大学毕业论文-—bj1021汽车离合器的液压操纵系统的设计.doc

西南大学本科毕业论文（设计）
目录
摘要 1
ABSTRACT 2
0文献综述 3
1引言 5
1.1 BJ1021汽车所用发动机的主要技术规格 5
1.2离合器的主要作用 5
1.3汽车离合器设计的基本要求 6
1.4 离合器的工作原理 6
1.5 离合器的类型 8
1.6 影响离合器工作的因素分析 8
2 BJ1021轻型卡车车用周布弹簧离合器的结构及工作原理 9
2.1 BJ1021轻型卡车周布弹簧离合器组成 9
2.2工作原理 9
3 液压操纵系统的设计计算 11
3.1液压操纵系统的基本工作过程 12
3.2液压操纵机构设计要求 13
3.2.1对操纵机构的要求 13
3.2.2操纵机构结构形式选择 14
3.2.3 踏板力的要求 15
3.2.4踏板行程的要求 15
3.2.5 结构要求 15
3.2.6 其他要求 16
4 离合器工作缸及主缸直径计算与分析 16
4.1后备系数的选择 17
4.2单位压力 17
4.3摩擦片外径D、内径d和厚度b 17
4.4压盘的工作压力F及缸径的计算 18
5 离合器踏板力与踏板行程的计算与分析 19
6 液压油管选择注意事项 20
6.1液压油管的选择 20
6.2离合器液压操纵管路的布置 21
6.3液压管径的选择 21
7结论 21
参考文献 22
致谢 23

BJ1021汽车离合器的液压操纵系统的设计

杜凯
西南大学工程技术学院，重庆400716
摘要：本文通过对周布弹簧离合器与膜片弹簧离合器各自优缺点及结构和工作原理的对比，分析，阐述了BJ1021车用离合器改装设计的意义以及改装设计的可行性，并大体上确定了改装设计的方案以及具体的设计计算过程，其中包括：离合器的结构方案分析，离合器基本参数和主要尺寸的选择，膜片弹簧主要参数的选择，扭转减振器的设计及离合器改装设计后与其相配套的液压操纵系统的改装设计。BJ1021采用传统的周布弹簧离合器，而周置的螺旋弹簧在高速下，因受离心力作用会产生横向挠曲，弹簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力。膜片弹簧离台器结构简单，接合平顺。膜片弹簧本身可同时起压紧弹簧和分离杠杆的作用，且具有良好的弹性特性。因此越来越多地取代了传统的周布弹簧离合器。汽车离合器操纵机构是驾驶员用来控制离合器分离又使之柔和接合的一套机构。它始于离合器踏板，终止于离合器壳内的分离轴承。而液压操纵机构结构简单，摩擦阻力小，传动效率高，离合器接合平稳，整车容易布置，不易受车驾车身变形的影响。
关键词：液压操纵 离合器 设计

BJ1021 clutch of hydraulic control system design
DuKai
College of Engineering and Technology, Southwest University, Chongqing 400716, China

Abstract: this paper weeks cloth spring clutch and diaphragm spring clutch their respective advantages and disadvantages, structure and work principle of contrast, analysis, this paper expounds the BJ1021 vehicle clutch the significance of modified design and modification design is feasible, and generally determined the modified design scheme and the design of concrete calculation process, including: the clutch structure scheme analysis, clutch basic parameters and the main size of choice, the choice of the main parameters of the diaphragm spring, shock absorber design and clutch torsion modified after the design their matching hydraulic control system with modification of the design. BJ1021 the use of the traditional weeks cloth spring clutch, and weeks of buy the spiral spring at high speed, by centrifugal force can produce lateral buckling role, spring serious a drum, which reduces the pressure plate to the compaction force. The diaphragm spring is from a simple structure, smooth engagement. Diaphragm spring itself can also up pressure spring and separation of leverage effect, and has good elasticity characteristics. So more and more replaced the traditional weeks cloth spring clutch. Clutch operation is used to control the clutch and the driver of a set of institutions soft joints. It began in the clutch and terminated in the clutch of shell bearings. And hydraulic operation simple structure, friction small resistance, high transmission efficiency, stable clutch engaging, and the easy to decorate, not easy to be CheJia body deformation affected.

Keywords: hydraulic control clutch design

0文献综述

离合器是汽车传动系中直接与发动机相联系的部件，其作用就是使其主动部分与从动部分可在驾驶员操纵下彻底分离，然后再柔和接合。离合器从动盘总成在压紧弹簧压力作用下与飞轮的接合紧密程度的不断增大，即两者的转速趋于相等，发动机经传动系传给驱动车轮的驱动力便逐渐增加，直到牵引力足以克服起步阻力时，汽车即从静止开始运动并逐步加速。
世界上第一辆汽车的发动机与传动系之间采用皮带传动，利用张紧轮使皮带松弛或张紧来将动力的传递中断或通过。这就是最早的汽车离合器。1890年开始采用圆锥式摩擦离合器 ，但它的从动圆锥部分惯性较大，使变速器换档较困难。于是后来又采用多片式摩擦离合器，但它的从动部分惯性仍较大而且由于油的粘性 (湿式)或热变形 (干式)使分离不彻底，从而也使换档困难。1910年由于摩擦材料的改进才开始出现干式单片摩擦离合器，又经过不断改进逐步发展成为现代汽车离合器。根据压紧弹簧型式的不同，先后出现了三代产品，使汽车离合器的可靠性和舒适性不断提高而它的重量与价格却不断降低。
第一代产品就是螺旋弹簧离合器。1910年出现的干式单片离合器中即采用螺旋弹簧作为压紧元件，1925年开始采用石棉基摩擦衬片，至1930年结构已较完善，因此30年代以来已普遍采用，迄今国产汽车中尚广泛应用。第二代产品为推式膜片弹簧离合器。在这种结构中，将分离轴承向前推向飞轮时，才使离合器分离。最早是美国通用汽车公司在1938年开始采用。它有诸多优点，60年代以来已在国外中小型汽车中广泛应用。第三代就是拉式膜片弹簧离合器。在这种结构中，将分离轴承向后拉离飞轮时，才使离合器分离。这是 70年代后期才出现的新型离合器，并已在大型汽车上开始应用。随着汽车运输业的发展，离合器还要在原有的基础上不断提高和改进，以适应新的使用条件。从国外的发展动向来看，近年来车辆在性能上向高速发展,发动机的功率和转速不断提高，载货汽车趋于大型化，国内也有类似情况。此外，离合器的使用条件也日酷一日。因此，提高离合器的传扭能力、提高其使用寿命、简化操作已成为离合器目前发展的趋势。除了当前普遍采用的摩擦弹簧离合器,还有一些新型离合器，如液力偶合器、电磁离合器等。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结合状态。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。为了提高离合器的传扭能力，在重型汽车上多采用多片干式离合器。此外，近年来由于多片湿式离合器在技术上不断改进，国外的某些重型牵引车和自卸汽车又开始采用多片湿式离合器，并有不断增加的倾向。与干式离合器相比，湿式离合器的可控性和控制品质好，结构比较单一，具有压力分布均匀、磨损小且均匀、传递扭矩的容量大的特点。由于它由油泵强制冷却,允许起步时长时间地打滑和高档起步而不会烧损衬面，寿命可达干式离合器的5～6倍。近年来，重型牵引车和自卸车有采用湿式多片离合器的倾向，一些大型客车上已成功地利用湿式离合器作为自动离合器．这一技术还有发展的趋势。同时湿式离合器可以看作是带锁止的离合器和液力变矩器的组合。湿式离合器利用油压控制离合器的接合程度，有利于实现计算机控制，在采用无级变速器的车辆上被广泛使用。在自动变速器中．采用离合器自动控制技术,省去了离合器踏板，实现了汽车的“无踏板”操作，与其它的传动系统(如液力传动)比较，它具有结构简单、成本低廉及传动效率高的优点，因此在欧洲小排量汽车上得到较广泛的应用。随着自动变速器的发展，离合器的自动控制研究得到国内外学者和公司的广泛重视，离合器自动控制技术必将不断完善。本课题主要针对BJ1021轻型汽车离合器液压操纵机构的设计。除了离合器的设计外，需要设计整个液压系统大致的工作原理及过程，设计计算液压主缸及工作缸的主要参数，还有离合器踏板力及踏板行程的计算，以及液压管道的选择，布置整个液压管路系统等都是本次改装的主要内容。由于本次设计条件有限,很多具体参数需要查阅相关的资料确定, 也无法进行耐久性，可靠性等实验。通过此次设计改装努力掌握一种设计方法。

1引言
1.1 BJ1021汽车所用发动机的主要技术规格
I. 汽车的型号
BJ1021型号的意义为：BJ代表北京；1表示载货汽车；02表示汽车的总质量为2吨；最后位的1表示企业自定序号。
Ⅱ. 汽油机的型号
BJ1021汽车所用汽油机的型号为492Q，4表示汽油机有4个汽缸，92表示直径是92mm，Q表示这是一种车用汽油机，Q是汽车的“汽”字汉语拼音的第一个字母。
Ⅲ. 有效功率
492Q汽油机的最大净功率为51.5KW。
Ⅳ. 发动机排量（汽缸工作总容量）
492Q汽油机的排量为2.445L。
Ⅴ. 发动机转速
492Q汽油机在发出最大有效功率时的转速为2000—2500rpm。
Ⅵ．压缩比
492Q汽油机的压缩比是7.2
Ⅶ．有效扭矩
492Q汽油机的最大净扭矩是17.5kgf.m。
VIII. 燃油消耗率
492Q汽油机的燃油消耗率是333.2g/(KW·h) 。
1.2离合器的主要作用
(1)汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；
(2)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；
(3)限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；
(4)有效地降低传动系中的振动和噪声。
1.3汽车离合器设计的基本要求
1）在任何行驶条件下，能可靠地传递发动机的最大转矩。
2）接合时平顺柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。
3）分离时要迅速、彻底。
4）从动部分转动惯量小，减轻换挡时变速器齿轮间的冲击。
5）有良好的吸热能力和通风散热效果，保证离合器的使用寿命。
6）避免传动系产生扭转共振，具有吸收振动、缓和冲击的能力。
7）操纵轻便、准确。
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，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。
10）结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。
1.4 离合器的工作原理
汽车离合器的工作原理主要依靠主动部分和从动部分借接触面间的摩擦作用，或是用液体作为传动介质（液力偶合器），或是用磁力传动（电磁离合器）来传递转矩，使两者之间可以暂时分离，又可逐渐接合，在传动过程中又允许两部分相互转动。
　　目前在汽车上广泛采用的是用弹簧压紧的摩擦离合器（简称为摩擦离合器）。
　　发动机发出的转矩，通过飞轮及压盘与从动盘接触面的摩擦作用，传给从动盘。当驾驶员踩下离合器踏板时，通过机件的传递，使弹簧带动压盘后移，此时从动部分与主动部分分离。
如图1所示为摩擦离合器的工作原理和构造示意图。
发动机飞轮1式离合器的主动件。带有摩擦片的从动盘2和从动盘毂6借滑动花键与从动轴5(即变速器的主动轴)相连。压紧弹簧4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统中一系列部件传给从动车轮。弹簧4的压紧力愈大，则离合器所能传递的转矩也愈大。

图1 摩擦离合器的原理和构造示意图
Fig.1 Friction clutch principle and structure schematic drawing
1-飞轮；2-从动盘；3-踏板；4-压紧弹簧；5-从动轴；6-从动盘毂
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，故汽车离合器的主动部分和从动部分应经常处于接合状态。摩擦副采用弹簧压紧装置即是为了适应这一要求。欲使离合器分离时，只要踩下离合器操纵机构中的踏板3，套在从动盘毂6的环槽中的拨叉便推动从动盘克服压紧弹簧的压力向右移动，而与飞轮分离，摩擦力消失从而中断了动力传递。
当重新需要恢复动力传递时，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4压力作用下，向左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，二者之间的摩擦力矩比较小时，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。
摩擦离合器所能传递的最大转矩取决于摩擦面间最大静摩擦力矩，而后者又由摩擦面间的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，则离合器打滑，因而限制了传动系统所受转矩，防止超载。
1.5 离合器的类型
汽车离合器主要有：摩擦式、液力耦合式和电磁式几种。机械变速器汽车：普遍采用摩擦式离合器；自动变速器汽车：采用液力耦合式和电磁式离合器。
表1 摩擦式离合器分类
Tab.1 Friction type clutch classification
分类方法
分类
结构特点
按从动盘片数分

单片式
多片式
从动盘为单片
从动盘为多片
按分布分

周布弹簧
中央弹簧
压紧弹簧沿从动盘圆周分布
压紧弹簧安装在从动盘中央
按压紧弹簧结构形式分
螺旋弹簧
膜片弹簧
压紧弹簧为螺旋弹簧
压紧弹簧为膜片弹簧
按离合器是否浸在油中分
干式
湿式
离合器不与油接触
离合器与油接触
1.6 影响离合器工作的因素分析
（1）离合器转矩容量：离合器所能传递转矩最大值。
TC=π×μ×z×P0×D3×（1-c3）/12。
μ：摩擦因数，与材料有关；
z：摩擦面数，与从动盘片数有关；
P0：离合器摩擦面单位压力，与压紧弹簧弹力有关；
D：摩擦片外径；
c3：摩擦片内径与外径之比。
（2）离合器分离间隙：指当离合器处于正常接合状态时，在分离轴承与分离杠杆间留有一定量的间隙。可保证当摩擦片磨损后，离合器能完全接合；
（3）踏板自由行程：指在踩下离合器踏板过程中，用以消除操纵机构中的机械、液压间隙和离合器分离间隙的踏行程。
（4）离合器的正确操作：分离时要迅速、彻底；结合时要平顺柔和。
2 BJ1021轻型卡车车用周布弹簧离合器的结构及工作原理
2.1 BJ1021轻型卡车周布弹簧离合器组成
①主动部分：飞轮、离合器盖、压盘；②从动部分：从动盘、离合器轴；③压紧机构：弹簧压紧装置；④操纵机构：踏板及传动装置。离合器的主动部分、从动部分和压紧机构安装在发动机后部的离合器壳内，而操纵机构的各个部分分别位于离合器壳内部、外部和驾驶室中。

图2 BJ1021轻型卡车周布离合器部分零件构造
Fig.2 BJ1021 light trucks weeks cloth clutch parts structure
2.2工作原理
图为BJ1021型汽车的单盘周布弹簧离合器的构造。发动机的飞轮2和压盘16是离合器的主动部分。离合器盖19和压盘之间是通过四组传动片33来传递转矩的。传动片用弹簧钢片制成，每组两片，其一端用铆钉32铆在离合器盖19上，另一端则用螺钉34与压盘连接，离合器盖用螺钉固定在发动机的飞轮上。因此压盘能随飞轮一起旋转。在离合器分离时，弹性的传动片产生弯曲变形（其两端沿离合器轴向作相对位移）。为使离合器分离时不至于破坏压盘的对中和离合器的平衡，四组传动片是相隔90度沿圆周切向均匀分布的。
在飞轮2和压盘16之间装有一片带有扭转减振器的从动盘。从动盘由从动盘毂10和从动盘本体4组成。从动盘本体的两面各铆有摩擦片5。从动盘毂10的花键孔套在从动轴11前端的花键上，并可在花键上作轴向移动。
16个沿圆周分布的螺旋弹簧31将压盘压向飞轮，并将从动盘夹紧在中间，使离合器处于接合状态。这样，在发动机工作时，发动机的转矩一部分由飞轮经与之接触的摩擦片直接传给从动盘本体；另一部分则由飞轮通过8个固定螺钉传到离合器盖，最后也通过摩擦片传从动盘本体。从动盘本体再将转矩通过从动盘毂的花键传给从动轴11，由此输入变速器。
离合器须与曲轴飞轮组组装在一起进行动平衡校正。为了在拆下离合器后重新组装时保持动平衡，离合器盖与飞轮的相对角位置有定位销17定位。
在压紧弹簧的作用下，离合器经常处于接合状态，只有在必要说暂时分离。位于离合器内部的分离操纵机构主要有分离杠杆，带分离轴承的分离套筒和分离叉。分离杠杆一般有3-6个，沿圆周均布，图所示的离合器有四个径向安装的，用薄钢板冲压制成的分离杠杆25，其中部以支承柱20孔中的浮动销22为支点，外端通过摆动支片21抵靠着压盘16的钩状凸起部。当在分离杠杆内端施加一个向前的水平推力时，杠杆将绕支点转动，其外端通过摆动支片推动压盘克服压紧弹簧的力而后移，从而撤除对从动盘的压紧力，于是摩擦作用消失，离合器不再传递任何转矩，即离合器转入了分离状态。

图3 BJ1021型汽车单盘离合器
Fig.3 BJ1021 type car single plate clutch
1— 飞轮壳底盘轮； 2—飞轮；3—摩擦片铆钉；4—从动盘本体；5—摩擦片；6—减振器盘；7—减振器弹簧；8—减振器阻尼片；9—阻尼片铆钉；10—从动盘毂；11—变速器第一轴（离合器从动轴）；12—阻尼弹簧铆钉；13—减振器阻尼弹簧；14—从动盘铆钉；15—从动盘铆钉隔套；16—压盘；17—离合器盖定位销；18—飞轮盖；19—离合器盖；20—分离杠杆支撑柱；21—摆动支片；22—浮动销；23—分离杠杆调整螺母；24—分离杠杆弹簧；25—分离杠杆；26—分离轴承；27—分离套筒复位弹簧；28—分离套筒；29—变速器第一轴轴承盖；30—分离叉；31—压紧弹簧；32—传动片铆钉；33—传动片
压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时，它和飞轮一起带动从动盘转动，所以它必须和飞轮连接在一起，但这种连接应允许压盘在离合器过程中能自由的作轴向移动，常用的连接方式
在单盘离合器中常采用，离合器盖固定在飞轮上，在盖上开有长方形的窗口，压盘上有相应的凸台，凸台伸进窗口以传递转矩，目前，单盘离合器压盘传力方式大多数采用传动片式。
3 液压操纵系统的设计计算
离合器液压操纵结构简单摩擦阻力小，传动效率高，离合器结合平稳，整车易布置。尤其是对于发动机后置大客车，不受车架、车身变形的影响。在离合器气助力器失效后。仍可以靠液压油传递离合器踏板力，将离合器分离。离合器液压操纵机构在国内外大客车上已普遍采用，技术日益成熟、配套方便。离合器液压操纵机构主要由离合器踏板机构、离合器主虹、液压管路、离合器助力器、离合器分离机构、分离轴承、踏板限位器、自由行程调节器等组成。

3. 1液压操纵系统的基本工作过程

图4 离合器液压式操纵机构示意图
Fig.4 The clutch hydraulic operation schematic drawing
BJ1021汽车离合器操纵机构改装后如图，在离合器与离合器分离叉之间有主缸和工作缸。主缸和工作缸用液压油管连接。分离叉推杆一端顶在分离叉凹槽内，另一端伸入工作缸活塞内。

图5 离合器工作缸结构示意图
Fig.5 The clutch work cylinder structure schematic drawing

图6 离合器主缸结构示意图
Fig.6 The clutch main cylinder structure schematic drawing
离合器操纵机构的功用是使离合器暂时处于分离状态。踏下离合器踏板，通过液压驱动系统向后推动分离叉外端，其内端推压分离套筒和分离轴承前移，压迫膜片弹簧使离合器分离，松开踏板后，在回位弹簧力作用下离合器又很快恢复到原来位置，离合器又从新处于接合状态。
3.2液压操纵机构设计要求
离合器操纵机构是驾驶员借以使离合器分离，而后又使之柔和接合的一套机构。它起始于离合器踏板，终止于飞轮壳内的分离轴承。
3.2.1对操纵机构的要求
1）踏板力要小，轿车：80～150N，货车：<150～200N。
2）踏板行程在一定的范围内，轿车：80～150mm，货车：<180mm。
3）摩擦片磨损后，踏板行程应能调整复原。
4）有对踏板行程进行限位的装置，防止操纵机构因受力过大而损坏。
5）应具有足够的刚度。
6）传动效率要高。
7）发动机振动及车架和驾驶室的变形不会影响其正常工作。
3.2.2操纵机构结构形式选择
按照分离离合器所需的操纵能源，离合器操纵机构有人力式和气压助力式两类。前者是以驾驶员的肌体作为唯一的操纵能源。后者则是以发动机驱动的空气压缩机作为主要操纵能源，而以人体作为辅助和后备的操纵能源。
人力式操纵机构按所用传动装置的形式分，有机械式、液压式两种。
机械式操纵机构广泛应用于中，轻型以下各类汽车上，某些轿车也采用。机械式操纵机构又分，杆系传动装置和绳索传动装置两种形式。
杆系传动机构结构简单、工作可靠，被广泛应用。但其质量大，机械效率低，装置中关节点多，因而摩擦损失较大，此外其工作会受车身或车架变形的影响。在平头车，后置发动机汽车等离合器需要用远距离操纵时，合理布置杆系比较困难。
绳索传动机构可克服上述缺点，且有可能采用便于驾驶员操纵的吊挂式踏板结构。但是操纵索寿命较短，拉伸刚度较小，故最适用于轻型和微型汽车。机械效率仍不高。
机械式操纵机构结构较简单，制造成本低，故障少，但是其机械效率低，而且拉伸变形会导致踏板行程损失过大。
液压式操纵机构主要由主缸、工作缸和管路等部分组成，具有传动效率高、摩擦阻力小、质量小、布置方便、便于采用吊挂踏板、驾驶室容易密封、驾驶室和车架变形不会影响其正常工作、离合器接合较柔和等优点。广泛应用于各种形式的汽车中。

图7 离合器液压式操纵机构示意图
Fig.7 The clutch hydraulic operation schematic drawing
3.2.3 踏板力的要求
离合器踏板力尽可能小。按轻型汽车通用技术条件规定。工作时离合器踏板力最大不大于150N。然而，当离合器气助力失效时，保证驾驶员将离合器自如地分离，其踏板力应不大于300N。
3.2.4踏板行程的要求
离合器踏板总行程应在80～150mm范围内，最大不超过200mm。
3.2.5 结构要求
离合器操纵机构应具有踏板自由行程调节机构，以便在离合器摩擦片磨损后复原离合器分离轴承自由行程，防止离合器片磨损后，分离杠杆将分离轴承压死，产生离合器打滑现象。踏板自由行程一般为20～50mm，最大不超过60mm。
离合器操纵机构应具有踏板限位器，以防止操纵机构的零件受过大载荷而损坏，同时操纵机构零件应具有足够的刚度。离合器踏板位置应易于驾驶员的操纵，符合人体工程学原理。
3.2.6 其他要求
传动效率要高，发动机振动及车架和驾驶室的变形不会影响其正常工作。
4 离合器工作缸及主缸直径计算与分析
汽车摩擦式离合器是靠摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的，若为静摩擦力距；f为摩擦面间的静摩擦系数，设计计算时可取0．25～0．30；F为压盘施加在摩擦面上的工作压力；为摩擦片的平均摩擦半径；Z为摩擦面数，是从动片的两倍。则静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为：
=fZF
假设工作压力均匀，则有
F=A=
式中，为摩擦面单位压力，A为一个摩擦面的面积，D为摩擦片外径，d为摩擦片内径。摩擦片的平均摩擦半径根据压力均匀的假设，可表示为：
＝
将上式整理得：
=
c为摩擦片内外径比，c=d/D，一般为0.53～0.70
为了保证离合器在任何工况下都能可靠的传递发动机最大转矩，设计时应大于发动机最大转矩，即
=Tmax
式中Tmax为发动机最大转矩；为离合器后备系数。离合器的基本参数主要有性能参数和，尺寸参数D和d及摩擦片厚度b。
4.1后备系数的选择
后备系数是离合器设计时用到的重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度，选择时应考虑以下几点：(1)摩擦片在使用中磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩；(2)要防止离合器滑磨过度；(3)要防止传动系过载。
为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，不宜选取太小；为使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜选取太大；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力、减少离合器滑磨，应选取大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小一些；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取的值可比螺旋弹簧离合器小些。

表2 各类汽车值的取值范围
Tab.2 The values of all kinds of car value
汽车类型
轻型和微型、轻型货车
中型、重型货车
越野车、带托挂重型汽车和牵引汽车
值范围
1.30～1.75
1.60～2.25
2.0～3.5
4.2单位压力
单位压力对离合器的工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件，发动机的后备功率大小，摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。
4.3摩擦片外径D、内径d和厚度b
当离合器结构形式和摩擦片材料已选定，发动机最大转矩Tmax已知,选取后备系数和单位压力,可以算出摩擦片的尺寸。
摩擦片外径D可根据发动机最大转矩Tmax按如下经验公式选用
D=
式中KD为直径系数，轿车为=14.5；轻、中型货车：单片=13.5～18.5；重型货车Ko=22.5～24.0。成摩擦面磨损不均匀，且不利于散热和扭转减震器的安装。摩擦片尺寸应符合尺寸系列GB5764—86“汽车用离合器面片”，所选的D应使摩擦片最大圆周速度不超过65～70m/s，以免摩擦片发生飞离。摩擦片的厚度b主要有3.2mm、3.5mm和4.0mm三种。
在同样外径D时，选用较小的内径d虽可增大摩擦面积，提高传递转矩的能力，但会使摩擦面上的压力分布不均匀，使内外缘圆周的相对滑磨速度差别太大而造成浪费，摩擦片寿命也会变短。
4.4压盘的工作压力F及缸径的计算
BJ1021属于轻型汽车，采用的是492QA发动机。该型号发动机最大转矩为16×9.8N·m,根据以上综述，选取后备系数为1.74，摩擦片材料选用粉末冶金材料，单位压力可取值0.5 Mpa，则有
=fZF
另有
=Tmax=1.74×16×9.8 N·m=272.8N·m
摩擦片外D径取254mm,d=c·D=254×0.59=149.8mm
===0.1032
压盘工作压力F===4400N
要想使离合器分离，必须有作用在分离轴承上的力 ＞F，取分离叉的分离杠杆比为2，则工作缸推杆的作用力应为
=4400×1/2=2200N
假设工作缸直径为,选定液压系统工作压力6 Mpa,则有
2/4=
有此可计算出工作缸直径==23.873根据国标取24mm,考虑到液压系统的压力损失及适当的增力作用，主缸活塞直径取22mm。
5 离合器踏板力与踏板行程的计算与分析
踏板行程S由自由行程S1和工作行程S2两部分组成：

式中，S0f为分离轴承自由行程，一般为1.5～3.0mm，反映到踏板上的自由行程S1一般为0～30mm；d1、d2分别为主缸和工作缸的直径；Z为摩擦面面数；△S为离合器分离时对偶摩擦面间的间隙，单片：△S=0.85～1.30mm，双片：△S=0.75～0.90mm。a1、a2、b1、b2、c1、c2为杠杆尺寸。
有上公式和BJ1021原有踏板的数据，确定各个杠杆尺寸，
S0f=2.8mm,Z=2, c2/ c1=3.67,可得:
S=（2.8+2×1.3×2.67）×10.68=104.1mm
离合器踏板行程在规定范围内，满足设计要求，由于设计条件限制，个别参数取值比较自由，有可能引起较大的误差。

图8 踏板力和踏板行程的计算
Fig.8 Pedal force and pedal stroke calculation
踏板力Ff可按下式计算

式中，F＇为离合器分离时，压紧弹簧对压盘的总压力； 为操纵机构总传动比，
= ；为机械效率，液压式：=80%-90%；机械式：=70%-80%；
Fs为克服回位弹簧1、2的拉力所需的踏板力，在初步设计时，可忽略之。
经计算，踏板力=124N，符合要求。
工作缸直径d2的确定与液压系统所允许的最大油压有关。考虑到橡胶软管及其他管接头的密封要求，最大允许油压一般为5～8Mpa。
对于机械式操纵机构的上述计算，只需将d1和d2取消即可。
6 液压油管选择注意事项
6.1液压油管的选择
在选择离台器液压油管时．首先应对其直径是否满足操纵机构的需要进行分析、考虑。当离合器液压操纵机构的主缸与液缸(与助力器一体)距离较远，液压油管较长时，若选用直径软小的液压油管，则会产生离合器操纵滞后现象。若选用直径较大的液压油管，则会产生离合器液压操纵管路中空气排出困难现象，并且造成浪费。在选择离合器液压操纵油管时．必须选用耐腐蚀和膨胀系数小的管材。易腐蚀的液压油管在腐蚀后，产生杂质将离合器助力器节流孔堵死，造成离合器助力器失效。膨胀系数较大的液压油管在离合器分离时，由于液压油产生的压力使管路膨胀，损失离合器踏板行程，致使离台器分离不彻底。设计离合器操纵液压油管，材料一般选用铜管或邦迪管。
6.2离合器液压操纵管路的布置
离合器液压操纵设计时，应避免将油管布置在高于离合器主缸位置。因为离合器液压操纵管路中的空气是分别靠离合器主缸和助力器上的排气阀排出， 若管路布置在高于主缸和助力器位置，则液压油管中的空气容易聚集在管路中的高点处，不易排出。
6.3液压管径的选择
离合器液压操纵系统的管路配置直接影响操纵系统的工作性能及装配调整性能。离合器操纵系统管路的膨胀与沿程阻力影响到离台器踏板行程及踏板力。为降低沿程阻力，应适当增大液压管路内径。但管路内径增大，会导致液压系统内空气较难排出，装配调整困难，而液压系统内空气排不净，会导致工作时系统中残留气体的压缩而损失踏板工作行程，引起离合器分离不彻底。实验得出当管路内径大于8mm时，系统中空气排出困难，特别是在管路的折弯处，因此在液压系统管路内径选择高大于8mm时，应考虑折弯处增加放气装置。当管路内径为4mm时，系统中的空气则较易排出，但沿程阻力迅速增加，除踏板力上升外，影响离合器迅速接合，因此，考虑高合器踏板力、离合器的接合及装配调整等因素，离合器远距离操纵(8～10m)，液压管路内径选择6～8mm为宜。
7结论
离合器是汽车上非常重要的部件，其技术含量和技术难度都是非常大的,可探索空间也相对较大。
随着我国加入WTO，经济全球化进程的加快，以及近两年来由于受到整车行业的带动，国内汽车离合器生产企业整体形势趋好。
随着汽车设计的发展，膜片弹簧离合器势必取代传统的周置螺簧离合器，而且前者在结构上对提高结合平顺性和膜片弹簧的剐度，减小离合器踏板操纵力，增大离合器的扭矩容量等方面在国外又有了新的改进措施。
BJ1021汽车所用的发动机为北京内燃机厂生产的492Q发动机，在我国汽车行业广为应用，而其离合嚣仍为传统的周布螺旋弹簧离合器，零部件数目多，工艺复杂，带有许多摩擦副的分离杠杆系统常园离心力作用弹簧偏移和变形引起接触面严重磨损，压紧力降低，甚至造成弹簧断裂。
本次设计由于个人及条件局限，设计中肯定存在很多不足之处。汽车作为一种大众化的交通工具，它的设计早已非常成熟，各个方面的技术都比较完善。此次改装设计中，参考了许多前辈的设计经验。主要通过设计，认真学习和体验设计的过程，使自己获益菲浅。这些许经验相信会对以后的工作会有很大帮助。

参考文献
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