论文——汽车WSK系统

猛龙哥

目   录
摘  要 …………………………………………………………………………I
Abstract ………………………………………………………………………II
第1章 绪论………………………………………………………………… 1
§1.1 中.重型车辆传动的控制研究现状简介………………… 1
§1.2  汽车wsk系统的研究概况应用………………………… 1
§1.4 本文主要研究内容……………………………………… 1
第2章 汽车wsk系统的整体组成布置………………………………  2
§2.1 汽车wsk系统的整体布置……………………………… 2
§2.2 液力变矩器的组成分析………………………………… 2
2.2.1 液力变矩器………………………………………… 2
2.2.2 换挡离合器………………………………………… 3
§2.3 本章小结………………………………………………… 4
第3章 锁止液力变矩器的设计………………………………………… 5
§3.1 锁止液力变矩器的原理与基本结构…………………… 5
         3.1.1锁止液力变矩器的工作原理……………………… 5
         3.1.2闭锁式液力变矩器的闭锁工况…………………… 6
§3.2 液力变矩器的特性与发动机的共同作用……………… 7
§3.3 锁止液力变矩器结构设计与计算……………………… 9
3.3.1循环圆设计………………………………………… 9
3.3.2 结构性能设计与计算………………………………14
3.3.3 变矩器中间轴的设计与校核………………………18
§3.4 本章小结…………………………………………………22
第4章 离合器的整体设计………………………………………………23
§4.1离合器的基本结构与原理……………………………… 23
§4.2 离合器的结构尺寸.参数的选择…………………………23
§4.3 离合器零件的结构设计计算……………………………25
4.3.1 压盘与传动销等的设计、校核……………………25
4.3.2 膜片弹簧设计………………………………………26
4.3.3 从动片.从动盘毂.支承环等的设计……………… 28
4.3.4 扭转减震器与飞轮的设计…………………………28
4.3.4 双摩擦片中间压盘的分离设计………………… 30
§4.4 本章小结…………………………………………………30
第5章WSK系连接与壳体设计……………………………………31
§5.1变矩器和离合器的连接…………………………………31
§5.2 wsk系统壳体设计………………………………………31
§5.3 本章小结…………………………………………………32
结论 ………………………………………………………………………… 33
致谢 ………………………………………………………………………… 34
参考文献 ……………………………………………………………………35
附录……………………………………………………………………………36
附录1…………………………………………………………………36
附录2…………………………………………………………………38



第1章  绪 论
现代中、重型车辆正在向高吨位、平稳舒适、安全可靠等方向发展。近些年国内重型车辆制造也蓬勃发展，如江淮、东风、解放、斯达尔康等等都在此领域占有一席之地。可是面对国外的冲击与挑战，对于重型车辆的档位多、换挡有冲击、操作性能不良、起步困难、制动性能差等诸多问题有待解决。这直接影响了国内重型车辆的技术的生存发展。wsk系统基于这方面的问题而设计出现，但是国内并没相关的研究与应用。所以本文对其进行了分析与设计。
§1.1 中.重型车辆传动的控制研究现状简介
国内重型汽车动力的传动方式是：发动机输出动力给离合器，再通过离合器的接合把动力传递给变速器。现有的传动方案无法解决车辆挡位过多、起步不平顺、换挡费力、制动距离长等问题。在轿车领域离合器已经渐渐被淘汰，取而代之的是液力变矩器。而在国外重型车辆中已经把离合器与液力变矩器有机的结合在一起并命名为wsk系统。不但解决了离合器的换挡不平顺冲击问题，而且也把液力的传动系统应用于重型车辆上的突破，为重型车辆开辟了新的领域起了先导。在未来的传动与控制领域将有更多新的技术诞生。
§1.2 汽车wsk系统的研究概况应用
国外重型货车和工程车辆上开始采用由wsk系统与全同步多档变速器（4～6档）组成的液力机械变速器。所谓wsk系统是由锁止离合器、变矩器、滑行单向离合器和换档离合器组成的“变矩器—换档离合器系统”的德文缩写。多数情况下是把wsk系统和变速器装在一起作为传动装置使用，也可以把wsk系统和变速器分开布置。
§1.3 主要研究内容
本文主要针对汽车wsk系统的整体设计进行研究，通过组成的各部分进行设计。闭锁式液力变矩器与离合器的合理设计与部分优化体现出系统的优点。对于液力变矩器的闭锁控制与离合器的压盘等问题进行了分析解决。完成对系统的布置与系统化设计。

第2章 汽车wsk系统的整体组成布置
   下面对汽车wsk系统的整体布置与设计进行了研究。其布置直接影响到车辆正常工作，其设计形式与研究对象决定了它实际应用价值与工作环境，因此对其进行深入研究是必要的。
§2.1 汽车wsk系统的整体布置
国外重型货车和工程车辆上开始采用由WSK系统与全同步多档变速器（4～6档）组成的液力机械变速器。多数情况下是把WSK系统和变速器装在一起作为传动装置使用，也可以把WSK系统和变速器分开布置。发动机输出的动力传递给变矩器，使之变矩增扭后再通过离合器来传递动力给变速器。从而完成动力的传输，布置形式如下图2—1：
                 
根据这种形式作为基础来进行设计。在发动机的输出轴带动联动片驱动泵轮工作，然后整个变矩器开始的工作，换挡离合器的工作是通过变矩器输出轴与其驱动盘连接驱动的。变速器花键轴输入手动变速器工作。
§2.2 液力变矩器的组成分析
2.2.1 液力变矩器
通过对wsk系统的分析在变矩器的设计中选用锁止液力变矩器。运输式车辆应用锁止液力变矩器，带来很多优点，如提高了起步性能、加速性能和换档性能：出于其适应性。可提高平均行驶速度；增加了动力传动系统的减震隔振性能；减小了动载荷、提高了工作寿命。
   


如图2—2，矩器可以实现液力变矩器传动和机械直接传动两种工况  ，两者优点集合于一体。闭锁式变矩器是在一定工况下，采用闭锁机构将泵轮和涡轮闭锁成一体。锁止式液力变矩器的采用以下方案在此种方案中，泵轮B与发功机相联，涡轮T与输出轴相连，导轮通过单向联轴支承固定壳体上。在低转速比时，单向联轴器楔紧，导轮固定不动。当液力变矩器的泵轮用片式离公器闭锁时，导轮通过单向联轴器松开而自由旋转，以减小液力损失。由于有机械损失、放风损失存穴，闭锁式液力变矩器的效率接近于1 ，但低余1。表明，  0.97—0.98。
2.2.2 换挡离合器
在wsk系统的中换挡离合器选用推行拉式膜片弹簧离合器，膜片弹簧离合器弹簧布置在中央，膜片弹簧本身兼起严紧弹簧和分离杠杆的作用，是零件数目减少；其次，离合器结构大大简化并显著地缩短了离合器的轴间尺寸；再者，膜片弹具有良好的非线性特性，设计合理，可使摩擦片磨损到极限，压紧力仍能维持很少改变，且可减轻分离离合器时的踏板力，是操纵轻便。而对于推型拉式解决了分离轴承维修困难的问题，并且继承了拉式膜片弹簧所有优势点。
§2.3 本章小结
本章主要介绍了wsk系统组成、应用优势，并对其组成部分的结构进行了对于其工作的原理进行说明。选用闭锁式液力变矩器和推型拉式膜片弹簧离合器的优势点与合理的布局。

第3章 锁止液力变矩器的设计
对锁止液力变矩器进行深入的了解与研究，在工作原理、工作特性的基础上进行了设计与优化。更好的适应wsk的工作特性与技术要求。也是系统的的核心部件。
§3.1 锁止液力变矩器的原理与基本结构
3.1.1闭锁式液力变矩器工作原理
如图 3—1，所示为一种最简单的变矩器，它只有泵轮1、涡轮2与导轮3等三个工作轮。当发动机带动泵轮1旋转时，油液自A端进入泵轮叶片间的通道，自b端流出冲向涡轮2的叶片，使涡轮转动在从涡轮的c端流出后，经导论3在进入泵轮的a端如此循环实现动力的传递。

如图 3—2，闭锁离合器是通过控制系统调节锁止压盘两侧腔体内部油压变化，实现压盘的锁止和分开。当达到闭锁条件时，控制系统控制锁止压盘右侧腔体内油压增大，左侧腔体为回油腔，锁止压盘压紧变矩器外壳，进行滑磨，直至闭锁结束；当需要解锁时，右侧腔体内油压减小，左侧腔体内油压增大，直至解锁完毕。

3.1.2闭锁式液力变矩器的闭锁工况
液力变矩器未闭锁前与发动机共同工作，按上述方法来求。液力变矩器闭锁后，涡轮与泵轮整体旋转， 为闭锁后液力变矩器效率，一般 97。
    对闭锁式液力变矩器与发动机共同工作的计算，必须先求出闭锁工况点。据实际车辆控制闭锁的方式而定。一般有下列几种情况：
(1)在 ＝ 时变矩器闭锁       
    在液力变矩器特性离散数组中，应包括此工况点。
    当 时，液力变矩器的方法来求。
    当 时闭锁后机械传动工况，相应的参数为



            


（2）在
     当 时，为液力变矩器工况；当 时，为闭锁后机械传动工况。由于输出特性是离散的， 不一定在计算的离散点上，需要求出 时，液力变矩器工况所对应的 、 、 、 、 等值。在不同工作输出特性上，用插值法求。     
即



   

（3）闭锁前后相等，由于控制较难，实际应用较少。
闭锁前变矩器工况输出扭矩为 ，闭锁后机械工况输出扭矩为当 由正变负时，必然经过闭锁点，此时用插值法求。即
  









§3.2 液力变矩器的特性与发动机的共同作用
设计液力变矩器时，必须了解液力变矩器的使用情况。液力变矩器是液力传动车辆中—个重要部件。它的性能，直接影响车辆性能。它与发动机和机械变速箱之间的配合，也直接影响车辆的性能。在研究发动机和液力变矩器共同工作时，首先，要知道有关发动机和液力变矩器的特性，然后，研究两者共同工作时的性能。
（1）发动机与液力变矩器结合在一起时，它们仍按照自身规律而工作，只有在两者的扭矩和转速相同时，两者才能稳定地共同工作在液力变矩器原始特性上，选择典型工况点(转速比 )。对单级液力变矩器来说，可选择：起动工况 ＝0;高效区( ＝0．75或0．8)的转速比 和 小最高效率工况点( )，      
耦合器工况点( )和最大转速比(空载工况) ，见图 3—3所示
根据选定的工况点，在原始特性曲线的 ( )曲线上，找出对应的 . .  和 条值。
作泵轮的负荷抛物线。如前所述，泵轮传递的扭矩
           M
式中 均为常数值，在某一工况下 也是确定的值。于是
M
    式中c＝、g、D．在工况 不同时， 值是变化的，在确定工况c是常数值。在确定的工况，泵轮传递的扭矩与其转速二次方成正比，是一条抛物线形状。不同工况时，负荷抛物线位置不同；对于一个液力变矩器，可得一组泵轮负荷抛物线。
（2）发动机与液力变矩共同工作的输出特性，是指液力变矩器输出轴上的扭矩 功率 发动机耗油耗 和比耗油达 ,以及发动机转速 随输出轴（涡轮轴）转速 变化的曲线。发动机与液力变矩器共同工作的输出特性，是评价发动机与液力变矩器匹配的重要特性。如图3—4所示：
闭锁式液力变矩器与发动机共同工作时，其共同工作输入特性的作法，与一般液力变矩器不同的是，需多作一条闭锁工况点的泵轮负荷抛物线。在作共同工作输出特性时，在液力变矩器非闭锁工况时的与普通液力变矩器共同工作的计算方法相向。则按下式计算：





§3.3 锁止液力变矩器结构设计与计算
3.3.1循环圆设计
一圆弧循环圆和二圆弧循环圆，可以看作三圆弧循环圆的特例，故仅需讨论三圆弧循环圆的设计。三圆弧循环圆，见图3—5：
   （1）外环形状的确定：
    为区别中间流线、外环、内环的符号，设下标相应为1、2、3。
三圆弧循环圆的外环是由三段相切圆弧组成的。因此，外环形状的确定，实际归结于三圆弧的圆心位置( 、 ;  、 ;  、 )及半径（ 、 、 )的确定。现以右图所示外环形状加以说明 ：
第一段弧 ，对应的圆心角
                                 
第一段弧 ，对应的圆心角
                                 
第一段弧 ，对应的圆心角
                                 
有几何关系得
      
      
第一、        三段圆弧半径，可由统计近似公式求出

         
第一、        三段圆弧中心设在中线上，则圆弧中心位置为
        
      
根据三圆弧相切，求出第二段圆弧的中心与半径。必须附加一个己知条件，已知第二段圆弧与第一段圆弧或第三段圆弧的切点，方能求出。对泵轮与涡轮对称布置、导轮布置在两轮之间接近中心轴处的液力变矩器，为了制模方便，一般希望(实际上现有液力变矩器均是如此)导轮外环由一段圆弧组成，泵、涡轮由两段回弧组成。因此，可以根据导轮宽度 ，来确定第二、三段圆弧相切的位置。一般 略大于B／2，而B由下近似式求出来：
            
由图根据几何关系，求出切点c的坐标

设第一、二圆弧相切在b点，连  两半径，其相交点 即为第二圆弧的中心， 即为第二段圆弧的半径 。其具体坐标，可由三圆弧中心组成的三角形 关系来求。
         
而                     
带入后解得
         
至此，三圆弧的圆心位置和半径，均已求出，可以画出外环半圆，另半周对中心对称画出，即可得循环圆外环形状。
    如果 ZE则外圆是个圆形，于是 ，即唯一圆弧的循环圆
(2)中间流线和内环的确定
根据循环圆轴面流道过流截面上，中间流线两侧面积相等的原则，由外环求中间流线和内环的形状与位置。过流截面的截面线．近似为垂直于中间流线的直线，但设计之始仅定了外环，无法作垂直于中间流线的截面线。因而，此处先作垂直外环的截而线，求出中间流线和内环后，再作垂直于中间流线的截面线，逐次逼近。因此，将循环圆分为二步：初步设计与修正设计。
初步设计以外环上的分点和其所在圆弧的圆心的连线，作为过该点的截面线,见右图。
外环上的分点的坐标

式中m——m=1、2；对立于第一、二、三段圆弧；
       （ …，n）；
     
最好 段圆弧分别等分，每段圆弧的截面角增量△ ,可以不一样。为此，应先求出三段圆弧对应的中心角。求出 和 ，由此可求出对应于 圆弧中心角 ， = — ， = — 半外环大致分14~15点，根据各中心角，确定每段圆弧分点数，进而求出截面角增量，于是
         
（3）中间流线和内环上分点坐标
由统计得知，循环圆轴面流道截面积处处接近相等．而且 对于任意截面流道轴面而积，可以根据正圆台的旋转面积公式来求。即

F =
有上式得中间流线和内环上分点的坐标：




式中符合注脚说明：
注脚第1位的数字1、2、3——对应于中间流线、外环、内环；
注脚第2位     =1、2、…—、n——分点序号；
    m＝l、2、3——对应外环第一、二、三段圆弧。
根据中间流线和内环上各分点坐标，可以连成中间流线和内环的初步形状。中间流线用计算法逼近圆弧。
设每段中间流线的圆心为 ……（n-1）/2
设有三点 , +1,  +2两分点的直线 其垂直中分线的方程为
      对                  
  
       对
                        
将以上两式联立，解得
                              
注脚 和L的关系为 =2L-1[L=1、2、3…、（n-1/2）]新截面角为            
=1、2、3…、n  
L=1、2、3…、（n -1）/2
如图3—7 初选2.4
M=0.45（起动性能较高选取）
D=0.424 ×0.45=19 mm
初 a=0.55圆形适用于重型车辆
      L =64.4 mm
b= (初选b=0.35)
B=b×D=0.3×0.424
B=127 mm
3.3.2 结构性能设计与计算
1. 在车辆使用过程中，变矩器闭锁离合器的解锁、闭锁是很频繁的，其结合品质的好坏，不仅影响到闭锁离合器摩擦元件的寿命，而且影响到动力传动系统工作的平稳性和可靠性。闭锁离合器闭锁的过程是一个动态过程，在闭锁离合器结构参数及闭锁点已经确定的情况下，闭锁离合器的结合品质取决于其控制油路的充油特性，所以有必要对控制油路的充油特性进行分析。液力变矩器的闭锁离合器由油缸、活塞（压盘）、主从动摩擦片等组成，如图3—8所示，活塞右腔有背压，闭锁时，活塞左腔与操纵压力油路相通，使活塞左移，将主从动摩擦片压紧，主从动部分成为一体，传动系的所有功率均由摩擦副传递，液力变矩器不起作用。闭锁离合器的整个闭锁过程可按充油特性分为三个阶段：
（1）建立低压
p =p
式中：  p ——缸内（A腔）压力，Pa；
p ——操纵系统回油压力，Pa。
（2）A腔油压增长，消除活塞和摩擦副间隙

式中：  p ——缸内压力，Pa；
——背压油和压力油对活塞作用的面积，
p ——活塞背压，Pa。
（3）油缸内压力急剧增长，闭锁离合器开始结合开始传递扭矩此时缸内压力为

式中：   p ——缸内压力，Pa；
——第三阶段总时间，s；
p ——操纵油压力，Pa；
t——从第三阶段起点开始的时间，s
三个阶段的充油容积V 可由油缸结构参数分别算出流量 可由小孔节流公式求出
=
式中：   C——流量系数；
f——过流孔总面积，m
——孔口前后压力差，Pa；
ρ——油液密度，kg/m 。
在计算中 =825 kg/m ；工作油温度80—100 ;供油压力 =5—15 ；泵轮转速 。
A腔的宽度为6 ；
活塞直径为466 ；
主摩擦片大径430 ，内径306 ；
为4片湿式摩擦片。
传递最大扭矩 2958×70%=2089.5 ，校核承受最大扭矩与轴向载荷，合格。
在活塞内圈与缸体之间用皮碗式密封装置密封。选用是金属骨架和螺旋弹簧的双唇油封，工作压力50 。
密封装置的选配与校核 2089.5 ，工作直径R=132 ，由此求出线速度s=14.216 。双唇密封圈的线速度变化范围在4—15 。而应用与齿圈的密封装置线速度也在这个范围内，而承受油压远远大于泵体输出油压。而选用的轴的W型密封圈压缩率较大工作压力为210 。因此均合格。
2. 离心排油球阀：如图3—9，（a）。其计算简图（b）。
(1)在离合器结构条件下，向缸供压力油，球阀应保持关闭，即 ，将有关值代入，得
                    
式中    ——钢球的密度；
         ——重力加速度；
         ——钢球旋转半径；
          ——刚球半径。
在 时，应满足真个条件，才能保证球阀可靠关闭。

   (2)离合器刚接合时，油缸供入静压油，球阀自动关闭，其条件为 ，将有关值代入，得

在 时，满足这个不等式，保证求法的自动关闭。
  （3）离合器刚分离时，油缸静油压卸压，球阀应自动打开，其条件为 ，将有关值代入，得
                  
在 时，应满足这个不等式， 决定于液力变矩器开锁时的发动机转速。
（4）离合器分离时，球阀必须保持打开，其条件为 ，将有关值代入，得            

此不等式应满足 =1的条件。
r=4.5mm， =191mm， 符合以上标准，校核合格。

在变矩器的冷却装置的动力传递齿轮为直齿，只传递扭矩（径向力）所以选用直齿。齿顶圆直径为214 mm，分度圆直径为208 mm，齿厚23 mm，内孔直径为50 mm中间由一个∅50H7/m6的配合轴加以定心。而在其外径处由两组∅70的深沟球轴承与之配合。并通过传动齿轮盘带动液压油泵的花建轴，充分的把动力传递给液压油泵。完成由发动机到液压泵的动力传输。如图3—10所示结构:
3.3.3 变矩器中间轴设计与校核
1.        选择轴的材料
应传递功率较大并对质量及结构有一定要求，故选用35 钢，调质处理。
2.        初选轴颈
对于转轴，按钮转强度初算轴颈，C=106—97，考虑轴端弯矩比转矩小，故取100，则
                        50mm
考虑导花键的影响。取d=50×1.05=57.5mm为了加装轴承故取d=58mm
3.        结构设计
（1）轴的部件结构形式：为了方便轴部件得装拆，所以变矩器的中心轴设计成阶梯轴。由此，所以设计轴承部件结构形式如图所示。可按轴上零件安装顺序从 处开始设计。
（2）活塞内环及轴承1段：本次设计中 就是轴段1的直径，又考虑到1上安装活塞，考虑到又轴向力，轴承类型选用圆柱磙子轴承。轴段1安装轴承，其直径应既便于轴承的安装，又要符合轴承的内径系列：现在取轴承型号NU209E查手册内径为50mm宽度为22mm。所以应该考虑到活塞与轴承的尺寸进行设计。相应的轴段1的直径为50mm轴段的长度为24+22mm。并应考虑到一定精度问题。
  （3）花键的连接2段：因为考虑到花键的传递很大的扭矩并且根据湿式离合器的花键毂的宽度进行设计，因此这段要求校核扭转强度与疲劳强度。初步定为花键外直径为58mm，花键长度为62mm。轴肩的宽度设计为4mm，直径为66mm。
  （4）中心轴座3段：在变矩器的设计要求中有一定的供油管路，因此在轴与中心之间有一定的空间来输入输出油液。又根据外部的供油管路要求，并且承受较大的径向扭矩，因此3段前部长度为120mm直径为58mm。而与中心轴座接触的一端直径为62mm，长度为67mm。
  （5）轴承2及盖板3段：考虑到又轴向力，轴承类型选用角接触球轴承。轴段3上安装轴承，其直径应既便于轴承的安装，又要符合轴承的内径系列。现在取轴承型号7213C，查手册内径为65mm，宽度为23mm。盖板的厚度为5mm，因此再留10mm的空间加装螺栓。
  （6）法兰盘4段：这部分为连接离合器的驱动盘宽度为23mm，直径为142mm并且上面加装6个M16的螺栓加以固定。
4. 轴的受力分析
（1）画轴的结构简图：


（2）计算支承反力。在水平面上



负号表示力 的方向上与受力图中所设的方向相反。
在垂直方向上
10270.7
轴承I上的总支承反力为
2308.2
轴承II上的总支承反力为
2753.6
（3）画弯矩图

   在水平面上
a—        a剖视左侧
38932.7
b—        b剖面右侧
38894.4
在垂直平面上
58294.8
合成弯矩
a—        a剖面左侧
70100.2
a—        a剖面右侧
70078.9
画转矩图
校核轴的强度
a—a剖面左侧，因弯矩大，有转矩，还有花键引起的应力集中，故a—a剖面左侧与右侧基本受相同力矩。根据选取轴的材料主要机械性能的到抗弯剖面模量
=6829
抗扭剖面模量
  =15385
弯曲应力
10.28
10.28

扭剪应力
16
=8
对于调质处理的35 钢， 800 ， 400 ， 205；材料的等效系数 ， 0.15。
花键引起的应力集中系数: ,  .
绝对尺寸系数 ， 。
轴磨削加工时的表面质量系数
安全系数
=17.00
=11.29
20.4
许用安全系数[S]=1.3—1.5，显然S [S]，故a—a剖面安全。
因为轴的两侧基本承受一样力矩所以合格。
根据同样方法校核b—b剖面，得出结论其剖面安全。
§3.4 本章小结
本章首先对变矩器的工作原理进行分析，体现于闭锁式液力变矩器的优势与特点。其次，在液力变矩器与发动机共同作用的稳态与动态性能进行分析，对单级液力变矩器分析：起动工况 ＝0;高效区( ＝0．75或0．8)的转速比 和 小最高效率工况点( )，耦合器工况点( )和最大转速比(空载工况) 。作为基础进行输出与输入工况的分析。最后，对循环圆基本结构与性能分析设计，并完成了部分零部件的校核工作。设计的腔室类似于圆形的液体循环空间，更好的运用于wsk系统中。

第4章 离合器的整体设计
§4.1 离合器基本结构与原理
膜片弹簧离合器所用的压紧弹簧是一个用薄弹簧钢板制成的带有一定锥度，中心部分开有许多均布径向槽的圆锥形弹簧片。在膜片弹簧上，靠中心部分开有18个径向切口，形成18个分离指，起弹性杠杆作用。膜片弹簧两侧有钢丝支承圈，借铆钉将其安装在离合器盖上。在离合器盖未固定到飞轮上时，膜片弹簧不受力，处于自由状态，如图4—1所示。此时离合器盖与飞轮安装面有一距离。当将离合器盖用螺钉固定到飞轮上时，由于离合器盖靠向飞轮，钢丝支承圈压膜片弹簧使之发生弹性变形（锥角变小）。同时，在膜片弹簧外端对压盘产生压紧力而使离合器处于接合状态。当分离离合器时，分离轴承左移，膜片弹簧被压在钢丝支承圈上，其径向截面以支承圈为支点转动（膜片弹簧呈反锥形），于是膜片弹簧外端右移，并通过分离弹簧钩拉动压盘使离合器分离。
§4.2离合器的结构尺寸.参数的选择
基本参数主要有性能参数β和 ，尺寸参数D和d及摩擦片厚度b。
使得离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为
                                                         
假设摩擦片上工作压力均匀，则有       

摩擦片的平均摩擦半径Rc根据压力均匀的假设，可表式为

当d/D≥0.6时，Rc可相当准确地由下式计算
将式（4-2）与式（4-3）代入式（4-1）得

式中，c为摩擦片内外径之比，c=d/D，一般在0.53～0.70之间。
为了保证离合器在任何工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                             （4-6）
式中， 为发动机最大转矩。β为离合器的后备系数，定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，β必须大于1。
1．        后备系数β的选择：β=2.00
2．        单位压力ρ 选择：ρ =0.7
3．        摩擦片外径D、内径d和厚度：
4．         ≈384mm
   -----输入的最大扭矩 N.m
  --------摩擦系数
-----------摩擦面的压紧力
------------摩擦面数
d=212mm
摩擦片的厚度b=4.0mm
§4.3 离合器零件的结构设计计算
4.3.1 压盘与传动销等的设计与校核
已经分析了如何确定摩擦片的内外径尺寸。在摩擦片的尺寸确定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。压盘几何尺寸确定如下：
（1）压盘有足够质量
（2）压盘有较大的刚度
初步限定要大于10mm。选定为20mm
校核计算公式如下：

式中， ------温升， ;
       ------滑磨功，N.m，
       -------分配到压盘上的滑磨功所占的百分比： =0.25   
中间压盘 =0.50
           -------压盘的比热容， =544.28
          -------压盘质量， 。
设计的压盘符合标准。
传动销的校核： 由图4—2可知，拉弯复合应力，作用力：


式中， -------发动   机最大转矩，N.cm
n-------传力销数目

传力销根部的弯曲应力为

式中， -----弯矩，N.cm,M =
d------传力销根部直径，cm；
----传力销抗弯截面模量，cm ；
a，b-----力
传力销的拉伸应力为
                    
传力销的复合应力为
  
传力销的挤压应力

（MPa）
式中，  ——传力销的直径，cm;
——作用宽度，cm。
传动销各方面指标合格。
4.3.2 膜片弹簧设计
膜片弹簧的主要参数：
膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度 H；
膜片弹簧钢板厚度 h ；
自由状态下碟簧部分大端半径 R；
自由状态下碟簧部分小端半径 r ；
自由状态时碟簧部分的圆锥底角 α；
分离指数目 n 等，见图4—3。
1.比值H／h和h的选择
比值H／h对膜片弹簧的弹性特性影响极大。，当H／h<　 时， 为增函数；H／h= 时， 有一极值，该极值点恰为拐点；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比值H／h对膜片弹簧的弹性特性影响极大。由图可知，当H／h< 时， 为增函数；H／h= 时， 有一极值，该极值点恰为拐点；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
2. 比值R／r和R、r的选择根据结构布置和压紧力的要求，R／r一般为1.20～1.35。为使摩擦片上压力分布较均匀，推式膜片弹簧的R值应取为大于或等于摩擦片的平均半径 ，拉式膜片弹簧的r值宜取为大于或等于 。
3. α的选择膜片弹簧自由状态下圆锥底角α与内截锥高度H关系密切，α=arctan H／(R—r) ≈H／(R—r)。一般在9°～15°范围内
4 . 膜片弹簧工作点位置的选择
膜片弹簧的弹性特性曲线，如图4—4所示。该曲线的拐点H对应着膜片弹簧的压平位置，而且  = ( + )／2。新离合器在接合状态时，膜片弹簧工作点B一般取在凸点M和拐点H之间，且靠近或在H点处，一般  =(0.8～1.0)  ，以保证摩擦片在最大磨损限度△λ范围内压紧力从 到 变化不大。当分离时，膜片弹簧工作点从B变到C，为最大限度地减小踏板力，C点应尽量靠近N点。
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  (或拉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：(D+d)／4≤ ≤D／2         
根据弹簧结构布置的要求， 与R、 与r、 与 之差应在一定范围，即
1≤ -R≤7       0≤ -r≤6        0≤ - ≤4
8) 膜片弹簧的杠杆比应在一定范围内选取，即
推式：2.3≤( - )／( - )≤4.5
弹簧在工作过程中B点的最大压应力 应不超过其许用值，即
≤[ ]
10) 弹簧在工作过程中A＇点(或A点)的最大拉应力  (或 )应不超过其相应许用值，即
            ≤[ ]     或 ≤[ ]
由主要尺寸参数H、h、R和r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

由离合器装配误差引起的弹簧压紧力的相对偏差也不得超过某一范围，即


式中，Δ 为离合器装配误差引起的弹簧压紧力的偏差值。
4.3.3 从动片.从动盘毂.支承环等的设计
(1)从动片与从动盘毂
从动片通常用1.3-2.0mm厚的钢板冲压而成，有时将其外端的盘形部分磨薄至0.65-1.0mm，减小转动惯量。
采用分开式从动盘片，波形弹簧片，08钢板氰化表面硬度HRC45,层深0.2-0.3。
从动盘毂依花键选取。
（2）支承环选用3.0-4.0的碳素弹簧钢丝。
（3）分离轴承
花键轴直径d=(4-4.6) =55.7 mm
取直径d=56 mm
(4)推杆取
    （5）分离盘板： +15 mm
4.3.4 扭转减振器与飞轮的设计
（1）扭转减振器：减振器的扭转刚度 和阻尼摩擦元件间的摩擦转矩 是两个主要参数。其设计参数还包括极限转矩 、预紧转矩 和极限转角等 。
1 极限转矩 ：极限转矩为减振器在消除限位销与从动盘毂缺口之间的间隙Δ1(右图)时所能传递的最大转矩，一般可取
= (1.5～2.0)                 
2 扭转刚度 ： 决定于减振弹簧的线刚度及其结构布置尺寸。设减振弹簧分布在半径为 的圆周上，当从动片相对从动盘毂转过φ弧度时，弹簧相应变形量为 φ。此时所需加在从动片上的转矩为
T=1000K
式中，K为每个减振弹簧的线刚度(N／mm)； 为减振弹簧个数； 为减振弹簧位置半径(m)。根据扭转刚度的定义kφ=T／φ ，则减振器扭转刚度

设计时可按经验来初选      ≤13                                                   
3 阻尼摩擦转矩
为了在发动工作转速范围内最有效地消振，必须合理选择减振器阻尼装置的阻尼摩擦转矩  。一般可按下式初选
=(0.06～0.17)  
4 预紧转矩
减振弹簧在安装时都有一定的预紧。研究表明， 增加，共振频率将向减小频率的方向移动，这是有利的。但是 不应大于 ，否则在反向工作时，扭转减振器将提前停止工作，故取 =(0.05～0.15)  
5 减振弹簧的位置半径
的尺寸应尽可能大些，如图所示，一般取 =(0.60～0.75) d/2
（2）离合器飞轮：
飞轮的厚度为13 mm，校核后符合标准，完全能够承受压盘的轴向力与径向力。设计飞轮是为了有机的把变矩器与离合器结合为一个系统。

4.3.4 双摩擦片中间压盘的分离设计
如图4—6所示：分离压盘4时，从动盘2先期自由，待压盘5和拧在中间压盘4中的螺杆7上的卡圈接触后，靠飞轮侧的从动盘1才能分离。接合时则相反，现有从动盘1接触然后才是从动盘2。这种方案两个从动盘热负荷较均匀。多少分公司的风格。                                                                 


§4.1 本章小结
推型拉式双膜片离合器的结构更加适合与整个系统的要求，对于膜片弹簧、扭转减震器等进行分析与设计。在飞轮与双压盘的分离等问题进行了分析优化离合器，提高了它的工作性能。在离合器的使用与维修上进行了合理的设计。

第5章  WSK系统连接与壳体设计
wsk系统只要解决的就是离合器与液力变矩器的连接与配合问题，通过什么样的方式连接在一起就是其主要的环节之一，连接方式分析与设计至关重要。对于整个系统的壳体有着防尘固定等功用。
§5.1变矩器和离合器的连接
液力变矩器与离合器连接通过输出轴来实现。如图5—1，液力变矩器的输出轴端的法兰盘结构直接与离合器的驱动盘用螺栓相连接而成。在设计离合器时因为考虑到变矩器与离合器的连接，因此必须从新设计一个飞轮，使摩擦片压紧的飞轮上。解决了连接和离合器的设计中问题。在离合器设计有所说明
在输出端的法兰盘直径为72mm，而连接螺栓的厚度为23mm。这就保证了动力输出时就有足够的强度来承受轴向和径向的力。选用M16的螺栓使两个组件连接可靠，稳定，充分发挥wsk系统的作用。
§5.2 wsk系统壳体设计
wsk系统的壳体是通过对变速器前端的离合器与变矩器独立的壳体作为参考进行选型设计的。整体设计呈喇叭形状，因为换挡离合器布置在变矩器的后侧并且直径小于变矩器的直径。与变速器器连接通过突出的耳用螺栓连接，而与发动机同样的连接方式。基本形式如下图5—1，铸造件，壁厚15mm.

§5.3 本章小结
本章主要介绍是系统的连接与外壳的设计，通过输出轴端法兰盘来解决连接问题，而设计的系统壳体更好的为内部的机构布置起到了限位，密封作用。合理的完成了设计。

结    论
国内的传动控制系统还存在着很多的问题，不能满足人们的需求。各种离合器与变矩器的优化设计源源不断的涌出。但真正的解决这个问题却很困难。可是wsk系统彻底解决了人们的后顾之忧，它利用了机械的传动高效与液力传动的柔和性从根本上解决了操作、行驶等诸多方面出现的问题。wsk系统是新一代重型车辆与专用车辆的动力控制系统发展的必然趋势，它对于车辆的舒适性、安全性等都有十分重要的理论意义和使用价值。本文对wsk系统的整体布置设计作为研究对象，主要工作与结论如下：
1）较全面地收集了国内、外的有关对离合器与变矩器等控制元件的技术资料，分析了其发展的趋势与现状，重点的对wsk系统的结构、原理及其优点进行了分析介绍。
2) 阐述了变矩器与离合器的结构原理、工作过程，并详细分析了液力锁止式变矩器与推型拉式膜片弹簧离合器的优点。提出了在wsk系统中应用闭锁式液力变矩器的必要性与推型拉式膜片弹簧离合器优点及设计构想。
3）介绍了液压与机械结合传动、控制的基本理论，阐述了液压与机械控制系统的优点。
4）从变矩器（离合器）的性能评价指标、工作情况等角度进行分析了设计。并根据wsk系统的特点，确定了预期的设计方案并进行分析与设计了变矩器（离合器）。优化了变矩器中锁止离合器的泄油方式与推型拉式膜片弹簧离合器的中间压盘的分离。
5）对于wsk系统中变矩器与离合器动力传递、系统的壳体进行了分析与设计
对汽车wsk系统的出现彻底改变了重型车辆的传动的发展的方向，期待着重型车辆的明天会更加蓬勃发展。


致谢
本文从选题、方案论证到课题的研究都是在导师郭新华老师的全面、悉心指导下完成的。导师严谨的治学态度、渊博的知识、丰富的创造力、高瞻远瞩的学术思想，以及敏锐的洞察力，始终令学生敬佩，并将影响我的一生。值此成文之际，谨向导师表达我深深的敬意和衷心的感谢!
通过这次训练，提高了自己的动手能力和设计能力，为学生日后顺利进入工作岗位作下了铺垫。本次毕业设计，学生收获颇多，这与郭老师的悉心指导是分不开的。郭老师作为系主任公务繁忙，但是还是经常抽时间来视察学生毕业设计进度，就毕业设计过程中遇到的问题给予耐心指导。与此同时感谢的是郑德林老师的指导，席振鹏老师对设计方面的帮助，还要感谢王聪、郑胜军、李长威、夏文恒、宁士君等老师对我的帮助。感谢所有关心和帮助过我的人们!
    最后，在本文结束之际，向所有为我的论文提出宝贵意见的评阅专家们表示衷心的感谢和崇高的敬意!
    谢谢!

参考文献
[1]马文星．液力传动理论与设计，北京：化学工业出版社，2004
[2]朱经昌等．车辆液力传动，北京：国防工业出版社，1983
[3]陈铁鸣等. 机械设计,哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006
[4]徐石安、江发潮。汽车离合器：清华大学出版社，2005
[5]梁徳本、叶玉驹。机械制造手册：机械工业出版社，2006
[6] 葛安林。自动变速器（三）——液力变矩器的闭锁与滑差控制，2001
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[8]Manish Kulkarni,Taehyun Shim and Yi Zhang Shift dynamics and control of dual-clutchtransmissions，Mechanism and Machine Theory,Available online18 May 2006
[9]F.Amisano R.Flora A Linear Thermal Model for an Automotive Clutch,SAE 2000World Congress Detroit,Michigan March 6-9，2000
[10]席振鹏。机械CAD基础教程：哈尔滨工业大学出版社，2007
[11] ]张利平。液压传动与控制：西北工业大学出版社，2005.
[12]张毅。离合器及机械变速器：化学工业出版社，2005.
[13]数字化手册委员会。液压手册：机械工业出版社，2005.
[14]朱经昌。液力变矩器的设计与计算，国防工业出版社，1991


附录
附录1
美国Allison 液力传动变速箱
1 变速箱结构及工作原理
美国Allison 变速箱主要由变矩器、闭锁离合器、行星齿轮和离合器、液力变速器组成。
（1）变矩器: 由泵轮、涡轮、导轮组成一个循环圆系统 ,液体顺序通过循环流动。泵轮由发动机驱动 ,是动力输入元件。涡轮由泵轮经过液力传动 ,是动力输出元件。导轮的作用是导流 ,增大扭矩。变速器的供油泵不断向变矩器供油,使变矩器工作 ,增加发动机的输出扭矩。通过变矩器排出的油带走变矩器的热量。
为提高液力变矩器的效率，在液力变矩器的泵轮与涡轮之间，安装闭锁离合器。当汽车的行驶工况达到设定目标时，闭锁离合器将泵轮与涡轮锁成一体，液力变矩器随之变为刚性传动。为减小传动系的振动，闭锁只能在高速区域进行。故在变矩器工况和全闭锁工况间需增加过渡的滑差控制。滑差控制达到了提高效率和缓冲、抗振的平衡，使滑差区域扩展到低速区。闭锁和滑差控制对改善燃油经济性效果明显，以成为世界各大汽车公司的研发热点。本文的关于液力变矩器闭锁与滑差控制的研究成果对其它液力自动变速系统的研究也有借鉴意义
液体由泵轮流入涡轮改变方向。导轮将从涡轮流出的油经油道改变方向后再流入泵轮 ,因此导轮受一反作用扭矩。涡轮与泵轮扭矩比为变矩比,随涡轮与泵轮的转速比降低而增大 ,随输出转速的提高,变矩比降低。通过变矩器 ,输出转速可无级变化 ,驱动扭矩自动适应所需的负载扭矩。当涡轮转速达到泵轮转速的涡轮扭矩等于泵轮扭矩 ,此时变矩器相当于一个偶合器。
  当车速升高,变矩比接近 1 ,且牵引力不再增大时,闭锁离合器就自动闭锁。
（2）闭锁离合器（CT型和CBT型除外）:当涡轮升高到一定转速时,液压力自动把泵轮和涡轮锁住。在闭锁离合器的作用下 ,变速箱输入轴的转速和发动机相同。
（3）行星齿轮和离合器：四组行星排齿轮产生五个前进档和一个倒档。行星齿轮通过六个液压接合的离合器操纵。全部齿轮为常啮合式。
（4）液力变速器:CBT和CLBT754 型的变速箱装有液力变速器。液力变速器上有一个带叶片的转子和两个带叶片的定子组成。
液力变矩器具有液力传动所共有的优点，诸如减振、缓冲等，它的变矩性能更是使其在汽车中的应用越来越广泛。伴随着这种趋势，对变矩器的研究也成为了当前自动变速领域研究的重点之一。建立了液力变矩器的稳态、动态模型。在对液力变矩器与发动机共同工作的输入特性和输出特性进行分析的基础上，研究了共同工作点
(5) 挡位和接合离合器:
空挡:1档离合器、2档离合器。
前进档:1档和 1档离合器、2 档和 2档离合器、3档和 3 档离合器、4 档和4档离合器、5档和5档离合器。
倒档:5 档和 1 档离合器、5 档和2 档离合器。
2.液力传动变速箱性能特点
在同等工况下 ,与普通变速箱相比,使用液力传动变速箱可节油5 %～22 % 。而且操作简单 ,使用方便 , 性能可靠。对提高发动机以及传动系统的使用寿命、发动机的动力性、经济性和车辆设备的安全性能效果十分显著。美国Allison 液力传动变速箱是一种位于动力机与工作机之间的以液体为工作介质的流体传动机械 ,并根据负载功率的变化来实现变速。同时,根据装备的需要可配置分动箱 简称三位一体箱子。控制部分随意性强,可设置机控、电控、气控、液控系统及装置。可按需求设置来实现 自动变速。它本身适应性强,还具备了过载保护性能等。正是由于这种传动部分在传动性能上具有的诸多宝贵特点,使之得到了日益广泛的应用。而且无论其应用的领域还是其产品销售方面 ,都有与日俱增的趋势 ,其发展前景颇为广阔。
3.液力传动变速箱检测试验台研制
为提高液力传动变速箱的修理速度,确保修理质量,我们研制了液力传动变速箱检测试验台等工装设备。

附录2
The United States The Allison Liquid Dint Spread To Move To Become Soon A Box
1 Become soon box structure and work principle
Allison in the United States become soon the box be main from change to twist a machine and shut lock clutch, planet wheel gear and clutch, liquid dint gearbox to constitute.
(1).Change to twist a machine: From the pump round, turbine, lead a round to constitute a circulation circle system, liquid in proper order pass circulation to flow. Pump round from launch machine to drive, is a motive importation component. The turbine is through liquid dint spread to move by the pump round, is a power output component. The function which lead a round lead to flow and enlarge to twist Ju. The gearbox provide an oil pump continuously to change the Ju machine provide oil and make to change Ju machine work, increment launch machine of output twist Ju. The oil which pass to change a Ju machine to eject take calories of change the Ju machine.
In order to increase the efficiency of the torque converter, we install a control able lock up clutch between the impeller and turbine. The torque converter can be locked up and becomes direct mechanical transmission in given conditions. Whereas, lockup of torque converter loses the smooth merit of hydraulic transmission and cannot absorb the impact and vibration caused by engine torque fluctuation, which limit lockup condition in such narrow area as high speed and small throttle opening. In terms of fuel economy and emission, it is necessary to extend the lockup area to low speed. Now, the torque converter clutch slip control technology that works between hydraulic condition and lockup condition is widely adopted in world famous automobile factories, which has been used to realize the accurate control of the slight slip through regulation of the applying pressure on the lock up clutch friction plate. When the slip control clutch has slight slip, part of power is transmitted by hydraulic transmission, the other is transmitted by mechanical transmission. So it can reduce the fluctuation of the power train and enhances the efficiency of the automatic transmission. Some conclusions and methods on lockup and slip control technology even can be import to the other hydraulic transmission without change.
Liquid from pump by turn go into turbine change direction. Leading a round will from the turbine run off of oil through oil way change direction empress again inflow pump round, so lead a round to be subjected to an adverse effect twist Ju. Turbine and pump round twist Ju ratio for change Ju ratio, with turn of turbine and pump round soon ratio lower but enlarge, with output turn soon of exaltation, change Ju ratio lower. Passing to change a Ju machine, outputting to turn soon can have no class variety, drive to twist Ju auto the orientation need of load twist Ju. When the turbine turn to soon attain a pump to rotate soon of the turbine twist Ju to equal pump round to twist Ju and change at this time Ju machine equal  to 1 accidentally match a machine.
When the car soon go up, change Ju ratio close 1, and lead dint to no longer enlarge, shut lock clutch auto shut lock.
(2).Shut lock clutch(CT type and CBT type excepted):be the turbine go up certain turn soon, liquid pressure auto pair of pump round and turbine lock live. Become soon while shut the function of lock clutch box importation stalk of turn soon with launch machine homology.
(3)Planet wheel gear and clutch: The four sets of planet row's wheel gear's creation is five headway file and 1 to pour file. The planet wheel gear manipulate through six clutch that the liquid press a coalescence. All wheel gear for often the Nie match type.
(4)Liquid dint gearbox: CBT and CLBT754 type become soon the box have liquid dint gearbox. Liquid dint gearbox top have a take leaf's slice of turn son and two take leaf's slice of settle son to constitute.
The torque converter has good qualities because that the driving by fluid can letdown the vibration of power-train system . It can change the torque of impeller and turbine, which make it applied more and more widely. With the trend, people pay more attention to the study on the torque converter. The paper establishes the static and dynamic model of the torque converter. After the studying on the cooperating input and output characteristic between the torque converter and the engine, the paper provides several calculating methods on the cooperating point
(5) Block and coalescence clutch:
Empty block: one file clutch, 2 file clutches.
Go forward file: one file and one file clutch, 2 files and 2 file clutches, 3 files and 3 file clutches, 4 files and 4 file clutches, 5 files and 5 file clutches.
Pour file:5 file with one file clutch, 5 files with 2 file clutches.
2.The liquid dint spread to move to become soon a box a function characteristics
In the equal work under the condition, with common become soon the box compare, usage the liquid dint spread to move to become soon a box can stanza oil 5% ～ be 22%.And operation simple, usage convenience, function credibility. Launch machine and spread service life of move the system and launch the motive, economy of the machine and the safety function effect of the vehicle equipments to show Zhao very to the exaltation. The Allison liquid dint in the United States spread to move to become soon a box a which is 1 kind to be located on motive machine and work machine of take liquid as a work to lie the fluid of quality to spread to move a machine, and according to load power of variety to realization become soon. In the meantime, according to material of demand can allocation cent move a box brief name Christian Trinity box. Control part at will sex be strong, can constitution the machine control, electricity control, spirit control, the liquid control system and equip. Can according to need constitution to realization auto become soon. Its adaptability is strong and also to have to lead to carry protection function etc.. BE exactly because of this kind of many precious characteristics which spread to move part to have in spread moving function, make it get day by day extensive of application. And regardless it application of a realm still its product sale, all increase with each passing day of trend, its development foreground very vast.
3.The liquid dint spread to move to become soon a box examination to experiment a set to develop
For the exaltation liquid dint spread to move to become a fix of box speed soon, insure to fix quality, we developped liquid dint to spread to move to become soon box examination experiment set etc. the work equip have.

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楼上，可有相关国内关于WSK的研究状况以及产品参数