一种轻型载货汽车膜片离合器的设计

陈东皓　李志鹏

摘 要：离合器是汽车中的一个重要部件，对于制动，传动的行为，都需要离合器来发挥作用并实施。本次设计通过参考有关的离合器参数资料，对适合轻型载货汽车的膜片离合器进行类型的选择。之后，对选择的膜片离合器的部分零部件进行使其可以正常平稳运作所必须的结构设计，保证所设计离合器符合各种运行所需的各种要求。

关键词：轻型载货汽车 离合器 结构设计 膜片弹簧

1 引言

离合器作为汽车重要的传动机构，在汽车的高速行驶制动过程中它需要同时承受各种不同程度的传动压迫和用力扭转，对于轻型载货汽车，其离合器的强度要求将更加严格，这就要求在设计离合器时，离合器的选择和强度检核都必须符合轻型载货汽车行驶要求。通过研究轻型载货专用汽车的多种适配车用离合器结构类型，并对适配离合器结构进行合理的结构设计，提高适配离合器的实际使用寿命以及运行稳定性，对于轻型载货汽车的正常运作具有重大意义。

2 轻型载货汽车离合器发展概述

随着我们新国民经济的高速度发展和现代人们日产生活物质水平的快速的不断提高，基础配套设施的不断完善，我国对于现代汽车的传动性能条件要求也不断地增加，而离合器作为现代汽车重要的动力传动装置，对其性能的要求也日渐严格。目前大部分汽车仍然采用离合器作为汽车的动力传递机构。

轻型载货汽车作为小型货车，相比重型载货汽车，具有体积小巧，占地面积小等优点，所以对于轻型载货汽车来说，它同时具有轻型汽车的轻量性能和载货汽车可观的载货能力，对于我国的货物运输具有重要的地位和意义。

自从我国诞生第一辆汽车以来，我国的现代汽车制造工业已经历了百年的快速发展历程。随着现代科学信息技术的不断发展，汽车部件的开发设计制造技术日渐精巧。

对于轻型载货汽车来说，离合器具有分离、结合发动机跟变速器之间的传动，过载保护等功用。离合器对于轻型载货汽车具有重要的意义。离合器的好坏，会直接影响轻型载货运输汽车在正常行驶过程中的驾驶安全性和操作性。在载货汽车起步时，离合器系统可以使汽车平稳起步，并在车辆运行的过程中保持汽车能够平稳运行。所以对离合器的合理设计对于促进轻型载货汽车的发展具有重要意义。

3 离合器简介及其作用

离合器作为汽车中用以转向传动的重要部件，相当于一个"动力开关"。离合器一般都是位于涡轮发动机的后部飞轮壳内，是汽车的动力传动系统中直接与涡轮发动机相连接的一个部件，用来结合或者分离变速器与发动机之间的各种动力传递。

离合器在车辆方面的作用可以归为主要三点;第一个作用即实现汽车的平稳起步。装有离合器的机动汽车在行驶的过程中也需要通过控制油门和离合器的相互配合来有效实现机动汽车的起步，当离合器油门控制地较好的情况时，可以有效保持机动车辆的起步平稳。第二个主要作用是为了保证传动系统的换挡传动过程平顺。在换挡的时候需要将动力的输出和输入装置脱离，用以实现换挡。第三个重要作用是有效防止汽车的动力传动系统发生过载。当一辆汽车在正常行驶的过程中，离合器可以通过自我的调整 ，从而达到有效防止汽车传动系统发生过载的目的。

4 离合器总体设计基本要求

本次设计的轻型载货汽车离合器，首先需要满足可以使轻型载货汽车平稳并且安全运行。在选择所要设计的离合器类型时，需要综合考虑包括载货汽车的载货量，整备质量等内容，并对离合器总体结构强度进行校核，保持其满足使汽车稳定运行所必要的结构稳定性。之后需要考虑包括材料在内的实用性以及稳定性，并从多个方面对目前已有的轻型载货汽车离合器进行分析评估。然后分别计算离合器各个部件运行时所需要的强度校核，保证设计的离合器可以在正常的行驶状况下运行。

5 离合器部分部件设计计算

5.1 汽车基本参数的选定

本文中轻型载货汽车的基本参数如下：

整车重量：2200kg

轴距：3300mm

最高车速：95km/h

最大输出功率：96kw

扭矩：480N·m

5.2 膜片弹簧的基本参数选择

（1）高厚比的选择：为了有效地避免其在外部机械拉力压紧和内部拉力传动的作用下的变化过大，取H=5.6，h=3.5，H/h=1.6。

（2）分离指数目的选择：本次设计中选取n=18。

（3）的值：取R=110mm，根据汽车参数，取R/r的值取为1.25，则r=88mm。

（4）圆锥底角α：当膜片弹簧在自由的状态时，取α=11°。

5.3 膜片弹簧的载荷与变形关系

碟形膜片弹簧的设计计算公式对与膜片弹簧的设计也同样适用。弹簧的支撑轴承处的相对受力为F1，加载点之间的相对受力变形（弹簧轴向）为λ1，则弹簧压紧点受力系数F1与相对变形受力λ1之间的相对关系式为：

5.4 摩擦片的主要尺寸選择

（1）摩擦片的外径D：

由式

得D=295mm

（2）摩擦片内径d：

在单位压力未超出许用范围的情况下，d的值可以取大些。由式d=（0.53～0.7）D得：

d=177mm

所设计的摩擦片结构图如下图2。

5.5 扭转减振器主要参数设计

5.5.1 极限扭矩T1im

极限扭矩的大小会受到多种因素的直接影响，一般可取T1im=（1.5～2）Temax

式中系数对轿车取2，货车取1.5。这里取系数为1.5可得T1im=720N·m

5.5.2 扭转刚度Kφ

由式Kφ≤13T1im=9360（N·m/rad）

5.5.3 阻尼摩擦转矩Tμ

由公式Tμ=（0.06～0.17）Temax

得Tμ=0.1×480）=48（N·m）

5.5.4 减振弹簧的分布半径R0

减振弹簧的分布半径由式R0=（0.6～0.75）d/2

为尽可能的取大些，这里的系数取0.7。

则R0=62mm

5.5.5 减振弹簧的个数n

由于摩擦片外径D=295mm，这里n取6。

6 结语

本次设计为轻型载货汽车的离合器设计，离合器作为汽车的一个重要传动部件，对于汽车的性能的影响十分巨大，离合器的好坏将直接影响汽车在行驶过程中的安全性，稳定性等性能，所以离合器的设计对于包括轻型载货汽车在内的各种汽车都有重要意义。

在设计过程中，先对离合器的整理结构进行设计，在综合考虑其合理性之后，确定离合器的大体结构。之后再对离合器内的各个部件进行分别设计，包括膜片弹簧，减震弹簧等重要部件。保证所设计的部件满足离合器在轻型载货汽车中平稳、安全地运行。

参考文献：

[1]过学迅.汽车设计[M].北京：机械工业出版社.2004.

[2]徐石安，江发潮.汽车离合器[M].上海：上海科学技术出版社，1984.

[3]卢晓春.汽车机械基础[M]. 北京：机械工业出版社，2002.

[4]刘安阵.微型汽车离合器膜片弹簧力学分析与研究[J].硕士学位论文.2008.

通讯作者：李志鹏