四川工业科技学院
毕业设计开题报告
姓        名：        童  鑫    　
指导教师：                     
专      业:       车辆工程       
所属院（所）：    交通学院     
2017年 10 月 30 日
                 
                       
姓    名
童鑫
专    业
车辆工程
汽车离合器
指导教师
设计方向
周置离合器
毕业设计题目
周置弹簧离合器
论文类型
理论研究
应用研究
用于生产
其它
·
一．选题依据和意义：
1、本次选择课题为离合器设计，设计离合器意义重大，因为离合器作为底盘传动系统中的重要部件，在以内燃机为动力的机械传动汽车中，无论是AMT还是MT,离合器都作为一个独立的部件存在。它起着从发动机到传动系中齿轮之间桥梁的作用，故它的重要性不可忽视，一个良好的离合器能够提高汽车的寿命。
2、离合器作为汽车的重要部件，它的功能不能忽视，离合器基本功用。
在汽车起步时，通过离合器主，从动件之间的滑磨，使转速逐渐接近，以确保汽车起步平衡。
当变速器换挡时，通过离合器主从动部分的迅速分离切断动力的传递，以减轻齿轮与齿轮之间的冲击，保证换挡时工作平稳。
当传给离合器的转矩超过其所能传递的最大转矩时，其主，从动件之间产生滑磨，防止传动系统过载，目前汽车上使用比较广泛的是弹簧压紧的摩擦离合器，因此设计如此重要的汽车传动系统意义重大。
3、随着汽车发动机转速和功率的不断提高、汽车电子技术高速发展，人们对离合器的要求越来越高。离合器是将发动机的动力传递给驱动轮的关键构建，它的功能的优劣直接影响到汽车的各大性能，比如舒适性、动力性、安全性、经济性。
二、国内外研究动态：
    国内外主要汽车离合器有摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种。摩擦式离合器又分为湿式和干式两种。而比较先进的离合器为液力偶合器、电磁离合器，具体如下介绍：                                    (1) 摩擦式离合器：发动机飞轮是离合器的主动件，带有摩擦片的从动盘和从动毂借滑动花键与从动轴（即变速器的主动轴）相连。压紧弹簧则将从动盘压紧在飞轮端面上。发动机转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上，再由此经过从动轴和传动系中一系列部件传给驱动轮。压紧弹簧的压紧力越大，则离合器所能传递的转矩也越大。由于汽车在行驶过程中，需经常保持动力传递，而中断传动只是暂时的需要，因此汽车离合器的主动部分和从动部分是经常处于接合状态的。摩擦副采用弹簧压紧装置即是为了适应这一要求。当希望离合器分离时，只要踩下离合器操纵机构中的踏板，套在从动盘毂的环槽中的拨叉便推动从动盘克服压紧弹簧的压力向松开的方向移动，而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力的传递。当需要重新恢复动力传递时，为使汽车速度和发动机转速变化比较平稳，应该适当控制离合器踏板回升的速度，使从动盘在压紧弹簧压力作用下，向接合的方向移动与飞轮恢复接触。二者接触面间的压力逐渐增加，相应的摩擦力矩也逐渐增加。当飞轮和从动盘接合还不紧密，二者之间摩擦力矩比较小时，二者可以不同步旋转，即离合器处于打滑状态。随着飞轮和从动盘接合紧密程度的逐步增大，二者转速也渐趋相等。直到离合器完全接合而停止打滑时，汽车速度方能与发动机转速成正比。                                      摩擦离合器所能传出的最大转矩取决于摩擦面间的最大静摩擦力矩，而后者又由摩擦面间最大压紧力和摩擦面尺寸及性质决定。故对于一定结构的离合器来说，静摩擦力矩是一个定值，输入转矩一达到此值，离合器就会打滑，因而限制了传动系所受转矩，防止超载,因此，对于离合器的具体结构的要求就有这三点：
  首先是在保证传动发动机最大转矩的前提下，满足两个基本性能要求，即分离彻底和接合柔和.                                                其次，离合器从动部分的转动惯量要尽可能小。如果这个转动惯量大的话，当换档时，虽然由于分离了离合器，使发动机与变速器之间联系脱开，但离合器从动部分较大的惯性力矩仍然输入给变速器，其效果相当于分离不彻底，就不能很好地起到减轻轮齿间冲击地作用.                          此外，还要求离合器散热良好。因为在汽车行驶过程中，驾驶员操纵离合器地次数是很多的，这就使离合器中由于摩擦面间频繁地相当滑磨而产生大量地热。离合器接合愈柔和，产生地热量愈大，这些热量如不技术散出，对离合地工作将产生严重地影响.                                        以上就是摩擦离合器的总体构造和工作原理了，而随着所用摩擦面的数目（从动盘的数目）、压紧弹簧的形式及安装位置，以及操纵机构形式的不同，其总体构造也有差异，因此摩擦离合器又可分为:                      单盘离合器：只有一片从动盘，其前后两面都装又摩擦片，因而具有两个摩擦面。                                                            双盘离合器：即增加了一个从动盘。                                  周布弹簧离合器：采用若干个螺旋弹簧作压紧弹簧，并沿摩擦盘圆周分布。                                                                  中央弹簧离合器：仅具有一个或两个较强力的螺旋弹簧并安置在中央.                                                                      膜片弹簧离合器：是以膜片弹簧作为压紧弹簧                      (2)液力偶合器靠工作液（油液）传递转矩，外壳与泵轮连为一体，是主动件；涡轮与泵轮相对，是从动件。当泵轮转速较低时，涡轮不能被带动，主动件与从动件之间处于分离状态；随着泵轮转速的提高，涡轮被带动，主动件与从动件之间处于接合状态。
   
(3)电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。如在主动与从动件之间放置磁粉，则可以加强两者之间的接合力，这样的离合器称为磁粉式电磁离合器。
   
    目前，与手动变速器相配合的绝大多数离合器为干式摩擦式离合器，按其从动盘的数目，又分为单盘式、双盘式和多盘式等几种。湿式摩擦式离合器一般为多盘式的，浸在油中以便于散热。  采用若干个螺旋弹簧作为压紧弹簧，并将这些弹簧沿压盘圆周分布的离合器称为周布弹簧离合器（如图所示）。采用膜片弹簧作为压紧弹簧的离合器称为膜片弹簧离合器。                                                                (4)自动离合器随着电子技术在汽车上应用，一种自动离合器系统也进入了汽车领域。这种由控制单元（ECU）控制的离合器已经应用在一些轿车上，使手动变速器换档的一个重要步骤—离合器的断开与接合能够自动地适时完成，简化了驾驶员的操纵动作。                                                                    离合器分有拉线和液压式两种，自动离合器也分为两种：机械电机式自动离合器和液压式自动离合器。机械电机式自动离合器的ECU汇集油门踏板、发动机转速传感器、车速传感器等信号，经处理后发送指令驱动伺服马达，通过拉杆等机械形式驱使离合器动作；液压式自动离合器则是由ECU发送信号驱动电动液压系统，通过液压操纵离合器动作。下文主要介绍液压式自动离合器。    液压式自动离合器在目前通用的膜片离合器的基础上增加了电子控制单元（ECU）和液压执行系统，将踏板操纵离合器油缸活塞改为由开关装置控制电动油泵去操纵离合器油缸活塞。
  变速器控制单元（ECU）与发动机控制单元（ECU）是集成在一起的，根据油门踏板、变速器档位、变速器输入/输出轴转速、发动机转速、节气门开度等传感器反馈信息，计算出离合器最佳的接合时间与速度。    自动离合器的执行机构由电动油泵、电磁阀和离合器油缸组成，当ECU发出指令驱动电动油泵，电动油泵产生的高压油液通过电磁阀输送到离合器油缸。通过ECU控制电磁阀的电流量来控制油液流量和油液的通道变换，实现离合器油缸活塞的移动，从而完成汽车起动、换档时的离合器动作。    液压式自动离合器工作原理图ECU1指发动机ECU，ECU2指自动离合器ECU 具有自动离合器装置的汽车与自动变速器（AT）和无级变速器（CVT）汽车相比，它在运行经济性方面有优势，因为它的变速器还是手动变速器，因此耗油比较低，制造成本也低于AT和CVT。当然，汽车操纵的便利性也会逊于AT和CVT，毕竟它是装配手动变速器，仍然要手动换档。
三．进度安排：
1．第4周到第6周主要任务是收集资料包括外文资料，通过学习和翻译外文资料要达到对外文资料的理解并能够达到把握国内外的动态写开题报告要通过收集各种资料对设计方案的选择进行比较真正达到选型恰当经济实惠的效果学习如何书写专利，通过学习如何写申请专利，了解如何保护知识产权的方法。
2．第7周到第8周主要任务是对选型好的离合器进行各种零件的设计计算和校核，通过这个过程要巩固以往的学习的专业知识包括理论力学，材料力学，机械设计及以内燃机学和汽车构造等相关的专业知识。
3．第9周到第10周主要任务是Auto CAD绘制离合器的装配图，在这个过程中要熟悉如何用电脑绘制工程图并学习以往学过的画法几何和互换技术的知识，达到绘制一个较好的离合器装配图。
4．第11周到第12周主要任务让导师检查第6周到第9周的错误，然后认真改正从而达到选型和绘图完整正确的目的。
5．第12周到第13周主要任务是手工绘制离合器的重要零件图以提高手工绘图的熟练性，从而熟悉一个零件图上应该有的东西，包括公差配合等要求。
6．第14周到第15周写说明书并校核以往做的任务，达到任务正确，做图完整，计算明确的目的。并让导师检查以往的任务包括外文翻译开题报告、专利申请、装配图、零件图、说明书。                                                           
    四．文献综述：
通过翻译英文文献，懂得了离合器的最新发展动态，例如离合器如何加快散热，以确保延长离和器的使用寿命，从而达到正确的选择比较合适的离合器，而这份英文文献正是说明湿式离合器如何加快散热，以及通过理论上数学模型的建立达到了选择最佳的离合器。                                             
    通过查阅大量的离合器设计资料懂得了如何正确选择离合器，通过对陈家瑞和刘惟信出版的《汽车构造》和《离合器的设计》，明白了如何选择合适的离合器，常见的摩擦离合器有周置弹簧离合器，中央弹簧离合器以及膜片弹簧离合器，而周置弹簧离合器和中央弹簧离合器由于缺点比较多，所以周置弹簧离合器和中央弹簧离合器已经逐步被淘汰了，而膜片弹簧离合器正是由于有很多的优点越来越被市场看好，比如膜片弹簧离合器有以下诸多优点膜片弹簧的轴的尺寸较小而径向尺寸很大，这有利于在提高离合器传递扭矩能力的情况下，减小离合器的轴向尺寸膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用。故不需专门的分离杠杆，使离合器结构大大简化，零件数目少，是轻。由于膜片弹簧轴向尺寸小，所以可以适当增加压盘的厚度，提高势容量；而且还可以在压盘上增设散势筋以及在离合器盖上开设较大的通风孔来改盖散热条件。膜片弹簧离合器的主要部件形式简单，可以采用冲压加工，大批量生产时可以降低生产成本，而对单片和双片离合器的比较我们更选择双片膜片弹簧离合器，因为由于双片允许磨损的体积是单片的2倍数其使用寿命要长由于有两个摩擦片平行工作，离合器接合能力从动息逐步压紧，所以汽车起步平稳，变速器快速转换挡时，快速换挡时转矩值。也较小，可以延长变速器的寿命。可以说经过这三周对文献的大量查阅，最终选择了比较适合自己课题的离合器类型，这三周的过程对自己的帮助很大，使自己获益浅。
  并且了解关于电控离合器的内容, ﹙1﹚电控离合器起动时电子系统从已经存储的发动机万有特性中得到最佳起动转速，把这个最佳传动转速输送到离合器控制回路，驱动离合器液压(气压或机电)执行机构，将离合器柔和地联结，如此实现稳定柔和地起动。不论在平路起动还是在坡路起动，驾驶都象正常驾驶一样，仅仅是操纵油门踏板就足够了，既不必担心发动机熄火又不必担心引起发动机的突然提速。﹙2﹚电控离合器 换档时一个安装在变速器上的传感器感应到驾驶者想换档，于是通知电子控制系统给离合器一个分开的指令。当传感器发出已经挂入新档的信号时，离合器即在规定的打滑限度之内去自动结合。换档时驾驶员不再需要点一下油门，进一步提高驾驶的舒适性，这是由于在换档时，节气门自动进入受电子控制离合器控制状态，而在换档结束后又自动脱离电子控制离合器的控制缘故。﹙3﹚ 电控离合器正常行驶时电子控制离合器为驾驶员提供的最重要的功能是控制打滑。电子控制离合器能计算出发动机转速和变速器传动轴转速之间的差值，把液力(气压或机电)驱动离合器的打滑控制在最小的程度，保证离合器总能传递发动机全部输出扭矩。这个在控制之内的离合器打滑，缓冲了发动机运转的不均匀性。该系统所设定的打滑转速差为10r／min到100r／rain之间。其具体数值的决定应在提高驾驶舒适性和降低能量消耗之间进行优化，优化的值与汽车的类型、行驶性能以及所采用的发动机的万有发动机。﹙4﹚电控离合器改变负荷时因为发动机运转的不均匀性还与负荷有关，所以电子控制离合器还为此采集节气门开度信号。通过在变负荷时节气门开度的控制，使汽车的窜动现象被很好地抑制。如果采用传统离合器，当驾驶员变负荷猛踩油门时，汽车通常会出现向前和向后窜动.
    每一位汽车驾驶员都知道，在光滑路面上挂倒档时应刹住驱动轮，此时不需防抱死系统和防 发动机一变速箱打滑系统的帮助。此时电图3 改变负荷时电子控制离合器子控制离合器能对驱动减振效果图已经被刹住的电信号进行处理：自动地分开离合器，并且同时松开对车轮的制动。如果制动过程即将结束时，发动机又已经连接上的话，那么离合器在此时自动分开是很有意义的。除此以外，电子控制离合器还能避免从制动到汽车停住过程中的发动机熄灭现象。电子控制离合器和离合器踏板联结是有意义的，虽然这样做失去了不用踩离合器踏板就能换档的舒适性，却能解决换档嘎嘎声、冲击和嗡嗡声的问题。电子控制器通过带快速比例控制阀的液压(气压、机电)执行机构，控制离合器的驱动油缸(气缸、杆)。打滑所消耗的能量转化成热能传到大气中。对畅销的干式摩擦片的测试表明：干式摩擦片能承受打滑产生的热负荷。这种电子控制离合器从隔振出发，通过富有重要意义的对ABS和ASR的补充，直至不需踩离合器踏板的换档，明显提高了驾驶的舒适性。
电子控制离合器的优点综合来说，电子控制离合器有如下优点：不用踩离合器踏板的起步；在坡路上起步没有问题；没有
憋车现象；换档时不用踩离合器；换档时不用收油门；没有怠速
噪声；没有前后冲击噪声；明显降低车身的嗡嗡声；扭矩过载限
制；再也没有所谓的窜动现象；对ABS和ASR的有益补充；通过滑行作用节油。
    了解了关于超越离合器的知识,超越离合器是随着机电一体化产品的发展而出现的新兴基础件，它是用于原动机和工作机之间或机器内部主动轴与从动轴之间动力传递与分离功能的重要部件。利用主、从动部分的速度变化或旋转方向的变换，具有自行离合功能的装置。滚柱式超越离合器的应用历史较早，据文献报道于1878年就以“换向电动机”为题载入DRP2804．47h5专利中，用在换向机构上，有一百多年发展史，结构形式繁多。我国在五、六十年代曾普遍的使用滚柱式超越离合器，进入七十年代以来，在引进的机床、印刷机械、包括机械等因滚柱式超越离合器的工作可靠性差、承载能力低、星轮加工困难、工艺性差、特别新开发研制的机械设备上，都很少使用，而采用更为优越的楔块式超越离合器。楔块式超越离合器是继滚柱式超越离合器之后开发的一种新型离合器，由德国人于1916年发明，但对整个结构没有作说明。六年后又一发明者，对楔块工作面的形状作了介绍，为楔块式超越离合器的进一步发展打下基础。并以承载能力大、自锁可靠、解脱轻便、结构紧凑、操作方便，在机械传动中得到广泛的应用。首先美国在飞机和汽车上推广应用，例如美国在波音707飞机和F4一L轰炸机及M102—105轻榴弹炮上采用。美国兰斯顿包装机械、德国的海德堡及日本小森、三菱等印刷机械德国、DANA制造工厂遍布世界8个国家，员工总人数约45000人，德国的STIEBER为DANA多种系列产品，特别是设计制造特殊孔径、较大力矩、特种功能的超越离合器供应世界各国。另外瑞典SKF、日本精工、椿木等都是具有一定规模的专业工厂研发和生产各种类型的超越离合器。
我国对楔块式超越离合器的研发较晚，二十世纪七十年代由于新开发产品的要求和引进产品的国产化，促使对楔块超越离合器的研制。历经三十多个春秋，我国自行研制和生产的楔块式超越离合器基本能满足一般工况的生产和科研要求。但是生产的楔块式超越离合器大都是接触式的，在高速运转时，由于楔块与内环间的摩擦和磨损及其发热，使之离合器早期失效。而非接触式楔块超越离合器优越性之一就是在高速运转时实现无摩擦运转，减小磨损和发热，提高了产品寿命。非接触式楔块超越离合器研制与开发将使超越离合器发展提高到一个崭新的向式超越离合器.
    新型的非接触式楔块超越离合器在安装使用时将内环安装在主机高速轴上,靠键和轴伸连接。外环靠装在内环上的两个轴承托持着,并由螺钉与两个端盖紧固在一起。内环工作面与外环之间的滚道装有由若干个楔块，轭板和挡销组成的楔块装配，复位弹簧分别套在楔块两端圆柱上，扭簧的一端插入楔块面小孔中，另一端靠在挡销上，固定挡环将内环和楔块装配可连在一起，外环通过螺钉与半体(法兰)连接。当主机启动(按较高速度转动)时，高速驱动装置轴伸将带动内环和楔块装配在一起旋转，这时必然会产生离心力，这个离心力将会对楔块的支承点有个转矩，其方向与扭簧施加给楔块的转矩相反，并有使楔块与外环脱离接触的趋势，但是,当楔块离心力产生的转矩不足以克服扭簧施加给楔块的转矩，楔块是与内环工作面互相接触的，它与外环产生相对滑动摩擦。随着轴伸转速的提高，楔块离心力而迅速的增加，当内环转速达到或超过离合器的非接触转速时，楔块离心力产生的转矩增加到大于扭簧施加给楔块的转矩.
    并对日本和德国等汽车制造强国关于离合器图册方面的分析，我们学到了关于离合器结构的选择以及如何优化设计离合器，更懂得了离合器的重要性，以及设计离合器在工程上的应用可以说经过这三周对文献的大量查阅，最终选择了比较适合自己课题的离合器类型，这三周的过程对自己的帮助很大，使自己获益非浅。
五．参考文献：
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