輕型貨車離合器的設(shè)計(jì)說明書

1、汽車設(shè)計(jì)第2章 離合器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)車 型： 輕型貨車整車質(zhì)量（Kg）：3830發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩/轉(zhuǎn)速（N·m/rpm）:220/2100最大功率/轉(zhuǎn)速（Kw/rpm）:67/3000車輪滾動(dòng)半徑：（mm）：3401、 離合器的設(shè)計(jì)目的及原理概述1.1離合器的設(shè)計(jì)目的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(dòng)盤總成的結(jié)構(gòu)，掌握從動(dòng)盤總成的設(shè)計(jì)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(jì)方法，通過對(duì)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(huì)如何查找文獻(xiàn)資料、相關(guān)書籍，培養(yǎng)自己的動(dòng)手設(shè)計(jì)項(xiàng)目、自學(xué)的能力，掌握單獨(dú)設(shè)計(jì)課題和項(xiàng)目的方法，設(shè)計(jì)出滿足整車要求并符

2、合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、具有良好的制造工藝性且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)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(jì)其它項(xiàng)目奠定良好的基礎(chǔ)。1.2離合器的工作原理離合器通常裝在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間，其主動(dòng)部分與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪相連，從動(dòng)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(shí)際上是一種依靠其主、從動(dòng)部分間的摩擦來傳遞動(dòng)力且能分離的機(jī)構(gòu)。離合器的主要功用是切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順的接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換擋時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)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(dòng)載荷時(shí)，能限制傳動(dòng)系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，以防止傳動(dòng)系個(gè)零部件因過載而損壞；有效地降低傳動(dòng)系中的振動(dòng)和噪音。1.3離合器

3、的設(shè)計(jì)要求1) 在任何行駛條件下，既能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲(chǔ)備，又能防止過載。2) 接合時(shí)要完全、平順、柔和，保證起初起步時(shí)沒有抖動(dòng)和沖擊。3) 分離時(shí)要迅速、徹底。4) 從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕換檔時(shí)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(zhǎng)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(qiáng)度和良好的動(dòng)平衡，一保證其工作可靠、使用壽命長(zhǎng)。2、 離合器的結(jié)構(gòu)方案分析2.1車型、技術(shù)參數(shù)車 型： 輕型載貨汽車整車質(zhì)量（Kg）：3830發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩/轉(zhuǎn)速（N·m/rpm

4、）:220/2100最大功率/轉(zhuǎn)速（Kw/rpm）:67/3000車輪滾動(dòng)半徑：（mm）：3402.2從動(dòng)盤數(shù)的選擇對(duì)乘用車和最大質(zhì)量小于6t的商用車而言，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩一般不大，離合器通常只設(shè)一片從動(dòng)盤。2.3壓緊彈簧和布置形式的選擇離合器壓緊裝置可分為周布彈簧式、中央彈簧式、斜置彈簧式、膜片彈簧式等。其中膜片彈簧的主要特點(diǎn)是用一個(gè)膜片彈簧代替螺旋彈簧和分離杠桿。膜片彈簧與其他幾類相比又有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）由于膜片彈簧有理想的非線性特征,彈簧壓力在摩擦片磨損范圍內(nèi)能保證大致不變，從而使離合器在使用中能保持其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力不變。當(dāng)離合器分離時(shí)，彈簧壓力不像圓柱彈簧那樣升高，而是降低，從而降

5、低踏板力；（2）膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量?。唬?）高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；而圓柱彈簧壓緊力明顯下降；（4）由于膜片彈簧大斷面環(huán)形與壓盤接觸，故其壓力分布均勻，摩擦片磨損均勻，可提高使用壽命；（5）易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長(zhǎng)；（6）平衡性好；（7）有利于大批量生產(chǎn)，降低制造成本。但膜片彈簧的制造較復(fù)雜，其精度要求高，其非線性特性在生產(chǎn)中不易控制，開口處容易產(chǎn)生裂紋，端部容易磨損。近年來，由于材料性能提高，制造工藝和設(shè)計(jì)方法逐步完善，膜片彈簧的制造已日趨成熟。因此，選用膜片彈簧式離合器。2.4膜片彈簧的支承形式我們選

6、用了拉式膜片彈簧，圖為拉式膜片彈簧的支承形式單支承環(huán)形式，將膜片彈簧大端支承在離合器蓋中的支承環(huán)上。2.5壓盤的驅(qū)動(dòng)方式 在膜片彈簧離合器中，扭矩從離合器蓋傳遞到壓盤的方法有三種： 1）凸臺(tái)窗孔式：它是將壓盤的背面凸起部分嵌入在離合器蓋上的窗孔內(nèi)，通過二者的配合，將扭矩從離合器蓋傳到壓盤上，此方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多；缺點(diǎn)：壓盤上凸臺(tái)在傳動(dòng)過程中存在滑動(dòng)摩擦，因而接觸部分容易產(chǎn)生分離不徹底。2）徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)式：這種方式使用彈簧剛制的徑向片將離合器蓋和壓盤連接在一起，此傳動(dòng)的方式較上一種在結(jié)構(gòu)上稍顯復(fù)雜一些，但它沒有相對(duì)滑動(dòng)部分，因而不存在磨損，同時(shí)踏板力也需要的小一些，操縱方便；另外，工作時(shí)壓盤

7、和離合器蓋徑向相對(duì)位置不發(fā)生變化，因此離合器蓋等旋轉(zhuǎn)物件不會(huì)失去平衡而產(chǎn)生異常振動(dòng)和噪聲。3） 徑向傳動(dòng)片驅(qū)動(dòng)方式：它用彈簧鋼制的傳動(dòng)片將壓盤與離合器蓋連接在一起，除傳動(dòng)片的布置方向是沿壓盤的弦向布置外，其他的結(jié)構(gòu)特征都與徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式相同。經(jīng)比較，我選擇徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。3、 離合器主要參數(shù)的選擇3.1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(dòng)機(jī)扭矩，同時(shí)它有助于減少汽車起步時(shí)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(jì)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(huì)變小（開始時(shí)還有些增加）

8、，輕型貨車是在城鄉(xiāng)間公路運(yùn)輸，使用條件較好，宜取小值，由汽車設(shè)計(jì)書表2-1，初取=1.4。3.2單位壓力單位壓力決定了摩擦表面的耐磨性，對(duì)離合器工作性能和使用壽命有很大影響，選取時(shí)應(yīng)考慮離合器的工作條件、發(fā)動(dòng)機(jī)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。取值范圍見表：摩擦片材料單位壓力p/Mpa石棉基材料模壓0.150.25編織0.250.35粉末冶金材料銅基0.350.50鐵基金屬陶瓷材料0.701.50 摩擦片材料選擇石棉基材料，模壓制造取=0.2Mpa。3.3摩擦片外徑D內(nèi)徑d和厚度b 摩擦片外徑D（mm）可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N.m）按如下經(jīng)驗(yàn)公式選用 為直徑系數(shù)由汽車

9、設(shè)計(jì)書表2-3選取為16.5為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)表1外徑D/mm160180200225250280300325350380405430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10613216022

10、13024024665466787299081037 摩擦片標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸，取D=250mm，d=155mm,b=3.5mm ，c=d/D=0.6203.4計(jì)算校核3.4.1單位壓力驗(yàn)算式中，為摩擦因數(shù)取0.26；為單位壓力（）為摩擦面數(shù)取2；為摩擦片外徑取250；為摩擦片內(nèi)徑取155；計(jì)算結(jié)果與前面所選擇的單位壓力相差不大，選擇合理。 摩擦片的工作條件比較惡劣，為了保證它能長(zhǎng)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(gè)方面的要求：應(yīng)具有較穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，溫度，單位壓力和滑磨速度的變化對(duì)摩擦系數(shù)的影響小。要有足夠的耐磨性，尤其在高溫時(shí)應(yīng)耐磨。要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，尤其在高溫時(shí)的機(jī)

11、械強(qiáng)度應(yīng)較好熱穩(wěn)定性要好，要求在高溫時(shí)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(duì)摩擦性能的影響應(yīng)最小結(jié)合時(shí)應(yīng)平順而無“咬住”和“抖動(dòng)”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(jì)中選取的是石棉合成物制成的摩擦片。3.4.2最大圓周速度式中， 為摩擦片最大圓周速度（m/s）；為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速取3000；為摩擦片外徑徑取250；故符合條件。3.4.2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220；當(dāng)

12、摩擦片外徑時(shí)，=0.0030 N·/>0.0029 N·/，故符合要求。3.4.2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(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(J)為：W = () 根據(jù)公式汽車的最大爬坡度為i=16.7，將爬坡度帶入公式，式中，忽略空氣阻力，=0將，滾動(dòng)阻力系數(shù)f取0.02代入計(jì)算得到一檔時(shí)汽車的速度W = () = () = 11960 (J) 式中，W為汽車起步時(shí)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3830kg；rr

13、為輪胎滾動(dòng)半徑，約等于靜負(fù)荷半徑0.34m；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min),商用車n取1500 r/min;w = = = 0.197J/ 式中，W為汽車起步時(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功取11960J滿足w < w = 0.33J/mm要求。摩擦片的相關(guān)參數(shù)表摩擦片外徑D摩擦片內(nèi)徑d后備系數(shù)厚度b單位壓力Po250mm155mm1.43.50.20MPa4、 膜片彈簧的設(shè)計(jì)4.1膜片彈簧的基本參數(shù)的選擇4.1.1 截錐高度H與板厚h比值和板厚h的選擇為了保證離合器壓緊力變化不大和操縱輕便，汽車離合器用膜片彈簧的一般為1.52.0，板厚h為24故初選h=2, =1.7則H=1.6h=3.

14、4.4.1.2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=， 對(duì)于拉式膜片彈簧的R值，應(yīng)滿足關(guān)系RRc=101.25mm，故取R=105,再結(jié)合實(shí)際情況取R/r=1.25,則r=84m。4.1.3膜片彈簧起始圓錐底角的選擇arctanH/(R-r)=arctan3.4/(105-84)10.3°，滿足9°15°的范圍。4.1.4 分離指數(shù)目n的選取分離指數(shù)目n常取18，大尺寸膜片彈簧可取24，小尺寸膜片彈簧可取12 。取分離之?dāng)?shù)目n =18 。4.1.5 膜片彈簧最小端內(nèi)半徑及分離軸承作用半徑 由離合器的結(jié)構(gòu)決定，其最小值應(yīng)大于變速器第一

15、軸花鍵的外徑。應(yīng)該大于。4.1.6 切槽寬度1、2及半徑取13.4mm, 2=10mm, 滿足r->=2,則<=r-2=84-10=74mm故取74mm。4.1.7 壓盤加載點(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：， 故選擇R1100mm， r188mm.4.1.8膜片彈簧材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(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度，高的沖擊強(qiáng)度，同時(shí)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。4.2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(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)

16、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(diǎn)處，加載點(diǎn)間的相對(duì)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=2.06×Mpa； 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(diǎn)半徑，mm； r1支承環(huán)加載點(diǎn)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。彈性特性曲線圖：膜片彈簧的相關(guān)參表截錐高度H板厚h分離指數(shù)n圓底錐角3.4mm2mm1810°5、 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)減振器主要由彈性元件（減振彈簧或橡膠）和阻尼元

17、件（阻尼片）等組成。彈性元件的主要作用是降低傳動(dòng)系的首端扭轉(zhuǎn)剛度，改變系統(tǒng)的固有振型，盡可能避開由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵(lì)引起的共振。阻尼元件的主要作用是有效地耗散振動(dòng)能量。5.1扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù)目前，在柴油機(jī)汽車中廣泛采用具有怠速級(jí)的兩級(jí)或三級(jí)非線性扭轉(zhuǎn)減振器 。三級(jí)非線性減振器的扭轉(zhuǎn)特性如下圖所示。 5.1.1極限轉(zhuǎn)矩極限轉(zhuǎn)矩受限于減振彈簧的許用應(yīng)力等因素，與發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩有關(guān)，一般可取對(duì)于商用車，系數(shù)取1.5，計(jì)算得5.1.2扭轉(zhuǎn)角剛度由經(jīng)驗(yàn)公式初選 5.1.3 阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩可按公式初選 取5.1.4 預(yù)緊轉(zhuǎn)矩減振彈簧在安裝時(shí)都有一定的預(yù)緊。滿足以下關(guān)系：且而則初選5.1.5 減振彈簧的位

18、置半徑的尺寸應(yīng)盡可能大些，一般取=(0.600.75)d/2則取=0.7d/2=0.7×155/2=54.25(mm),可取為55mm.5.1.6 減振彈簧個(gè)數(shù)當(dāng)摩擦片外徑D250mm時(shí)，=46故取=65.1.7 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5.2 減振彈簧的計(jì)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(jì)相關(guān)的尺寸。5.2.1 減振彈簧的分布半徑的尺寸應(yīng)盡可能大些，一般取=(0.600.75)d/2式中，d為離合器摩擦片內(nèi)徑故=0.7d/2=0.7×155/2=54.25(mm)，即為減振器基本參

19、數(shù)中的5.2.2單個(gè)減振器的工作壓力P5.2.3 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4）減振彈簧有效圈數(shù)5）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7）彈簧總變形量8）減振彈簧總變形量9）減振彈簧預(yù)變形量10）減振彈簧安裝工作高度11）從動(dòng)片相對(duì)從動(dòng)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)

20、，其值為12）限位銷與從動(dòng)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3mm, 為41mm。13）限位銷直徑按結(jié)構(gòu)布置選定，一般9.512mm?？扇?0mm扭轉(zhuǎn)減振器相關(guān)參數(shù)表極限轉(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(gè)數(shù)Zj330 N·m22 N·m17.6 N·m55mm66、 離合器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1從動(dòng)盤轂的設(shè)計(jì)從動(dòng)盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受由發(fā)動(dòng)機(jī)傳來的全部轉(zhuǎn)矩。它一般采用齒側(cè)對(duì)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(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩T來選

21、擇摩擦片外徑 D/mm發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩T/(N·m)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(zhǎng)l/mm25019610353243510.26.2從動(dòng)片的設(shè)計(jì)從動(dòng)盤對(duì)離合器工作性能影響很大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足如下要求：1)從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能小，以減小變速器換擋時(shí)輪齒間的沖擊。2) 從動(dòng)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(dòng)系共振，并緩和沖擊。本次設(shè)計(jì)初選從動(dòng)片厚度為2mm。6.3離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)的分離行程，減小壓盤升程，嚴(yán)重時(shí)使摩擦面不能徹底分