073518_汽車離合器設(shè)計,很全

1、一、 離合器設(shè)計的目的及離合器概述了解轎車離合器的構(gòu)造，掌握轎車離合器的工作原理。了解從動盤總成的結(jié)構(gòu)，掌握從動盤總成的設(shè)計方法，了解壓盤和膜片彈簧的結(jié)構(gòu)，掌握壓盤和膜片彈簧的設(shè)計方法，通過對以上幾方面的了解，從而熟悉轎車離合器的工作原理。學(xué)會如何查找文獻資料、相關(guān)書籍，培養(yǎng)學(xué)生動手設(shè)計項目、自學(xué)的能力，掌握單獨設(shè)計課題和項目的方法，設(shè)計出滿足整車要求并符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、具有良好的制造工藝性且結(jié)構(gòu)簡單、便于維護的轎車離合器，為以后從事汽車方面的工作或工作中設(shè)計其它項目奠定良好的基礎(chǔ)。通過這次課程設(shè)計，使學(xué)生充分地認(rèn)識到設(shè)計一個工程項目所需經(jīng)歷的步驟，以及身為一個工程技術(shù)人員所需具備的素質(zhì)和所應(yīng)當(dāng)完

2、成的工作，為即將進入社會提供了一個良好的學(xué)習(xí)機會，對于由學(xué)生向工程技術(shù)人員轉(zhuǎn)變有著重大的實際意義。離合器通常裝在發(fā)動機與變速器之間，其主動部分與發(fā)動機飛輪相連，從動部分與變速器相連。為各類型汽車所廣泛采用的摩擦離合器，實際上是一種依靠其主、從動部分間的摩擦來傳遞動力且能分離的機構(gòu)。離合器的主要功用是切斷和實現(xiàn)發(fā)動機與傳動系平順的接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換擋時將發(fā)動機與傳動系分離，減少變速器中換檔齒輪間的沖擊；在工作中受到較大的動載荷時，能限制傳動系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，以防止傳動系個零部件因過載而損壞；有效地降低傳動系中的振動和噪音。1.1離合器設(shè)計的基本要求1) 在任何行駛條件下，既能可靠地傳

3、遞發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲備，又能防止過載。2) 接合時要完全、平順、柔和，保證起初起步時沒有抖動和沖擊。3) 分離時要迅速、徹底。4) 從動部分轉(zhuǎn)動慣量要小，以減輕換檔時變速器齒輪間的沖擊，便于換檔和減小同步器的磨損。5) 應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)效果，以保證工作溫度不致過高，延長壽命。6) 操縱方便、準(zhǔn)確，以減少駕駛員的疲勞。7) 具有足夠的強度和良好的動平衡，一保證其工作可靠、使用壽命長。1.2技術(shù)參數(shù)及論文要求車 型： 三菱整車質(zhì)量（Kg）：1386最大扭矩/轉(zhuǎn)速（Nm/rpm）:108/6500主減速比：4.388一檔速比：3.454滾 半 徑：（mm）：300本次課

4、程設(shè)計的基本內(nèi)容有：1. 根據(jù)所給的車型及整車技術(shù)參數(shù),選擇合適離合器的結(jié)構(gòu)類型,設(shè)計計算確定其相關(guān)參數(shù)與尺寸;2. 繪制離合器總成工程圖紙一份（A1）;3. 繪制離合器部件總成工程圖紙一份（A2）;4. 繪制典型零件工程圖紙三份以上（A3）；完成設(shè)計計算書一份1.3膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)膜片彈簧離合總成由膜片彈簧、離合器蓋、壓盤、傳動片和分離軸承總成等部分組成。1) 離合器蓋離合器蓋一般為120或90旋轉(zhuǎn)對稱的板殼沖壓結(jié)構(gòu)，通過螺栓與飛輪聯(lián)結(jié)在一起。離合器蓋是離合器中結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜的承載構(gòu)件，壓緊彈簧的壓緊力最終都要由它來承受。2) 膜片彈簧膜片彈簧是離合器中重要的壓緊元件，在其內(nèi)孔圓周表面上

5、開有許多均布的長徑向槽，在槽的根部制成較大的長圓形或矩形窗孔，可以穿過支承鉚釘，這部分稱之為分離指；從窗孔底部至彈簧外圓周的部分形狀像一個無底寬邊碟子，其截面為截圓錐形，稱之為碟簧部分。3) 壓盤壓盤的結(jié)構(gòu)一般是環(huán)形盤狀鑄件，離合器通過壓盤與發(fā)動機緊密相連。壓盤靠近外圓周處有斷續(xù)的環(huán)狀支承凸臺，最外緣均布有三個或四個傳力凸耳。4) 傳動片離合器接合時，飛輪驅(qū)動離合器蓋帶動壓盤一起轉(zhuǎn)動，并通過壓盤與從動盤摩擦片之間的摩擦力使從動盤轉(zhuǎn)動；在離合器分離時，壓盤相對于離合器蓋作自由軸向移動，使從動盤松開。這些動作均由傳動片完成。傳動片的兩端分別與離合器蓋和壓盤以鉚釘或螺栓聯(lián)接，一般采用周向布置。在離合

6、器接合時，離合器蓋通過它來驅(qū)動壓盤共同旋轉(zhuǎn)；在離合器分離時，可利用它的彈性恢復(fù)力來牽動壓盤軸向分離并使操縱力減小。5) 分離軸承總成分離軸承總成由分離軸承、分離套筒等組成。分離軸承在工作時主要承受軸向分離力，同時還承受在高速旋轉(zhuǎn)時離心力作用下的徑向力。目前國產(chǎn)的汽車中多使用角接觸推力球軸承，采用全密封結(jié)構(gòu)和高溫鏗基潤滑脂，其端面形狀與分離指舌尖部形狀相配合，舌尖部為平面時采用球形端面，舌尖部為弧形面時采用平端面或凹弧形端面。1.4膜片彈簧離合器的優(yōu)點膜片彈簧離合器與其他形式離合器相比，具有一系列優(yōu)點：1) 膜片彈簧離合器具有較理想的非線性彈性特性；2) 膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，結(jié)

7、構(gòu)簡單、緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量??；3) 高速旋轉(zhuǎn)時，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；4) 膜片彈簧以整個圓周與壓盤接觸，使壓力分布均勻，摩擦片接觸良好，磨損均勻；5) 易于實現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長；6) 膜片彈簧中心與離合器中心線重合，平衡性好1.5膜片彈簧離合器的工作原理由圖可知，離合器蓋與發(fā)動機飛輪用螺栓緊固在一起，當(dāng)膜片彈簧被預(yù)加壓緊，離合器處于接合位置時，由于膜片彈簧大端對壓盤的壓緊力，使得壓盤與從動摩擦片之間產(chǎn)生摩擦力。當(dāng)離合器蓋總成隨飛輪轉(zhuǎn)動時(構(gòu)成離合器主動部分)，就通過摩擦片上的摩擦轉(zhuǎn)矩帶動從動盤總成和變速器一起轉(zhuǎn)動以傳遞發(fā)動機動力要分離離合器時，將離合器踏板

8、踏下，通過操縱機構(gòu)，使分離軸承總成前移推動膜片彈簧分離指，使膜片彈簧呈反錐形變形，其大端離開壓盤，壓盤在傳動片的彈力作用下離開摩擦片，使從動盤總成處于分離位置，切斷了發(fā)動機動力的傳遞。圖1.1 膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)圖二、 離合器摩擦片參數(shù)的確定2.1 摩擦片參數(shù)的選擇2.1.1 初選摩擦片外徑D、內(nèi)徑d、厚度b摩擦片外徑是離合器基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和壽命，它和離合器所需傳遞轉(zhuǎn)矩大小有一定關(guān)系。D=式中，為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，??；A為不同結(jié)構(gòu)和使用條件對D的影響系數(shù)，對于小轎車 取A=47。離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)表1表1外徑D/mm16018020022525028030032535

9、0380405430內(nèi)徑d/mm110125140150155165175190195205220230厚度b/mm3.23.53.53.53.53.53.53.54444c=d/D0.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.5570.5400.5430.5351- c30.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.8000.8270.8430.8400.847單位面積1061321602213024024665466787299081037摩擦片標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸，取。2.1.2 后備系數(shù)后備系數(shù)保證了離合器能可靠地傳遞發(fā)動機扭矩

10、，同時它有助于減少汽車起步時的滑磨，提高了離合器的使用壽命。但為了離合器的尺寸不致過大，減少傳遞系的過載，使操縱輕便等，后備系數(shù)又不宜過大。由于所設(shè)計的離合器為膜片彈簧離合器，在使用過程中其摩擦片的磨損工作壓力幾乎不會變?。ㄩ_始時還有些增加），再加上小轎車的后備功率比較大，使用條件較好，宜取較小值，故初取=1.3。2.1.3 離合器傳遞的最大靜摩擦力矩TC=140.42.1.4 單位壓力P0摩擦面上的單位壓力P的值和離合器本身的工作條件,摩擦片的直徑大小,后備系數(shù),摩擦片材料及質(zhì)量等有關(guān)。 離合器使用頻繁,工作條件比較惡劣單位壓力P較小為好。當(dāng)摩擦片的外徑較大時也要適當(dāng)降低摩擦片摩擦面上的單位

11、壓力P。因為在其它條件不變的情況下，由于摩擦片外徑的增加，摩擦片外緣的線速度大，滑磨時發(fā)熱厲害，再加上因整個零件較大，零件的溫度梯度也大，零件受熱不均勻，為了避免這些不利因素，單位壓力P應(yīng)隨摩擦片外徑的增加而降低。選取時應(yīng)考慮離合器的工作條件、發(fā)動機后備功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。 式中，為摩擦因數(shù)取0.3；為單位壓力（）為摩擦面數(shù)取2；為摩擦片外徑取200；為摩擦片內(nèi)徑取140；摩擦片材料選擇石棉基材料，為單位壓力0.25，為摩擦因數(shù)取0.3。 摩擦片的工作條件比較惡劣，為了保證它能長期穩(wěn)定的工作，根據(jù)汽車的的使用條件，摩擦片的性能應(yīng)滿足以下幾個方面的要求：應(yīng)具有較

12、穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，溫度，單位壓力和滑磨速度的變化對摩擦系數(shù)的影響小。要有足夠的耐磨性，尤其在高溫時應(yīng)耐磨。要有足夠的機械強度，尤其在高溫時的機械強度應(yīng)較好熱穩(wěn)定性要好，要求在高溫時分離出的粘合劑較少，無味，不易燒焦磨合性能要好，不致刮傷飛輪及壓盤等零件的表面油水對摩擦性能的影響應(yīng)最小結(jié)合時應(yīng)平順而無“咬住”和“抖動”現(xiàn)象由以上的要求,目前車用離合器上廣泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐熱和化學(xué)穩(wěn)定性能比較好的石棉和粘合劑及其它輔助材料混合熱壓而成，其摩擦系數(shù)大約在0.3左右,在該設(shè)計中選取的是石棉合成物制成的摩擦片。2.2 離合器基本參數(shù)的校核2.2.1 最大圓周速度式中， 為摩擦片最大圓周速度（m/

13、s）；為發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速取6500；為摩擦片外徑徑取200；故符合條件。2.2.2 單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩=(N/)式中，為離合器傳遞的最大靜摩擦力矩140.4；當(dāng)摩擦片外徑D210mm時，=0.28 N/0.0043 N/，故符合要求2.2.3 單位壓力為降低離合器滑磨時的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，選取單位壓力的最大范圍為0.15.35Mpa，由于已確定單位壓力0.25Mpa，在規(guī)定范圍內(nèi)，故滿足要求2.2.4單位摩擦面積滑磨功為了減少汽車起步過程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過高而發(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。汽車起步時離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(J

14、)為：W = () = () = 11898 (J)式中，W為汽車起步時離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(J)m 為汽車總質(zhì)量取1386kg；rr 為輪胎滾動半徑0.3m；i為汽車起步時所用變速器檔位的傳動比4.388；i為主減速器傳動比3.454；n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速(r/min),乘用車n取2000 r/min;w = = = 0.37 式中，W為汽車起步時離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功取11898J滿足w =2,則=r-2=72-10=62mm故取60mm.3.1.6 壓盤加載點半徑R1和支承環(huán)加載點半徑r1的確定R1和r1需滿足下列條件：故選擇R188mm， r172mm.3.1.7膜片彈簧材

15、料制造膜片彈簧用的材料，應(yīng)具有高的彈性極限和屈服極限，高的靜力強度及疲勞強度，高的沖擊強度，同時應(yīng)具有足夠大的塑性變形性能。按上述要求，國內(nèi)常用的膜片彈簧材料為硅錳鋼60Si2MnA或50CrVA。3.2 膜片彈簧的彈性特性曲線假設(shè)膜片彈簧在承載過程中，其子午線剛性地繞上地某中性點轉(zhuǎn)動。設(shè)通過支承環(huán)和壓盤加載膜片彈簧上地載荷P1(N)集中在支承點處，加載點間的相對軸向變形為x1(mm),則膜片彈簧的彈性特性如下式表示：式中，E彈性模量，鋼材料取E=2.06Mpa； b泊松比，鋼材料取b=0.3； R自由狀態(tài)下碟簧部分大端半徑，mm； r自由狀態(tài)下碟簧部分小端半徑，mm； R1壓盤加載點半徑，m

16、m； r1支承環(huán)加載點半徑，mm； H自由狀態(tài)下碟簧部分內(nèi)截錐高度，mm；h膜片彈簧鋼板厚度，mm。圖形如下：圖4.1彈性特性曲線膜片彈簧的相關(guān)參數(shù)如表3表3截錐高度H板厚h分離指數(shù)n圓底錐角3.8mm2.4mm1812四、 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計4.1 扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù)帶扭轉(zhuǎn)減振器的的從動盤結(jié)構(gòu)簡圖如下圖4.1所示彈簧摩擦式:圖4.2帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動盤總成結(jié)構(gòu)示意圖1從動盤；2減振彈簧；3碟形彈簧墊圈；4緊固螺釘；5從動盤轂；6減振摩擦片7減振盤；8限位銷由于現(xiàn)今離合器的扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計大多采用以往經(jīng)驗和實驗方法通過不斷篩選獲得,且越來越趨向采用單級的減振器。極限轉(zhuǎn)矩受限于減振彈簧的許用應(yīng)力等

17、因素，與發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩有關(guān)，一般可取，Tj=(1.52.0) 對于乘用車，系數(shù)取2.0。則Tj=2.02.0108216（Nm）4.1.2 扭轉(zhuǎn)剛度k由經(jīng)驗公式初選k Tj即kTj132162808（Nm/rad）4.1.3 阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T可按公式初選TT（0.060.17）取T=0.1 =0.1108=10.8(Nm)4.1.4 預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn減振彈簧在安裝時都有一定的預(yù)緊。Tn滿足以下關(guān)系：Tn（0.050.15）且TnT10.8 Nm而Tn（0.050.15）5.416.2 Nm則初選Tn10Nm4.1.5 減振彈簧的位置半徑R0R0的尺寸應(yīng)盡可能大些，一般取R0=(0.600.75)d/

18、2則取R0=0.65d/2=0.65140/2=45.5(mm),可取為46mm.4.1.6 減振彈簧個數(shù)Zj當(dāng)摩擦片外徑D250mm時，Zj=46故取Zj=64.1.7 減振彈簧總壓力F當(dāng)減振彈簧傳遞的轉(zhuǎn)矩達到最大值Tj時，減振彈簧受到的壓力F為FTj/R0216/(46)4.6957(kN)4.2 減振彈簧的計算在初步選定減振器的主要參數(shù)以后，即可根據(jù)布置上的可能來確定和減振器設(shè)計相關(guān)的尺寸。4.2.1 減振彈簧的分布半徑R1R1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=0.65/2=0.65140/2=45.5(mm)，即為減振器基本參數(shù)

19、中的R04.2.2單個減振器的工作壓力PP= F/Z=4695.7/6776.6(N)4.2.3 減振彈簧尺寸1）彈簧中徑Dc其一般由布置結(jié)構(gòu)來決定，通常Dc=1115mm故取Dc=12mm2）彈簧鋼絲直徑dd=3.45mm式中，扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力可取550600Mpa,故取為580Mpad取3.5 mm3）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=4）減振彈簧有效圈數(shù)4.05）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)=6減振彈簧最小高度=23.1mm彈簧總變形量mm減振彈簧總變形量=23.1+3.51=26.61mm減振彈簧預(yù)變形量

20、=0.164mm減振彈簧安裝工作高度=26.61-0.164=26.4mm6）從動片相對從動盤轂的最大轉(zhuǎn)角最大轉(zhuǎn)角和減振彈簧的工作變形量有關(guān)，其值為=4.169767）限位銷與從動盤轂缺口側(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3.8mm, 為52mm.8）限位銷直徑按結(jié)構(gòu)布置選定，一般9.512mm?？扇?0mm扭轉(zhuǎn)減振器相關(guān)參數(shù)表4表4極限轉(zhuǎn)矩Tj阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn減振彈簧的位置半徑R0減振彈簧個數(shù)Zj216 Nm10.8 Nm10 Nm46mm6五、 離合器其它主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計5.1從動盤轂的設(shè)計從動盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受由發(fā)

21、動機傳來的全部轉(zhuǎn)矩。它一般采用齒側(cè)對中的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上，花鍵的遲鈍可根據(jù)摩擦片的外徑D與發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩T花鍵尺寸表5表5摩擦片外徑 D/mm發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩T/(Nm)花鍵尺寸擠壓應(yīng)力/MPa齒數(shù)n外徑D/mm內(nèi)徑d/mm齒厚t/mm有效尺長l/mm20010810292342511.15.2從動片的設(shè)計從動盤對離合器工作性能影響很大，設(shè)計時應(yīng)滿足如下要求：1)從動盤的轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)盡可能小，以減小變速器換擋時輪齒間的沖擊。2) 從動盤應(yīng)具有軸向彈性，使離合器結(jié)合平順，便于起步，而且使摩擦面壓力均勻，以減小磨損。3)應(yīng)安裝扭轉(zhuǎn)減振器，以避免傳動系共振，并緩和沖擊。本次設(shè)計初選從動片

22、厚度為2mm5.3離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求： 1)應(yīng)具有足夠的剛度，否則影響離合器的工作特性，增大操縱時的分離行程，減小壓盤升程，嚴(yán)重時使摩擦面不能徹底分離。2)應(yīng)與飛輪保持良好的對中，以免影響總成的平衡和正常的工作。3)蓋的膜片彈簧支承處應(yīng)具有高的尺寸精度。4)為了便于通風(fēng)散熱，防止摩擦表面溫度過高，可在離合器蓋上開較大的通風(fēng)窗孔，或在蓋上加設(shè)通風(fēng)扇片等。乘用車離合器蓋一般用08、10鋼等低碳鋼板。本次設(shè)計初選08鋼板厚度為3mm5.4壓盤的設(shè)計對壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求:1)壓盤應(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，有時可設(shè)置各種形狀的散熱筋或鼓風(fēng)筋，以幫助散熱通風(fēng)。中間壓

23、盤可鑄出通風(fēng)槽，也可以采用傳熱系數(shù)較大的鋁合金壓盤。2)壓盤應(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 。3)與飛輪應(yīng)保持良好的對中，并要進行靜平衡，壓盤單件的平衡精度應(yīng)不低于1520 gcm 。4)壓盤高度(從承壓點到摩擦面的距離)公差要小。壓盤形狀較復(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，一般采用HT200、HT250、HT300，硬度為170227HBS。5.5壓盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計與選擇t = (1)m = = (2)t = =4.95式中，W為汽車起步時離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功，取W=11898J為傳到壓盤的熱量所占的比例，對單片離合器壓盤. =0.5