毕业设计湿式换挡离合器离合器试验

湿式换挡离合器 离合器试验 摘 要湿式换挡离合器在自动变速和无机变速的汽车中的应用是越来越广泛。湿式换挡离合器是汽车能够换挡平顺和稳定的重要保障，给自动变速器平顺换挡提供有利的条件。随着我国国民经济的发展和科学技术的进步了，汽车行业向着自动化和系统化的方向前进着，在汽车的传动系统方面，湿式离合器作为自动变速器的一个关键部件，对其进行了深入的研究。在车辆的各个部件中，离合器起着十分重要的作用。阐述了湿式离合器的发展和前景、功用和原理、分类和特点等等。自主设计了应用于某综合传动装置的湿式换挡离合器，包括离合器摩擦片、液压缸、回位弹簧和轴等方面的设计。深入分析了离合器台架实验方法，并设计了一套离合器试验台，采用电机作为驱动系统，并完善设计了试验台辅助系统。关键词：离合器 湿式离合器 离合器试验台AbstractWet clutch in automatic transmission shift speed of the car and inorganic applications are more and more widely. Wet shift clutch is smooth and stable vehicle able to shift important guarantee for smooth shifting automatic transmission to provide favorable conditions. With the development of national economy and scientific and technological progress, and the automotive industry toward automation and systematic direction with the cars transmission system, the wet clutch automatic transmission as a key component of its in-depth study .The clutch is very important part of vehicles. The article mainly focuses on the function and the development of clutch. The major task of this dissertation is designing a wet clutch which is used to the transmission systems. Then the article introduced the way of designing the wet clutch and the purpose on building the clutch test-bed.Finally, the article makes the analysis and the subjective access for the wet clutch. And it makes the conclusions that it can keep with the requirement.Keywords: clutch wet clutch the clutch test-bed目 录摘 要IAbstractII第一章 湿式离合器在国内外的发展-概述11.1引言11.2湿式离合器简介11.2.1湿式离合器的特点11.2.2湿式离合器的材质21.3湿式离合器在国内外的发展状况21.3.1湿式离合器的发展趋势41.4湿式离合器研究的意义4第二章 湿式离合器摩擦片的设计62.1引言62.2摩擦片的材料62.3摩擦偶件数量P72.4摩擦副Z82.5摩擦片表面沟槽82.6摩擦片内外径82.6.1金属型摩擦片外径：92.6.2储备系数92.6.3非金属型摩擦片外径为102.7液压缸尺寸的估算112.8压板行程112.9摩擦片的外向压紧力112.10离心油压作用力112.11液压缸的油压132.12花键的设计132.13摩擦片的厚度14第三章 轴的设计153.1引言153.2轴的材料153.3轴最小半径的计算163.4轴的设计17第四章 回位弹簧的设计184.1引言184.2回位弹簧的种类和材料184.2.1回位弹簧的种类184.2.2回位弹簧的材料184.3圆柱螺旋回位弹簧的设计194.3.1已知条件的分析194.3.2确定弹簧各参数20第五章 湿式离合器其它零部件的选择225.1引言225.2轴承的选择225.2.1轴承的选用225.3密封装置235.3.1密封装置的种类235.3.2密封圈的选择245.4湿式离合器的润滑245.4.1润滑的意义245.4.2润滑的方式245.4.3润滑的选择24第6章 湿式离合器参数的校核256.1轴的校核256.2轴承的校核276.2.1轴承的失效形式主要有276.2.2轴承的寿命276.2.3轴承6012的校核286.2.4轴承6010的校核28第7章 湿式离合器试验台的设计307.1引言307.2试验台设计的要求307.3试验台的设计307.3.1试验台结构的设计307.3.2电机的选择317.3.3转速转矩传感器的选择337.3.4联轴器的选择347.4.5测功机的选择35第八章 总结与展望388.1工作总结388.2展望38参考文献：39致谢41附 录42第一章 湿式离合器在国内外的发展-概述1.1引言阐述了论文研究的背景和研究的意义，分析了湿式离合器在现实社会的意义，湿式离合器的国内外发展情况，湿式离合器的特点、湿式离合器的材质、湿式离合器的摩擦系数以及湿式离合器的发展趋势等内容。1.2湿式离合器简介1.2.1湿式离合器的特点所谓湿式离合器1，是指离合器摩擦片在滑摩过程中摩擦接触表面表现为液体和半液体（界面）的摩擦。它和干式摩擦相比已经发生了质的改变，即在滑摩时，摩擦表面不发生直接接触，两摩擦表面之间被一薄薄的油膜（厚度约为0.1 mm）隔开，正是这一薄薄的油膜保证了一对摩擦副在很大的压力下有小的磨损和稳定的摩擦系数。离合器片间油膜厚度的与摩擦系数有关，油膜的破裂会使磨损急剧增加。因此，湿式离合器的良好性能取决于在一定的外部条件能使摩擦副形成界面摩擦。正因为如此，湿式离合器的结构要比干式离合器的结构复杂得多。应该指出，采用湿式离合器之所以可能，是因为在技术上制造出一种对离合器片间油膜形成很稳定的摩擦材料的工艺已很成熟。对矿物油有很高稳定性的材料是烧结材料，它的多孔结构促进和维持住了离合器片间油膜，保证了摩擦副的界面摩擦。还必须指出，湿式离合器优点的发挥，是一定要在某温度范围内才能实现的。超过了这一温度范围将起负面效应，因此湿式离合器的热状况是确保它能工作可靠、耐用的最为重要的因素之一。而离合器工作热状况的稳定性根本上决定于摩擦副的供油系统能否确保对摩擦副表面的冷却和润滑。湿式多片离合器由于其独特的结构及工作环境，具有以下特点：(1) 表面积大，故所传递的扭矩也大。在不增加径向尺寸的前提下，可用增加摩擦片数来提高传递的转矩，还可以改变施加压力的大小，即按照要求容量调解工作转矩，便于实现系列化和通用化。多个摩擦副同时工作，摩擦转矩大，能可靠地传递发动机的最大转矩。(2) 在液力自动变速箱中布置方便。(3) 接合时较平顺、柔和，使车辆行驶时抖动和冲击减小。(4) 磨损均匀且不需专门调整片隙。(5) 摩擦衬片及对偶钢片较薄，其损坏形式多为瞬时温升过高或温度分布不均导致的烧损或翘曲。(6) 摩擦片表面单位面积压力分布均匀。(7) 对传动轴没有径向负荷，摩擦元件受力情况与旋转方向无关。(8) 分离时摩擦片间的相对滑摩损失大是其缺点。1.2.2湿式离合器的材质车辆液力传动应用的离合器摩擦副(又称摩擦对偶)按材质可分为两大类2，第一类是金属型的，它与钢片对偶的摩擦衬面材料具有金属性质，如钢对钢、钢对青铜(或黄铜)、钢对粉沫冶金等。第二类是非金属型的，它的摩擦衬面材料具有非金属性质，如石棉、纸、石墨、树脂、塑料合成物等，其对偶可用钢和铸铁。在金属型摩擦材料中，铜基粉沫冶金材料在自动变速器中获得广泛应用，它的主要优点有：摩擦系数较高、摩擦系数随温度变化小、允许表面温度高、机械强度高、导热性好等。非金属性摩擦材料具有高摩擦系数、价廉、保证离合器接合平稳和无噪声等优点，但这种材料的缺点是导热性差。近年来纸质摩擦材料在轿车自动变速器中得到推广，用来代替铜基粉沫冶金衬面，降低了成本与重量，改善了舒适性。在重型汽车上，美国阿里森公司的液力传动装置应用石墨树脂摩擦衬面代替了大部分粉沫冶金摩擦衬面。应用价廉、性能良好的非金属性摩擦材料是当前的发展趋势3。纸质摩擦材料的特点是摩擦系数较大，而且它的静摩擦系数和动摩擦系数之比不大，动摩擦系数几乎和摩滑速度无关。此外纸质摩擦衬面具有弹性、疏松性(空隙率40至50)和良好的润滑保持性能。但纸质摩擦材料磨损量大，耐热性较差，易烧坏。所以使用时必须保证良好的冷却润滑和较短的滑摩时间。1.3湿式离合器在国内外的发展状况湿式离合器的研究概况近十几年来，自动变速器的研究一直是热点问题。因此，离合器的研究也多是服务于自动变速器的研发工作，以对其实现精确控制，提高起步平稳性和换挡品质为主要目的。国内离合器的研究，针对干式离合器的较多，如吉林大学汽车工程学院对于干式离合器最佳接合规律做了理论上的研究4，清华大学和北京理工大学等院校也在这方面进行了研究并取得成果5。比较起来，国内对于湿式离合器的研究相对要少一些。湿式离合器接合过程控制的研究，涉及建立湿式离合器接合过程的数学模型，以此根据控制参数计算不同工况下离合器压盘压力，也即是离合器控制油压的过程。一般先确定湿式离合器接合过程的数学模型，根据该过程的动力学方程，通过控制变量计算得到各工况控制压力，计算过程中常用方法有最优方法、模糊方法等。由于控制变量较多，工况较多，所以通常要建立湿式离合器接合过程的仿真模型，通过仿真结果来修改控制算法，必要时还要对数学模型进行修改，待数学模型和控制算法较为成熟之后，再进行试验验证，最终在计算和试验的基础上确定控制策略。浙江大学罗永革以发动机油门开度、变速器速比、发动机转速、油门踏板变化率和坡度与载荷等变量作为控制参数，通过建立的数学模型算出湿式离合器在倒车、空档、起步加速、缓慢加速、急加速、普通减速、急减速等不同工况下的控制油压，作为离合器的控制策略。日本的佐藤用模糊方法，通过两层模糊推理确定起步时的湿式离合器控制压力，第一层是根据驾驶员踩下的加速踏板的位移及其变化率来确定初始起步压力，第二层是根据加速踏板的位移和发动机的转速确定压力变化率67。离合器接合过程的时间较短，一般在1秒左右，在接合过程中转矩变化很大，离合器的实际压力与控制计算得到的目标控制压力要尽量保持一致，以保证工作品质，这就需要设计湿式离合器控制器，来实现控制目标。湿式离合器控制器最常用到的控制方法是PID控制，该控制包括比例、积分和微分3个环节。比例环节用来减少偏差，积分环节消除静差，提高系统的无差度，微分环节用来加快系统的动作速度，减小调节时间。吉林大学张柏英8设计了湿式离合器PID控制器，并将其用于CVT的湿式离合器控制。吉林大学9喻坤对该控制器进行了改进，设计了湿式离合器模糊自适应控制系统，实现了PID控制参数自整定，较好的克服了常规PID控制过于依赖PID参数的缺点，进一步提高了控制精度。湿式离合器接合过程涉及不同工况对湿式离合器输出转矩的影响，严格来说也属于离合器接合过程控制计算的一部分内容。有许多人尝试用做试验的方法来表征湿式离合器的接合过程。他们在试验中采用了不同的摩擦材料，润滑剂和添加剂分析了这些因素对离合器接合过程建模，并使用了有限差分法和有限元法的计算方案来解方程(如Wu,1970;Ting,1975;Fish,1991;Jullien,1991)1011121314。这些模型中，最完整的包括了表面粗糙度、摩擦材料渗透性和摩擦材料沟槽等因素的影响。1997年美国普度大学的E.J.Berger等人对Reynolds方程和力学平衡方程进行了修改1516，在保留原影响因素的基础上简化了方程，建立了关于离合器片间油膜厚度的简单的一阶微分方程，发展了辨识可以描述离合器接合过程输入参数的算法，使用Golden Section的程序利用计算简单模型的速度，定义了接合等值面。他们所建的模型除了提供计算方面的优点，还深入的探讨了在离合器接合过程中各种输入参数的影响程度。但是由于参数缺乏和方程非解耦，所以国内很少采用这种研究方法。国内方面，河北工业大学赵义民对湿式离合器进行数值模拟，用微分方程导出了离合器片间油膜厚度、传递的转矩、相对转速、发热率等随时间变化的关系式，并用数值方法求解，还用制动法对离合器的接合过程进行分析模拟17。但是实际的摩擦材料的深透系数不为零，都为多孔材料，这一点会对接合特性产生较大的影响。北京工业大学项昌乐将多片离合器简化为弹性质量系统，并在此基础上研究了机械传动车辆动力传动系统非稳定工况动态特性通用模型，编制了通用计算程序18。但是，由于湿式离合器接合过程中粘性转矩的影响，这种弹性质量系统也不能反映湿式离合器的动态接合过程。研究湿式离合器动态接合机理，建立湿式离合器动态非线性模型将为湿式离合器的控制计算提供理论依据，也将影响采用湿式离合器的自动变速器控制策略。1.3.1湿式离合器的发展趋势湿式离合器的发展趋势如下19：(1) 更高、更稳定的扭矩容量，能可靠地传递力矩并具有一定的储备系数；(2) 接合时更平顺、柔和，使车辆行驶时抖动和冲击小；(3) 分离时更彻底、迅速，分离后空转阻力矩更小；(4) 离合器从动部分的转动惯量设计尽量小，以减轻车辆起步和换挡时变速箱齿轮轮齿间的冲击，减小换挡时间和离合器的热负荷；(5) 具有更可靠的刚度和强度，满足高转速下动不平衡和离心油压的要求；(6) 能使车辆传动系避免共振，具有吸收振动、冲击的能力，离合器的工作噪声更低；(7) 操纵、控制、安装及调整方便，对制造安装误差要求不能太高，有较强的抗污染能力；(8) 离合器的工作性能更平稳，在工作过程中，摩擦片上的压紧力要不变化或变化很小，摩擦系数在工作过程中应尽量使其稳定；(9) 离合器在一定空间尺寸下，热容量更大，冷却散热能力更强，使用寿命更长；(10) 系列化，标准化，低成本。1.4湿式离合器研究的意义随着我国国民经济的发展和科学技术的进步，汽车工业得到前所未有的快速发展，且随着电子和计算机技术融合到汽车技术中，具有实用价值的汽车电子技术不断完善，使得在汽车发动机管理、燃油喷射、传动系控制、悬架控制、制动控制等方面都取得了突破性进展。在汽车传动系方面，湿式离合器作为自动变速器的一个关键部件，对其接合控制和接合过程动态性能进行深入研究，对于提高我国汽车关键零部件的研发水平，促进国产自动变速器行业发展都具有重要意义。第二章 湿式离合器摩擦片的设计2.1引言对湿式离合器钢片和摩擦片的设计，湿式离合器的钢片和摩擦片是湿式离合器设计中最重要的组件之一，摩擦片是离合器接合后靠钢片和摩擦片之间的摩擦来传递的扭矩，从而实现动力从输入轴经离合器再传给输出轴。其中包括摩擦片材料的选择，摩擦偶件数的确定，摩擦片内外径的计算，摩擦片法向压紧力的计算，离心油压作用力及液压缸的压力。（1）已知设计参数a）最大传递扭矩：1000Nm；b）采用湿式离合器结构，液压操纵；c）最高转速3800r/min。（2）任务及目标a）查阅资料，了解湿式换挡离合器的发展及应用； b）进行离合器的设计计算，包括主轴、摩擦片、控制缸、弹簧等； c）离合器试验系统的方案设计及部件选型设计；d）离合器试验箱的设计；e）详细撰写毕业设计说明书，绘制变速器工程图。2.2摩擦片的材料换挡离合器装在密封着的变速箱内，工作时散热条件差，所以要求摩擦材料要具有良好的导热、耐磨、耐热、耐烧蚀性。在实际作业中换挡频繁，要求离合器在结合时应平稳、柔和；而在分离时要迅速彻底。因此，在设计离合器时要求摩擦片具有足够的摩擦系数和稳定性，以保证在给定的条件下可靠工作。由于粉沫冶金摩擦材料主要成份为金属，导热性好、强度高，且承受负荷能力比非金属摩擦材料大，故在工程机械、动力换挡离合器中得到了广泛应用。由于摩擦离合器工作时要产生大量的摩擦热，因此，摩擦副中至少有一个元件应由金属材料制成，以确保摩擦区产生的热量迅速散出，一般采用钢或铸铁。为了增大摩擦系数，另一个元件一般采用摩擦衬面。对于片式离合器摩擦副，摩擦衬面材料可分成两类：金属类、非金属类。金属型摩擦材料，即与钢片对偶的摩擦衬面材料成为金属材料，在汽车车辆中，常见金属型摩擦材料有钢、铸铁、和粉沫冶金等，摩擦副常见的有钢对钢、钢对铸铁和钢对粉沫冶金等型式。采用钢、铸铁作为摩擦材料的摩擦片制造较简单，机械强度高，散热好，耐磨，但摩擦系数低，局部易发生烧蚀、胶合及金属转移等现象，导致早期失效。粉沫冶金材料一般采用铜基或铁基粉沫冶金，主要成分为金属，添加石墨和铅提高耐磨性与防止粘着。粉沫冶金摩擦材料的主要优点是有较高的摩擦系数且在较大温度变化范围内，摩擦系数稳定，高温下耐磨性好；许用比压较高，导热性能好；表面开槽可获得良好冷却，允许较长时间打滑而不致烧蚀。由于其强度低、韧性差，一般烧结在钢的基片上。非金属的摩擦材料如石墨树脂摩擦材料和石棉树脂摩擦材料等多采用纸基摩擦材料。纸基摩擦材料是借用造纸工艺制得的材料，具有动摩擦系数大，低的静、动摩擦系数比，接合平稳柔和、噪声小等优点20。表2-1摩擦片材料。表格 21摩擦系数和许用比压摩擦副材料工作条件dp/Mpa钢对钢干式0.150.200.20.3湿式0.030.0712钢对铜丝石棉干式0.250.350.10.2湿式0.100.120.50.6钢对铸铁干式0.250.40.10.3钢对纸基湿式0.100.122钢对粉沫冶金干式0.40.50.40.6湿式0.060.1223.5工程机械采用的粉沫冶金摩擦材料主要有铜基和铁基两种。其中，应用较多的是铜基摩擦材料，其材料中含有锡、锌、铅、铁等金属成份及二氧化硅、二硫化钼、石墨等非金属成份。这类材料的耐磨性较铁基高，且接触均衡、不易与对偶件粘结，其摩擦片的性能见表2-2所示。表2-2 铜基粉沫冶金摩擦片性能项 目铜基/湿式/压烧法密度/g cm-34.7 6.7硬度 /HB15 60静摩擦因数0.11 0.15动摩擦因数0.04 0.08因此，选用的摩擦片的材料为钢对粉沫冶金（铜基）如下表2-3。表2-3 钢对粉末冶金参数摩擦副材料工作条件dp/Mpa钢对粉沫冶金干式0.40.50.40.6湿式0.060.1223.52.3摩擦偶件数量P在保证传递扭矩的前提下，应尽量减少摩擦偶件数。摩擦偶件少，磨损小，结合时压紧力和功率损失少，且各片的间隙分布均匀，不仅能充分冷却，而且还不易产生带排现象。片数越多，分离时片与片之间越易被润滑油粘住，克服粘液的扭矩就大，越易产生带排现象。但实际离合器，由于外廓尺寸受到结构限制，为了满足传递扭矩的要求，不得不设计成多片式的结构。对于换挡离合器，其摩擦片一般取3 6 片。因此，选取湿式换挡离合器的摩擦偶件数量为：P=5，即需要钢片P1=5，粉沫冶金摩擦片P2=5。2.4摩擦副Z表面相邻的主动摩擦片和被动摩擦片构成一个离合器摩擦副（又称摩擦对偶），由摩擦材料与其配对件组成。在保证传递转矩的前提下，应尽量减小摩擦副数，结合时，轴向摩擦力小，压紧力损失也小；空转时产生带排转矩小，功率也小。为了提高摩擦面的工作性能，在湿式离合器摩擦衬面上常开有沟槽。它的主要作用是破坏油膜，使摩擦副处于边界摩擦状态，提高摩滑时的摩擦系数；径向槽主要是保证冷却油能流经摩擦片表面，提高散热效果，同时，油流还可将磨损碎屑带走，起到清洁摩擦表面的作用。由于摩擦片组数P=5，则摩擦副数Z=10。2.5摩擦片表面沟槽为了提高摩擦片的工作性能，在摩擦片表面上常开有沟槽，其主要作用有两个：(1) 润滑油流过离合器摩擦表面时，能更好地冷却和润滑摩擦片表面，同时油流还可将摩擦表面上磨损下来的磨屑带走，起到清洁摩擦表面的作用。(2) 主、从片接合时，这些沟槽有助于摩擦表面上的油汇集到沟槽中流走，当两片相对滑磨时，还可以起到刮油和破坏油膜的作用，从而建立半液体和临界摩擦，提高摩擦因数。摩擦表面的沟槽形式通常有径向槽、螺旋槽、弧形菱状槽、方形槽、复合槽（螺旋槽加径向槽）。不同的沟槽形状对摩擦片性能影响是不同的，并且对于同一形状的沟槽，其深度、宽度和密度对摩擦性能也有影响。沟槽的设置虽提高了摩擦片的摩擦性能，但同时也减小了摩擦面积，增加了摩擦片的磨损。因此，在计算比压和摩擦力矩时，必须扣除沟槽的面积。2.6摩擦片内外径离合器的主要尺寸参数有摩擦片外径和内径。摩擦片的外径选取应使摩擦片最大圆周线速度不超过极限值，以免摩擦片发生飞离现象。湿式换挡离合器摩擦转矩与摩擦副副数成正比，且随摩擦副面积和作用半径增大而增大，所以为增大离合器的摩擦转矩，一是可以采用增加摩擦副数量的方法，二是增大摩擦副的径向尺寸。但是摩擦副数量过多一方面会导致活塞行程过大，分离不彻底、不均匀而造成较大的带排转矩，另一方面会导致滑摩时摩擦衬片接触比亚分布的不均匀性增大；而加大摩擦副径向尺寸会导致摩擦片圆周速度（线速度）过大，以致使摩擦副间热流密度过大而出现过热，发生摩擦偶件烧蚀或裂纹现象。因此，合理设计摩擦副的尺寸及摩擦副数是非常重要的。2.6.1金属型摩擦片外径： R= （2-1）式中，m=对于金属型摩擦片m=0.680.82，取中间值为0.75；摩擦副系数取0.09；摩擦表面接触系数，其值等于扣除表面油槽后的净面积与总面积之比，无油槽时=1，有油槽是一般取=0.60.7，由于金属摩擦片没有油槽，则=1。离合器的储备系数；T离合器主动件的计算转矩；摩擦副的许用比压，取2.5。2.6.2储备系数离合器摩擦转矩应大于所有传递的工作转矩，才能可靠工作，即在摩滑过程中能够保证在一定时间内结合，在接合时不大滑。因此在摩擦离合器转矩的设计过程中，需要预留一定的转矩储备，以保证离合器的正常工作，用储备系数表示，定义如下 （2-2）式中 Tfmax离合器所有传递的最大摩擦转矩； T离合器主动件的计算转矩。储备系数反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度，是重要的离合器性能参数。储备系数偏小，在起步或换挡过程中，结合时间延长，使摩滑加剧，发热严重；储备系数偏大，则离合器尺寸和质量增大，操纵功增大，容易熄火，且不利于防止过载。在储备系数选取过程中，需要折中考虑。对于湿式换挡离合器，其=1.11.3，所以取其中间值=1.2而已知离合器所传递最大传递转矩T=Tmax=1000 Nm，=1.2则 Tfmax=T=1200Nm （2-3）由（2-3）代入（2-1）得：R= 76.3mm在确定摩擦副径向尺寸时，内外径的比值m=的取值要适当。如果m过小，则摩擦衬面宽度过大，内外径摩滑速度相差大，从而引起内外径温升相差过大而导致摩擦片开裂或翘曲变形；如果m值过大，则摩擦衬面宽度过小，有效利用面积减小，摩擦转矩较小，换挡离合器的m值一般取0.6 0.85。则取0.7。因此，内径为r=0.7R=53.4mm2.6.3非金属型摩擦片外径为 （2-4）式中 m=，对于非金属型摩擦片m=0.50.7，取m=0.6；摩擦副系数去0.09；摩擦表面接触系数，其值等于扣除表面油槽后的净面积与总面积之比，无油槽时=1，有油槽是一般取=0.60.7，则取中间值为0.65。离合器的储备系数；T离合器主动件的计算转矩；摩擦副的许用比压，取2.5。则 R= 84.9mm因此，内径r=0.7R=59.5mm对钢片和粉沫冶金摩擦片是结合在一起产生摩擦而带动离合器输出轴转动，使得离合器传递转矩，再考虑到摩擦片还需要设计键及液压缸、轴的设计等，因此对钢片和粉沫冶金摩擦片的尺寸应进行调整；对于钢片R=85.0mm，r=70.0mm；对于粉沫冶金摩擦片R=85.0mm，r=70.0mm。2.7液压缸尺寸的估算上述已经对摩擦片的尺寸进行详细的计算，对于液压缸的尺寸做初步的估算，则：R1=45mm，R2=87mmS=2.8压板行程湿式多片式离合器分离时，各摩擦表面间隙并不均匀，但可以用平均间隙来衡量，据统计平均间隙与摩擦片外径R有关，议案取一个摩擦副的分离间隙=0.5mm，则压板行程为： f=Z=0.510=5.0mm2.9摩擦片的外向压紧力对于湿式离合器，采用液压加压，旋转液压缸离合器，则摩擦片上的法向压紧力F为： F=Fst- （2-5）式中，Fst注油压作用在活塞上的静压力，Fst=Pst(R22-R21)；Pst离合器操纵油压；R1和R2液压缸的内半径和外半径； 回位弹簧的最大载荷；液压缸离心油压作用在活塞上的离心油压作用力。2.10离心油压作用力取半径R处的一个微分环形体积，其宽度为b，这个体积内所含油的密度为，则其质量为： dm=2RdRb （2-6）如液压缸内油的回转角速度为，则这一质量所产生的离心力使半径R处的压强产生一个微分增量，即 dp= （2-7）积分得离心油压Pl为Pl= （2-8）当R=R0时，是油进入该回转件的入口，Pl=0，则 C=- （2-9）所以 Pl= （2-10）这个二次方程式说明离心油压按抛物线规律变化的。整个环形活塞上所受的离心压力为Fl= (2-11)=其中，油的回转角速度由于滞后的原因，比液压缸的角速度稍低，如液压缸转速为n时，则 （2-12）而，液压缸的最高转速为n=3800r/min， =357.96 rad/s 由于湿式离合器液压缸的液压油是用来传递扭矩。通常用的液压油是汽车自动变速器、动力传动系统和动力转向系统的工作介质，它不仅起到传递力的作用，而且还起着润滑和冷却的作用。其密度一般为：0.850.9103kg/m3。而对于液压缸的尺寸，则先选定R1=45mm，R2=87mm，R0=40mm。因此Fl= =3102.85N回位弹簧力与往复运动密封装置的摩擦阻力、压紧力损失对活塞的阻力及油缸中油液离心力对活塞的阻力有= （2-13） 式中，Fst 回位弹簧力（N）； 密封摩擦阻力（N）；压力损失对活塞阻力（N）； 离心油压对活塞阻力（N）。已知湿式离合器的转矩T=1200Nm，而摩擦片有10个摩擦副；则每副摩擦片所需传递的扭矩为T0=1200Nm/10=120Nm，所以其摩擦片的压紧力F F= =2547.7N (2-14) 2.11液压缸的油压F=Fst-Fl-Fst = F +Fl+则 Pst= = =606140.1665Pa =0.7MP 所以，在满足湿式离合器所传递的扭矩和转速的情况下，液压缸所需要的油压为0.7MPa。 2.12花键的设计矩形花键加工方便，可用磨削方法获得较高的精度。按齿数和齿高的不同规定有轻、中两个系列，轻系列多用于轻载联结或固定联结；中系列多用于中等载荷联结或空载下移动的动联结；而离合器鼓和轴的连接属于中等载荷的连接，所以采用中型系列的花键联结。根据轴与离合器鼓的采用矩形花键联结，根据其工作条件，所需要的参数如下表2-3所示：矩形花键表2-3矩形花键的参数规格NdDBCrdl minamin108590120.40.387.34.52.13摩擦片的厚度摩擦片的厚度反映的是摩擦片所传递扭矩的大小，离合器在接合过程中，摩擦副之间产生相对滑磨，部分能量转换成热能，离合器零件产生不同的温升，摩擦副产生一定的磨损，以及冷却油的热容量等来考虑摩擦片的厚度。根据湿式离合器的转速转矩的要求，取其经验值：钢片摩擦片的厚度：20.3mm；粉末冶金摩擦片的厚度：3.00.2mm。第三章 轴的设计3.1引言湿式离合器输入轴和输出轴是离合器动力传递的桥梁，是将发动机的输出的动力通过离合器输入轴传递给离合器，离合器通过接合再将动力传给输出轴，在此过程中就实现了换挡过程，使得汽车能够平顺换挡。此章是对离合器输入输出轴直径的设计3.2轴的材料轴的材料常采用碳素钢和合金钢21碳素钢： 35、45、50等优质碳素结构钢因具有较高的综合力学性能，应用较多，其中以45号钢用得最为广泛。为了改善其力学性能，应进行正火或调质处理。不重要或受力较小的轴，则可采用Q235、Q275等碳素结构钢。合金钢：合金钢具有较高的力学性能与较好的热处理性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。例如：采用滑动轴承的高速轴，常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金结构钢，经渗碳淬火后提高轴颈耐磨性；汽车发动机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，必须具有良好的高温力学性能，常用40CrNi、38CrMoAlA等合金结构钢。值得注意的是：钢材的种类和热处理对其弹性模量的影响甚小，因此，如欲采用合金钢或通过热处理来提高轴的刚度并无实效。此外，合金钢对应力集中的敏感性较高，因此设计合金钢轴时，更应从结构避免或减小应力集中，并较小其表面粗糙度。（1）工作条件离合器轴是输入轴和输出轴，在运行过程中，传动扭矩承受交变扭转载荷的作用。（2）失效形式过量变形、断裂、疲劳及磨损失效（3）性能要求具有良好的综合机械性能，以防断裂及过量变形；高的疲劳抗力，防止疲劳断裂。（4）选材一般轴类零件是按照强度设计来选材，同时考虑材料的冲击韧性和表面耐磨性。轴类零件常选用中碳或中碳合金调质钢，主要钢种有45、40Cr、40MnB、40CrNiMo、35CrMo等，而离合器轴采用的是40Cr。因此，可选用40Cr调质作为轴的材料。表3-1 40Cr的值和C值。表3-1轴的材料40Cr的参数参数轴的材料40Cr4052C107983.3轴最小半径的计算按扭转强度初步估算轴的最小直径，对于只传递转矩的圆截面轴，其强度条件： = (3-1)dC (3-2)式中，为轴的扭切应力，MPa；T为转矩，Nmm；Wt为抗扭截面系数，mm3，对圆截面轴Wt=；P为传递的功率，KW；n为轴的转速，r/min；d为轴的直径，mm；为许用扭切应力，MPa。而已知最大传递转矩Tmax1200Nm，最高转速为n=3800 r/min。则 P= （3-3）而 V=Wd/2 ， W=2n；因此 P= （3-3）将（3-2）式代入式（3-4）选取C=100，=45则： dCC 42.61mm因此，轴的最小半径选取43mm，在实际的应用中，我们应考虑多方面的因素，所以在湿式离合器的设计中我选用的轴最小半径为50mm。3.4轴的设计在确定出轴的最小半径50后，根据轴的实际需要，轴与零件的连接，设计出如下图轴的结构 图3-1轴的结构设计图第四章 回位弹簧的设计4.1引言回位弹簧的设计，回位弹簧是离合器能够接合后而要能使摩擦片和钢片分离，其中包括弹簧的种类，弹簧材料的选择，以及弹簧各个参数的计算。4.2回位弹簧的种类和材料4.2.1回位弹簧的种类螺旋弹簧类型较多,按外型可分为普通圆柱螺旋弹簧和变径螺旋弹簧;按螺旋线方向可分为左旋弹簧和右旋弹簧。圆柱形螺旋弹簧结构简单，制造方便，应用最广，其特性线为直线，可作压缩弹簧、拉伸弹簧和扭转弹簧。当载荷大而径向尺寸又有限制时，可将两个直径不同的压缩弹簧套在一起使用，成为组合弹簧。4.2.2回位弹簧的材料弹簧在机械中常承受具有冲击性的变载荷，所以弹簧材料应具有高的弹性极限、疲劳极限、一定的冲击韧性、塑性和良好的热处理性能等。常用的弹簧材料有优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢和有色金属合金。碳素弹簧钢：含碳量在0.6%0.9%之间，如65、70、85等碳素弹簧钢。这类钢价廉得，热处理后具有较高的强度、适宜的韧性和塑性，但当弹簧直径大于12mm时，不易淬透，故仅适用于小尺寸的弹簧。合金弹簧钢：承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高的弹簧，需采用合金弹簧钢，常用的有硅锰钢和鉻矾钢等。有色金属合金：在潮湿、酸性或其他腐蚀性介质中工作的弹簧，宜采用有色金属合金，如硅青铜、锡青铜、铍青铜等。选择弹簧材料时应充分考虑弹簧的工作条件（载荷的大小及性质、工作温度和周围介质的情况）、功用及经济性等因素。一般应优先采用碳素弹簧钢丝。（1）工作条件回位弹簧是在离合器结合与分离时都在工作，承受变载荷的作用。（2）主要失效形式塑性变形、疲劳断裂、快速脆性断裂失效（3）性能要求高的弹性极限、屈服强度和抗拉强度，高疲劳寿命。（4）选材弹簧钢丝按供应状态分为冷拔弹簧钢丝、油淬火回火钢丝及退火钢丝等，这些钢丝都是通过热处理而获得较高的弹性。对于湿式离合器用的是薄片弹簧，经常使用如50A、65、75、85、95或T7AT12A等钢带来制造。则，选取60Si2Mn。4.3圆柱螺旋回位弹簧的设计从结构形式上看，回位弹簧有螺旋弹簧和碟形弹簧两种，当离合器内鼓径向尺寸较小，螺旋弹簧与离合器摩擦片不能沿轴线方向重叠布置时，为了不增加离合器的轴向尺寸，可采用尺寸最短的碟形弹簧。在换挡离合器中，回位弹簧力对离合器的整体性能有很大影响，当弹簧力过大时，虽然可以缩短离合器的分离时间，但同时增大了压力油作用到离合器活塞上的压力，在活塞面积一定的情况下，还需提高压力油的比压；当弹簧力过小时，离合器分离不彻底。回位弹簧力与往复运动密封装置的摩擦阻力、压紧力损失对活塞的阻力及油缸中油液离心力对活塞的阻力有 = （4-1）式中，Fsp 回位弹簧力（N）； 密封摩擦阻力（N）；压力损失对活塞阻力（N）； 离心油压对活塞阻力（N）。4.3.1已知条件的分析（1）此弹簧是用于离合器回位弹簧，是重要的弹簧，按类载荷计算。（2）在离合器弹簧座周部设计放置20根的圆柱螺旋弹簧。（3）弹簧所受的最小工作载荷F1为弹簧处于分离的后的自由状态，此时的最小工作载荷是离合器的离心油压；弹簧所受的最大工作载荷F2为离合器处于结合状态时的工作载荷。（4）先选取弹簧的刚度为：k=18Nmm，则F2=k（x+x0）F1=kx=Fl/20而Fl=3102.085N，x0=5mm，因此由上式可得：F2=245.1N4.3.2确定弹簧各参数（1）选择弹簧材料：根据工作条件，选用50CrVA，类弹簧，由查表得： =740MPa； =1.12=828.8MPa。（2）确定钢丝直径d： d （4-2）暂时取中径D2=14mm，弹簧的直径d=2.5mm，则C=5.6，由查表得K=1.28。将各值代入上式，得d=1.6=2.46mm因此，查弹簧钢丝的直径表得，弹簧的直径应取：d=2.5mm（3）决定弹簧的圈数n 其中弹簧的圈数计算公式： n= （4-3）式中，G弹簧材料的切变模量，钢的切变模量G=8104 MPa； k弹簧的刚度：18N/mm; C旋绕比：5.6则 n=7.98 （圈）（4）计算弹簧的其他尺寸：内径 D1=D2-d=(14-2.5)=11.5mm外径 D=D2+d=(14+2.5)=16.5mm间距 =2.1mm，取=2.5mm节距 t=+d=2.5+2.5=5mm螺旋升角 =两端各并紧一圈并磨平，则总圈数 =8+2=10 （圈）自由高度H0=n+(n1-0.5)d=43.75mm弹簧在最小载荷F1时的初始变形量：弹簧的安装高度 H1= =35.13mm回位弹簧各参数表4-1：表4-1弹簧参数名称符号值弹簧直径d(mm)2.5弹簧中经D2(mm)14弹簧内径D1(mm)11.5弹簧外经D(mm)16.5旋绕比C5.6弹簧刚度K(Nmm)18间距(mm)2.5节距t(mm)5螺旋升角弹簧圈数n110弹簧高度H0(mm)43.75安装高度H1(mm)35.13所以弹簧的承受的最大载荷=245.120=4902NFl=3102.085N，所以当操纵油压撤离时，回位弹簧足以使摩擦片分离，起到离合器的分离作用。第五章 湿式离合器其它零部件的选择5.1引言轴承是承受一定载荷，应用于机械的各个领域，是标准零件；其中包括轴承的种类，轴承的应用及湿式离合器所用轴承的选择。湿式离合器的密封装置的设计及润滑方式的选择，密封装置是确保离合器油路能够正常工作，保证离合器能够正常接合及能够起到润滑作用；其中包括液压油的选择，密封圈的选择，润滑方式的选择。5.2轴承的选择5.2.1轴承的选用深沟球轴承是最常用的滚动轴承。它的结构简单，使用方便。主要用来承受径向载荷，在转速较高又不宜采用推力球轴承时，也可用来承受纯轴向载荷。与尺寸相同的其它类型轴承比较，此类轴承摩擦系数小，极限转速高。但不耐冲击，不适宜承受重载荷。深沟球轴承保持架多为钢板冲压浪形保持架，大型轴承多采用车制金属实体保持架。深沟球轴承广泛应用于汽车、拖拉机、机床、电机、水泵、农业机械、纺织机械等。所以在轴上的轴承选用深沟球轴承，其型号为：6012和6010。滚针轴承是带圆柱滚子的滚子轴承，相对其直径，滚子既细又长。这种滚子称为滚针。尽管具有较小的截面，轴承仍具有较高的负荷承受能力，因此，特别适用于径向空间受限制的场合。滚针轮廓面在近端面处稍微收缩。滚针和滚道线接触修正的结果可避免产生有破坏性的边缘应力。所以，在齿轮与壳体的连接出用滚针轴承，其型号为：K909825，见表5-1。表5-1轴承标准件的各个参数表格名称型号dDBCr深沟球轴承601260951831.5601050801622名称型号FwEwBc滚针轴承K9098259098255.3密封装置5.3.1密封装置的种类密封可分为静密封和动密封两大类。静密封主要有垫片密封、密封胶密封和直接接触密封三类。根据工作压力，静密封又分为中低压密封和高压静密封。中低压静密封常用材质较软、宽度较宽的垫片密封，高压静密封则用材质较硬、接触宽度很窄的金属垫片。动密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本类型；按密封件与其作相对运动的零部件是否接触，可分为接触式密封和非接触式密封；按密封件的接触位置又分为圆周密封和端面密封，端面密封又称为机械密封。动密封中的离心密封和螺旋密封，是借助机械运动是给介质以动力得到密封，故有时又称动力密封。密封装置的好坏对换挡离合器的性能有着重要的影响。当由于密封不当导致液压油严重泄漏时，工作油压不能建立，离合器无法正常结合，换挡离合器的密封形式有：离合器轴端处的旋转密封、油缸活塞处的往复密封及传动轴与离合器鼓处的静密封。旋转密封，一般采用密封环，密封环的材料为合金铸铁。当密封面处的相对线速度不大时，可以考虑选用组合密封圈，其密封形式见图5-1 所示。组合密封圈的矩形圈由充填PTFE 材料制成，形成密封的动态部分，并带一个弹性体的密封圈，通常为O型圈，以确保所要求的持续的弹性施力，从而保证长期使用后密封的可靠性。同时，由于使用了PTFE耐磨材料，使其具有较低的摩擦性、耐磨性及极好的抗挤出性能。(a) 轴用组合密封 (b)孔用组合密封图5-1 旋转组合密封的密封形式传动轴与离合器鼓处的静密封，用普通的O 型圈即可，也可以使传动轴与离合器鼓紧配合实现密封，但这对轴孔处的加工、装配精度要求较高。5.3.2密封圈的选择在活塞上采用的是动密封圈密封，选用接触式密封矩形密封圈，在壳体槽内填以矩形密封圈，以诸塞泄漏间隙，达到密封的目的。液压油入口处的密封圈采用静密封，选用O形环转入密封沟槽后，其截面一般受到15%30%的液压变形。在介质力作用下，移至沟槽的一边，密封需密封的间隙，达到密封的目的。O形环密封性能好，寿命长，结构紧凑，装拆方便。5.4湿式离合器的润滑5.4.1润滑的意义润滑和密封，对滚动轴承的使用寿命具有重要意义。润滑的主要目的是减小摩擦与减轻磨损，滚动接触部位如能形成油膜，还有吸收振动、降低工作温度和噪声作用。其中对湿式离合器的润滑包括轴承润滑和摩擦片的润滑。5.4.2润滑的方式依据润滑剂供给轴承时的外现状将润滑方式分为脂，油两大类润滑方式，并进一步将润滑润滑分为油浴润滑，连续油流润滑，断续油流润滑，滴油润滑，弥散微滴与油雾润油五种类型。油润滑在高速、高温的条件下，脂润滑已不适应时可采用油润滑。通过润滑油的循环，可以带走大量热量。粘度是润滑油的重要特性，粘度的大小直接影响润滑油的流动性及摩擦面间形成的油膜厚度，轴承工作温度下润滑油的粘度一般是12-15cst。转速愈高应选较低的粘度，负荷愈重应选较高的粘度。常用的润滑油有机械油、高速机械油、汽轮机油、压缩机油、变压器油、气缸油等。5.4.3润滑的选择滚动轴承的润滑剂可以是润滑脂、润滑油或固体润滑剂，轴上的深沟球轴承根据其工作条件采用油润滑，而齿轮上的滚针轴承由于的转速高，产生的热量多，采用用的是油润润滑，摩擦片之间采用的也是油润滑。第6章 湿式离合器参数的校核6.1轴的校核按弯扭合成法校核轴的强度（1）建立力学模型考虑到左边轴承和右边轴承的接触角，左右轴承对轴的支反力作用点因位于轴承的两端。齿轮作用与轴上的分布力可视为集中载荷，并且作用于齿宽中点上。因此，该轴的受力计算简图如下图所示（6-1a）如图6-1（2）计算弯矩，画出弯矩图。 1、计算齿轮的受力。根据齿轮的受力计算公式，齿轮所受力的大小为 （7-1）其中T=1200Nm，d为齿轮的分度圆半径d=235mm，则 Fr=Fl=3103N （7-2）F合=Fc= （7-3） 2、根据受力分析简图（6-1b），可以计算出两支点A、B处的支反力及C处的弯矩，绘制其弯矩图（M）图，如图（6-1c）所示 （7-4）所以 =8288N （7-5） =1854N （7-6）3、计算转矩，绘制转矩图。该轴所受的最大转矩是：T=1200Nm 绘出的转矩图如图（6-1d）所示。4、确定最危险截面的当量弯矩图 （7-7）轴的扭切应力是脉冲循环变应力，取折合系数=0.6，代入上式得5、确定危险截面，计算危险截面轴径d。轴的材料是选用40Cr，调质处理，查轴的常用材料及其主要力学性能表得，再查轴的许用弯曲应力表得=75MPa。则 （7-8） 在湿