武汉理工大学

课    程   设   计

课程名称   计算机组成原理

设计题目  模型机设计与实现

班    级   软件zy1302   

学    号     

姓    名      

指导教师   田  小  华     

日    期  2015年6月16日 

课程设计任务书

学生姓名：        专业班级：  软件zy1302    

指导教师：  田小华         工作单位：  计算机学院     

题  目:   基本模型机的设计及实现                                   

初始条件：

1.完成<<计算机组成原理>>课程教学与实验

2.TD-CMA计算机组成原理教学实验系统

要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1.掌握复杂指令系统计算机的微控制器功能与结构特点

2.熟悉TD-CMA教学实验系统的微指令格式

3.设计五条机器指令,并编写对应的微程序

4.在TDN-CMA教学实验系统中调试机器指令程序,确认运行结果

5.建立复杂指令系统计算机的整机概念模型

时间安排：

1.  第14周一～周五:

集中讲解课程设计原理与方法

2.  第16周周一～周五:

进行课程设计实验,调试机器指令程序，

3.  第17周周一～周五（6月18日~6月25日）：

撰写课程设计报告

指导教师签名：                  20##年  6  月  2  日

基本模型机设计与实现

1课程设计目的：

（1）  建立计算机整机概念，掌握计算机功能模块的原理和关系；

（2）  掌握一个简单CPU的组成原理；

（3）  在掌握不见单元电路的基础上，进一步将其构造成一台基本模型计算机。

2课程设计设备：

（1）  PC机一台；

（2）  TD-CMA实验系统一套,排线若干。

3课程设计内容                   

3.1课程设计原理

本次课程设计实现一个简单的CPU，由此构建一个简单模型计算机。CPU由ALU、微控制器（MC）、通用寄存器（R0），指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）和地址寄存器(AR)组成，如图5-1-1所示。

该CPU在写入相应的微指令后，就具备执行机器指令的功能。在CPU基础上，加一个主存和基本的输入输出部件，构成一个简单的模型计算机。

3.1.1课程设计用到的机器指令

课程设计采用五条机器指令:IN,ADD,OUT,JMP,HLT,对应的源程序内容如下:

地     址         内     容     助   记   符         说   明

0000 0000        0010 0000   ； START：IN  R₀         学号→R₀ 

0000 0001        0000 0000   ； ADD R₀, R₀             R₀+ R₀ →R₀

0000 0010        0011 0000   ； OUT R₀                 R₀→LED          

0000 0011        1110 0000   ； JMP  START            跳转至00地址

0000 0100        0000 0000   ；            

0000 0101        0101 0000   ；  HLT                   停机

指令码中高4位位操作码，JMP为双字节指令，其余为单字节指令。微控制器实验的指令是手动给出的，现在要求CPU自动从存储器读取机器指令并执行。

3.1.2微指令格式

课程设计在微控制器实验的基础上，增加了PC、AR和主存，在微指令中应增加相应的控制位，其微指令格式见表5-1-1。

3.1.3数据通路图

根据以上设计要求，相关的数据通路图见图5-1-3。

3.1.4微程序流程图

系统涉及到的微程序流程图，详见图5-1-4。当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P<1>测试。由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P<1>的测试结果出现多路分支。本机使用指令寄存器的高6位（IR7-IR2） 作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地址，微程序流程图上的单元地址均为16进制编码的地址。

3.1.5微指令二进制微代码表

当全部微程序设计完毕，应将每条微指令代码化，见表5-1-2。

表5-1-2  二进制表微代码表

3.1.6 机器指令程序

设计一段机器指令程序：从IN单元读入自己的学号，存放于R₀,将R₀和R₀相加，结果存于R₀,再将R₀的值送到OUT单元显示。机器指令程序如下，地址和内容均为二进制：

地     址         内     容     助   记   符         说   明

0000 0000        0010 0000   ； START：IN  R₀         学号→R₀ 

0000 0001        0000 0000   ； ADD R₀, R₀             R₀+ R₀ →R₀

0000 0010        0011 0000   ； OUT R₀                 R₀→LED          

0000 0011        1110 0000   ； JMP  START            跳转至00地址

0000 0100        0000 0000   ；            

0000 0101        0101 0000   ；  HLT                   停机

3.2 实验步骤

3.2.1按图5-1-5接线：

3.2.2写入实验程序，并进行校验。  

3.2.2.1手动写入或校验

⑴手动写入微程序

①将开关KK1置为“停止”，KK3置“编程”，KK4置“控存”，KK5置为“置数”挡；

②使用CON单元的SD5～SD0给出微地址，IN单元给出低8位应写入的数据，连续两次按动开关ST，将IN单元的数据写到该单元的低8位；

③开关KK5置为“加1”挡；

④IN单元给出低8位应写入的数据，连续两次按动开关ST，将IN单元的数据写到该单元的中8位；IN单元给出低8位应写入的数据，连续两次按动开关ST，将IN单元的数据写到该单元的高8位；

⑤重复①、②、③、④四步，将表5-1-2的微代码写入EPROM2816芯片

⑵手动校验微程序

①将KK1置为“停止”，KK3置为“校验”，KK4置为“控存”，KK5置为“置数”

②使用CON单元的SD₀₅～SD₀₀给出微地址，连续两次按动开关ST，MC单元的数据指示灯M₇～M₀显示该单元的低8位；

③将开关KK5置为“加1”挡；

④连续两次按动开关ST，MC单元的数据指示灯M₁₅～M₈显示该单元的中8位；MC单元的数据指示灯M₂₃～M₁₆显示该单元的高8位；

⑤重复①、②、③、④四步，完成对微代码的校验。

⑶手动写入机器指令程序

①将KK1置为“停止”，KK3置为“校验”，KK4置为“主存”，KK5置为“置数”

②使用CON单元的SD₀₅～SD₀₀给出地址，IN单元给出该单元应写入的数据，连续两次按动开关ST，将IN单元的数据写到该存储器单元；

③开关KK5置为“加1”挡；

④IN单元给出下一个地址（地址自动加1）应写入的数据，连续两次按动开关ST，将IN单元的数据写到该存储器单元中；然后地址会又加1，只需在IN单元输入后续地址（地址自动加1）应写入的数据，连续两次按动开关ST，即可完成对该单元的写入。

⑤亦可①、②两步，将所有机器指令写入主存芯片中。

⑷手动校验机器指令程序  

①将KK1置为“停止”，KK3置为“校验”，KK4置为“主存”，KK5置为“置数”

②使用CON单元的SD₀₇～SD₀₀给出地址，连续两次按动开关ST，CPU内总线的数据指示灯D₇～D₀显示该单元的数据；

③开关KK5置为“加1”挡；

④连续两次按动开关ST，地址自动加1，CPU内总线的数据指示灯D₇～D₀显示该单元的数据；此后每两次按动开关ST，地址自动加1，CPU内总线的数据指示灯D₇～D₀显示该单元的数据，继续进行该操作，直至完成校验。

3.2.2.2联机写入和校验

联机软件提供微程序和机器指令程序下载功能，但是微程序和机器指令程序在下载时有规定的格式，详见实验指导书。选择联机软件的“[转储]—[装载]”功能，在打开文件对话框中选择相关文件，软件自动将机器指令程序和微程序写入指定单元。

选择联机软件的“[转储]—[刷新指令区]”功能，，可以读出下位机所有的机器指令和微指令，并在指令区显示。对照文件检查微程序和机器指令程序是否正确。

3.3运行程序

3.3.1本机运行

将开关KK1、KK3置为“运行”档，按动CON单元的总清开关CLR，将使PC、AR和微程序地址为00H，程序可以从头开始运行，暂存器A，B，指令寄存器IR和OUT单元也会被清零。

将KK2置为“单步”档，每按动一次ST按钮，即可单步运行一条微指令，对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致。每运行完一条微指令，观察一次CPU内总线和地址总线，对照数据通路图，分析总线上的数据是否正确；结果正确后请截取屏幕并保留屏幕文件，作为结果放到课程设计报告中。

当模型机执行完JMP指令后，检查OUT单元显示的数据是否为OUT单元值的2倍；按下CON单元的总清开关CLR，将IN单元的数据改变为学号的2倍，再次执行机器指令程序，从OUT单元显示的数据判断程序执行是否正确，结果正确后请再次截取屏幕并保留屏幕文件，作为结果放到课程设计报告中，方便比较结果。

3.3.2联机运行

将KK1、KK3置为“运行”档，进入软件界面，选择菜单命令“[实验]—[简单模型机]”，打开简单模型机数据通路图。

按动CON单元的总清开关CLR，然后通过软件运行程序，选择相应的功能命令，即可联机运行、监控、调试程序，当模型机执行完JMP指令后，检查OUT单元显示的数据是否为OUT单元值的2倍。在数据通路图和微程序流中观测指令的执行过程，并观察软件中地址总线、数据总线以及微指令显示和下位机是否一致。

4实验结果

4.1初始状态

连接好线路后，进入软件，将微程序和机器程序以指定的格式写入到以txt为后缀的文本文件中并进行装载。

实验初始状态如下图所示：

4.2运行结果

我在班里的序号是15H，通过加法器等一系列运行，最终在OUT端输出了我的序号的2倍，即2AH。联机运行图如下图所示：

5课程设计总结

5.1给出每条机器指令的微程序: IN,ADD, OUT,JMP

IN指令的微程序 01Q：000000011110110110000010

02Q：000000001100000001001000

10Q：000000000001000000000001

01Q：000000011110110110000010

ADD指令的微程序 01Q：000000011110110110000010

02Q：000000001100000001001000

11Q：000000011110110110000011

03Q：000000001110000000000100

04Q：000000001011000000000101

05Q：000000011010001000000110

06Q：100101011001101000000001

01Q：000000011110110110000010

OUT指令的微程序 01Q：000000011110110110000010

02Q：000000001100000001001000

13Q：000000011110110110001110

16Q：000000001110000000001111

17Q：000000001010000000010101

25Q：000001110000101000000001

01Q：000000011110110110000010

JMP指令的微程序 01Q：000000011110110110000010

02Q：000000001100000001001000

15Q：000000011110110110010110

26Q：000000001101000110000001

01Q：000000011110110110000010

5.2课程设计心得总结

本次计算机组成原理课程设计是构造一台简单的基本模型计算机以及为其定义五条机器指令，编写相应的微程序上机调试。通过本次课程设计，我掌握了一个简单CPU的组成原理。实验过程中也遇到了一些困难，但是在老师和同学的帮助下我顺利解决了这些问题，觉得计算机组成原理是一门基础而且重要的课，作为软件工程的学生，学习好硬件知识也是非常重要的。即使这门课程结束了，对计算机组成原理的学习还没有结束，我会继续努力的！

系主任（或责任教师）签名：      20## 年  6  月  3  日

本科生课程设计成绩评定表

班级： 软件zy1302   姓名：    学号：

注：最终成绩以五级分制记。优（90-100分）、良（80-89分）、中（70-79分）、

及格（60-69分）、60分以下为不及格

指导教师签名：田小华

　　　　　　　　　　　　　　　　　　2015 年7月3日

第二篇：离合器课程设计 武汉理工

WG7200型轿车膜片弹簧离合器设计说明书

一.离合器概述

    按动力传递顺序来说，离合器应是传动系中的第一个总成。顾名思义，离合器是“离”与“合”矛盾的统一体。离合器的工作，就是受驾驶员操纵，或者分离，或者接合，以完成其本身的任务。离合器是设置在发动机与变速器之间的动力传递机构，其功用是能够在必要时中断动力的传递，保证汽车平稳地起步；保证传动系换档时工作平稳；限制传动系所能承受的最大扭矩，防止传动系过载。为使离合器起到以上几个作用，目前汽车上广泛采用弹簧压紧的摩擦式离合器，摩擦离合器所能传递的最大扭矩取决于摩擦面间的工作压紧力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面状况等。即主要取决于离合器基本参数和主要尺寸。膜片弹簧离合器在技术上比较先进，经济性合理，同时其性能良好，使用可靠性高寿命长，结构简单、紧凑，操作轻便，在保证可靠地传递发动机最大扭矩的前提下，有以下优点：

（1）结合时平顺、柔和，使汽车起步时不震动、冲击；

（2）离合器分离彻底；

（3）从动部分惯量小，以减轻换档时齿轮副的冲击；

（4）散热性能好；

（5）高速回转时只有可靠强度；

（6）避免汽车传动系共振，具有吸收震动、冲击和减小噪声能力；

（7）操纵轻便；

（8）工作性能（最大摩擦力矩和后备系数保持稳定）；

（9）使用寿命长。

1.1离合器的组成

如图1-6所示膜片弹簧离合器的大致组成结构如下：

1.2离合器的功用

    离合器可使发动机与传动系逐渐接合，保证汽车平稳起步。如前所述，现代车用活塞式发动机不能带负荷启动，它必须先在空负荷下启动，然后再逐渐加载。发动机启动后，得以稳定运转的最低转速约为300～500r/min，而汽车则只能由静止开始起步，一个运转着的发动机，要带一个静止的传动系，是不能突然刚性接合的。因为如果是突然的刚性连接，就必然造成不是汽车猛烈攒动，就是发动机熄火。所以离合器可使发动机与传动系逐渐地柔和地接合在一起，使发动机加给传动系的扭矩逐渐变大，至足以克服行驶阻力时，汽车便由静止开始缓慢地平稳起步了。

虽然利用变速器的空档，也可以实现发动机与传动系的分离。但变速器在空档位置时，变速器内的主动齿轮和发动机还是连接的，要转动发动机，就必须和变速器内的主动齿轮一起拖转，而变速器内的齿轮浸在黏度较大的齿轮油中，拖转它的阻力是很大的。尤其在寒冷季节，如没有离合器来分离发动机和传动系，发动机起动是很困难的。所以离合器的第二个功用，就是暂时分开发动机和传动系的联系，以便于发动机起动。

汽车行驶中变速器要经常变换档位，即变速器内的齿轮副要经常脱开啮合和进入啮合。如在脱档时，由于原来啮合的齿面压力的存在，可能使脱档困难，但如用离合器暂时分离传动系，即能便利脱档。同时在挂档时，依靠驾驶员掌握，使待啮合的齿轮副圆周速度达到同步是较为困难的，待啮合齿轮副圆周速度的差异将会造成挂档冲击甚至挂不上档，此时又需要离合器暂时分开传动系，以便使与离合器主动齿轮联结的质量减小，这样即可以减少挂挡冲击以便利换档。

离合器所能传递的最大扭矩是有一定限制的，在汽车紧急制动时，传动系受到很大的惯性负荷，此时由于离合器自动打滑，可避免传动系零件超载损坏，起保护作用。

1.3设计的基本要求

为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足以下要求：

1)        在任何行驶条件下，都能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载。

2)        接合时要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。

3)        分离要迅速、彻底。

4)        从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。

5)        具有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命。

6)        应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力。

7)        操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。

8)        作用在从动盘上的总压力和摩擦离合器和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。

9)        具有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长。

10)    结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便。

二.结构方案分析

本设计针对的车型是毕加索2.0L手自一体。

其基本参数如下：

车    型：奥德赛2008豪华版

整车质量：1705（kg）

最高车速：190 （km/h）

主要尺寸: 4770×1800×1582 长/宽/高（mm）

最大功率：118/5500 （kw）

最大扭矩：218/4500 （N.m）

2.1从动盘数选择

对乘用车和最大质量小于6t的商用车而言，发动机的最大转矩一般不大，离合器通常只设一片从动盘。

2.2压机弹簧和布置形式

离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。膜片弹簧与其他几类相比又有以下几个优点：

（1）由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。当离合器分离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力；

（2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；

（3）高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显下降；

（4）由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，可提高使用寿命；

（5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长；

（6）平衡性好；

（7）有利于大批量生产，降低制造成本。

但膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材料质量和尺寸精度要求高，其非线性特性在生产中不易控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。近年来，由于材料性能的提高，制造工艺和设计方法的逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。因此，我选用膜片弹簧式离合器。

2.3膜片弹簧支承形式

图3-1为拉式膜片弹簧的支承形式—单支承环形式，将膜片弹簧大端支承在离合器盖杀中的支承环上。

2.4压盘的驱动形式

在膜片弹簧离合器中，扭矩从离合器盖传递到压盘的方法有三种^[9]：                 

（1）凸台—窗孔式：它是将压盘的背面凸起部分嵌入在离合器盖上的窗孔内，通过二者的配合，将扭矩从离合器盖传到压盘上，此方式结构简单，应用较多；缺点：压盘上凸台在传动过程中存在滑动摩擦，因而接触部分容易产生分离不彻底。

（2）径向传动驱动式：这种方式使用弹簧刚制的径向片将离合器盖和压盘连接在一起，此传动的方式较上一种在结构上稍显复杂一些，但它没有相对滑动部分，因而不存在磨损，同时踏板力也需要的小一些，操纵方便；另外，工作时压盘和离合器盖径向相对位置不发生变化，因此离合器盖等旋转物件不会失去平衡而产生异常振动和噪声。

（3） 径向传动片驱动方式：它用弹簧钢制的传动片将压盘与离合器盖连接在一起，除传动片的布置方向是沿压盘的弦向布置外，其他的结构特征都与径向传动驱动方式相同。经比较，我选择径向传动驱动方式。

三.离合器主要参数选择

3.1后备系数β

后备系数保证了离合器能可靠地传递发动机扭矩，同时它有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器的使用寿命。但为了离合器的尺寸不致过大，减少传递系的过载，使操纵轻便等，后备系数又不宜过大。由于所设计的离合器为膜片弹簧离合器，在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小（开始时还有些增加），再加上小轿车的后备功率比较大，使用条件较好，宜取较小值，由《汽车设计》书表2-1，初取β=1.3。

3.2单位压力p

单位压力p 决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器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、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。p 取值范围见表

表摩擦片单位压力p的取值范围

p选择：0.10 MPa ≤ p₀  ≤ 1.50 MPa ，本次设计取 p = 0.3MPa

选用的是石棉基，编织

3.3摩擦片外径D内径d和厚度b

摩擦片外径D（mm）可以根据发动机最大转矩（N.m）按如下经验公式选用

    =14.6×=215.57mm

为直径系数由《汽车设计》书表2-3选取为14.6

为发动机最大转矩

离合器摩擦片尺寸系列和参数表1

摩擦片标准系列尺寸，取D=225，d=150,b=3.5 ，c=d/D=0.667

3.4摩擦因数f，摩擦面数Z和离合器间隙△t

摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所用的材料及工作温度及单位压力和滑磨速度等因素。

由《汽车设计》书表2-4该设计选用石棉基材料,取摩擦因数f=0.3

摩擦面数Z为离合器从动盘数的两倍，故Z=2

离合器间隙一般为3-4mm.取△t=3.4

四.离合器总成

膜片弹簧，压盘，离合器盖，传动片

4.1膜片弹簧的设计：

参数选择

4.1.1截锥高度H与板厚h比值和板厚h的选择

为了保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的一般为1.5～2.0，板厚h为2～4

取h = 2 mm ，H/h =1.7 ，即 H = 1.7h =3.4 mm 。

4.1.2自由状态下碟簧部分大端R、小端r的选择和比值

当时，摩擦片平均半径Rc=，

对于拉式膜片弹簧的R值，应满足关系100RRc=94mm

故取R=95mm,再结合实际情况取R/r=1.25,则r=76mm。

4.1.3膜片弹簧起始圆锥底角的选择

＝arc tan(H/(R-r))=arctan3.4/(95-76)≈10.15°，满足9°～15°的范围。

4.1.4分离指数目n的选取

分离指数目n常取18，大尺寸膜片弹簧可取24，小尺寸膜片弹簧可取12 。取分离之数目n =18 。

4.1.5切槽宽度δ、δ及半径r 的确定

δ= 3.2～3.5 mm，δ= 9～10 mm，r 的取值应满足r - r ≥ δ。本次设计取δ = 3.5 mm，δ= 10 mm ，r≤ r -δ= 62 mm 。

所以取r=60mm。

4.1.6压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定

R1和r1需满足下列条件：

故选择R1＝90mm， r1＝72mm.

强度计算

材料弹性特性曲线

假设膜片弹簧在承载过程中，其子午线刚性地绕上地某中性点转动。

设通过支承环和压盘加载膜片弹簧上地载荷P1(N)集中在支承点处，加载点间的相对轴向变形为x1(mm),则膜片弹簧的弹性特性如下式表示：

式中，E――弹性模量，钢材料取E=2.06×Mpa；

      b――泊松比，钢材料取b=0.3；

      R――自由状态下碟簧部分大端半径，95mm；

      r――自由状态下碟簧部分小端半径，76mm；

      R1――压盘加载点半径，90mm；

      r1――支承环加载点半径，72mm；

      H――自由状态下碟簧部分内截锥高度，3.4mm；

h――膜片弹簧钢板厚度，2mm。

材料及制造工艺

制造膜片弹簧用的材料，应具有高的弹性极限和屈服极限，高的静力强度及疲劳强度，高的冲击强度，同时应具有足够大的塑性变形性能。按上述要求，国内常用的膜片弹簧材料为硅锰钢60Si2MnA或50CrVA。

4.2压盘设计

对压盘结构设计的要求:

1)压盘应具有较大的质量,以增大热容量，减小温，防止其产生裂纹和破碎，有时可设置各种形状的散热筋或鼓风筋，以帮助散热通风。中间压盘可铸出通风槽，也可以采用传热系数较大的铝合金压盘。

2)压盘应具有较大刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减小受热后的翘曲变形，以免影响摩擦片的均匀压紧及与离合器的彻底分离，厚度约为15～25 mm 。

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15～20 g·cm 。

4)压盘高度(从承压点到摩擦面的距离)公差要小。

压盘形状较复杂，要求传热性好，具有较高的摩擦因数，通常采用灰铸铁，一般采用HT200、HT250、HT300，硬度为170～227HBS。

6.3.3压盘的结构设计与选择

取温升t=10 t =  =  = 10  ℃

m =  =  = 1.375 kg         

所以h=6

取h=15  

为铸铁密度，取7800 kg/m，V为压盘估算面积

  式中，t为压盘温升(℃),不超過8～10℃；c为压盘的比热容，铸铁：c=481.4 J/(kg·℃)；m为压盘质量(kg)；γ为传到压盘的热量所占的比例，对单片离合器压盘. γ=0.5；γ=0.5；

4.3传动片设计

根据《汽车设计》由于各传动片沿圆周均匀分布，它们的变形不会影响到压盘的对中性和离合器的平衡性。
传动片可选为3组，每组4片，每片厚度为1.2mm，一般由弹簧钢带65Mn制成

4.4离合器盖设计

4.4.1离合器盖结构设计的要求：

1)应具有足够的刚度，否则影响离合器的工作特性，增大操纵时的分离行程，减小压盘升程，严重时使摩擦面不能彻底分离。

2)应与飞轮保持良好的对中，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。

乘用车离合器盖一般用08、10钢等低碳钢板

五.从动盘总成设计

从动片，摩擦片，从动盘毂，扭转减震器

5.1扭转减震器的设计

5.1.1扭转减振器主要参数

极限转矩受限于减振弹簧的许用应力等因素，与发动机最大转矩有关，一般可取，

Tj=(1.5～2.0)

对于乘用车，系数取2.0。

则Tj=2.0×＝2.0×218＝436（N·m）

扭转刚度k

由经验公式初选

kTj

即k＝Tj＝13×436＝5668（N·m/rad）

 阻尼摩擦转矩Tμ

可按公式初选Tμ

Tμ＝（0.06～0.17）

取Tμ=0.1 =0.1×218=21.8(N·m)

预紧转矩Tn

减振弹簧在安装时都有一定的预紧。

Tn满足以下关系：

Tn＝（0.05～0.15）且TnTμ＝21.8 N·m

而Tn＝（0.05～0.15）＝10.9～32.7 N·m

则初选Tn＝20N·m

减振弹簧的位置半径R0

R0的尺寸应尽可能大些，一般取

R0=(0.60～0.75)d/2

则取R0=0.65d/2=0.65×150/2=48.75(mm),可取为49mm.

 减振弹簧个数Zj

当摩擦片外径D250mm时，

Zj=4～6

故取Zj=6

减振弹簧总压力F

当减振弹簧传递的转矩达到最大值Tj时，减振弹簧受到的压力F为

F＝Tj/R0＝436/(49×)＝8.898（kN)

5.2从动盘毂的设计

从动盘毅的花键孔与变速器第一轴前端的花键轴以齿侧定心矩形花键的动配合相联接，以便从动盘毅能作轴向移动。花键的结构尺寸可根据从动盘外径和发动机转矩按GB1144-2001矩形花键尺寸、公差和检验选取(见表3-1)。从动盘毅花键孔键齿的有效长度约为花键外径尺寸的(1.0～1. 4)倍(上限用于工作条件恶劣的离合器)，以保证从动盘毂沿轴向移动时不产生偏斜。

表3-1 GB1144-2001

花键尺寸选定后应进行挤压应力 ( MPa)及剪切应力τ_j ( MPa)的强度校核：

                               （3-1）

                                 （3-2）

式中： ，—分别为花键外径及内径，mm；

n—花键齿数；

，b—分别为花键的有效齿长及键齿宽，mm；

z—从动盘毅的数目；

—发动机最大转矩，N.mm。

从动盘毅通常由40Cr ， 45号钢、35号钢锻造，并经调质处理，HRC28～32。

由表3-1选取得：

花键齿数n=10； 花键外径D=32mm；

花键内径d=26mm；键齿宽b=4mm；

有效齿长l=30mm；挤压应力=11.5MPa；

校核计算如下：

                                             

=15MPa； 

=12.6MPa符合强度得要求。

5.3从动片设计

5.3.1从动片的厚度及选材

从动片通常用1.0～2.0mm厚的钢板冲压而成。有时将其外缘的盘形部分磨薄至0.65～1.0mm，以减小其转动惯量。从动片的材料与其结构型式有关，整体式即不带波形弹簧片的从动片，一般用高碳钢(50或85号钢)或65Mn钢板，热处理硬度HRC38～48；采用波形弹簧片的分开式(或组合式)从动片，从动片采用08钢板，氰化表面硬度HRC45，层深0.2～0.3mm；波形弹簧片采用65Mn钢板，热处理硬度 HRC43～51。本次设计采用整体式从动片，厚度为1mm。

六.操纵机构设计

6.1 对离合器操纵机构的要求

  1）踏板力要尽可能小，乘用车一般在80-150N范围内，商用车不大于150-200N。

  2）踏板行程一般在80-150mm范围内，最大不应超过180mm。

  3）应有踏板行程调整装置，以保证摩擦片磨损后分离轴承的自由行程可以复原。

  4）应有踏板行程限位装置，以防止操纵机构的零件因受力过大而损坏。

  5）应具有足够的刚度

  6）传动效率高

  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。

  8）工作可靠、寿命长，维修保养方便。

6.2 操纵机构结构形式选择

6.3 离合器操纵机构的设计计算

踏板行程S由自由行程S₁和工作行程S₂两部分组成：

                                             （6-1）

根据要求我们确定操纵机构尺寸参数为：S_of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20～30mm，我们选取S_of=3mm；Z为摩擦面面数，

根据离合器摩擦片结构可知Z=2；

△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，本次设计的离合器摩擦片数为单片，所以取△S=0.85mm；a1、a2、b1、b2、c1、c2为杠杆尺寸，根据前面膜片弹簧结构参数可知c₁=19mm，c₂=67.5mm；选取a₂=240mm，a₁=33mm，b₂=75mm，b₁=50mm；d₁=15mm，d₂=16.26mm。

6.4 校核踏板行程（自由行程，工作行程，总行程）

（1）自由行程校核

由6-1公式可知，自由行程S₁为

S₁ =S_ofa₂b₂（d₂）²/[ a₁b₁（d₁）²]

                       =3×240×75×16.26²/33×50×15²

                       =38.45mm

为了使离合器在所有情况下都能彻底分离以免造成变速器换挡时的齿轮撞击、换挡力增加等，至少应留25mm的踏板行程，即自由行程。为了使驾驶员易从脚感上确定踏板位置，S₁＜50mm为好。综上所述并根据校核S₁=38.45mm符合25mm＜S₁＜50mm的要求。

（2）工作行程校核

   由6-1公式可知，工作行程S₂为

S₂ =Z△S c₂a₂b₂（d₂）²/[ c₁a₁b₁（d₁）²]

  =2×0.85×67.5×240×75×16.26²/19×33×50×15²

  =77.42mm

（3）总行程校核

由6-1公式可知，总行程S为

S = S₁+ S₂

  =38.45+77.42=116mm

最佳总行程受许多因素影响，其中要考虑的人群从5%分位的女性到95%分位的男性。从有关方面获得的人体工程学资料可知，踏板总行程应在80～150mm范围内。由6-1所确定的操纵机构尺寸参数获得的踏板总行程S=116mm符合上述要求。

（4）校核踏板力

踏板力F_f可按下式计算：

式中，F＇为离合器分离时，压盘上的总工作压力根据膜片弹簧各参数可得F＇=F_1C=5805.9N；i∑为操纵机构总传动比，            .η为机械效率，η=80%～90%，我们取η=90%；F_s克服膜片弹簧的拉力所需的踏板力，在初步设计时可忽略之。代入各数据得踏板力

F_f=5805.9/90%/45.574=141N

一般来说，对于乘用车，踏板力F_f在80～150N范围内。所设计踏板力F_f=141N符合要求。

分离离合器所做的功W_L为

W_L=0.5（F₁+ F＇）Z△S/η

式中，F₁为离合器结合状态下的压盘上的总工作压力，由5.8可知F₁= F_1B=7042N。计算得分离离合器所做的功W_L为

W_L=0.5×（7042+5805）×2×0.85×10^-3/90%=12.13J

在规定的踏板力和行程的允许范围内，驾驶员分离离合器所作的功不应大于30J。所以所设计的分离离合器所做的功W_L=12.13J符合设计要求。

七.总结