宝马325i膜片弹簧离合器的设计.doc

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目录
1 概述 1
1.1 离合器的结构组成 2
1.1.1 主动部分 2
1.1.2 从动部分 3
1.1.3 扭转减震器 3
1.1.4 压紧机构 3
1.1.5 操纵结构 3
1.2 离合器的功用 3
1.3 设计基本要求 4
2 结构方案选择 5
2.1从动盘数及干、湿式的选择 5
2.2 压紧弹簧的结构型式及布置的选择 5
2.3操纵机构的选择 6
2.4离合器的通风散热 6
2.5膜片弹簧的支承形式 7
2.6压盘的驱动方式 7
3 离合器主要参数的选择 8
3.1 离合器后备系数β的确定 8
3.2 单位压力的确定 8
3.3 摩擦片外径D、内径d和厚度b 8
3.4摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙Δt 9
4 离合器盖总成设计 13
4.1膜片弹簧设计 13
4.2膜片弹簧的弹性特性 14
4.3 膜片弹簧得强度校核 15
4.4 膜片弹簧材料及制造工艺 17
4.5 膜片弹簧的优化设计 17
4.6压船设计 20
4.6.1压盘几何尺寸的确定 20
4.6.2 升温校核 20
4.7 离合器盖的设计 21
4.8支承环 21
5从动盘总成设计 22
5.1 扭转减震器设计 22
5.2从动盘毂设计 23
6 离合器的操纵系统设计 26
6.1 对离合器操纵机构的基本要求 26
6.2 踏板位置 26
6.3 踏板行程 26
总结 28
参考文献 29

1 概述
汽车诞生之前马车是人类最好的陆上交通工具。1770年法国人呢古拉斯古诺将蒸汽机装在板车上，制造出第一辆蒸汽板车，这是世界上第一辆利用机器为动力的车辆。1769年，瑞士军官普兰捷尔也造出一辆以蒸汽机为动力的自由行驶的板车，于是又人将普兰捷尔也认定为汽车的始祖之一。1860年，法国人艾迪勒努瓦发明了一种内部燃烧的汽油发动机，1885年德国工程师卡尔奔驰在曼海姆制成一部装有0.85马力汽油机的三轮车。德国另一位工程师戈特利布戴姆勒也同时造出了一辆用1.1马力汽油机作动力的三轮车。他们两被公认为以内燃机为动力的现代汽车的发明者，1886年1月29日也被公认为汽车的诞生日。
汽车从无到有并迅猛发展。从20世纪初到20世纪50年代，汽车产量大幅增加，汽车技术也有很大进步，相继出现了高速汽油机、柴油机：弧齿锥齿轮和准双面锥齿轮传动、带同步器的齿轮变速器、化油器、差速器、摩擦片式离合器、等速万向节、液压减震器、石棉制动片、充气式橡胶轮胎等。
20世纪50年代到70年代，汽车的主要技术是高速、方便、舒适、流线型车身、前轮独立悬架、液力自动变速器、动力转向、全轮驱动、低压轮胎、子午线轮胎都相继出现。
20世纪70年代至今，汽车技术的主要发展是提高安全性、降低排放污染。由此各种保障安全、减少排放污染的新技术、新车型相继出现，如各种防抱死系统、电子控制喷油、电子点火、三元催化转化系统、电动汽车等。
现代汽车技术发展的方向主要表现在以下几个方面：
1）安全可靠 应用汽车防抱死制动系统（ABS）、汽车驱动防滑系统（ASR）、电控稳定程序（ESP）、电子巡航控制系统（CCS）、安全带、安全气囊（SRS）等。
2）环境保护 采用电控燃油喷射（EFI）、无分电器点火（DLI）、废气再循环控制系统、燃油蒸发排放控制系统、气门升程与配气相位可变控制系统、断油控制、进气压力波增压及废气涡轮增压控制、共轨电控柴油喷射系统等技术。
3）节约能源1、整车轻量化 美国专家认为今后轻量化的途径主要是将目前汽车质量70%的钢铁材料换成轻的其他材料，特别是塑料和铝。2、降低轮胎的滚动阻力 采用子午线轮胎、高性能专用轮胎。3、降低空气阻力 汽车造型更加光顺圆滑。
4）代用材料 采用合成燃料、液化石油气、压缩天然气、醇类燃料等代用燃料。
5）操纵轻便、乘坐舒适 采用自动变速器、电控动力转向、电控悬架、汽车空调、全球卫星定位系统、不停车收费系统、自动避撞系统等技术。
摩擦离合器是应用的最广泛也是历史最久的一类离合器，它基本上是由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于结合状态并能传动动力的基本机构，而离合器的操纵机构主要是使离合器分离的装置。
在以内燃机为动力的汽车机械传动系中，离合器用来切断和实现对传动系的动力传递，以保证：在汽车岂不是将发动机与传动系平顺结合，使汽车能平稳起步，在换挡时将发动机与传动系迅速彻底的分离，减少变速器中齿轮冲击，以便于换挡：在工作中受过大的载荷时，考离合器打滑来保护传动系，防止零件因过载而损坏。
随着汽车发动机转速和功率的不断提升、汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发，传统的推式膜片离合器结构正在逐渐的向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操作形式正向自动操纵形式发展。因此，提高离合器的可靠性和使用寿命，适应高转速，增加传递转矩的能力和简化操作，已成为离合器的发展趋势。
1.1 离合器的结构组成
1.1.1 主动部分
主动部分包括飞轮、离合器盖、压盘等机件组成。这部分与发动机曲轴连在一起。离合器盖与飞轮靠螺栓连接，压盘与离合器盖之间是靠传动片传递转矩的。
1.1.2 从动部分
从动部分是由单片、双片或多片从动盘所组成，它将主动部分通过摩擦传来的动力传给变速器的输入轴。从动盘由从动盘本体，摩擦片和从动盘毂三个基本部分组成。为了避免船东方向的共振，缓和传动系受到的冲击载荷，大对数汽车都不在离合器的从动盘上附装有扭转减震器。
1.1.3 扭转减震器
离合器结合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘传给了从动盘两侧的摩擦片，带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减震器盘转动。从动盘本体和减震器盘又通过六个减震器弹簧把转矩传给了从动盘毂。因为有弹性环节的作用，所以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。传动系中的扭转振动会使从动盘毂相对于从动盘本体和减震器盘来回转动，夹在它们之间的减震阻尼片靠摩擦消耗扭转振动的能量，将扭转振动衰减下来。
为了使汽车能平稳起步，离合器应能柔和结合，这就需要从动盘在轴向具有一定弹性。为此，往往在东盘本田圆周部分，沿径向和周向切槽。再将分割形成的扇形部分沿周向翘曲成波浪形，两侧的两片摩擦片分别与其对应的凸起部分相铆接，这样从动盘被压缩时，压紧力沿翘曲的扇形部分被压平而逐渐增大，从而达到结合柔和的效果。
1.1.4 压紧机构
压紧机构主要由螺旋弹簧组成，与主动部分一起旋转，它以离合器盖为依托，将压盘压向飞轮，从而将处于飞轮和压盘间的从动盘压紧。
1.1.5 操纵结构
操纵机构是为驾驶员控制离合器分离与结合程度的一套专设机构，它是由位于离合器壳内的分离杠杆（在膜片弹簧离合器中，膜片弹簧兼起分离杠杆的作用）、分离轴承、分离套筒、分离叉、回位弹簧等机件组成的分离机构和位于离合器壳外的离合器踏板及传动机构、阻力机构等组成。
1.2 离合器的功用
离合器的主要功用是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地结合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；在工作中受到较大的载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系各零部件因过载而损害；有效地降低传动系中的振动和噪声。
1.3 设计基本要求
摩擦式离合器的结构类型非常多，而且有多种组合方式，但不管哪种结构类型，也不管是什么组合方式，对它们的使用要求是一致的。
（1）能可靠地传递发动机的最大转矩。
（2）接合过程要平顺、柔和，使汽车起步时没有抖动和冲击。
（3）分离时要迅速、彻底。
（4）离合器从动部分的转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击。
（5）高速旋转时具有可靠的强度，应注意平衡，免受离心力的影响。
（6）应使汽车传动系避免共振，具有吸收振动、冲击和减小噪声的功能。
（7）操纵轻便，工作性能稳定，使用寿命长。
以上这些要求都要依靠离合器的某些机构来保证，因此，要牢记这些要求，以便在进行离合器的结构设计时，合理地选择离合器的结构参数。

2 结构方案选择
2.1从动盘数及干、湿式的选择
单片干式摩擦离合器其结构简单，调整方便，轴向尺寸紧凑，分离彻底，从动件转动惯量小，散热性好，采用轴向有弹性的从动盘时也能结合平顺。因此，广泛用于各级轿车及微、轻、中型客车与货车，在发动机转矩不大于1000牛/米的大型客车和重型货车上也有所推广。当转矩更大时可采用双片干式或双片湿式摩擦离合器。因本设计的离合器是用于轿车上的，选用单片干式摩擦离合器。
2.2 压紧弹簧的结构型式及布置的选择
周置弹簧离合器的压价弹簧均采用圆柱螺旋弹簧并均匀布置在同一个圆周上。有的重型汽车将压紧弹簧布置在同心的两个圆周上。其结构简单制造容易，因此用比较广泛。在高转速离心力的作用下，周置弹簧易歪斜甚至严重弯曲鼓出而显著降低压紧力：另外，压紧弹簧直接与压盘接触，易受热退火，且当发动机最大转速很高时周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲，是弹簧压紧力下降，离合器传递转矩的能力随之降低。此外，弹簧靠到它的定为面上，造成接触部位严重磨损，甚至出现弹簧断裂的现象。
中央弹簧离合器采用一至两个圆柱螺旋或用一个圆锥弹簧作为压紧弹簧，并且布置在离合器的中心，这是压紧弹簧不与压盘直接接触，因此压盘由于摩擦而长生的热量不会直接传给弹簧而使其回火失效。压簧的压紧力是经杠杆系统作用于压盘，并按杠杆比放大，因此可用力量较小的弹簧得到足够的压盘压紧力，使操纵轻便。采用中央圆柱螺旋弹簧是离合器的轴向尺寸较大，而矩形断面的锥形弹簧则可明显缩小轴向尺寸，但其制造却比较困难，故中央弹簧离合器多用在重型汽车上以减轻其操纵力。根据国外的统计资料：挡在货汽车的发动机转矩大于400～450牛/米时，常常采用中央弹簧离合器。
斜置弹簧离合器是重型汽车采用的一种新型结构。以数目较多的一组圆柱螺旋弹簧为压紧弹簧，分别以倾角α斜向作用于传力套上，跟着在推动压杆并按杠杆比放大后作用与压盘上。因此，斜置弹簧离合器与前两种离合器相比，其突出优点是工作性能十分稳定。与周置弹簧离合器比较，其踏板力可降低35%左右。
膜片弹簧离合器的结构主要特点是采用一个膜片代替传统的螺旋弹簧和分离杠杆。其结构特点如下：
1）膜片弹簧的轴向尺寸较小而径向尺寸很大，这有利于在提高离合器传递转矩能力的情况下离合器的轴向尺寸。
2）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，质量轻。
3）由于膜片弹簧轴向尺寸小，所以可以适当增加压盘的厚度，提高热容量；而且还可以在压盘上增设散热筋及在离合器盖上开设较大的通风孔来改善散热条件。
4）膜片弹簧离合器的主要部件形状简单，可以采用冲压加工，大批量生产时可以降低生产成本。
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和中型客车、货车上得到广泛的应用，而且逐渐扩展到大型货车上。
综上所述：本设计采用推式膜片弹簧。
2.3操纵机构的选择
由于机械式结构简单，制造容易，工作可靠多应用于货车，但该装置质量大，杠杆之间饺点多，因而摩擦损失较大，传动效率低，其工作受到发动机震动以及车身或车架变形的影响，不采用那种吊挂式的踏板结构。在平头汽车上杆系的结构复杂，合理布置杆系也较困难，踏板的自由行程将加大，刚度也变差。然而，液力操纵机构具有摩擦阻力小，转动效率高，质量小，布置方便，便于采用吊挂踏板，驾驶室容易密封，发动机的振动和车架或驾驶室的变形不会影响其正常工作，离合器接合柔和等优点。综上所述，本次设计选用液压式操纵机构。
2.4离合器的通风散热
实验表明，离合器的磨损是随温度的升高而增大的，当压盘工作表面温度超过一定温度时，摩擦片磨损急剧增加。在正常使用条件下的离合器压盘工作表面温度在180℃。在特别严酷的使用条件下，压盘表面的瞬时温度有可能高达1000℃。过高的温度能使压盘受热变形产生裂纹。为了使摩擦表面温度不致过高，除要求压盘有足够的重量以保证足够的热容量外，还要求通风散热性良好。改善离合器的通风措施有：
1）在压盘上设置散热筋；
2）在离合器盖上开较大的通风口，在离合器外壳上设有通风窗；
2.5膜片弹簧的支承形式
推式膜片弹簧支承结构按支承环数目不同可分三种：
1）双支承环形式 用台肩式铆钉将膜片弹簧、两个支承环与离合器盖定位铆合在一起，结构简单；
2）单支承环形式 在冲压离合器盖上冲出一个环形凸台来代替后支承环，使架构简单，或在铆钉前侧以弹性当环代替前支承环，以消除膜片弹簧与支承环之间的轴向间隙；
3）无支承环形式 利用斜头铆钉的头部与冲压离合器盖上冲出的环形凸台将膜片弹簧铆合在一起，取消前后支承环，或在铆钉前侧以弹性当环代替前支承环，离合器盖上的环形凸台代替后支承环，使结构更简化或取消铆钉，离合器盖内边缘处伸出的许多舌片将膜片弹簧与弹性挡环和离合器盖上的环形凸台弯合在一起，结构最为简单。本次设计选用双支承环式。
2.6压盘的驱动方式
压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时它和飞轮一同带动从动盘转动，所以他应与飞轮连接在一起，但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由作轴向移动。
压盘的驱动方式主要有凸块—窗孔式、传力销式、键块式和弹性传动片式等多种。前三种的共同缺点是在连接件之间有间隙，在传动中将产生冲击和噪声，而且在零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低了离合器的传动效率。弹性传动片式是最近广泛采用的驱动方式，沿圆周切向布置的三组或四组薄弹簧钢带传动片两端分别于离合器盖和压盘以铆钉或螺栓连接，传动片的弹性允许压盘做轴向移动。弹性传动片驱动方式简单，压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，工作可靠，寿命长。故本次选用弹性传动片式。
3 离合器主要参数的选择
3.1 离合器后备系数β的确定
后备系数β是离合器设计时应该确定的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择β时，应考虑一下几点：
1）摩擦片在使用中磨损后，离合器还能可靠地传递发动机最大转矩。
2）要能防止离合器滑磨过大。
3）要能防止传动系过载。
为可靠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，当使用条件恶劣，为提高起步能力，减小离合器滑磨，β应选取大些。采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，β选取值应大些。发动机缸数越多，转矩波动越小，β可选取小些。
考虑以上影响因素和设计车型为轿车，根据β的取值范围β=1.20～1.75，同时参考其他同类车型选取β=1.5。
3.2 单位压力的确定
单位压力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，发动机后备功率大小，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，应取小些。当摩擦片外径较大时，为降低摩擦片外源出的热负荷，应取小些，后备系数较大时可适当增大。
采用石棉基材料时=0.15～0.35(MPa)，本设计选用0.2MPa。
3.3 摩擦片外径D、内径d和厚度b
摩擦片外径是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构和使用寿命，它和离合器所需传递的转矩的大小有一定关系。发动机转矩是重要参数，安发动机最大转矩（N.m）来选定D，由下列公式可得：
D= (3-1)
取KD=14.6
代入数据
根据表3-1技术标准摩擦片的外径选250mm左右。
查摩擦片尺寸的系列化合标准化，选取标准摩擦片外径D=250mm，内径d=155mm，厚度b=3.5mm,内外径之比d/D=0.620，单位面积A=302mm2。
表3-1 离合器摩擦片尺寸系列和参数
外径D（mm）
160
180
200
225
250
280
300
325
350
380
405
430
内径d(mm)
110
125
140
150
155
165
175
190
195
205
220
230
厚度（mm）
3.2
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
4
4
4
4
C’=d/D
0.687
0.694
0.700
0.667
0.620
0.589
0.583
0.585
0.557
0.540
0.543
0.535
1- C’3
0.676
0.667
0.657
0.703
0.762
0.796
0.802
0.800
0.827
0.843
0.840
0.847
单面面积（mm2）
106
132
160
221
302
402
466
546
678
729
908
1037
3.4摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙Δt
摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。摩擦片的材料主要有石棉基材料、粉末冶金材料和金属陶瓷材料等。石棉基材料的摩擦因数f受工作温度、单位压力和滑磨速度的影响较大，而粉末冶金和金属陶瓷材料的摩擦因数f较大且稳定。各种摩擦材料的摩擦因数f的取值范围见表3-2。
表3-2 摩擦材料的单位压力P0、摩擦因数f的取值范围
摩擦片材料
单位压力/MPa
摩擦因数f
石棉基材料 模压
编织
0.15-0.25
0.20-0.25
0.25-0.35
0.25-0.30
粉末冶金材料 铜基
铁基
0.35-0.50
0.25-0.30
0.35-0.50
金属陶瓷材料
0.70-1.50
0.4
在这设计摩擦因数f取0.25。
摩擦面数Z为离合器从动盘数的两倍，本设计为单盘离合器设计，所以Z为2。
离合器间隙Δt是指离合器处于正常接合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全接合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。该间隙Δt一般为3～4mm。本设计选用3mm。
3.5 主要参数校核
1）摩擦片的外径D的选取应使最大圆周速度V不超过65～75m/s。
Ｖ＝ （3-2）
式中：D-摩擦片外径mm；
n -发动机最大功率时转速r/min；
V-摩擦片最大圆周速度ｍ／ｓ；
V===35.98m/s＜65m/s
符合条件
2）摩擦片的内外径比c应在0.53～0.7范围内。
在本设计中c=0.620 符合要求
3）后备系数β的最大范围1.20～4.0。
在本设计中β=1.5
4）单位压力。
摩擦离合器是靠摩擦表面的摩擦力矩来传递发动机转矩。离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为：
=fFZRc （3-3）
式中：-为静摩擦力矩牛每米。
f -摩擦面间的静摩擦因数，取f=0.25。
F-压盘施加在摩擦面上的工作压力，单位：N。
Z-摩擦面数，为从动盘数两倍。Z=2。
Rc-摩擦片的平均摩擦半径，单位：mm。
假设摩擦片上工作压力均匀，则有：
F=A= （3-4）
式中：-摩擦面单位压力，单位：M。
A-一个摩擦面的面积：m；
D-摩擦片外径：mm；
d -摩擦片内径：mm；
摩擦片的平均摩擦半径根据压力均匀假设，可表示
= （3-5）
将式（3-3）与（3-5）带入（3-4）得：
=fZP0 （3-6）
式中：c-摩擦片内外径之比，c=0.620。
为了保证离合器在任何情况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时应大于发动机最大转矩，即
=β （3-7）
则根据以上相应计算公式及相关数据可得：
由（3-7）得：
=β=1.5×250=375N.m
由（3-6）验算单位压力，则：
375=
=0.156M 在所要求范围内。
由式（3-5）：
=
有公式（3-3）：

4 离合器盖总成设计
4.1膜片弹簧设计
1）比值H／ｈ和板厚ｈ的选择。比值H／ｈ对于膜片弹簧的弹性特性影响极大，如图4-1。通过分析可知，当H／ｈ＜时，＝为增函数；H／ｈ＝时，＝有一极值，该极值点恰为拐点；当H／ｈ＞时，＝有一极大值和一极小值；当H／ｈ＝2时，＝的极小值落在横坐标上。为保证离合器压紧力变化不大和操作轻便，汽车离合器用膜片弹簧的H／ｈ一般为1.5~2.0，板厚ｈ为2~4ｍｍ。本设计选用H/h为1.5，h为3，则H为4.5mm。

图4-1膜片弹簧的弹性特性曲线
2）比值R/r和R、r的选择。通过分析表明，R/r越小，应力越高，弹簧越硬，弹性曲线受直径误差影响越大。汽车离合器膜片弹簧根据结构布置和压紧力的要求，R/r常在1.2～1.3 的范围内取值。本设计中取，摩擦片的平均半径mm， 取mm，则mm，取整数123mm。=90mm，其满足(r-)>的要求
3.圆锥底角
汽车膜片弹簧在自由状态时，圆锥底角α一般在°范围内，本设计中 得°在°之间，合格。分离指数常取为18，大尺寸膜片弹簧有取24的，对于小尺寸膜片弹簧，也有取12的，本设计所取分离指数为18。
4.切槽宽度
mm，mm，取mm，mm，应满足的要求。
5. 压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定
应略大于且尽量接近r，应略小于R且尽量接近R。本设计取mm，mm。膜片弹簧应用优质高精度钢板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。国内常用的碟簧材料的为60Si2MnA，当量应力可取为1600～1700N/mm2。
本次设计取，H/h=1.5，H=4.5mm，h=3mm，R/r=1.2，R=123mm，r=102mm，α=12.09，n=18，=25mm，=3.2mm，=10mm，=90mm，55mm。
4.2膜片弹簧的弹性特性
假设膜片弹簧在承载过程中，其子午断面刚性地绕此断面上的某中性点O转动。
通过支持环和压盘加载膜片弹簧上的载荷集中在支承点处，加载点间的相对轴向变形为（mm），则膜片弹簧的弹性特性如下式表达
=（4-1）
式中，E为材料的弹性模量（M），对于钢：E=2.1× M；为材料的泊松比，对于钢：=0.3；H为膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截面锥高度（mm）；h为膜片弹簧钢板厚度（mm）；R、r分别为自由状态下碟簧部分大、小端半径（mm）；、分别为压盘加载点和支承环加载点半径（mm）。
代入数据
=
=2038N
当离合器分离时，膜片弹簧的加载点将发生变化。设分离轴承对分离指端所加载荷为，相应作用点变形为(mm)；另外，在分离与压紧状态下，只要膜片弹簧变形到相同的位置，其子午断面从自由状态也转过相同的角度，则有如下关系
= （4-2）
==11.4mm
= （4-3）
式中，为分离轴承和分离指的接触半径（mm）。
==466N
4.3 膜片弹簧得强度校核
子午断面在中性点O处沿圆周方向的切向应力为零，O点以外的点均存在切向应变力和切向应力。建立坐标xOy，则断面上任意点（x、y）的切向应力 （M）为
= （4-4）
式中，α为自由状态时圆锥底角 （rad）；为从自由状态起，子午断面的转角（rad）；e为中性点半径（mm），e=。
由上公式可知，当一定时，一定的切向应力在坐标轴系中呈现线性分布，当=0时有
y= (4-5)
因很小，≈则表明：对于一定的零应力分布在过O点而与x轴成角的直线上。实际上，当x=时，无论为何值，均存在y=，即对于一定的，等应力线都汇交与K点，其坐标为x=，y=。显然，ＯＫ为零应力直线，其内侧为压应力区，外侧为拉应力区；等应力线越远离零应力线，其应力值越高。由此可见，弹簧部分内上缘Ｂ点的切向压应力最大。当Ｋ点的纵坐标＞时，点的切向拉应力最大。
分析表明，B点的应力值最高，通常只计算B点的应力来校核其强度。将B点坐标和代入（4-4），可得B点的应力为
＝ （4-6）
代入数据可得：=1329M
令＝0，可求出达到极大值时的转角
＝ （4-7）
式（4-7）表明，B点最大压应力发生在比其压平位置再多转动一个角度的位置。
当离合器彻底分离时，膜片弹簧子午断面的实际转角，计算时，取；如果，则取。，
在分离轴承推力的作用下，Ｂ点还受弯曲应力，其值为
＝ （4-8）
式中，ｎ为分离指数目；为一个分离指根部的宽度（ｍｍ）。
代入数据可得：=136 M
考虑到弯曲应力是与切向压应力相互垂直的拉力，根据最大切应力强度理论，B点的当量应力为
＝　 （4-9）
代入数据可得=1465 M
实验表明，裂纹首先在最大应力点Ｂ点产生，但此时裂纹并不发展到损坏，且不明显影响其承载能力。继后，在点由于拉应力产生裂纹，这种裂纹是发展性的，一直发展到使其破坏。在实际设计中，当膜片弹簧采用时，不应大于1700M。.
4.4 膜片弹簧材料及制造工艺
国内膜片弹簧一般采用和等优质高精度钢板材料。为了保证其硬度、几何尺寸、金相组织、载荷特性和表面质量等要求，需进行一系列热处理。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行强压处理，即沿其分离状态的工作方向，超过彻底分离点后继续施加过量的位移，使其过分3～8次，以产生一定的塑性变形，从而是膜片弹簧的表面产生于使用状态反方向的残余应力而达到强化的目的。一般说，经强化处理后，在同样的工作条件下，可提高膜片弹簧的疲劳寿命5%～30%。另外，对膜片弹簧的凹面或双面进行喷丸处理，即以高速弹丸流喷射到膜片表面，使表面产生塑性变形，从而形成一定厚度的表面强化层，起到冷作硬化的作用，同样也可以提高承载能力和疲劳强度。
为了提高分离指的耐磨性，可对其端部进行高温淬火、喷镀铬和镀镉或四氟乙烯。在膜片弹簧与压盘接触处，为了防止由于拉应力的作用而产生裂纹，可对该处进行挤压处理，以消除应力源。
膜片弹簧表面不得有毛刺、裂纹、划痕、锈蚀等缺陷。碟簧部分的硬度一般在45～50HRC，分离指端硬度为55～62HRC，在同一片上同一范围的硬度差不应大于3个单位，碟簧部分应为均匀的回火屈氏体和少量的索氏体。单面脱碳层得深度一般不得超过厚度的3%。膜片弹簧的内、外半径公差一般为H11和h11，厚度公差为±0.025mm，初始底锥角公差为±10′。膜片弹簧上下表面的表面粗糙度为1.6，地面的平面度一般要求小于0.1mm。膜片弹簧处于接合状态时，其分离指端得相互高度差一般要求小于0.8～1.0mm。
4.5 膜片弹簧的优化设计
膜片弹簧的优化设计就是要确定一组弹簧得基本参数，使弹性特性满足离合器的使用性能要求，而且弹簧强度也满足设计要求，以达到最佳的综合效果。
a)目标函数
目前，国内关于膜片弹簧优化设计的目标函数主要有以下几点：
1)弹簧工作时的最大应力为最小。
2)在从动盘摩擦片磨损前后，弹簧压紧力之差的绝对值为最小。
3)在分离行程中，驾驶员作用在分离轴承扇的分离操纵力的平均值为最小。
4)在摩擦片磨损极限范围内，弹簧压紧力变化的绝对值得平均值为最小。
5)选3）和4）两个目标函数为双目标。
为了既保证离合器使用过程中传递转矩的稳定性，又不致严重过载，且能保证操纵省力，选取5）作为目标函数，通过两个目标函数分配不同的权重来协调他们之间的矛盾，并用转化函数将两个目标合成一个目标，构成统一的总目标函数，则
=＋ （4-10）
式中和分别为两个目标函数和的加权因子，视设计要求选定。
b)设计变量
从膜片弹簧弹性特性计算式可以看出，应选取H、h、R、r、、这六个尺寸参数以及在结合工作点相应与弹簧工作压紧力的大端变形量为优化设计变量，即
X= （4-11）
c)约束条件
1)应保证所设计的弹簧工作压紧力与要求的压紧力相等，即
=
2)为了保证各工作点A、B、C有较适合的位置，应正确选择相对于拐点的位置，一般/=0.8～1.0，即
0.8≤≤1.0 （4-12）
3)为了保证摩擦片磨损后离合器仍可靠地传递转矩，并考虑到摩擦因数的下降，摩擦片磨损后弹簧工作压紧力应大于或等于新摩擦片的压紧力，即
≥
4)为了满足离合器使用性能的要求，弹簧得H/h与初始底锥角α≈应在一定范围内即
1.5≤H/h≤2.0
9°≤α≈≤15°
5)弹簧各部分有关尺寸的比值应符合一定的范围，即
1.20≤R/r≤1.35
3.5≤≤5.0
6)为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，推式膜片弹簧的压盘加载点半径应位于摩擦片的平均半径与外半径之间，即
推式：
7)根据弹簧结构布置要求，与R，与r，与之差应在一定范围内，即
1≤≤7
0≤≤6
0≤≤4
8)膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用，因此其杠杆比应在一定范围内选择，即
推式： 2.3≤≤4.5
9)弹簧在工作过程中，B点的最大压应力应不超过其允许值，即
≤
10)弹簧在工作过程中，A点的最大拉应力应不超过其相应的需用值，即
≤
11)弹簧在制造的过程中，由于其主要尺寸参数H、h、R和r都存在误差，对弹簧得压紧力有一定的影响。因此，为了保证在加工精度范围内弹簧得工作性能，必须使由制造误差引起的弹簧压紧力的相对偏差不超过某一范围，即
0.05 （4-13）
式中，、、、分别为由于H、h、R和r的制造误差引起的弹簧压紧力的偏差。
12)在离合器装配误差范围内引起的弹簧压紧力的相对偏差，也不得超过某一范围即
≤0.05 （4-14）
式中，为离合器装配误差引起的弹簧压紧力的偏差值。
4.6压船设计
4.6.1压盘几何尺寸的确定
在摩擦片的尺寸确定以后，与它摩擦相接触的压盘内外径尺寸也就基本确定下来了。这样，压盘几何尺寸最后归结为如何去确定它的厚度。
压盘厚度的确定主要依据以下两点：
1）压盘应具有足够的质量，以增大热熔，减少升温，防止其产生裂纹和破碎，有时可设各种形状的散热筋或鼓风筋，以以帮助散热通风，使每次结合时的温升不至于过高：
2）压盘应具有较大的刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减少受热后的翘曲变形，以免影响摩擦片的均匀压紧及离合器的分离，厚度约15～25mm。
3）与飞轮应保持良好的对中，并要进行静平衡，压盘单件的平衡精度应不低于15～20g.cm。
4）压盘高度公差要小。
鉴于以上原因，本次设计压盘厚度取20mm，内径为150mm，外径为260mm。
4.6.2 升温校核
在初步确定压盘厚度以后，应校核离合器结合一次的温升，它不应超过8～10℃。
校核公式：
（4-13）
式中：-温升，℃；
L-滑磨功，N.m；
-分配到压盘上的滑磨功所占的百分比，单片离合器压盘=0.50；
C-压盘的热容量，对于铸铁压盘：c=481.4J/(Kg.K)；
m-压盘质量，Kg。
m=v=7.0××3.14×（0.250×0.250－0.155×0.155）÷4×0.020=4.23Kg
==9.8℃＜10℃符合要求。L取值参考网上同类型车型。
4.7 离合器盖的设计
离合器盖与飞轮用螺栓固定在一起，通过它传递发动机的一部分转矩给压盘。
对离合器盖结构设计的要求：
1）应具有足够的刚度，否则将会影响离合器的工作特性，增大操纵时的分离行程，减少压盘升程，严重时使摩擦面不能彻底分离。为此采取以下措施：适当增大盖得板厚，一般为2.5～4mm。
2）应与飞轮保持良好的队中性，以免影响总成的平衡和正常的工作。
3）盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度。
4）为了便于通风散热，防止摩擦表面温度过高，可在离合器盖上开较大的通风窗孔，或在盖上加设通风扇片等。
经以上叙述与实物类比，本次设计取厚度4mm。
4.8支承环
支承环和支承铆钉的安装尺寸精度要高，耐磨性要好。支承环一般采用3～4mm的碳素弹簧钢丝。本次设计取3mm。

5从动盘总成设计
5.1 扭转减震器设计
1)极限转矩：有减震弹簧的最大变形量来确定，它规定了其作用的转矩上线，极限转矩为减震器在消除限位销与从动盘毂缺口间的间隙时所能传递的最大转矩。
=（1.5～2.0） （5-1）
式中轿车取=1.5=375N.m
2)扭转刚度
为了避免引起系统的共振，要合理选择减震器的扭转刚度，使共振现象不发生在发动机常用的工作转速范围内。
决定于减震器弹簧得线刚度及其结构布置尺寸。设减震弹簧分布在半径为的圆周上，当从动片相对从动盘毂转过弧度时，弹簧相应变形量为。此时所需加在从动片上的转矩为
T=1000K （5-2）
式中，T为是从动片相对从动盘毂转过弧度所需加的转矩:；K为每个减震弹簧的线刚度；为减震弹簧的个数；为减震弹簧位置半径。
根据扭转减震器扭转刚度的定义，=则
=1000 （5-3）
式中，为减震器扭转刚度
设计时可按经验来处选取
13 本设计中取=1000N.m/rad
3)阻尼摩擦转矩T
由于减震器扭转刚度T，受结构及发动机最大转矩的限制，不可能很低，故为了在发动机工作转速范围内最有效的消振，必须合理选择减震器阻尼装置的阻尼摩擦转矩T。一般可按下式初选
T=（0.06～0.17） (5-4)
本设计中初选T=15N.m
4)预紧转矩T
减震弹簧在安装时都有一定的预紧。研究表明，T增加，共振频率将向减小频率的方向移动，这是有利的。但是T不应大于T，否则在反向工作时，扭转减震器将提前停止工作，故取T=（0.05～0.15）T，本设计中初选T=12.5 N.m
5)减震弹簧的位置半径R
R的尺寸引进可能大些，一般取
R=（0.60～0.75） （5-5）
式中的d为摩擦片的直径。
本设计中取R=55mm
6)减震弹簧的个数Z（参考下表）
摩擦片外径为250式减震弹簧的个数可取4～6
本设计中Z=6
表5-1 减振弹簧个数的选取
摩擦片外径D/mm
225-250
250-325
326-350
>350
Zj
4-6
6-8
8-10
>10
5.2从动盘毂设计
发动机转矩是经从动盘毂的花键孔输出，变速器输入轴就插在该花键孔内。从动盘毂和变速器输入轴的花键结合方式采用齿侧定心的矩形花键。
设计花键的结构尺寸时参照国标GB1144-1974的花键标准进行设计。标准的参数如表5-2所示。

表5-2从动盘毂花键的尺寸
摩擦片外径mm
发动机最大转矩N.m
齿数n
外径mm
内径mm
齿厚mm
有效齿长mm
挤压应力M
160
49