基于ProE的离合器的三维实体建模(2)

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和减小同步器的磨损。

（5）应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命。

（6）应使传动系避免扭转共振，并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。 （7）操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。

（8）作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。

（9）应有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、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。

1.4 Pro/ENGINEER的介绍

Pro/ENGINEER三维设计软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/ENGINEER软件的显著特点是参数化建模技术，是最早应用参数化建模技术的软件，在目前的三维设计软件领域中占有着重要地位，Pro/ENGINEER作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。

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2 离合器的结构方案设计

2.1 从动盘的选择

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。单片离合器有结构简单、尺寸紧凑，散热良好、维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能够保证分离彻底、接合平顺等的优点。

双片离合器与单片离合器相比，摩擦面数增加一倍，因而传递转矩的能力较大；在传递相同转矩的情况下，双片离合器具有径向尺寸较小，踏板力较小和接合比较平顺的优点。但是中间压盘通风散热不好，双片离合器起步时负载不均匀，因而容易导致产热过多使摩擦片烧坏，分离也不够彻底。双片离合器一般用在传递转矩较大且径向尺寸受到限制的场合。

多片离合器多为湿式，它有转动惯量大、分离不彻底、散热条件差和压盘调整困难等缺点，以往主要用于行星齿轮变速器换挡机构中。但是它也有接合平顺柔和、摩擦表面湿度较低、磨损较小、使用寿命长等优点，因此重型牵引车和自卸车上也采用多片离合器。

经过分析比较，该设计的是载重2吨轻型载货汽车，该车最大扭矩为179N/m，所以在设计中采用用单片离合器，即该离合器只设有一片从动盘。如图2.1所示为带扭转减震器的单片式从动盘。

图2.1 带减震器的单片式从动盘

2.2 压紧弹簧和布置形式的选择

周置弹簧在受到受离心力作用时会向外弯曲，导致弹簧压紧力下降，传递发动机转

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矩的能力降低，目前周置弹簧离合器主要用在商用载重汽车上。中央弹簧离合器采用圆柱螺旋弹簧，其结构轴向尺寸大。斜置弹簧主要在重型汽车上使用，突出优点是工作性能十分稳定，踏板力较小。膜片弹簧的弹簧压力在摩擦片磨损的允许范围内基本不变，使传递的转矩变化不大，另外它兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，质量小。膜片弹簧的大端与压盘接触，其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，提高了摩擦片的使用寿命。其中拉式膜片弹簧取消了中间支承各零件，并只用一个或不用支承环，使其结构紧凑、零件数目更少，质量更小。它是以中部与压盘相压，在同样压盘尺寸下可采用直径较大的膜片弹簧，从而提高了压紧力与传递转矩的能力，但不增加踏板力，在接合和分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，故分离效果更高。但是拉式膜片弹簧需专门分离轴承，结构复杂。推式摸片弹簧结构简单，安装拆卸较简单，分离行程比拉式小。故本次设计选择推式膜片弹簧。

2.3压盘驱动方式的选择

压盘是离合器的主动部件，在传递发动机转矩时，它和飞轮一起带动从当盘转动，所以压盘和飞轮必须有一定的联系，但这种联系又要保证在离合器分离过程中压盘能在轴向自由的移动，使压盘和从动盘分离。压盘的传力方式有以下几种：(1)凸台式连接方式；(2) 键式连接方式；(3)销式连接方式；(4)传力片式。现在汽车离合器中广泛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上，另一端用螺钉固定在压盘上，为了改善传力片的受力情况，它一般都是沿圆周切向布置。传力片式的连接方式还简化了压盘的结构，降低了对装配精度的要求，并且还有利于压盘的定中。所以本次设计中采用传力片式的压盘驱动方式。

2.4 离合器的散热通风

根据研究，摩擦片的磨损是随压盘温度的升高而增大的，当压盘工作表面超过

180~200°C时摩擦片磨损速度急剧增加，接合状态下的离合器压盘，工作表面的瞬时

温度一般在180°C以下。在特别频繁的使用条件下，压盘工作表面的瞬时温度有可能达到1000°C。过高的温度可能使压盘变形产生裂纹和碎裂。为使压盘表面温度不致过高，除要求压盘有足够大的质量以保证足够的热容量外，还要求离合器具有良好的通风散热。改善离合器散热通风结构的措施有： （1）在压盘上设散热筋，或鼓风筋。 （2）在离合器中间压盘内铸通风槽。

（3）将离合器盖和压杆制成特殊的叶轮形状，用以鼓风。 （4）在离合器外壳内装导流罩。

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2.5 膜片弹簧离合器的优点

（1）膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杆的作用，零件数目少，重量轻。 （2）离合器结构大大简化并显著的缩短了离合器的轴间尺寸。

（3）膜片弹簧具有良好的非线性特征，设计合适时可以使摩擦片磨损到极限位置时，压紧力仍能保持很少改变，可以减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便。

（4）膜片弹簧的安装位置对离合器的旋转轴线是完全对称的，因此压紧力不会受到离心力的影响，很适合高速旋转。

2.6 确定离合器的类型

本车设计采用单片推式膜片弹簧离合器。本车采用的因为摩擦式离合器结构简单，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。湿式离合器大多是多盘式离合器，主要用于需要传递较大转矩的重型载货汽车的离合器，该车型传递的转矩不大，所以采用干式离合器。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，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杆的作用，使零件数目减少，重量减轻；其次，大大简化了离合器的结构并显著的缩短了离合器的轴间尺寸；再者，膜片弹簧具有良好的非线性特征，设计合适时可以使摩擦片磨损到极限位置时，压紧力仍能保持很少改变，可以减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便；另外，膜片弹簧的安装位置对离合器的旋转轴线是完全对称的，因此压紧力不会受到离心力的影响，很适合高速旋转。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。选择单片式从动盘是因为其结构简单，调整方便。采用传动片式是因为传力片驱动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。选择推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，分离轴承机构设计和拆装简单。

综上所述本次设计选择单片推式膜片弹簧离合器。

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3离合器设计

3.1 离合器的基本参数及尺寸选择

传递转矩是离合器的基本功能之一，因此离合器的转矩容量是离合器最为基本的性能之一。但是通常它只能用来初选出离合器的原始参数，为了保证传递扭矩可靠，确定离合器转矩容量时应含有设计因子。转矩容量Tc与发动机最大转矩Temax关系式为：

Tc??Temax (3-1) 或写成

?Temax?ZRe?N (3-2) 式中，?为离合器的后备系数，??1。

离合器的另一个重要的基本功能就是保证汽车平稳起步。汽车起步时是靠离合器的滑磨。滑磨会导致离合器摩擦片的磨损，最终导致离合器失效，这是离合器的薄弱环节。因此为了保证离合器有足够的磨损寿命，只能用增大允许磨损体积来保证摩擦片有可靠的使用寿命。通常是让摩擦片有足够大的摩擦面积A。

3.1.1摩擦片外径D的确定

摩擦片外径是离合器的基本尺寸之一，它与离合器的结构重量和使用寿命有关，它也和离合器所需传递的转矩大小有一定的关系，显然，传递的转矩大时，摩擦片外径也要相应的增大。摩擦片外径选择中发动机转矩是重要的参数，当按发动机最大转矩，如下： Temax(N/m)来选定D时，可参考公式（3-3）

D?100Temax (3-3) A式中，系数A反映了不同结构和使用条件对D的影响，一般载货汽车A=36（单片）或A=50，本次设计由于采用单片摩擦片，所以A选36

由公式（3-3）计算得D?223mm，

按Temax选择D后，需要根据摩擦片尺寸的系列化和标准化表选择摩擦片的尺寸，见表3.1。

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