韓 娟

（銀川能源學院，寧夏 銀川 750100）

引言

為了能很好的傳遞和切斷動力，傳統(tǒng)的螺旋離合器已經淡出了大家的視野，取代的是膜片彈簧離合器。膜片彈簧分為拉式和推式，發(fā)現(xiàn)拉式膜片彈簧離合器優(yōu)于推式膜片彈簧離合器，因此本文介紹研究拉式膜片彈簧離合器。汽車離合器的發(fā)展是在上世紀80 年代從國外引進了膜片彈簧設計與制造技術，目前離合器技術趨于成熟，與國外離合器技術相比仍有差距[1]。

1 膜片彈簧離合器概述

離合器就是控制汽車的動力傳輸，它的作用就是切斷或連接動力，讓駕駛員沒有頓挫感，平穩(wěn)，它是一個獨立的機構，決定了能否正常行駛。所以離合器的尺寸和參數(shù)也決定了離合器的性能。

膜片彈簧離合器通過不斷的發(fā)展，技術很先進，經濟性很合理，同時性能性能也良好，使用起來很穩(wěn)定、壽命也很長。汽車離合器之所以選擇膜片彈簧，就是因為它作為壓縮彈簧，既起到壓緊機構的作用，又起到了分離杠桿的作用，使得離合器的結構更加精簡，質量也會減少，在設計尺寸方面起到了節(jié)約空間的作用。由于膜片零件具有對稱性，所以平衡性能不錯，在汽車高速行駛時，它可以將汽車壓緊力降到很低，因此可以看出，膜片彈簧離合器的研究價值以及性能的優(yōu)越性[2]。

離合器傳送的最大扭矩肯定是要限制的，在汽車緊急情況制動的時候，會使傳動系受到很大的慣性力量，在這個時候離合器會主動出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，就可以避免傳動系零件受力太大造成損壞，有效的保護了離合器[3]。

2 離合器的主要結構

離合器主要有主動部分、從動部分、壓緊機構和操縱機構組成。

主動部分有離合器蓋、壓盤、傳動片和飛輪組成。從動部分是由從動盤和從動軸組成。

事實上，由螺旋彈簧或者膜片彈簧組成的壓緊機構，通過壓盤使得讓從動盤和飛輪壓緊或者分離。

操縱機構，顧名思義，它其實就是為了駕駛員能夠更好的操作而設立的一個結構，主要有離合器分離桿（膜片彈簧起分離桿作用）、分離套、分離叉、分離軸承、回位彈簧等部件組成。

圖1 離合器結構圖

3 離合器的工作原理

對于手動擋的車型而言，離合器就是汽車非常重要的一個機構，它是負責發(fā)動機和變速器之間的動力傳遞，在汽車行駛在不規(guī)則路面上時，駕駛員需要不斷的切換檔位，更好的運用離合器，換句話說離合器的使用的好壞就可以影響到駕駛感受，想要更好的掌握離合器，首先就要了解它的工作原理。

所謂離合器，就是為了控制發(fā)動機和輪轂的動力傳遞。它負責在發(fā)動機和變速器之間傳遞力矩，使汽車的動力得到保障。

離合器工作狀態(tài)基本分為三種，第一種踩下離合器踏板通過拉式膜片彈簧離合器的特點拉動離合器使發(fā)動機和變速器分離，達到中斷動力的作用，其次第二種不踩下離合器踏板時發(fā)動機與離合器相結合，變速箱和發(fā)動機之間傳遞力矩，汽車正常行駛，最后傳遞適量的力使汽車速度穩(wěn)定，不會使得汽車傳動系統(tǒng)過載。

4 離合器結構方案選取

4.1 離合器基本參數(shù)的選定

本文基本參數(shù)如下：

整車質量：1595kg 最高車速：170 km/h

主減速器速比：4.418 1 檔傳動比：3.3

最大功率：135/6000kw 最大扭矩：235/4100N.m

4.2 離合器結構形式的選取

膜片彈簧離合器結構就是分為拉式和推式兩種。拉式結構和推式結構相對比的話，分離軸承受到了拉力不斷向外運動，膜片彈簧安裝的方向也正好相反。拉式和推式對比少了支撐軸，使得結構精簡，推式膜片彈簧離合器它的結構繁瑣復雜，需要支撐軸；不管離合器的狀態(tài)如何膜片彈簧和支撐環(huán)始終連接，就算支撐環(huán)出現(xiàn)磨損的情況，離合器也可以補償，這是拉式結構非常明顯的優(yōu)點。由于中間支撐部分的取消，使拉結構更加輕巧，流線型，零件少，質量也降低了很多，壽命也可以更長。由此可知拉式膜片彈簧優(yōu)勢很明顯，在現(xiàn)代的轎車上得到廣泛應用。

4.3 摩擦片的選擇

現(xiàn)代汽車有單片、雙片、多片離合器3 種，單片離合器結構簡單，體積偏小，散熱性好，能夠可靠保證發(fā)動機動力中斷和平穩(wěn)傳遞，因此在汽車和中小型貨車上得到了普遍的應用，所以選擇單片離合器[4]。

4.4 壓緊彈簧布置形式的選擇

離合器的壓緊機構中根據彈簧的選取不同可分為周圍分布螺旋彈簧式、集中螺旋彈簧式、斜置彈簧式、膜片彈簧式等。膜片彈簧具有以下幾個優(yōu)點：

（1）在離合器分開時，彈簧壓力降低，踏板力也隨著降低；

（2）轉速高時，壓縮力降低，性能穩(wěn)定；

（3）具有良好的通風散熱功能，增長使用壽命；

（4）平衡性好；

（5）制造成本低，利于批量生產。

4.5 壓盤的驅動方式

在膜片彈簧離合器中，發(fā)動機動力從離合器蓋傳遞到壓盤的方法有凸臺一窗孔式、徑向傳動驅動式、徑向傳動板的驅動方式。在徑向傳動板中，彈簧板通過彈簧鋼傳動板與離合器蓋連接，驅動板的排列方向沿壓盤方向布置，機構簡單，驅動平穩(wěn)。綜合上面所述，選取徑向傳動驅動方式。

5 離合器膜片彈簧設計

5.1 膜片彈簧的結構特點

膜片彈簧的結構如下圖所示，它是由優(yōu)質彈簧鋼板制成。

圖2 膜片彈簧結構圖

由圖可以看出，膜片彈簧是通過兩部分構成的，第一部分位于膜片彈簧的大端處，它就是一個截錐體，如圖（b）所示，它的形狀像一個無底的盤子，它是膜片彈簧起到關鍵作用的部分，稱為膜片彈簧的碟簧部分。碟形彈簧的工作原理是：沿著碟簧的軸向方向，碟簧收到軸向載荷后慢慢趨平，卸除后便恢復。這就是碟形彈簧的彈性作用。

膜片彈簧的另外一部分是其徑向開槽的部分，它起到了分離杠桿的作用，離合器的分離便是通過這些開槽部分作為杠桿，讓它的碟簧部分與壓盤逐漸分開，稱為分離指。綜上所述，膜片彈簧是一種由碟簧和分離指組合成一體的碟形彈簧。

5.2 膜片彈簧的加載方式與變形

膜片彈簧離合器分為拉式和推式兩種，但膜片彈簧的構造是一樣的，只是安裝方式不同，相對而言，若推式為正裝，則拉式為反裝。兩種膜片彈簧的變形分為三個狀態(tài)；自由狀態(tài)、接合狀態(tài)、分離狀態(tài)。

分離狀態(tài)中當膜片彈簧上分離軸承力的小端點時，膜片彈簧逐漸完全分離。對于拉式來說，支點的位置沒有變化，但對于推式來說，支點變?yōu)橛赏獠康闹苇h(huán)支撐，變形也將增大。

5.3 膜片彈簧的變形特性

膜片彈簧真正作用的部位是它的碟簧部，碟簧部分的變化特質和螺旋彈簧不一樣，它也具備了非線性的特質，它的特質和碟簧的原始內高H 以及膜片的厚度h 之比H/h 有關聯(lián)[5]。

圖3 不同H/h 值時無因次特性曲線

在現(xiàn)代社會，一般轎車H/h=1.5-2.0，而本次設計中H/h= 1.6。

5.4 膜片彈簧基本參數(shù)的選擇

膜片彈簧外形幾何尺寸參數(shù)，如下圖所示。

（1）H=4.8，h=3，H/h=1.6。

（2）R 及R/r 的確定：一般R/r=1.2-1.3。

本次設計中，R=115mm，r=91mm，R/r=1.25。

圖4 膜片彈簧尺寸符號示意圖

（3）膜片彈簧起始圓錐底角α：汽車膜片彈簧起始圓錐底角一般在10°~14°之間，。

（4）膜片彈簧小端半徑rf以及分離軸承作用到半徑rp：rf主要由結構來決定的，它的尺寸要和分離軸承上分離套筒與膜片彈簧相配合處的外徑相匹配來方便安裝。分離軸承作用半徑rp大于rf。本次設計中，rf=20mm，rp=22mm。

（5）分離指數(shù)目n、切槽寬δ1、窗孔槽寬δ2及半徑rc：汽車離合器膜片彈簧的分離指數(shù)目n>12，基本在18 左右，使用偶數(shù)，方便生產時模具的分度。

切槽寬δ1=3.2~3.5mm；窗孔槽寬δ2=（2.5~4.5）δ1；

窗孔內半徑rc一般情況下由式（r-rc）=（0.8~1.4）δ2決定。本次設計中，n=18，δ1=3.2mm，δ2=13mm，rc=79mm。

支撐環(huán)的作用半徑L 和膜片彈簧與壓盤接觸半徑l：這對于拉式結構來說，L 更接近R 卻略小于R，l 接近r 卻略大于r。本次設計中，L=113mm，l=93mm。

6 結論

設計主要完成了對膜片彈簧離合器的認識、對離合器結構方案的選取，最后完成對離合器的膜片彈簧的設計，通過對工作原理細致概述、結構方案的選取，基本確定了離合器的主要結構與主要尺寸，為離合器構造學習及改進提供指導。