拉式離合器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、離合器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué)院： 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 目錄：第1章：設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求第2章：主要設(shè)計(jì)參數(shù)第3章：離合器形式選擇第4章：主要零部件的計(jì)算第5章：主要零部件的設(shè)計(jì)第6章：主要零部件的校核第7章：離合器其他機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)第8章：設(shè)計(jì)小結(jié)第9章：參考文獻(xiàn)第1章：設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)一輛總質(zhì)量4215Kg的輕型載貨汽車(chē)離合器。1.查閱相關(guān)資料，根據(jù)目前使用現(xiàn)狀及整車(chē)質(zhì)量參數(shù)，確定膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)形式，并對(duì)其他零件的傳動(dòng)形式進(jìn)行確定。2.對(duì)壓盤(pán)的溫升，傳力片膜片彈簧的強(qiáng)度進(jìn)行校核。3.根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)主要零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算。第2章：主要設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，主要參數(shù)如下：發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)： 4JB1-

2、TC1發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率/KW 及轉(zhuǎn)速r/min : 70/3400發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩/Nm及轉(zhuǎn)速r/min : 206/1700整車(chē)質(zhì)量：4125Kg最高車(chē)速：98KM/h最大爬坡度：35%驅(qū)動(dòng)形式：42后輪第3章離合器形式選擇所設(shè)計(jì)車(chē)輛為一6t以下的輕型載貨汽車(chē)，根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)：拉式膜片彈簧離合器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，零件數(shù)更少，無(wú)需中間支撐，可取消支撐環(huán)，摩擦損失小，傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)。此外，相對(duì)于同等壓盤(pán)尺寸的推式膜片彈簧離合器，拉式膜片彈簧離合器可采用直徑較大的膜片彈簧，提高了壓緊力與轉(zhuǎn)矩傳遞能力，而且不增大踏板力。傳遞相同轉(zhuǎn)矩是可采用更小的的離合器直徑。結(jié)合目前的汽車(chē)使用狀況，選擇拉式膜片彈簧離

3、合器。第4章 主要零部件的計(jì)算4.1摩擦片的計(jì)算車(chē)輛為一6t以下的輕型載貨汽車(chē)，發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax=206Nm，根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)：離合器只設(shè)一片從動(dòng)盤(pán)，則摩擦面數(shù)Z=2。發(fā)動(dòng)機(jī)為四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，考慮到為輕型載貨汽車(chē)，沒(méi)有較多的惡劣工礦，根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)表2-1，取離合器后背系數(shù)=1.4。離合器靜摩擦力矩Tc=Temax=1.4206=288.4Nm。根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)，摩擦片材料為石棉基材料：根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)表2-3，取摩擦因數(shù)f=0.23。根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)表2-2，取摩擦片單位壓力P0=0.20Mp。根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)摩擦片內(nèi)、外徑之比c=d/D,c=0.52-0.70，取c=0.63。根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)公式2-6，D=T

4、c=12 f ZP0D3(1-C3)312Temax(1-C3)ZP0f=254.48 mm根據(jù)表3-1，選擇摩擦片的尺寸系表3-1 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)表外徑D/mm160180200225250280300325350380405430內(nèi)徑d/mm110125140150155165175190195205220230厚度b/mm3.23.53.53.53.53.53.53.54444由D=254.48 mm取摩擦片摩擦片外徑D=280mm，則內(nèi)徑d=165mm。校核摩擦片初選值，摩擦片外徑D應(yīng)使最大圓周速度VD=65-70m/s；D=60nemaxD10-3=60340028010

5、-3=49.85m/s6570m/s滿足設(shè)計(jì)要求。確定摩擦片參數(shù)如下：摩擦片外徑D摩擦片內(nèi)徑d厚度b280mm165mm3.5mm4.2膜片彈簧參數(shù)計(jì)算1.膜片彈簧的彈性特性計(jì)算：根據(jù)膜片彈簧上載荷F1（N）與加載點(diǎn)間的相對(duì)軸向變形1（mm）間的方程： F1=f（1）=Eh161-2lnR/rR1-r12H-1R-rR1-r1H-12R-rR1-r1+h2根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)，1）截錐高度H與板厚h比值和板厚h的選擇汽車(chē)離合器用膜片彈簧的Hh一般為1.52.0，板厚h為24，初選h=3, =1.6則H=1.8h=4.8.2）自由狀態(tài)下碟簧部分大端R、小端r的選擇和比值當(dāng)時(shí)，摩擦片平均半徑Rc=23R3

6、-r3R2-r2=114.52mm對(duì)于拉式膜片彈簧的r值宜取為大于或等于Rc，即rRc=114.52mm取r=115mm，R/r=1.20，則R=138mm3）膜片彈簧起始圓錐底角的選擇arctanH/(R-r)=arctan4.8/(138-115)11.8，滿足915的范圍。2校核膜片彈簧出選值1）膜片彈簧的彈性特性曲線假設(shè)膜片彈簧在承載過(guò)程中，其子午線剛性地繞上地某中性點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)通過(guò)支承環(huán)和壓盤(pán)加載膜片彈簧上地載荷F1(N)集中在支承點(diǎn)處，加載點(diǎn)間的相對(duì)軸向變形為1 (mm),根據(jù)膜片彈簧的彈性特性： F1=f（1）=Eh161-2lnR/rR1-r12H-1R-rR1-r1H-12R-

7、rR1-r1+h2其中，E:彈性模量，鋼材料取E=2.1Mpa； :泊松比，鋼材料取=0.3 R（mm）:自由狀態(tài)下碟簧部分大端半徑 r（mm）:自由狀態(tài)下碟簧部分小端半徑 R1（mm）:壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑 r1（mm）:支承環(huán)加載點(diǎn)半徑 H（mm）:自由狀態(tài)下碟簧部分內(nèi)截錐高度h（mm）:膜片彈簧鋼板厚度2）利用MATLAB軟件進(jìn)行求解，程序如圖3-1所示圖3-1 MATLAB程序特性曲線如圖3-2，所示圖3-2膜片彈簧的彈性特性曲線計(jì)算結(jié)果， 1M= 2.19mm 1N=6.74mm根據(jù)汽車(chē)汽車(chē)設(shè)計(jì)，為保證各工作點(diǎn)A、B、C有較合適的位置，應(yīng)使1B1H=0.81.0即0.81BH(R-rR1-

8、r1)1.0由上圖可知1H=1M+1N2=2.19+6.742=4.25mm，1B=(0.81.0)1H0.81BHR-rR1-r1=4.250.81.04.8138-116=0.891.0符合設(shè)計(jì)要求。3）為滿足離合器的使用性能的要求，應(yīng)該滿足：1.6H/h2.29OH/（R-r）15O本設(shè)計(jì)中H/h=4.8/3=1.6和11.8O都符合離合器的設(shè)計(jì)要求。4） 彈簧各部分有關(guān)尺寸比值符合一定的范圍，即1.2R/r1.35702R/h1003.5R/rO5.0根據(jù)所確定的參數(shù)可得R/r=138/115=1.2、2R/h=2138/3=92、R/rO =138/35=3.94都符合上述要求。最終

9、，膜片彈簧相關(guān)參數(shù)選取如下：截錐高度H板厚h分離指數(shù)n圓底錐角4,8mm3mm1811.84.3扭轉(zhuǎn)減震器的設(shè)計(jì)1.極限轉(zhuǎn)矩根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)，Tj=(1.52.0) 對(duì)于商用車(chē)，系數(shù)取1.5。則Tj=1.51.5206309（Nm）2.扭轉(zhuǎn)剛度k由經(jīng)驗(yàn)公式初選k Tj即kTj133094017（Nm/rad）3.阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，T（0.060.17）取T=0.1 =0.1206=20.6(Nm)4.預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn減振彈簧在安裝時(shí)預(yù)緊。Tn滿足以下關(guān)系：Tn（0.050.15）且TnT20.6 NmTn（0.050.15）10.330.9 Nm則初選Tn18Nm5.減振彈簧的位置半徑R0R

10、0的尺寸應(yīng)盡可能大些，一般取R0=(0.600.75)d/2初選R0=55mm6.減振彈簧個(gè)數(shù)Zj當(dāng)摩擦片外徑D250mm時(shí)，Zj=68考慮止動(dòng)銷等的布置，故取Zj=67.減振彈簧總壓力F當(dāng)減振彈簧傳遞的轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值Tj時(shí)，減振彈簧受到的壓力F為F=TjR0=30955103=5.62 kN8.減振彈簧的分布半徑R1根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)，R1的尺寸應(yīng)盡可能大些，一般取R1=(0.600.75)d/2式中，d為離合器摩擦片內(nèi)徑故R1=R0=55mm9.單個(gè)減振器的工作壓力PP=FZ=56208=702.5 N10.減振彈簧尺寸1)彈簧中徑Dc，其一般由布置結(jié)構(gòu)來(lái)決定，通常Dc=1115mm故取Dc=1

11、3mm2)彈簧鋼絲直徑dd=38PDc=38702.512580=3.33mm取d=3.5mm。式中，扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力可取550600Mpa,故取為580Mpa3)減振彈簧剛度k應(yīng)根據(jù)已選定的減振器扭轉(zhuǎn)剛度值k及其布置尺寸R1確定，即k=k1000R12n=0.05528=166N/mm4)減振彈簧有效圈數(shù)i=Gd48Dc3k=8.31043.3348123166=45)減振彈簧總?cè)?shù)n其一般在6圈左右，與有效圈數(shù)之間的關(guān)系為n=+(1.52)=66)減振彈簧最小高度=21.98mm7)彈簧總變形量l=Pk=702.5166=4.23mm8)減振彈簧總變形量=21.978+4.23=26.21mm

12、9)減振彈簧預(yù)變形量l=TnkZR1=1816685510-3=0.25mm10)減振彈簧安裝工作高度=26.21-0.25=25.96mm11)從動(dòng)片相對(duì)從動(dòng)盤(pán)轂的最大轉(zhuǎn)角最大轉(zhuǎn)角和減振彈簧的工作變形量有關(guān)，其值為=4.1512)限位銷與從動(dòng)盤(pán)轂缺口側(cè)邊的間隙式中，為限位銷的安裝尺寸。值一般為2.54mm。所以可取為3mm, 為41.45mm.13)限位銷直徑按結(jié)構(gòu)布置選定，一般9.512mm?？扇?0mm扭轉(zhuǎn)減振器確定參數(shù)如下極限轉(zhuǎn)矩Tj阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn減震彈簧位置半徑R0減震彈簧個(gè)數(shù)Zj309Nm20.6Nm18Nm55mm6第5章 主要零部件的設(shè)計(jì)5.1從動(dòng)盤(pán)總成設(shè)計(jì)1.摩

13、擦片設(shè)計(jì)根據(jù)分析計(jì)算，摩擦片尺寸：外徑D=280mm，則內(nèi)徑d=165mm，厚度b=3.5mm材料選擇石棉基材料，外緣開(kāi)6-12個(gè)“T”形槽，形成許多扇形，兩側(cè)的摩擦片分別用鉚釘鉚接在波浪形鋼片上，“T”形槽減小摩擦片發(fā)熱引起的從動(dòng)片翹曲。2.波浪形鋼片設(shè)計(jì)波浪形鋼片采用65Mn，厚度為1mm，硬度為40-60HRC，表面發(fā)藍(lán)處理，設(shè)計(jì)個(gè)數(shù)為8。3.從動(dòng)盤(pán)轂設(shè)計(jì)由變速器輸入軸軸頸，根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)表2-7，選擇從動(dòng)盤(pán)花鍵參數(shù)如下：花鍵為矩形花鍵，齒數(shù)為10，外徑D=40，內(nèi)徑d=32mm,齒厚t=4mm，有效齒長(zhǎng)l=40mm?；ㄦI內(nèi)表面鍍鉻處理，以增強(qiáng)硬度。從動(dòng)轂采用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，表面和心部

14、硬度為26-30HRC。減震彈簧窗口采用高頻淬火處理。4.傳動(dòng)片設(shè)計(jì)考慮到采用拉式膜片彈簧離合器，傳動(dòng)片材料采用50鋼，厚度初選2mm，表面35-40HRC。5.扭轉(zhuǎn)減震彈簧設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)減震彈簧材料為65Mn的彈簧鋼線鋼絲，根據(jù)計(jì)算，彈簧直徑為 ，彈簧長(zhǎng)度取32mm。5.2離合器蓋總成的設(shè)計(jì)1.膜片彈簧的設(shè)計(jì)1)根據(jù)計(jì)算，膜片彈簧內(nèi)徑，外徑分別取d=70mm ，D=272mm 。2)分離指數(shù)目n的選取,根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)，取為n=18。3）膜片彈簧小端內(nèi)半徑r0及分離軸承作用半徑rf的確定r0由離合器的結(jié)構(gòu)決定，其最小值應(yīng)大于變速器第一軸花鍵的外徑。rf應(yīng)大于r0。取r0=35mm，rf=38mm4）切

15、槽寬度1、2及半徑re取14mm, 2=8mm, 滿足r-2,則rer-2=116-8=104mm故取re104mm.5）壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑R1和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑r1的確定R1和r1需滿足下列條件：1R-R170r1-r6故選擇R1135mm， r1116mm.6）膜片彈簧材料根據(jù)機(jī)械工程材料，國(guó)內(nèi)常用的膜片彈簧材料為硅錳鋼60Si2MnA或50CrVA，選擇50CrVA。7） 為使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，應(yīng)滿足：拉式：（D+d）/4r1D/2根據(jù)所確定的參數(shù)可得（D+d）/4=111.25，D/2=140，r1=116。符合上述要求。8）根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置的要求，應(yīng)滿足：1R-R17； 0r

16、1-r6； 0rf- r04根據(jù)所確定的參數(shù)可知都符合彈簧結(jié)構(gòu)布置的要求。9）膜片彈簧的分離指起分離杠桿作用，因此其杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即：3.5R1-rfR1- r19.0根據(jù)所確定的參數(shù)可得R1-rfR1- r1=135-38135-116=5.11符合設(shè)計(jì)要求。2.壓盤(pán)設(shè)計(jì)根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)，離合器壓盤(pán)應(yīng)具有較大的質(zhì)量,以增大熱容量，減小溫，防止其產(chǎn)生裂紋和破碎，可設(shè)置各種形狀的散熱筋或鼓風(fēng)筋，以幫助散熱通風(fēng)。壓盤(pán)應(yīng)具有較大剛度，使壓緊力在摩擦面上的壓力分布均勻并減小受熱后的翹曲變形，以免影響摩擦片的均勻壓緊及與離合器的徹底分離，厚度約為1525 mm 。初取厚度t=20mm。壓盤(pán)形狀較

17、復(fù)雜，要求傳熱性好，具有較高的摩擦因數(shù)，通常采用灰鑄鐵，采用HT200，硬度為170227HBS。3.支撐環(huán)設(shè)計(jì)根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)，支撐環(huán)安裝精度要好，耐磨性要好，選用4mm的65Mn彈簧鋼絲。4.離合器蓋設(shè)計(jì)離合器蓋應(yīng)具有足夠的剛度，否則影響離合器的工作特性，增大操縱時(shí)的分離行程；應(yīng)與飛輪保持良好的對(duì)中，以免影響總成的平衡和正常的工作。為了便于通風(fēng)散熱，防止摩擦表面溫度過(guò)高，可在離合器蓋上開(kāi)較大的通風(fēng)窗孔。根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)材料選擇T10鋼，厚度為t=3mm。第6章 主要零部件的校核6.1摩擦片校核計(jì)算1.單位壓力P0根據(jù)所選摩擦片尺寸，摩擦片外徑D=280mm，則內(nèi)徑d=165mm，厚度b=3.5mm

18、 根據(jù)汽車(chē)?yán)碚?，P0=12TcD3(1-c3)=12278.10.2228030.796=0.152MPa根據(jù)表2-2，摩擦片材料選擇石棉基材料，范圍為0.15-0.25MP，因此滿足設(shè)計(jì)要求。2.單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩Tc0=4TcZ(D2-d2）=4278.12（2802-1652）=0.00346Nmmm2根據(jù)表2-5 ，Tc0=0.00346Nmmm2Tc0=0.0035Nmmm2，滿足設(shè)計(jì)要求。3.單位摩擦面積滑磨功w為了減少汽車(chē)起步過(guò)程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過(guò)高而發(fā)生燒傷，離合器每一次結(jié)合的單位摩擦面積滑磨功w應(yīng)小于其許用值w。汽車(chē)起步時(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(

19、J)為：W=2ne21800marr2i02ig2=2150.31126.14225.5942=21889.24 J其中，m 為汽車(chē)總質(zhì)量取4215kg；rr 為輪胎滾動(dòng)半徑0.311m；i為汽車(chē)起步時(shí)所用變速器檔位的傳動(dòng)比5.594；i為主減速器傳動(dòng)比6.142；n取發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速(r/min), n=3400;w=4WZ(D2-d2)=4.242(2802-1652)=0.27 Jmm2式中，W為汽車(chē)起步時(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功取21889.24J對(duì)于商用車(chē)：w=0.33Jmm2，則ww，滿足設(shè)計(jì)要求。6.2膜片彈簧強(qiáng)度校核根據(jù)汽車(chē)?yán)碚摚珺點(diǎn)的應(yīng)力值最高，通常只計(jì)算B點(diǎn)的應(yīng)力

20、來(lái)校核膜片彈簧碟簧的強(qiáng)度。B點(diǎn)的應(yīng)力tB為tB=E1-2re-r22-e-r+h2令dtBd=0,可求出tB達(dá)到極大值時(shí)的轉(zhuǎn)角Pp=+h2(e-r)自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的圓錐底角=11.8O =0.21rad中性點(diǎn)半徑e=(R-r)/ln(R/r)=126.15mm。此時(shí)P=0.21+3/(126.1-115)/2=0.34rad離合器徹底分離時(shí),膜片彈簧子午斷面的實(shí)際轉(zhuǎn)角為fp,計(jì)算時(shí)tB，應(yīng)取p；如果fp，則取f。在分離軸承推力F2（N）的作用下，B點(diǎn)還受彎曲應(yīng)力rB，其值為rB=6（r-rf)F2nbrh2式中，n為分離指數(shù)目（n=18）；br為一個(gè)分離指根部的寬度（br=21mm）?？紤]

21、到彎曲應(yīng)力rB是與切向壓應(yīng)力tB相互垂直的拉應(yīng)力，根據(jù)最大切應(yīng)力強(qiáng)度理論，B點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力為jB=rB-tB在這次設(shè)計(jì)中，膜片彈簧材料采用50CrVA，符合應(yīng)力要求6.3壓盤(pán)溫升校核 根據(jù)公式，t=Wh(D2-d24)c=0.521889.242010-30.282-0.165247800481.4=0.94式中，W為汽車(chē)起步時(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功，取W=21889.24為傳到壓盤(pán)的熱量所占的比例，對(duì)單片離合器壓盤(pán). =0.5；m為壓盤(pán)質(zhì)量(kg)V為壓盤(pán)估算面積；c為壓盤(pán)的比熱容，鑄鐵：c=481.4 J/(kg)；為鑄鐵密度，取7800 kg/m；為摩擦片外徑取280；為摩擦片內(nèi)徑

22、取165；h為壓盤(pán)厚度，取=20 mm； 根據(jù)計(jì)算結(jié)構(gòu)，滿足壓盤(pán)溫升不超過(guò)810要求。64傳動(dòng)片強(qiáng)度校核傳動(dòng)片為50鋼制成的鋼片，承受壓盤(pán)軸向移動(dòng)時(shí)的交變載荷，簡(jiǎn)化為梁?jiǎn)卧M(jìn)行強(qiáng)度校核。傳動(dòng)片長(zhǎng)度為24mm，寬度為7mm，厚度為2mm，兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離為15mm，計(jì)算彎曲應(yīng)力。 根據(jù)彎曲時(shí)， max=MmaxWz，矩形截面抗彎系數(shù)Wz=bh26 ，b=7mm,h=2mm; Wz=7410-664.6710-6m3最大彎矩Mmax為膜片彈簧載荷最大時(shí)兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的力矩，根據(jù)膜片彈簧特性方程，F(xiàn)max=5.40KN，l=15mm,因此，Mmax=Fmaxl=8.1Nm, max=MmaxWz=8.14.6710-6=1.73MP根據(jù)50鋼的許用應(yīng)力，max =140MP，滿足