推式膜片彈簧離合器設(shè)計

1、伊蘭特1.6標(biāo)準(zhǔn)型離合器設(shè)計目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第1章概述2 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 第2章離合器的結(jié)構(gòu)和基本參數(shù)的確定2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.1離合器結(jié)構(gòu)型式的確定2 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 2.2離合器基本參數(shù)的確定3 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 第3章

2、離合器的設(shè)計5 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.1從動盤總成5 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 3.1.1從動盤轂5 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 3.1.2從動片設(shè)計6 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 3.1.3從動盤摩擦片6 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 3.1.4波形片和減振彈簧7 HYPERLINK l bookmark6

3、0 o Current Document 3.2膜片彈簧設(shè)計7 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document 3.2.1膜片彈簧設(shè)計計算的基本公式7 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 3.2.2膜片彈簧基本參數(shù)的確定8 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 3.2.3強度校核11 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 3.3離合器蓋及壓盤總成的設(shè)計12 HYPERLINK l bookmark97 o Current

4、 Document 3.3.1離合器蓋設(shè)計12 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 3.4壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計12 HYPERLINK l bookmark107 o Current Document 3.4.1壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計12 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 3.4.2壓盤幾何尺寸的確定13 HYPERLINK l bookmark118 o Current Document 3.4.3傳力方式的選擇13 HYPERLINK l bookmark121 o Current Document 3.5

5、分離軸承總成13 HYPERLINK l bookmark124 o Current Document 3.6操縱機構(gòu)設(shè)計14 HYPERLINK l bookmark131 o Current Document 參考文獻14伊蘭特1.6標(biāo)準(zhǔn)型離合器設(shè)計第1章概述離合器位于發(fā)動機和變速箱之間的飛輪殼內(nèi)，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的 后平面上，離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。在汽車行駛過程中，駕駛員可根據(jù) 需要踩下或松開離合器踏板，使發(fā)動機與變速箱暫時分離和逐漸接合，以切斷或傳遞 發(fā)動機向變速器輸入的動力。目前，各種汽車廣泛采用的摩擦離合器是一種依靠主從 動部分之間的摩擦來傳遞動力且能分離的

6、裝置。它主要包括主動部分、從動部分、壓 緊機構(gòu)、和操縱機構(gòu)等四部分。離合器的功用主要的功用是切斷和實現(xiàn)發(fā)動機對傳動系的動力傳遞，保證汽車起 步時將發(fā)動機與傳動系平順地接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換檔時將發(fā)動機與傳動系 分離，減少變速器中換檔齒輪之間的沖擊；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，以防止傳動系各零件因過載而損壞；有效地降低傳動系中的 振動和噪聲。膜片彈簧離合器是近年來在轎車和輕型汽車上廣泛采用的一種離合器， 它的轉(zhuǎn)矩容量大而且較穩(wěn)定，操作輕便，高速是平衡性好、結(jié)構(gòu)簡單且較緊湊、散熱 通風(fēng)性能好、使用壽命長，也能大量生產(chǎn)。此設(shè)計說明書詳細(xì)的說明了轎車膜片彈簧 離合

7、器的結(jié)構(gòu)形式，參數(shù)選擇以及計算過程。第2章離合器的結(jié)構(gòu)和基本參數(shù)的確定2.1離合器結(jié)構(gòu)型式的確定本車設(shè)計采用單片膜片彈簧離合器。本車采用的摩擦式離合器是因為其結(jié)構(gòu)簡單， 可靠性強，維修方便，目前大多數(shù)汽車都采用這種形式的離合器。采用膜片彈簧離合 器是因為膜片彈簧離合器具有很多優(yōu)點：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此 可設(shè)計成摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎可以保持不變，且可減輕分離離合器時的踏板 力，是操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對離合器軸的中心線是對的，因此其壓 力實際上不受離心力的影響，性能穩(wěn)定，平衡性也好；再者，膜片彈簧本身兼其壓緊 彈簧和分離杠桿的作用，使離合器的結(jié)構(gòu)大為簡化，零件

8、數(shù)目減少，質(zhì)量減小并顯著 的縮短了其軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤是以整個圓周接觸，是壓力分布均 勻，摩擦片的接觸良好，磨損均勻，也易于實現(xiàn)良好的散熱通風(fēng)等。由于膜片彈簧離 合器具有上述一系列的優(yōu)點，并且制造膜片彈簧的工藝水平也在不斷的提高，因而這 種離合器在轎車及微型輕型客車上得到了廣泛的應(yīng)用，而且逐漸擴展到了載貨汽車上。 從動盤選擇單片式從動盤是一個結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。綜上本次設(shè)計選擇單片推式膜片彈簧離合器。2.2離合器基本參數(shù)的確定離合器傳遞的扭矩與摩擦系數(shù)、彈簧壓緊力、摩擦片的摩擦面數(shù)、摩擦片的平均 摩擦半徑等因素有關(guān)。并且離合器所能傳遞的最大扭矩廣應(yīng)適當(dāng)?shù)母哂诎l(fā)動機的最大e轉(zhuǎn)矩T

9、emax，其間的關(guān)系為：Te = nLfZpoD3(1-c3)(2-1)Te= BTemax(2-2)式中：f為摩擦因數(shù)；Z為摩擦面數(shù)；p為單位壓力；D為摩擦片外半徑；c為摩 擦片內(nèi)、外徑之比；B為后備系數(shù)。離合器的基本參數(shù)主要有性能參數(shù)有后備系數(shù)B和單位壓力參數(shù)P0,尺寸參數(shù)D 和d及摩擦片厚度h。后備系數(shù)各類汽車B值的選取范圍通常為：轎車和微型車、輕型貨車3=1.201.75中型和重型貨車3 =1.502.25越野車、帶拖掛的重型汽車和牽引汽車3=1.804.00根據(jù)上述原因及所選車型，選取3=1.25。單位壓力p0和摩擦因數(shù)f當(dāng)摩擦片采用不同材料時，P和f的取值范圍見下表：表2-1 pP

10、f的取值范圍摩擦片材料單位壓力p0/MPa摩擦因數(shù)f石棉基材料模壓0.15-0.250.20-0.25編織0.25-0.350.25-0.35粉末冶金材料銅基0.35-0.500.25-0.35鐵基0.35-0.50金屬陶瓷材料0.70-1.500.4選用粉末冶金材料銅基，單位壓力0.35-0.50MPa,摩擦因數(shù)0.25-0.35. f取 0.25.摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度h的確定離合器應(yīng)按轉(zhuǎn)矩容量或熱容量設(shè)計，摩擦片或從動片外徑D是基本尺寸。它關(guān)系 到結(jié)構(gòu)尺寸及質(zhì)量的大小和使用壽命的長短設(shè)計是通常首先確定D的值。由以下公式計算D的值：D = K JTD v emaxTemax發(fā)動機的最大

11、轉(zhuǎn)矩；Temax = 143 N*m對于轎車，Kd = 14.6，求得D=175 mm表2-2離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)外徑內(nèi)徑厚度內(nèi)外徑之比單位面積D(mm)d(mm)h(mm)d/DF(mm2)1601103.20.687106001801253.50.694132002001403.50.700160002251503.50.667221002501553.50.620302002801653.50.589402003001753.50.583466003251903.50.5855460035019540.55767800根據(jù)表2-2摩擦片的尺寸見表2-3：表2-3選定的摩擦片的尺寸外

12、徑D(mm)內(nèi)徑d(mm)厚度h(mm)dC= D1-C 31801253.50.6940.665單位面積F （mm 2） 13200用公式（2-1）和（2-2）驗算單位壓力P0：D -12 TemaxP0 nfZD3（1-C3）得到P 0=0.35MPa，單位壓力P0在容許范圍內(nèi)，認(rèn)為所選離合器的尺寸、參數(shù)合適。第3章離合器的設(shè)計3.1從動盤總成從動盤總成主要由從動盤轂、摩擦片、從動片、扭轉(zhuǎn)減震器等組成。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：從動盤的轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)盡可能小，以減小變速器換擋時齒輪間的沖擊；從動盤應(yīng)具有軸向彈性，使離合器接合平順，便于起步，而且使摩擦面壓力均 勻，

13、以減少磨損；應(yīng)安裝扭轉(zhuǎn)減震器，以避免傳動系共振，并緩和沖擊。3.1.1從動盤轂從動盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受發(fā)動機傳來的全部轉(zhuǎn)矩。 它一般采用齒側(cè)對的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上，花鍵的尺寸可根據(jù)摩擦片的 外徑D與發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩Temax按國標(biāo)GB1144-74選取（見表3-1 ）。表3-1離合器從動盤轂花鍵尺寸系列摩擦片外徑D/mm發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩Temax/N m花鍵尺寸擠壓應(yīng)力。j/Mpa齒數(shù)n外徑D /mm內(nèi)徑d /mm齒厚b/mm有效齒長l/mm16050102318320101807010262132011.820011010292342511.3225150

14、10322643011.525020010352843510.428028010353244012.730031010403254010.732538010403254511.635048010403255013.2根據(jù)摩擦片的外徑D=180mm與發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩Temax=139.2 N - m，由表3-1查得 n=10，D =26mm，d =21mm，b=3mm，l=20mm，oj=11.8Mpa3.1.2從動片設(shè)計從動片通常用1.32.0mm厚的鋼板沖壓而成。有時將其外緣的盤形部分磨薄至 0.651.0mm，以減小其轉(zhuǎn)動慣量。從動片的材料與其結(jié)構(gòu)型式有關(guān)，整體式即不帶波 形彈簧片的從動片

15、，一般用高碳鋼（50或85號鋼）或65Mn鋼板，熱處理硬度HRC38 48；采用波形彈簧片的分開式（或組合式）從動片，從動片采用08鋼板，氤化表面硬度 HRC45，層深0.20.3mm；波形彈簧片采用65Mn鋼板，熱處理硬度HRC4351。3.1.3從動盤摩擦片在離合器接合、分離過程中，它將遭到嚴(yán)重的滑磨，在相對很短的時間內(nèi)產(chǎn)生大 量的熱，因此，要求摩擦面片應(yīng)有以下一些綜合性能：在工作時有相對較高且穩(wěn)定的摩擦系數(shù)；具有小的轉(zhuǎn)動慣量，材料加工性能良好；在短時間內(nèi)能吸收相對高的能量，且有良好的熱穩(wěn)定性；能承受較高的壓盤作用載荷；承受相對較大的離心載荷而不破壞；具有足夠的剪切強度；摩擦副有高度的容污

16、性能，不影響它們的摩擦特性；具有優(yōu)良的性價比，不污染環(huán)境。對于摩擦面片來說，有兩個方面要求選擇確定，一是結(jié)構(gòu)尺寸，內(nèi)、外直徑已在 前面選定，厚度可根據(jù)使用壽命確定。二是材料，近年來，摩擦材料的種類增加極快， 常用的有石棉基、有機摩擦材料、金屬陶瓷摩擦材料等。這里選擇粉末冶金材料銅基， 單位壓力0.35-0.50MPa,摩擦因數(shù)0.25-0.35.3.1.4波形片和減振彈簧波形片一般采用65Mn，厚度小于1 mm，硬度為4046HRC，并經(jīng)過表面發(fā)藍(lán)處理。 減振彈簧常采用60Si2MnA、50CrVA、65Mn等彈簧鋼絲。3.2膜片彈簧設(shè)計膜片彈簧的大端處為一完整的截錐，類似無底的碟子，和一般機

17、械上用的碟形彈 簧一樣，故稱作碟簧部分。膜片彈簧起彈性作用的正是其碟簧部分。與碟形彈簧不同 的是在膜片彈簧上還有徑向開槽部分，形成許多稱為分離指、起分離杠桿作用的彈性 杠桿。分離指與碟簧部分小端交接處的徑向槽較寬且呈長方孔，分離指根部的過渡圓 角半徑應(yīng)大于4.5mm，以減少分離指根部的應(yīng)力集中，長方孔又可用來安置銷釘固定膜 片彈簧。3.2.1膜片彈簧設(shè)計計算的基本公式假設(shè)膜片彈簧在承載過程中，其子午斷面剛性地繞過斷面上的某中性點轉(zhuǎn)動。通 過支承環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的載荷（N）集中在支承點處，加載點間的相對軸向 變形為氣（mm），則膜片彈簧彈簧特性如下式表示：C . R - r 丫H-人(1

18、R - r )11(3-1)-f 5群斗jy 一11|_6丫-卜刁/尸/式中：E為材料的彈性模量（MPa）,對于鋼：E=2.1X105 Mpa；u為材料的泊松比，對于鋼：u=0.3；H為膜片彈簧自由狀態(tài)下碟簧部分的內(nèi)截錐高度（mm）；h為膜片彈簧鋼板厚度（mm）；R , r分別為膜片彈簧的大端半徑（mm）；R1，七分別為壓盤加載點和支承環(huán)加載點半徑（mm）。3.2.2膜片彈簧基本參數(shù)的確定比值H/h的選擇該比值對膜片彈簧的彈性特性影響極大，因此，要利用H/h對彈簧特性的影響， 正確地選擇該比值，以得到理想的特性曲線及獲得最佳的使用性能。為保證離合器壓 緊力變化不大和操縱輕便，汽車的膜片彈簧離合

19、器的H/h 一般?。?.5H/h2板厚一般為24mm，本設(shè)計?。篽=2mm則取 H/h=1.7，代入 h=2 得到：H=3.4mmR及R/r的選擇膜片彈簧的大端半徑R應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)要求和摩擦片的尺寸來確定。比值R/r的選定 影響到材料的利用效率。R/r越小，則彈簧材料的利用效率越好。碟形彈簧儲存彈簧性 能的能力在R/r=1.82.0為最大，用于緩沖沖擊、吸收振動等需要儲存大量彈性能的 碟簧最佳。但對汽車離合器膜片彈簧來說，并不要求儲存大量的彈性能，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu) 布置及壓緊力的需要，通常R/r=1.21.3 （即1.25左右）。根據(jù)本設(shè)計所選車型，選取R/r=1.27。根據(jù)RNRc=（D+d）/4=7

20、6.25mm （.為膜片彈 簧的平均半徑），取R=90mm，則r=71mm。膜片彈簧起始圓錐底角a膜片彈簧在自由狀態(tài)下的圓錐底角a與內(nèi)截錐高度H關(guān)系密切，a=arctanH/（R-r)H/(R-r), 一般在1015。范圍內(nèi)選擇。的范圍內(nèi)，因此r； R應(yīng)略小于1本設(shè)計之錐角為：。3.4/ (90-71)210.3。落在1015 設(shè)計合理。支承圈平均半徑七和和膜片彈簧與壓盤的接觸半徑R1七與R1的取值將影響膜片彈簧的剛度。r1應(yīng)略大于r且盡量接近 且盡量接近R。根據(jù)以上所述及已知R和r的值，本設(shè)計選取rj75mm, Rj88mm膜片彈簧小端半徑七及分離軸承作用半徑rf七由離合器的結(jié)構(gòu)決定，其最小

21、值應(yīng)大于變速器第一軸的花鍵外徑。rf應(yīng)大于七。r與r之差在一定的范圍內(nèi)，0W r - r W4。f if i膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用，因此其杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即：推式：2.3W ri - rf 62 o 本設(shè)計選取6=3.3,62=9.3，則:r W70-9.3=60.7。本設(shè)計取 r =60mm。膜片彈簧工作點位置的選擇圖3-2膜片彈簧工作點位置汽車離合器膜片彈簧特性曲線的形狀如圖3-2所示。選擇好曲線上的幾個特定工 作點的位置很重要。拐點T對應(yīng)著膜片彈簧的壓平位置，而Xit為曲線凸點M和凹點N 的橫坐標(biāo)平均值。B點為新離合器（摩擦片無磨損）在接合狀態(tài)時的工作點，通常取在 使

22、其橫坐標(biāo)為入；（0.81.0）Jt的位置，以保證摩擦片在最大磨損入后的工作 點A處壓緊力變化不大。摩擦片總的最大允許磨損量入可按上圖求得：上圖中：Zc一離合器的摩擦片工作表面數(shù)目，本設(shè)計為單片則ZC=2；So一每個摩擦工作表面的最大允許磨損量，一般為S=0.51mmJBC點為離合器徹底分離時的工作點。它以靠近N點為好，以減少分離軸承的推力使 操縱輕便。本設(shè)計取，=0.9mm，則入二1.80mm。O因M、N為拐點，對式（3-1 ）求一次導(dǎo)數(shù)并令其導(dǎo)數(shù)值為零，即：E = 0，經(jīng)簡 d人1化后得到：.2 H (R - r K 2R r、八人 2 1 1人+ (H 2 + h2 )(1 )2 = 0i

23、 R r 1 3R r由于 = .b2-4ac=2.5N0,因此有兩個實根，從而求得:人 1m =0.28七n = 4.38這兩值即是F1達(dá)到極值時的橫坐標(biāo)，即分別為點M和點N的橫坐標(biāo)。則:1N、=（、+人）/2 =2.33 圖3-2中，B點：取七廣0.叫廣2.10 A 點：力=X 一人=0.3C 點：取、w、=4.403.2.3強度校核推式膜片彈簧小端分離軸承載荷七計算公式如下nEhX1Rr1 技)(11土 )+ h 22 R r11ln( R / r)r )f6(1 - b2) (R - r ) - (R11由入=4.40mm，計算得F2 = 1159N膜片彈簧的應(yīng)力計算公式如下u = 3

24、 r rfF2EB 兀 r P h 21 日2r r l注 k r力1R r j11X h1+ 2 r RR r11式中，P2為寬度系數(shù)，P2 = 18 n2兀(r + r)e膜片彈簧選用材料60Si2MnA彈簧鋼 許用應(yīng)力。=16001700Mpa。mm，由上述公式算得膜片彈簧分離時最大變形量X 1=4.40 : oB = 1653Mpa 。，滿足強度要求。3.3離合器蓋及壓盤總成的設(shè)計3.3.1離合器蓋設(shè)計離合器蓋與飛輪固定在一起，通過它傳遞發(fā)動機的部分扭矩。此外它還是離合器 壓緊彈簧和分離桿的支承殼體。在離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)達(dá)到以下幾個要求：應(yīng)具有足夠的剛度，以免影響離合器的工作特性，增

25、大操縱時的分離行程，減 小壓盤升程，嚴(yán)重時摩擦面不能徹底分離。為此可采取如下措施：適當(dāng)增大蓋的板厚， 一般為2.54.0mm；在蓋上沖制加強肋或在蓋內(nèi)圓周處翻邊；尺寸大的離合器蓋可改用 鑄鐵鑄造。應(yīng)與飛輪保持良好的對中，一面影響總成的平衡和正常的工作。對中方式采用 定位銷或定位螺栓，也采用止口對中。蓋的膜片彈簧支承處應(yīng)具有高的尺寸精度。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)口， 將離合器制成特殊的葉輪形狀?；蛟谏w上下班加設(shè)通風(fēng)扇片等，用以鼓風(fēng)。乘用車和載質(zhì)量較小的商用車的離合器一般用08、10鋼等低碳鋼板，載質(zhì)量較大 的商用車則常用鑄件或鋁合金壓鑄件。本設(shè)計采用厚3mm的08鋼板沖壓而成。3.4壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計壓盤設(shè)計主要包括幾何尺寸的選擇和傳力方式的確定兩個方面。3.4.1壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計壓盤應(yīng)具有較大的質(zhì)量以增大熱容量、減小溫升，防止其產(chǎn)生裂紋和破碎，有 時可設(shè)置各種形狀的散熱肋或鼓風(fēng)肋，以幫助散熱通風(fēng)。中間壓盤可鑄出通風(fēng)槽，也 可采用傳熱系數(shù)較大的鋁合