轿车拉式膜片弹簧离合器课程设计

轿车拉式膜片弹簧离合器课程设计2012/9/25 目录一、离合器设计目的及离合器概述1.1、离合器设计基本要求31.2、技术参数及论文要求31.3、膜片弹簧离合器结构41.4、膜片弹簧离合器优点51.5、膜片弹簧离合器工作原理5二、离合器摩擦片参数确定2.1、摩擦片参数选择2.1.1 初选摩擦片外径D、内径d、厚度b62.1.2 后备系数72.1.3 离合器传递的最大静摩擦力矩TC72.1.4 单位压力P072.2 离合器基本参数的校核2.2.1 最大圆周速度82.2.2 单位摩擦面积传递的转矩92.2.3 单位压力92.2.4单位摩擦面积滑磨功9三、扭转减振器的设计3.1 扭转减振器主要参数103.1.1 极限转矩Tj103.1.2 扭转刚度113.1.3 阻尼摩擦转矩T113.1.4 预紧转矩Tn113.1.5 减振弹簧的位置半径R0113.1.6 减振弹簧个数Zj113.1.7 减振弹簧总压力F11 3.1.8 极限转角123.2 减振弹簧的计算123.2.1 减振弹簧的分布半径R1123.2.2单个减振器的工作压力P123.2.3 减振弹簧尺寸12四、离合器其它主要部件的结构设计 4.1从动盘毂的设计144.2从动片的设计14五、设计小结15六、参考文献15某轿车离合器从动部分设计-3一、 离合器设计的目的及离合器概述了解轿车离合器的构造，掌握轿车离合器的工作原理。了解从动盘总成的结构，掌握从动盘总成的设计方法，了解压盘和膜片弹簧的结构，掌握压盘和膜片弹簧的设计方法，通过对以上几方面的了解，从而熟悉轿车离合器的工作原理。学会如何查找文献资料、相关书籍，培养学生动手设计项目、自学的能力，掌握单独设计课题和项目的方法，设计出满足整车要求并符合相关标准、具有良好的制造工艺性且结构简单、便于维护的轿车离合器，为以后从事汽车方面的工作或工作中设计其它项目奠定良好的基础。通过这次课程设计，使学生充分地认识到设计一个工程项目所需经历的步骤，以及身为一个工程技术人员所需具备的素质和所应当完成的工作，为即将进入社会提供了一个良好的学习机会，对于由学生向工程技术人员转变有着重大的实际意义。离合器通常装在发动机与变速器之间，其主动部分与发动机飞轮相连，从动部分与变速器相连。为各类型汽车所广泛采用的摩擦离合器，实际上是一种依靠其主、从动部分间的摩擦来传递动力且能分离的机构。离合器的主要功用是切断和实现发动机与传动系平顺的接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换档齿轮间的冲击；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系个零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪音。1.1离合器设计的基本要求1) 在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止过载。2) 接合时要完全、平顺、柔和，保证起初起步时没有抖动和冲击。3) 分离时要迅速、彻底。4) 从动部分转动惯量要小，以减轻换档时变速器齿轮间的冲击，便于换档和减小同步器的磨损。5) 应有足够的吸热能力和良好的通风效果，以保证工作温度不致过高，延长寿命。6) 操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。7) 具有足够的强度和良好的动平衡，一保证其工作可靠、使用寿命长。1.2技术参数及论文要求整车质量（Kg）：1320最大扭矩/转速（Nm/rpm）:168/3500最大功率/转速（KW/rpm）：92/5700主减速比：4.111一档速比：I1=3.778二档速比：I2=2.176三档速比：I3=1.492四档速比：I4=1.029五档速比：I5=0.838倒档速比：IR=3.444轮胎规格：195/65 R15变速器一轴花键为矩形 齿数：10，外径：35，内径：28 齿厚：4离合器总成的轴向尺寸要求：40-45mm发动机飞轮为平飞轮本次课程设计的基本内容有：1. 根据所给的车型及整车技术参数,选择合适离合器的结构类型,完成离合器主要基本参数的选择、确定；2. 完成从动部分总成的设计计算；3. 完成从动部分总成的设计图纸（装配图）。1.3膜片弹簧离合器结构膜片弹簧离合总成由膜片弹簧、离合器盖、压盘、传动片和分离轴承总成等部分组成。1) 离合器盖离合器盖一般为120或90旋转对称的板壳冲压结构，通过螺栓与飞轮联结在一起。离合器盖是离合器中结构形状比较复杂的承载构件，压紧弹簧的压紧力最终都要由它来承受。2) 膜片弹簧膜片弹簧是离合器中重要的压紧元件，在其内孔圆周表面上开有许多均布的长径向槽，在槽的根部制成较大的长圆形或矩形窗孔，可以穿过支承铆钉，这部分称之为分离指；从窗孔底部至弹簧外圆周的部分形状像一个无底宽边碟子，其截面为截圆锥形，称之为碟簧部分。3) 压盘压盘的结构一般是环形盘状铸件，离合器通过压盘与发动机紧密相连。压盘靠近外圆周处有断续的环状支承凸台，最外缘均布有三个或四个传力凸耳。4) 传动片离合器接合时，飞轮驱动离合器盖带动压盘一起转动，并通过压盘与从动盘摩擦片之间的摩擦力使从动盘转动；在离合器分离时，压盘相对于离合器盖作自由轴向移动，使从动盘松开。这些动作均由传动片完成。传动片的两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联接，一般采用周向布置。在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转；在离合器分离时，可利用它的弹性恢复力来牵动压盘轴向分离并使操纵力减小。5) 分离轴承总成分离轴承总成由分离轴承、分离套筒等组成。分离轴承在工作时主要承受轴向分离力，同时还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。目前国产的汽车中多使用角接触推力球轴承，采用全密封结构和高温铿基润滑脂，其端面形状与分离指舌尖部形状相配合，舌尖部为平面时采用球形端面，舌尖部为弧形面时采用平端面或凹弧形端面。1.4膜片弹簧离合器的优点膜片弹簧离合器与其他形式离合器相比，具有一系列优点：1) 膜片弹簧离合器具有较理想的非线性弹性特性；2) 膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；3) 高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；4) 膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀；5) 易于实现良好的通风散热，使用寿命长；6) 膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好1.5膜片弹簧离合器的工作原理由图可知，离合器盖与发动机飞轮用螺栓紧固在一起，当膜片弹簧被预加压紧，离合器处于接合位置时，由于膜片弹簧大端对压盘的压紧力，使得压盘与从动摩擦片之间产生摩擦力。当离合器盖总成随飞轮转动时(构成离合器主动部分)，就通过摩擦片上的摩擦转矩带动从动盘总成和变速器一起转动以传递发动机动力要分离离合器时，将离合器踏板踏下，通过操纵机构，使分离轴承总成前移推动膜片弹簧分离指，使膜片弹簧呈反锥形变形，其大端离开压盘，压盘在传动片的弹力作用下离开摩擦片，使从动盘总成处于分离位置，切断了发动机动力的传递。图1.1 膜片弹簧离合器结构图二、 离合器摩擦片参数的确定2.1 摩擦片参数的选择2.1.1 初选摩擦片外径D、内径d、厚度b摩擦片外径是离合器基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和寿命，它和离合器所需传递转矩大小有一定关系。D=式中，为发动机最大转矩，取；A为不同结构和使用条件对D的影响系数，对于小轿车 取A=47。离合器摩擦片尺寸系列和参数表1表1外径D/mm160180200225250280300325350380405430内径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单位面积1061321602213024024665466787299081037摩擦片标准系列尺寸，取。2.1.2 后备系数后备系数保证了离合器能可靠地传递发动机扭矩，同时它有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器的使用寿命。但为了离合器的尺寸不致过大，减少传递系的过载，使操纵轻便等，后备系数又不宜过大。由于所设计的离合器为膜片弹簧离合器，在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小（开始时还有些增加），再加上小轿车的后备功率比较大，使用条件较好，宜取较小值，故初取=1.3。2.1.3 离合器传递的最大静摩擦力矩TCTC=218.42.1.4 单位压力P0摩擦面上的单位压力P的值和离合器本身的工作条件,摩擦片的直径大小,后备系数,摩擦片材料及质量等有关。 离合器使用频繁,工作条件比较恶劣单位压力P较小为好。当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力P。因为在其它条件不变的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘的线速度大，滑磨时发热厉害，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力P应随摩擦片外径的增加而降低。选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。 式中，为摩擦因数取0.3；为单位压力为摩擦面数取2；为摩擦片外径取200；为摩擦片内径取140；摩擦片材料选择石棉基编织材料，为单位压力0.26，为摩擦因数取0.3。 摩擦片的工作条件比较恶劣，为了保证它能长期稳定的工作，根据汽车的的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求：应具有较稳定的摩擦系数，温度，单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的影响小。要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好热稳定性要好，要求在高温时分离出的粘合剂较少，无味，不易烧焦磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面油水对摩擦性能的影响应最小结合时应平顺而无“咬住”和“抖动”现象由以上的要求,目前车用离合器上广泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐热和化学稳定性能比较好的石棉和粘合剂及其它辅助材料混合热压而成，其摩擦系数大约在0.3左右,在该设计中选取的是石棉合成物制成的摩擦片。2.2 离合器基本参数的校核2.2.1 最大圆周速度式中， 为摩擦片最大圆周速度（m/s）；为发动机最高转速取5700；为摩擦片外径径取200；故符合条件。2.2.2 单位摩擦面积传递的转矩=(N/)式中，为离合器传递的最大静摩擦力矩218.4；当摩擦片外径D210mm时，=0.28 N/0.0068 N/，故符合要求2.2.3 单位压力为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，选取单位压力的最大范围为0.150.35Mpa，由于已确定单位压力0.26Mpa，在规定范围内，故满足要求。2.2.4单位摩擦面积滑磨功为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，离合器每一次结合的单位摩擦面积滑磨功w应小于其许用值w。汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功(J)为：W = () = () = 12048(J)式中，W为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功(J)m 为汽车总质量取1320kg；rr 为轮胎滚动半径0.317m；i为汽车起步时所用变速器档位的传动比3.778；i为主减速器传动比4.111；n为发动机转速(r/min),乘用车n取2000 r/min;w = = = 0.38 式中，W为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功取12048J满足w w = 0.4 0J/mm要求。车轮滚动半径Rr：由轮胎规格195/65 R15知轮胎名义断面宽度为195mm，轮胎名义高宽比65%，轮辋名义直径为15in，即0.381m，则轮胎高H=19565%=126.75mm，轮胎直径Dr=2H+dr=2126.75+381=634.5mm，则Rr=317.25mm摩擦片的相关参数如表2表2摩擦片外径D摩擦片内径d后备系数厚度b单位压力Po200mm140mm1.33.50.26MPa三、扭转减振器的设计3.1 扭转减振器主要参数带扭转减振器的的从动盘结构简图如下图4.1所示弹簧摩擦式:图4.2带扭转减振器的从动盘总成结构示意图1从动盘；2减振弹簧；3碟形弹簧垫圈；4紧固螺钉；5从动盘毂；6减振摩擦片7减振盘；8限位销由于现今离合器的扭转减振器的设计大多采用以往经验和实验方法通过不断筛选获得,且越来越趋向采用单级的减振器。3.1.1 极限转矩Tj极限转矩受限于减振弹簧的许用应力等因素，与发动机最大转矩有关，一般可取，Tj=(1.52.0) 对于乘用车，系数取2.0。则Tj=2.02.0168336（Nm）3.1.2 扭转刚度由经验公式初选Tj即Tj133364368（Nm/rad）3.1.3 阻尼摩擦转矩T可按公式初选TT（0.060.17）取T=0.1 =0.1168=16.8(Nm)3.1.4 预紧转矩Tn减振弹簧在安装时都有一定的预紧。Tn满足以下关系：Tn（0.050.15）且TnT16.8 Nm而Tn（0.050.15）8.425.2 Nm则初选Tn15Nm3.1.5 减振弹簧的位置半径R0R0的尺寸应尽可能大些，一般取R0=(0.600.75)d/2则取R0=0.65d/2=0.65140/2=45.5(mm),可取为46mm.3.1.6 减振弹簧个数Zj当摩擦片外径D250mm时，Zj=46故取Zj=63.1.7 减振弹簧总压力F当减振弹簧传递的转矩达到最大值Tj时，减振弹簧受到的压力F为FTj/R0336/(46)7.3043(KN)3.1.8 极限转角 减振器从预紧转矩Tn增加到极限转矩Tj时，从动片相对于从动盘毂的极限转角为 =2式中，为减振弹簧的工作变形量，通常取30120，对汽车平顺性要求高或发动机工作不均匀时，去上限。=120 3.2 减振弹簧的计算在初步选定减振器的主要参数以后，即可根据布置上的可能来确定和减振器设计相关的尺寸。3.2.1 减振弹簧的分布半径R1R1的尺寸应尽可能大些，一般取R1=(0.600.75)d/2式中，d为离合器摩擦片内径故R1=0.65/2=0.65140/2=45.5(mm)，即为减振器基本参数中的R03.2.2单个减振器的工作压力PP= F/Z=7304.3/61217.4(N)3.2.3 减振弹簧尺寸1）弹簧中径DC其一般由布置结构来决定，通常DC=1115mm故取Dc=12mm2）弹簧钢丝直径dd=8.01mm式中，扭转许用应力可取550600Mpa,故取为580Mpad取8.1 mm3）减振弹簧刚度k应根据已选定的减振器扭转刚度值及其布置尺寸R1确定，即k=4）减振弹簧有效圈数 减振弹簧总圈数n与有效圈数之间的关系为n=+(1.52)=6，i=45）减振弹簧总圈数n其一般在6圈左右，与有效圈数之间的关系为n=+(1.52)=6减振弹簧最小高度=52.9mm弹簧总变形量mm减振弹簧总变形量=52.9+3.54=56.44mm减振弹簧预变形量=0.158mm减振弹簧安装工作高度=56.44-0.158=56.3mm6）从动片相对从动盘毂的最大转角最大转角和减振弹簧的工作变形量有关，=3.382mm其值为=4.217）限位销与从动盘毂缺口侧边的间隙式中，为限位销的安装尺寸。值一般为2.54mm。所以可取为4mm, 为54mm.8）限位销直径按结构布置选定，一般9.512mm。可取为10mm扭转减振器相关参数表4表4极限转矩Tj阻尼摩擦转矩T预紧转矩Tn减振弹簧的位置半径R0减振弹簧个数Zj336Nm16.8 Nm15 Nm46mm6四、离合器其它主要部件的结构设计4.1从动盘毂的设计从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受由发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对中的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的迟钝可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩T花键尺寸表5表5摩擦片外径 D/mm发动机最大转矩T/(Nm)花键尺寸挤压应力/MPa齿数n外径D/mm内径d/mm齿厚t/mm有效尺长l/mm20016810352843510.24.2从动片的设计从动盘对离合器工作性能影响很大，设计时应满足如下要求：1)从动盘的转动惯量应尽可能小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。2) 从动盘应具有轴向弹性，使离合器结合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，以减小磨损。3)应安装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。本次设计初选从动片厚度为2mm，表面硬度40HRC。五、 设计小结本设计以“机械设计、汽车设计、二维制图模型”为主线，主要采用AutoCAD设计一个汽车膜片弹簧离合器总成特别是离合器从动部分，由于时间和能力的限制，本设计对分离机构和操纵机构只作了简单的设计。本次设计我利用AutoCAD软件绘制了离合器总成和部分零件的二维图形，由于能力有限，难免有些不合理的地方，此次设计充分利用了已学过的汽车设计和机械设计知识，使我对所学知识有了一个系统的认识、复习、巩固和深入。通过这次设计，我对机械设计和汽车设计有了更深刻的认识，也初步掌握了机械设计的方法和使用有关机械设计手册的方法；对机械零件、汽车部件、装配技术、计算机软件使用技术等作了一个全新的认识和再学习，加深了理解，并扩展了知识面；充分利用计算机CAD技术进行了绘图；提高了计算机的使用能力。自己平日的理论知识虽然仍没有真正应用于实际生产中，但利用课程设计这个平台，使我充分认识到自己理论学习中的不足，熟悉了一些新的设计方法。尤其是在画图方面，进一步熟练、巩固，这次课程设计为我以后的学习及毕业设计打下了基础。指导教师认真细致的指导和帮助，我表示最真挚的感谢。 六、参考文献1.徐石安,江发潮.汽车离合器/汽车设计丛书 M.北京：清华大学出版社,20052.王望予.汽车设计M. 北京：机械工业出版社，20073.陈家瑞.汽车构造M.北京：人民交通出版社，20024.刘惟信.汽车设计 M.北京：清华大学出版社,20015.巩云鹏，田万禄，张祖立，黄秋波.机械设计课程设计M.沈阳：东北大学出版社,2006 - 19 -