汽车膜片弹簧离合器课程设计计算步骤
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- 膜片弹簧离合器设计计算（某中型轿车举例）
2摩擦离合器基本结构尺寸、参数的选择
已知条件：某中型轿车发动机数据:
缸数：4缸 排量：1.7升
点火系统：1-3-4-2
最大功率 96/5000 KW/rpm
最大扭矩 220/3500 N•m/rpm
2.1离合器基本性能关系式
为了能可靠地传递发动机最大转矩 ，离合器的静摩擦力矩 应大于发动机最大转矩，而离合器传递的摩擦力矩 又决定于其摩擦面数Z、摩擦系数f、作用在摩擦面上的总压紧力PΣ与摩擦片平均摩擦半径Rm，即
【1】 （2-1）
式中： —离合器的后备系数。
—摩擦系数，计算时一般取0.25～0.30。
Z—摩擦面数
2.2摩擦片外径D与内径d的选择
当按发动机最大转矩 （N•m）来确定D时，有下列公式可作参考：
【1】 （2-2）
式中A反映了不同结构和使用条件对D的影响，在确定外径D时，有下列经验公式可供初选时使用：
【1】 （2-3）
轿车：KD=14.5
轻、中型货车：单片KD=16.0～18.5
双片KD=13.5～15.0
重型货车：KD=22.5～24.0
本次设计所设计的是中型轿车（Temax/nT为220Nm/3500rpm、Pemax/nP为96kw/5000rpm）的膜片弹簧离合器。所设计的离合器摩擦片为单片，选择KD =14.5。所以
D=
按 初选D以后，还需注意摩擦片尺寸的系列化和标准化，表2-1为我国摩擦片尺寸标准。
表2-1 离合器摩擦片尺寸系列和参数
外径
内径
厚度
内外径之比
单位面积
160 110 3.2 0.687 10600
180 125 3.5 0.694 13200
200 140 3.5 0.700 16000
225 150 3.5 0.667 22100
250 155 3.5 0.620 30200
280 165 3.5 0.589 40200
300 175 3.5 0.583 46600
查出本车将使用单片式离合器，且离合器摩擦片外径为215mm。再查表2-1即可得到摩擦片的具体参数，如下：
摩擦片外径D=225mm
摩擦片内径d=150mm
摩擦片厚度h=3.5mm
摩擦片内外径比d/D=0.667
单面面积F=22100mm2
2.3 离合器后备系数的确定
在开始设计离合器时，一般是参照统计资料，并根据汽车的使用条件，离合器结构形式的特点，初步选定后备系数β。
表2-2 后备系数表
车型 轿车、轻型货车 中、重型货车 越野车、牵引车
后备系数 1.30～1.75 1.60～2.25 2.0～3.5
本设计是中型轿车离合器的设计，该车型属于轿车类型，故选择本次设计的后备系数β在1.30～1.75之间选择。因为该车型为中轿车，取 =1.50。因此有离合器的转矩容量Tc= =1.5×220=330 N.M
2.4 单位压力P的确定
摩擦面上的单位压力P0值和离合器本身的工作条件，摩擦片的直径大小，后备系数，摩擦片的材料及质量等因素有关。离合器使用频繁，发动机后备功率较小时，P0应取小些；当摩擦片外径较大时，为降低摩擦片外缘热载荷，P0应取小些；后备系数较大时，可适当增大。
当摩擦片采用不同材料时，P0按下列范围选取：
石棉基材料 P0 =0.10～0.35MP
粉末冶金材料 P0 =0.35～0.60MP
金属陶瓷材料 P0 =0.70～1.50MP
本次设计中我们选取摩擦片的材料为石棉基材料。
离合器摩擦力矩根据摩擦定律可表示为：
Tc=fFZRc (2-4)
式中，Tc-------静摩擦力矩；
f--------摩擦面间的静摩擦因素，计算时一般取0.25～0.30；选取f=0.25
F--------压盘施加在摩擦面上的工作压力；
Rc ------摩擦片的平均半径；
Z--------摩擦面数，是从动盘的两倍； 所以，Z=2
假设摩擦片上工作压力均匀，则有：
F= P0 ×A= P0π(D2-d2)/4【1】 （2-5）
式中，P0------摩擦片单位压力；
A------一个摩擦面面积；
D------摩擦片外径；
d-------摩擦片内径.
摩擦片的平均半径Rc根据压力均匀的假设，可表示为：
Rc =(D3-d3)/3/(D2-d2) （2-6）
当d/D≥0.6时，Rc可相当准确的有下式计算：
Rc =（D+d）/4 (2-7)
因为d=150mm、D=225mm，所以d/D=0.667≥0.6，则Rc用（2-7）式计算
将（2-5）、（2-7）式代入（2-4）得：
Tc=πfZ P0(D2-d2)（D+d）/16 （2-8）
为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的，设计时Tc应大于发动机的最大转矩，即
Tc =βTemax （2-9）
式中，Temax=220Nm为发动机最大转矩；β=1.5为离合器的后备系数。
把（2-8）式代入（2-9）式得：
P0=16βTemax/[πfZ (D2-d2)（D+d）]
代入各参数可得P0=0.318MPa
所以所得P0在石棉基材料单位压力范围内，所以我们选取的材料及单位压力P0符合设计要求。
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