒋庆磊，就职于潍坊工程职业学院。

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