离合器设计说明书

一. 课程设计任务书1. 设计背景2. 设计目的3. 设计时间二. 设计要求三. 设计参数一. 课程设计任务书课程设计题目：滑块离心式摩擦离合器1. 设计背景离心离合器由于有固定的结合转数和过载保护功能而被广泛应用于油锯、 割灌机、风力灭火机、无变速器等机具的传动中，它对保护操作者和机具过载 时的安全是十分重要的。滑块离心式离合器结构简单、紧凑、它是由主动盘、 摩擦块、压缩弹簧和被动盘组成的。2. 设计目的通过本课程设计，掌握滑块离心式摩擦离合器的设计方法、步骤，进一 步了解离合器的工作状况和性能，提高机械产品的设计能力。3. 设计时间两个月二. 设计要求设计计算说明书(包括离合器性能曲线)；总装配图；弹簧零件图；滑块和主动盘零件图。三. 设计参数原始数据：离合器配用的发动机型号1E40F离心块数量：2摩擦表面：石棉一一石棉1E40F汽油发动机的外特性曲线参数发动机型号1E40F怠速(rpm)2100最高转速(rpm)8000额定功率/转速(kw/rpm)2.97/5250最大输出扭矩/转速 (N.m/rpm)5.93/4400输出轴直径(mm)14输出轴连接形式4花键允许离合器外经(mm)80 mm允许离合器高度(mm)24mm离合器离心块与被动盘间隙1mm四.具体设计 步骤四.具体设计步骤:1).确定总体 设计方案1).确定总体设计方案由于滑块为两块，而离合器允许外径偏小，考虑到便于布置零件，故采用 压缩弹簧的形式，离心块与被动盘间隙取为1mm，满足要求且便于计算。滑块 离心式摩擦离合器主要用于草坪机械，假定以皮带轮作为输出结构。2).确定离合 器需要传递的 扭矩2).确定离合器需要传递的扭矩：由Memax=5.93N.m，0N1扭矩储备系数 这里B取1.2。Memax发动机最大输出扭矩(Nm)故Mf=B X Meamx = 1.2 X 5.93 = 7.116N.m。Mf =7.116N.m3).初定结合 转速3).初定结合转速:因结合转速n2 (1.25 1.45)气这里系数取1.25，由发动机怠速n1 = 2100 r / min，n2 =2625r/min计算得 n = 2625r / min24).确定离合 器结构形式4) .确定离合器结构形式由初始给定数据条件，离心块数量为2,即Z=2；确定被动盘直径D=80mm，壁厚取2mm，离合器离心块与被动盘间隙81mm，因摩擦配合为石棉一一石棉，石棉厚度取为 3mm，则被动盘半径R=40-2-6T=31mm；由离心块质心半径选取范围r = (0.6 0.8)R，再结合初步确定的离心块结构和形状，初步选r=20mm；离心块与被动盘材料均选45号钢，由于摩擦配合为石棉一一石棉，故离心5).初定离心 块质量块与被动盘结合面均贴一层石棉，摩擦系数f选为0.5.5) .初定离心块质量离心块质量须满足两个条件： 结合转速n2时P =P =m r3 2式中：p：一结合转速时离心块产生的离心力；p2一弹簧对离心块张紧力的径向分力；n：一结合转速n：时的角速度。 传递最大扭矩Mf时(P4Pn)fR Z = MfP =mr3 244Mf=(m* r,42m . r3：2) f R Z=m r (420 22)fRZM fM f .900r （气一修）.f.R.Z.R 2r（n2 - ；）.f .R.Z.R 26）.计算弹簧 在各个工况下 受力7）验证离合器 高度8）滑块的质心 验算9）弹簧的设计 计算式中：n一发动机最大扭矩M时的转速； 一发动机最大扭矩M时的角速度；f一离心块与被动盘内表面的摩擦系数（钢对钢：f=0.15；钢对石棉: f=0.30；石棉对石棉：f=0.360.50，这里取0.5）由发动机外特性参数：七=4400r / min , % = 2625r / min ,代入其他数据：R=31mm, Z=2, f=0.5, M =7.116N.M, r=20mm，计算得m=0.084kg。6）.计算弹簧在各个工况下受力结合转速时：2625 P = P = mrw； = 0.084 x 20 x 10- x （- x 2兀）2 = 126.8N。怠速时弹簧压缩力：P = 0.084 x 20 x 10-3 x （迎 x 2兀）2 = 81.2N1607）验证离合器高度因离合器允许高度为20mm，而h取值范围为（12） d；选定滑块结构为扇形，包角W = 120。，中间挖空一定尺寸放置弹簧与螺 栓，则由PV = m，列方程得1, 八，12p.兀（R 7 6）2.h 兀.22.2 兀.（）2.18x 10-6 = 0.08432材料为45钢，故这里P = 7.8 x 103kg / m3解得 h a 15.5mm，h24mm。故离合器高度满足要求。8）滑块的质心验算、一 .2r sin以, V 八八由扇形形心计算公式：x二 一，设计滑块以=2 =60。；3以2再由组合图形的形心计算公式：A x A x A y 一 A yx 二一L，y=L，计算得滑块质心约为19mm；A 一 AA 一 A1212验算结合转速n2 = 2448r / min，与理论计算值n2 = 2625r / min相差不大，故初选质心符合要求。29）弹簧的设计计算 计算弹簧刚度由：怠速时弹簧所受压力：P1 = 81.2 N结合时弹簧最大工作压力：P：= 126.8N由胡克定律：P -匕=kx，x=1mm，计算得 k=45.6N/mmP故弹簧初始压缩量为x =寸=1.78mm0 k 选择与验算弹簧具体参数弹簧材料选0类65Mn碳素钢丝，初选弹簧指数C=5，中径D = 8mm，查表得 K=1.31m=0.084kgP =81.2N 1P =126.8Nh=15.5mm 1.610）带轮结构 的确定d=1.8mmn1 =3.5n=5.5P. =205.6NF =4.2mm j8 =0.18mmt=3.6mmD2 = 9 mmD = 10.8 mmD1 = 7.2 mmH0 = 18 mm a = 5.74。 L =155 mmb=23.71= 653 MpaP =3.267KWZ=4估算簧丝直径d=D/C=1.6mm，查表得。B = 1800MP , 1 = 0.知t = 1.251 = 900MPj 簧丝直径：KF CTT n4 ,1.31 x 126.8 x 5计算得d=1.6 X* 0.4 * 1800=1.72mm根据标准圆整为d=1.8mmGd人工作圈数气: 由七=8尸 C；，而人 =X + X0=1+1.78=2.78mmmax计算得n =3.2，圆整为3.5.1总圈数n：弹簧选择冷卷，则总圈数n=2+3.5=5.5c兀d3工作极限载荷：P. = 8KDTj = 205.6N2兀D 2n工作极限载荷下的变形：Fj = GKd】七=4.2mm余隙：8 =0.1d=0.18mm节距：t=（0.30.5）D2 取为 3.6mm中径：D2 =Cd=9mm外径：D = D2 + d =10.8mm内径：D1 = D - d =7.2mm自由高度：H0 = n+ 1.5d =16.3mm，根据标准圆整为18mm螺纹升角：a=arctan= 5.74。，在5。9。之间，符合使用条件 兀D2T兀D n展开长度：L=兀D2n =155mm验算稳定性：b =的=2 b=3.7，故C值符合要求 2疲劳强度校核：1=腻?2 p = 8 * ：31 *9 x 126.8 =653 Mp X max兀 d3 n 3.14 x 1.83a 弹簧满足条件，可用。10）带轮结构的确定1. 确定计算功率Pca由 Pa = KP式中Pca计算功率，KW;Ka 工作情况系数，查表取为1.1；P A所需传递的额定功率，即电动机的额定功率，KW。计算得 P =3.267KW。2. 确定V带的带型由计算功率P和带轮转速n ,查表选取V带带型为Y型；设V带根数为 ca14 根,Z=4.故确定带轮觳各部分尺寸：11）花键的选 择和校核查表得 b=5.3mm，hl . =4.7mm，e = 8 土 0.3 mm， h2 . =i.6mm，中=3611）花键的选择和校核已知发动机的额定功率P=2.97KW，额定转速n=5250r/min；由初始数据，选取矩形花键，轻系列4-18 x 14 x 5键的输入端为发动机输出轴，输出端为离合器，花键结合长度取l=86mm 工作齿高：h = h . =（D-d）/2-2C=1mm。材料取低碳合金钢，表面渗碳淬火，表面硬度为5864HRC。此矩形花键如下图：b=5.3mmhl . =4.7mme = 8 土 0.3 mmh2 . =1.6mm中=36花键为矩形花键轻系列4-18 x 14 x 5h =1mm花键联接的挤压强度和耐磨性校核公式：2TP =W ZhlDmT输入转矩，N.MW各齿间载荷分布不均匀系数，通常取0.70.8；Z齿数；h齿的工作高度；l花键的工作长度；Dm平均直径。由 T=9550P/n=5.40N.M,W 取 0.7, Z=4, h=1mm, l=86mm, D =16mmp =2.80MPa计算得p =2.80MPa。查表得此花键联接的许用比压p=3060MPa，即pp。12 ）轴承的选 取与校核故此花键联接安全。12）轴承的选取与校核由输出轴直径与轴所受的载荷，初选轴承为GB/T2921994 7004AC角接触 球轴承，7004AC角接触球轴承，d=22mmD=44mmB=12mmP =126.8N主要尺寸为 d=22mm，D=44mm，B=12mm由于轴承所受的最大径向力F = 4=126.8N，轴向力主要为轴的轴向窜动，可认为FF e，故P = F, =126.8N。由机械的工作情况查表可得轴承在此离合器中寿命为40008000h 而由：L = 10七（C注h 60n Pn取最高转速8000r/min，e =3, P=126.8N，此轴承的基本额定载荷C =10.5KN。fh 寿命系数，由轴承要求寿命查表取得2.52f 转速系数，由输出轴最高转速查表取得0.16fd 动载荷系数，由轴承工作环境情况查表取得1.4C =2.796kNft 温度系数，由轴承估计工作温度查表取得1计算得C =2.796kN，得C C,，故轴承满足工作条件。13 ）螺钉与垫 片13）螺钉与垫片根据实际使用情况，选择GB/T652000 M4开槽圆柱头螺钉6个，M6开 槽圆柱头螺钉一个，GB/T29.1 1988 M4六角头头部带槽螺栓两个； GB/T894.11986 A型轴用弹性挡圈一个；GB/T952002 C级平垫圈七个； GB/T8551988 双耳止动垫圈两个。14 ）胶粘剂的 选择14）胶粘剂的选择：石棉与滑块，石棉与被动盘的连接均使用胶粘剂，根据离合器各项性能参数， 为保证稳定持久和高强度粘接，选用热固性树脂：环氧一聚硫橡胶类胶粘剂。五.离合器性 能曲线五.离合器性能曲线：由怠速为2100r/min时，离合器传递转矩为0结合转速2625r/min时，P广126.8N，六.设计小结图中当转速为4400r/min时，发动机最大输出转矩Mf=5.83N.m，小于此时离 合器能传递的扭矩7.116N.m，故此离合器性能符合使用要求。六.设计小结这次关于草坪修剪机上的滑块离心式摩擦离合器的课程设计是我们真正理 论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设 计的综合素质大有用处。通过近三个月的设计实践，使我对机械设计的过程有 了更多的了解和认识.大大提高了独立设计的能力，为我们以后的学习和工作 打下了坚实的基础.1. 这次的课程设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想;训练综合运用机械 设计和有关先修课程的理论，结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力;巩 固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。2. 在这次的课程设计过程中，综合运用先修课程中所学的有关知识与技能，结合 各个教学实践环节进行机械课程的设计,一方面，逐步提高了我们的理论水平、 构思能力、工程洞察力和判断力，特别是提高了分析问题和解决问题的能力,为 我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。3. 本次设计得到了老师的细心帮助和支持。衷心的感谢老师的指导和帮助4. 设计中还存在不少错误和缺点，还望老师多批评指正，我还需要继续努力学 习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操 作能力。七.参考资料七.参考资料：机械设计高等教育出版社主编濮良贵纪名刚机械原理高等教育出版社主编孙桓陈作模葛文杰工程制图中国林业出版社主编霍光青刘洁材料力学高等教育出版社主编刘鸿文互换性与技术测量基础高等教育出版社主编胡凤兰金属工艺学高等教育出版社主编邓文英机械设计手册机械工业出版社主编王文斌机械零件设计手册国防工业出版社主编杨黎机械零件设计计算实例中国铁道出版社主编梁正强离合器结构图册国防工业出版社主编段广汉离合器人民交通出版社主编任石安