沈阳理工大学应用技术学院本科毕业设计（论文）
Pro/Engineer是美国PTC公司开发的一套机械CAD/CAE/CAM集成软件，其技术领先，在机械、电子、航空、邮电、兵工、仿真等各行各业都有应用，在CAD/CAE/CAM领域中处于领先地位。它集零件设计、大型组件设计、钣金设计、造型设计、模具开发、数控加工、运动分析、有限元分析、数据库管理等功能于一身，具有参数化设计，特征驱动，单一数据库等特点，大大加快了产品开发速度。
本设计使用的Pro/Engineer Wildfire3.0是Pro/Engineer的最新版本，其功能较以前的版本有了很大的提高，而且操作界面也更为好用，可以大大提高技术人员的工作效率。
第2章 方案论证
2.1 离合器车型的选定
该车主要参数如下表：
表2-1 离合器设计主要参数
使用工况 总质量（kg） 发动机型号 发动机最大转矩（N·m/(r/min)） 变速器一档传动比 主减速器传动比 驱动轮类型与规格 乡间 9550 Ca6102 373/1300 7.640 5.77 8.25-20 2.2方案选择
本车设计采用单片膜片弹簧离合器。本车采用的摩擦式离合器是因为其结构简单，可靠性强，维修方便，目前大多数汽车都采用这种形式的离合器。而采用干式离合器是因为湿式离合器大多是多盘式离合器，用于需要传递较大转矩的离合器，而该车型不在此列。采用膜片弹簧离合器是因为膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，由于膜片弹簧具有非线性特性，因此可设计成当摩擦片磨损后，弹簧压力几乎可以保持不变，且可减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便；其次，膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对的，因此其压力实际上不受离心力的影响，性能稳定，平衡性也好；再者，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著地缩短了其轴向尺寸；另外，由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片的接触良好，磨损均匀，也易于实现良好的散热通风等。由于膜片弹簧离合器具有上述一系列的优点，并且制造膜片弹簧的工艺水平也在不断地提
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高，因而这种离合器在轿车及微型、轻型客车上已得到广泛的采用，而且逐渐扩展到载货汽车上。从动盘选择单片式从动盘是一位其结构简单，调整方便。压盘驱动方式采用传动片式是因为其没有太明显的缺点且简化了结构，降低了装配要求又有利于压盘定中。选择拉式离合器是因为其较拉式离合器零件数目更少，结构更简化，轴向尺寸更小，质量更小；并且分离杠杆较大，使其踏板操纵力较轻。
综上本次设计选择单片拉式膜片弹簧离合器。
第3章 设计计算及参数的选择
3.1 离合器主要参数的选择
离合器摩擦片在性能上应满足如下要求：
1） 摩擦因数较高且稳定，工作温度、单位压力、滑磨速度的变化对其影响要小； 2） 有足够的机械强度与耐磨性； 3） 密度小，以减小从动盘的转动惯量；
4） 热稳定性好，在高温下分离出的粘合剂少，无味，不易烧焦； 5） 磨合性能好不致刮伤飞轮和压盘表面；
6） 接合时应平顺，不产生“咬合”或“抖动”现象； 7） 长期停放后，摩擦面不发生“粘着”现象。
摩擦片的外径是离合器的重要参数。它对离合器的轮廓尺寸有决定性的影响，并根据离合器能全部传递发动机的最大转矩来选择。为了能可靠地传递发动机的最大的转矩Temax，离合器的静摩擦力矩TC应大于发动机的最大转矩Temax，而离合器传递的最大静摩擦力矩TC又取决于其摩擦面数Z、摩擦系数f、作用在摩擦面上的总压紧力P与摩擦片平均半径RC，即
T
式中β——离合器的后备系数
c
=?Temax[2]
离合器的基本参数主要有性能参数有后备系数β和单位压力参数P0，尺寸参数D和d及摩擦片厚度h。 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转矩的可靠程度。在选择β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的最大转矩； 2) 要防止离合器滑磨过大；
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3) 要能防止传动系过载。
显然，为了可靠地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；为了使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，β又不能选取太大；当发动机后备功率较大，使用条件较好时，β可选择小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力，减少离合器磨损，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值可以比螺旋弹簧的小些；双片离合器的β值应大于单片离合器。
各类汽车β值的选取范围通常为：
轿车和微型车、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 根据上述原因及所选车型，选取β=1.8。 3.1.2摩擦片外径D、内径d和厚度h的确定
摩擦片外径是离合器的重要尺寸之一，它直接影响离合器所能传递的转矩大小，也关系到离合器的结构重量和使用寿命。在确定尺寸D时，发动机最大转矩参数必须是已知的。
在结构空间允许的情况下，尽量选用比较大的D尺寸，这样既可保证使用性能，也可提高离合器的使用寿命。初步确定D的方法有两种。
按发动机的最大转矩Temax(N.m)来初选D,可参考下列公式
D=100
Temax K首先确定离合器的基本结构为单片式，系数K反映了不同结构和使用条件对D的影响，根据前面的该车基本数据可知该车为一般载货车，所以K=36，且Temax=373 N/m
带入数据可得D=321.88 mm
在结构空间允许的情况下，尽量选用比较大的D尺寸，这样既可保证使用性能，也可提高离合器的使用寿命。所以D=325 mm
摩擦片尺寸D应符合有关标准（JB1457-74），的规定，表3-1给处了离合器摩擦片的尺寸系列和参数。
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表3-1 离合器摩擦片尺寸系列和参数
外径D（mm） 325 内径d(mm) 190 厚度h（mm） 内外径之比d/D 单位面积F（mm2） 3.5 0.585 546 所以由所计算的D值去参照表3-1，最后选定摩擦片的尺寸为下表：
表3-2选定的摩擦片的尺寸
外径D （mm） 325
3.1.3单位压力P0
单位压力P0对离合器工作性能和使用寿命有很大的影响，选取时应考虑离合器的工作条件，包括发动机的后备功率大小，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，P0应取小些；当摩擦片外径缴大时，为了降低摩擦片外缘处的热负荷，P0应取小些；后备系数较大时，可适当增大P0。 当摩擦片采用不同材料时，P0按下列范围选取：石棉基材料：P0=0.10～0.35MPa粉末冶金材料：P0=0.35～0.60MPa金属陶瓷材料：P0=0.70～1.5Mpa
验算单位压力P0 1.取Re=
内径d (mm) 190 厚度h (mm) 3.5 C=d D1-C3 单位面积F （mm2） 0.585 0.800 546 2(R0?Ri)3(R0?R0)33333 时
3 βTemax=
2(R0?Ri)3(R0?R0)33ZμPA
因为是单片的，所以摩擦盘工作面数Z=2。初选摩擦材料为石棉基摩擦材料 查表可取摩擦系数μ=0.3
代入数据得p≈0.155(MPa)
1(R0?Ri) 时 21 βTemax?(R0?Ri)ZμPA
22．取Re? 9
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代入数据得p≈0.158(MPa)
单位压力P在容许范围之内，认为所选离合器尺寸 参数合适。 对于小轿车，D=380~480时，P约为0.14mpa
又因小汽车的离合器都采用莫片弹簧离合，在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小，轿车的后备功率较小，使用条件较好，所以宜取小值。
根据上述原因及所选车型，选取P0=0.14 MPa
3.2 膜片弹簧设计
在汽车膜片弹簧离合器中，膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用 它的特性决定了离合器的主要工作性能。因此，在离合器的开发中，膜片弹簧的设计尤为重要。 3.2.1膜片弹簧的结构特点
膜片弹簧由弹簧钢板冲压而成（如图3-1所示）。膜片弹簧在结构上分两部分，在膜片弹簧弹簧大端处为一完整的截面，它的形状象一个无底的碟子和一般机械上用的碟形弹簧完全一样，故称为碟簧部分（如3-2所示）。膜片弹簧起弹性作用的正是碟簧部分。碟形弹簧的弹性作用是这一面沿其轴线方向加载，碟簧受压变平，卸载后又恢复原形。可以说膜片弹簧是碟形弹簧的一种特殊结构形式。所不同的是，在膜片弹簧上还包含有径向开槽部分，膜片弹簧分离指与碟簧部分交接处的径向槽较宽呈长方圆孔，这样一方面可以减少分离指根部应力集中，一方面又可用来安置销钉以固定膜片弹簧。
图3-1 膜片弹簧 图3-2 碟形弹簧
3.2.2膜片弹簧的弹性变形特性
膜片弹簧起弹性作用的部分是其碟簧部分。碟簧部分的弹性变形特性和螺旋弹簧的不一样。它是一种非线性的弹性，其特性和碟簧部分的原始内截锥高度H及弹簧厚度h之比值有关。不同的H/h值可以得到不同的弹簧变形特性。一般可分为四种情况（图3-1）：
（1）H/h?2时曲线1所示。载荷的增加，变形总是不断增加。这种弹簧的刚度
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很大，可以承受很大的载荷，适合于作为缓冲装中的行程限制器。
膜片弹簧离合器设计
