毕业论文设计载重汽车膜片弹簧离合器结构原理分析与设计

诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 载重汽车膜片弹簧离合器结构原理分析与设计 系部： 机械工程系 专业：机械设计制造及其自动化 学号：112011225学生： 指导教师（含职称）： （高工） 1设计的主要任务及目标 通过调研和查阅相关资料文献，掌握载重汽车膜片弹簧离合器的主要用途和工作原理。应用所学相关基础知识和专业知识，分析膜片弹簧离合器的结构、载荷，对主要受力件强度进行计算分析，应用CAD三维造型或二维设计技术完成课题总成和关键零件结构设计和计算说明书。编写毕业设计论文。2设计的基本要求和内容 （1）掌握膜片弹簧离合器的结构及要求。绘制结构简图； （2）了解零部件材料及制造、热处理工艺； （3）了解膜片弹簧离合器的失效模式； （4）制作膜片弹簧离合器的装配总图； （5）对膜片弹簧离合器及关键零件结构进行计算分析，重点是对失效件的分析； （6）编写毕业设计论文，总结设计的效果与体会，提出自己的论点和改进建议等。3主要参考文献 1王望予.汽车设计M.北京:机械工业出版社.2006. 2余志生.汽车理论M.北京:机械工业出版社.2006. 3陈家瑞.汽车构造M.北京:人民交通出版社.2006. 4徐石安.江发潮.汽车离合器M.北京:清华大学出版社.2005. 5林世裕.膜片弹簧与碟形弹簧离合器的设计与制造M.南京:东南大学出版社.1995. 6汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册:基础篇M.北京:人民交通出版社.2001. 7汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册:设计篇M.北京:人民交通出版社.2001. 8刘惟信.汽车设计M.北京:清华大学出版社.2001. 9邱宣怀.机械设计M.北京:高等教育出版社.1997.10王运炎.机械工程材料M.北京:机械工业出版社.2014.4进度安排序号设计各阶段名称起 止 日 期1调研、查阅参考文献，收集资料，理解课题目标，确定设计思路，完成开题报告3月03日至3月23日2毕业设计开题报告检查，毕业设计开题辅导3月24日至4月13日3结构原理分析计算，设计毕业，准备中期检查4月14日至5月04日4编写毕业设计论文，准备中期检查5月05日至6月01日5毕业设计论文整理，完成毕业论文答辩6月02日至6月22日审核人： 年 月 日载重汽车膜片弹簧离合器结构原理分析与设计摘要:离合器是在汽车中连接发动机和后续传动系统的重要部件，是发动机扭矩和转速得以传递到车轮的咽喉部位。离合器位于发动机和变速箱之间，通常用螺钉固定在发动机飞轮后表面上，其输出轴直接和变速箱的输入轴相接。离合器的主要功用在于：保证车辆平稳起步；保证换挡时传动系工作平顺（防冲击）；为传动系提供过载保护。基于离合器的三种功用，其主、从动部分可以暂时分离和结合，且不可刚性连接，而是利用摩擦，液力或是磁力来传递转矩和转速。目前，广泛使用的是摩擦离合器。本次设计的对象便是摩擦离合器的一种，即膜片弹簧离合器，适用对象是载重汽车。本设计将完成对膜片弹簧离合器的结构和工作原理的分析，并针对所选载重汽车的实际参数和使用条件进行相关设计，主要内容包括：离合器主要参数的选取，膜片弹簧的弹性特性研究及参数选取，扭转减振器主要参数的选取，主要零部件结构设计，以及离合器操纵机构设计。关键词：离合器，膜片弹簧，扭转减振器，操纵机构Design and Analysis ofstructureand principle ofdiaphragm springclutch for lorry Abstract: Clutch is an important part to connect the engine and the follow-up transmission system in the automobile,the engine torque and speed can be transferred to the wheel via this throat part.The clutch assembly is placed between the engine and the gearbox, fixed by screws on the engine flywheel rear surface.The output shaft is connected to the input shaft of the gearbox.The main function contains:Ensure a smooth start forthe vehicle;Ensureshifttransmissionworks smoothly(anti concussion);Provideoverload protectionfortransmissionlines.Based on the three functions of the clutch,the driving and driven parts can be temporarily separated and combined,they cant be rigidly connected,but to transmit the torque and speed by friction,hydraulic or magnetic force .At present,what is widely used isfriction clutch. The object of this deviseis a kind offriction clutch,thediaphragm spring clutch,and it applies tothe lorry.This devise will be completed with analysis of the diaphragm spring clutch structure and principle,and relevant compute for the selected lorry on the basis of its actual parameters and working conditions.And the essential content includes:the main parameters selection for the clutch,diaphragm spring elastic characteristic analysis and parameters selection ,the selection of main parameters of torsional vibration damper,the design of main structural components and parts,and the design of the control mechanism for the clutch. keywords:Clutch,Diaphragm Spring,Torsional Vibration Damper,Control Mechanism 目录1绪论11.1设计背景及意义11.2国内外研究进展11.3本次设计的基本要求及具体内容22离合器结构原理分析和形式选取42.1离合器分类与膜片弹簧离合器42.2拉式膜片弹簧离合器工作原理42.3膜片弹簧离合器的优缺点及基本要求53膜片弹簧离合器各部件结构和参数的设计73.1参数选取标准及基本思想73.2离合器主要参数的选择73.2.1静摩擦力矩73.2.2后备系数93.2.3单位压力93.2.4摩擦因数，摩擦面数目Z的选取，离合器间隙t93.2.5摩擦片外径D，内径d和厚度b103.3扭转减振器主要参数的选择113.3.1极限转矩113.3.2扭转减振器角刚度k123.3.3阻尼摩擦转矩T123.3.4预紧转矩Tn123.3.5减振弹簧位置半径R0123.3.6减振弹簧个数Zj123.3.7减振弹簧总压力F133.3.8减振弹簧尺寸的确定133.4从动盘总成设计153.4.1轴向弹性从动盘设计153.4.2从动盘毂163.4.3摩擦片173.5基本参数的校验174膜片弹簧弹性特性研究和参数选择214.1膜片弹簧概念及弹性特性214.1.1膜片弹簧214.1.2膜片弹簧的弹性特性214.2膜片弹簧基本参数的选择234.3膜片弹簧参数校核254.4膜片弹簧的选材和加工工艺254.5膜片弹簧相关计算和强度校核264.5.1膜片弹簧工作过程计算264.5.2膜片弹簧强度校核275离合器主要零部件和操纵机构设计305.1离合器盖总成305.1.1离合器盖305.1.2压盘结构设计305.1.3传动片315.1.4分离杠杆装置315.1.5支撑环325.2分离轴承总成325.3离合器操纵机构设计335.3.1纵机构设计要求335.3.2操纵机构结构设计335.3.3操纵机构设计计算345.3.4操纵机构校核内容36结论38参考文献39致谢40太原工业学院毕业设计第一章 绪论1.1 设计背景及意义 自汽车诞生以来，汽车工业便不断地经历着改革与飞跃。在方便人们生活的同时，其发展也被人们不断进步的使用需求所推动。而今，作为人们生活中必不可少的工具，汽车工业面临着巨大的挑战，这些挑战在各个部分激发着技术的进化，这其中就包括汽车离合器。伴随着先进技术和优质材料的渗透，特别是液压、电子等现代化高科技技术在汽车领域的广泛应用，汽车传动系正发生着巨大的变化。作为传动系中至关重要的一环，离合器担负着传递与切断动力、防止冲击以及防止系统过载等主要作用。顺应自动化，舒适化的市场潮流，离合器产品不论是在结构、性能方面，还是在生产、制造方面都在不断向前迈进。 另一方面，在交通运输设备发展过程中，使用条件更加恶劣、性能要求更加严格。发动机转速和功率都在不断攀升，为满足新时代下的应用需求。对离合器的要求也就越来越高。尤其是在性能方面，传统推式结构正逐步地向拉式结构转变，操纵手段也逐步自动化，智能化。因此，提高工作可靠性、延长使用寿命，适应更严苛的使用要求，更专业的应用需要，是离合器发展的主导方向。1.2 国内外研究进展：在汽车行业，汽车配套需求十分重要，上世纪末，国内一些厂家先后从国外引进了更为先进膜片弹簧离合器技术。类似的引进工作极大地促进了国内汽车离合器行业的进步，为往后的研究和发展奠定了基础。然而受限于技术、人才和资金，再加上我国目前尚缺乏长期高额投资的能力，发展局面陷入瓶颈。放眼国内局面：我国离合器相关企业与国外企业相比明显处于弱势。这不光体现在研发成本、技术、销售上，也在售后服务、客户反馈和供应商关系等方面，有很明显的体现；不过在市场营销、资源采购和交货期方面，我国同国外竞争者基本处于同一起跑线。在品牌的影响力、技术水平、制造质量、规模化生产、生产效率、科研能力和员工素质培训等方面，我国同国际同类先进领头企业相比，差距更是被拉大一截，尤其体现在以下几点。在技术水平上，即便国内各大离合器厂商都纷纷从国外引进先进技术，国内离合器企业也在不断地进行着产品结构调整。目前膜片弹簧离合器的品种已经很全面，基本涵盖了国内各类车型，包括微型、紧凑型、中大型家用车，以及轻、中、重型载货车（含农用）等。并且在研发新产品、跟踪国外传动技术上，取得的成果也很令人欣慰。但毕竟产品品种的引进面相对较窄，产品依然落后。在技术的研究、渗透和发展等方面，由于人力，物力投入不足，缺乏独立研发能力，仍无法形成系列化产品。而反观国外，不仅产品品种覆盖面更广，而且在深度上也不断突破。在生产管理上，国内离合器厂商起点较低，观念落后，经验不足，这一环节在很大程度上还依靠行政指令的推动，产品生产与市场销售明显脱节，造成了盲目生产，紊乱无序等诸多问题，而国外相关行业则大力推行精益生产模式，改善生产、销售方式，从生产线到销售阶段始终井然有序发展。在产品的制造质量方面，由于国内基础工业在国际上处于落后地位，所选原材料有时难以满足产品需求，同时还缺少高效、高精度生产设备，如高精度机床，机械自动生产线等，使得产品在制造阶段无法满足要求，最终成型的产品无法满足使用需求。另外，量具精度较低也是严重影响产品质量的因素之一，这些缺陷都使我国产品质量不能满足配套产品的技术要求，而国外仍在更先进、更精密的道路上不断前进。国外：关注国外汽车工业的发展动向。可以发现在近几年，汽车的性能高速飞跃，发动机功率和最大扭矩不断攀升，汽车载重量也不断增加，而技术水品和营销手段也趋于专业化，高级化。通过上述多个方面比对，可见我国离合器行业现状、处境之不利。而随着我国在世界经济中扮演的角色越来越重要，以及汽车行业的全球性发展，离合器大领域相关集团将会更加规模化发展，我国比较分散，各自为政的离合器厂商也极有可能会被各个吞食。面对这样严酷的事实，我们应当以更清醒的头脑和坚定的信念，不断进行反思并继续探索离合器的发展、进步之路，做出更多的贡献，1.3 本次设计的基本要求及具体内容了解和掌握离合器部分相关知识，重点把握膜片弹簧离合器工作方式和结构形式。并掌握膜片弹簧离合器设计要求和设计流程。最终，运用这些知识完成以下内容：（1）对膜片弹簧离合器结构和工作原理进行分析；（2）选定特定参数的适用对象，完成对膜片弹簧离合器具体结构的选择；（3）相关具体计算和分析，包括： 膜片弹簧离合器主要参数的选取； 膜片弹簧弹性特性研究和参数选取； 扭转减振器主要参数的选择； 主要零部件结构设计； 离合器操纵机构设计；（4） 完成零件图、装配图。第二章 离合器结构原理分析和形式选取2.1 离合器分类与膜片弹簧离合器 离合器的分类标准有很多，其中，按照压紧力的提供形式可分为三类：摩擦离合器，液力偶合器和电磁离合器。而今最为流行的是以弹簧提供压紧力的摩擦离合器。 摩擦离合器的分类又有很多标准，例如，按照从动盘的数目可以分为单盘离合器、双盘离合器以及多盘离合器，而多盘离合器往往不是依靠干摩擦提供摩擦力矩，本设计选用单盘离合器。 若按照弹簧的形式分类，又可分为螺旋弹簧离合器和膜片弹簧离合器。对于膜片弹簧离合器，又可按照离合器分离时分离指内端的作用力方向加以区分，分别是推式膜片弹簧离合器和拉式膜片弹簧离合器。其中，当离合器分离时，若分离指内端受力指向压盘，则为推式；反之，则为拉式。 分析这两种形式的离合器可知，当压盘尺寸确定时，拉式膜片弹簧离合器可以采用尺寸更大的膜片弹簧，因此可以提高压紧力，增加转矩储备；而当所传递的转矩确定时，拉式膜片弹簧离合器的尺寸更小，因此其结构更紧凑，简单，转动惯量也小，可明显减小对后置传动系的冲击，利于增强换挡时的平顺性。鉴于拉式膜片弹簧离合器所显现出其更可靠，更简洁的优势。本设计选用拉式结构。2.2 拉式膜片弹簧离合器工作原理 就结构而言，拉式膜片弹簧离合器包含膜片弹簧、摩擦片、压盘、从动片、扭转减振器等主要机构。拉式膜片弹簧离合器和推式膜片弹簧离合器的最明显差别，在于膜片弹簧的安装方向。由于在离合器分离时，膜片弹簧分离指端将受拉力作用，可知，在安装膜片弹簧时，其分离指端是指向压盘的。也就是说，膜片弹簧的碟簧部分的大端是靠在离合器后盖上的。在离合器结合时，通过膜片弹簧碟簧部分的变形为压盘提供压紧力，在压紧力的作用下，发动机传输的转矩经由飞轮和压盘传递给了摩擦片，带动从动盘本体以及与其铆接在一起的减振器盘转动，然后再通过减振弹簧的缓冲作用将转矩传递给从动盘毂，从动盘毂通过花键和变速箱输入轴相接，将动力传入变速箱。这样离合器便进入了工作状态。2.3 膜片弹簧离合器的优缺点及基本要求膜片弹簧离合器有诸多优点，主要有以下几点： （1）膜片弹簧具有不同于螺旋弹簧非线性弹性特性，这一特性使弹簧的压紧力在摩擦片的理想磨损范围内基本保持恒等，因此可以保证离合器具有转矩容量大且稳定的优势。（2）膜片弹簧既充当压紧弹簧，又承担分离杠杆作用，结构简单、紧凑，质量小、零件少；（3）离合器高速旋转时，膜片弹簧的压紧力降低很少，性能较稳定；（4）膜片弹簧提供压紧力时，整个圆周都与压盘紧密接触，使压紧力在摩擦片上得以均匀分布，使其磨损均匀，使用寿命更长；（5）便于实现良好的通风、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。3 然而，膜片弹簧离合器的缺点也十分明显，首先就在于其制造难度大，为保证膜片弹簧的工作性能，对弹簧钢板的材料、制造精度、加工和热处理过程等要求都有严格、苛刻的要求。另外，分离指部分刚度较低，舌尖部分容易磨损，不宜修复，舌根部分易产生应力集中，增大碟簧部分应力，造成疲劳裂纹进而失效。 膜片弹簧离合器设计应满足如下要求：（1）在任何使用条件下，既要能够可靠地传递发动机的最大转矩，同时要有适当的转矩储备，并且可以为后续传动系提供过载保护，防止受损；（2）要保证接合完全、平顺且柔和，避免汽车起步时发生抖动和变速箱轮齿冲击； （3）分离时要迅速、彻底；（4） 从动部分转动惯量要尽可能小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，使换挡顺畅、减小同步器的磨损；（5） 应具备足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，拥有较长的使用寿命；（6）应尽可能避免和衰减传动系的扭转振动，并且可以吸收振动、缓和冲击和降低噪声； （7）操纵轻便，准确，以减轻驾驶员的疲劳； （8）作用在从动盘上的总压力和摩擦材料的摩擦因数在工作过程中尽可能不发生变化，以确保工作性能的稳定； （9）应当保证强度足够、动平衡达标，确保其工作可靠，使用寿命长； （10）结构应当简单、紧凑，质量小，工艺性好，拆装、维修、调整方便等。1 第3章 膜片弹簧离合器各部件结构和参数的设计3.1 参数选取标准及基本思想 适配车型：江铃凯锐800 重载版 整备质量m=2550kg 总质量m总=6700kg 发动机型号和参数：JX4D30A4H 2.9L 最大功率Pemax=112kw（152ps）（2800r/min） 最大扭矩Temax=382Nm（1500r/min） 最大转速nemax=2800r/min本设计基本思想：先总体，后部分；参数选取，先初选，后校核确定。3.2 离合器主要参数的选择为了保证发动机转矩的可靠、稳定传递，离合器主、从动部分间的摩擦力矩至关重要。对摩擦离合器而言，其传递转矩的最大值，是由摩擦面间的最大摩擦力矩来决定的，而后者又受限于摩擦面的尺寸和材料性质。即存在如下基本关系：最大转矩最大静摩擦力矩压紧力和摩擦因数 3.2.1静摩擦力矩 离合器的摩擦力矩： =FZRc (3-1) 式中：F-压盘施加于摩擦片上的工作压力，N； Z-摩擦面数目（单，2；双，4）； -摩擦面间的静摩擦因数（0.25-0.30）； Rc-摩擦片平均摩擦半径，mm。 假设摩擦面上压力分布均匀，则给出摩擦面承受的单位压力P0（MPa）。单元摩擦面上产生的单元摩擦力矩：dT=P0(d)d=P02dd原理如下图所示： 图3.1 摩擦片单元摩擦面积 因此，整个摩擦面上的摩擦力矩：T=2P0 式中，R为摩擦片外半径（mm）；r为摩擦片内半径（mm） 摩擦面承受的单位压力：P0= (3-2) 式中，D为摩擦片外径（mm）；d为摩擦片内径（mm） 对于具有Z个摩擦片的离合器，摩擦力矩为： Tc=ZT=2P0Z (3-3) 将上式 (3-2) 代入 (3-3) 得：Tc=FZ() (3-4) 当c=S时，Rc可以准确地计算作：Rc= 将 (3-4) 对比 (3-1) 可知： Rc= (3-5) 将 (3-2) 和 (3-5) 代入 (3-1)中得：Tc=ZP0 式中，c=是：摩擦片内外径之比，一般在0.530.70之间。3.2.2 后备系数 为了提高离合器传递最大转矩的可靠性、稳定性，在离合器设计中给出了一个重要的参数（后备系数）。选择时应考虑到，摩擦片必须满足在磨损之后依然可以可靠的传递发动机最大转矩这一要求。避免传动系过载、并防止因起步滑磨时间过长而烧伤、失效，另外，操作轻便也很关键，因为这决定了驾驶员的操控体验。 的选取很重要，既不宜过小，又不宜过大。因为需要综合考虑离合器传递最大转矩的可靠性和可能发生的传动系过载或操作不便，使用条件等因素。因为本设计针对的是使用条件恶劣且载质量较大的载货车，另外对于工作比较粗暴，转矩输出不稳定的柴油发动机，的选取应当适当大些，根据下表选择=2.0.表3.1 离合器后备系数的的取值范围车型后备系数乘用车及最大总质量小于6t的商用车1.201.75最大总质量614t的商用车1.502.25挂车1.804.003.2.3 单位压力单位压力p0决定了摩擦片表面的耐磨性，影响离合器的工作性能和使用寿命。对于载质量较大载货车，综合考虑，选用粉末冶金材料，其单位压力p0=0.4MPa表3.2 摩擦片单位压力p0的取值范围摩擦片材料单位压力p0/MPa石棉基材料模压0.150.25编织0.250.35粉末冶金材料铜基0.350.50铁基金属陶瓷材料0.701.503.2.4 摩擦因数，摩擦面数目Z的选取，离合器间隙t摩擦因数受限于摩擦片所选择的材料、工作温度、单位压力以及滑磨速度等因素。摩擦片材料主要包括石棉基材料，粉末冶金材料和金属陶瓷材料，本设计将采用粉末冶金材料，故=0.3表3.3 摩擦材料的摩擦因数的取值范围摩擦材料摩擦因数石棉基材料模压0.200.25编织0.250.35粉末冶金材料铜基0.250.35铁基0.350.50金属陶瓷材料0.4 摩擦面数是离合器所选从动盘数目的两倍，本设计选择单盘，故Z=2离合器间隙：当离合器正常接合，分离套筒被拉回极限位置时，为使离合器不因摩擦片磨损而失效，在分离杠杆和分离轴承之间留有的间隙。（该值常取34mm）本设计选取t=3mm3.2.5 摩擦片外径D，内径d和厚度b外径D决定了离合器的轮廓尺寸，质量和使用寿命。利用经验公式 D=Kd进行初选，见下表：表3.4 摩擦片直径系数Kd的取值范围车型直径系数Kd乘用车14.6最大总质量在1.814.0t的商用车16.018.5（单片离合器）13.515.0（双片离合器）最大总质量大于14.0t的商用车22.524.0 选择Kd=16.0代入数值得： D=Kd=312.7mm而D的选择要符合规定的尺寸标准。因此，D的最终确定需要根据GB/T5764-1998汽车用离合器面片中的尺寸标准来进行选取。GB/T5764-1998中的相应数据如下表所示：表3.5 干式离合器摩擦片尺寸系列外径 D/mm160180200225250280300325350380内径d/mm110125140150155165175190195205厚度b/mm3.23.53.53.53.53.53.53.54.04.0c=0.680.690.700.670.620.590.580.580.560.54根据上表选择D=325mm d=190mm c=0.58摩擦片的厚度b一般都取：3.2mm、3.5mm或4.0mm，本设计选用b=3.5mm3.3 扭转减振器主要参数的选择 扭转减振器主要由弹性元件和阻尼元件组成。 弹性元件常常用减振弹簧或者橡胶，本设计选用减振弹簧，周向布置。其主要作用在于降低传动系首端的扭转刚度，改变系统的固有频率及固有振型，避免共振的发生；阻尼元件的主要作用是有效的消耗振动能量。扭转减振器的主要功能：（1） 降低首端（发动机曲轴和离合器接合部分）的扭转刚度，改变传动系的扭转固有频率；（2） 增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的瞬态扭振；1（3） 抑制发动机怠速时系统轴系的扭振，并消减怠速时变速箱中产生的噪声；（4） 缓和传动系的扭转冲击，使离合器接合更平顺。3.3.1 极限转矩 极限转矩是指当限位销、从动盘毂缺口之间的间隙1被消除之后，所能传递的最大转矩（此时，限位销起作用） 极限转矩与发动机最大转矩有关，它被减振弹簧的许用应力等因素所限制。 Tj=（1.52.0）Temax （商用车：1.5;乘用车：2.0） 故Tj=1.5Temax=1.5382Nm=573Nm3.3.2 扭转减振器角刚度k k取决于减振弹簧线刚度和布置尺寸。T=1000KZj 式中：Zj是减振弹簧的个数； R0是减振弹簧位置半径，mm； 是从动盘相对从动盘毂转过角度，rad； K是每个减振弹簧的线刚度，N/mm； T是转过所需转矩，Nm。 定义：k= 故k=1000KZj 按照经验进行初选：k13Tj=7449Nm/rad 故k=7000Nm/rad3.3.3 阻尼摩擦转矩T T不会很低，它受限于Temax，为了有效消振，按照T=（0.060.17）Temax 初选：T=0.15Temax=0.15382Nm=57.3Nm3.3.4 预紧转矩Tn 一定的预紧在传递同样大小的极限转矩时，具有降低减振器刚度的作用，而且此作用对扭转减振器的工作性能的发挥有利。 但它不应大于阻尼摩擦转矩T 初选时按照：Tn=（0.050.15）Temax 故选择：Tn =0.1Temax=0.1382Nm=38.2Nm3.3.5 减振弹簧位置半径R0 R0应当尽可能大些，一般取R0=（0.60.75）d/2（d为摩擦片内径）即R0=0.60d/20.75d/2=5771.25mm 故选取：R0=60mm3.3.6 减振弹簧个数Zj 在扭转减震器中，真正起到减振作用的就是减振弹簧了，其数目按照下表选择：表3.6 减振器弹簧个数的选取摩擦片外径D/mm225250250325325350350Zj466881010 根据上表，由于D=325mm 故选择Zj=63.3.7 减振弹簧总压力F 当限位销起作用时，1被消除，减振弹簧传递的转矩达到最大值，即TjF=573/(6010-3)N=9550N每个弹簧的工作压力为：F=9550/6N=1592N3.3.8 减振器尺寸的确定 初选减振弹簧的主要参数后，即可根据布置上的可能来确定和它相关的尺寸： （1）平均直径Dc：由结构确定，常取1115mm，选为：Dc=12mm；（2）弹簧钢丝直径dc：dc= 其中，是扭转许用应力=550600MPa 选择为600MPa。dc=4.33mm 此处应当注意，dc应当圆整为标准值，常为34mm。 故dc=4mm （3）减振弹簧线刚度K： 已知k=1000KZj=7000Nm/mm 故K=324N/mm （4）减振弹簧有效圈数n：（一般为6圈左右）n=i+（1.52）=6.246.74 取n=6（5） 减振弹簧在最大工作已压力F作用下的最小长度min,此时，弹簧各圈之间仍需留有一段间隙dc，则：min = n（dc+）=1.1ndc=1.164mm=26.4mm（6）减振弹簧在最大压力下的变形量，即最大变形量： =1592/324mm=4.9mm（7）由（5）和（6）可知，减振弹簧的自由高度为：0= min+=4.9+26.4mm=31.3mm （8）减振弹簧的预紧变形量，即安装时在预紧力作用下的变形量：=(38.2103)/(324660)mm=0.33mm （9）由（7）和（8）可求出减振弹簧的安装高度：（关系到从动盘及从动盘毂窗口尺寸参数的选定） = 0-=31.3-0.33mm=30.97mm （10）从动片相对于从动盘毂的最大转角j： 减振器从Tn上升到Tj的过程中，从动片相对于从动盘毂的最大转角j，它取决于最大工作变形量。j常为3 12 （对汽车平顺性要求高且发动机工作不均匀时，常取上限）=-=4.57mmj=2arcsin=4.36 （11）限位销与从动盘缺口侧边间隙和其安装半径R2：=R2sinj其中，一般取2.54mm，本设计选择=4mm 故R2=52.6mm （12）限位销直径d1： 按照结构布置选定，一般为9.512mm，取d1=12mm （13） 从动盘毂缺口宽度B及安装窗口尺寸： 为使减振器对振动的缓冲效果发挥到最大程度，从动片上的部分窗口尺寸应比从动盘毂上相应的窗口尺寸设计得略大一些。这样可以保证在扭转减振器起作用的初段，由于只有部分减振弹簧参与工作，而降低了扭转刚度，可以有效地缓解怠速振颤并降低噪声。（即实现两级非线性特性） 图3.2 从动片和从动盘毂窗口尺寸一般情况下，推荐尺寸：A1-A=1.416mm，选择A1-A=4mm故A1=36mm ，A=32mm3.4 从动盘总成设计从动盘总成的主要部件有：摩擦片、从动片、扭转减振器及从动盘毂等，极大地影响着离合器的工作性能，其设计要求：（1） 转动惯量要尽可能小，减小换挡时轮齿间的冲击；（2） 应具有轴向弹性，使离合器接合平顺，便于提高起步时的平顺性，使摩擦片摩擦均匀，减小其磨损程度。3.4.1轴向弹性从动盘设计 要实现从动盘的轴向弹性，有多种方法，本设计采用扇形波形片（8片）沿从动片圆周铆接，两侧再与摩擦片铆接。这种方法常用于商用车从动盘，结构较简便，工作可靠性高。波形片使用65Mn，厚度0.8mm（1mm） 硬度4046HRC，表面进行发蓝处理。使用铝制埋头铆钉进行铆接，摩擦衬面需经过磨削处理，以保证其工作表面不平度小于0.2mm。从动盘本体使用50钢，冲压加工成型，并开径向槽，避免工作中引起的翘曲变形。厚度常取1.32.5mm，本设计选取厚度为2mm，表面硬度达到3540HRC。3.4.2 从动盘毂从动盘毂是从动盘总成中受载最大的部件，它将承受几乎全部的发动机转矩。从动盘毂的长度不宜过小，以免在花键轴上滑动时产生偏斜而造成分离不彻底，其长度一般为11.4倍花键轴直径（根据花键轴选择）。本设计选用1倍花键轴直径。（1）结构形式：采用齿侧对中的矩形花键，安装在变速箱输入轴（第一轴）。 材料：选用45锻钢。 加工工艺：调制处理，表面和心部硬度在2632HRC； 表面镀铬，提高耐磨性和硬度； 减振弹簧安装窗口处和与从动片配合处，进行高频处理。表3.7 从动盘花键的尺寸摩擦片外径D/mm发动机最大转矩Temax/Nm齿数n外径D/mm内径d/mm齿厚t/mm有效齿长l/mm挤压应力/MPa160501023183209.81807010262132011.620011010292342511.122515010322643011.325020010352843510.228028010353244012.530031010403254010.532537310403254511.435048010403255013.0根据摩擦片外径和发动机最大转矩选择如下：表3.8 所选花键尺寸摩擦片外径D/mm发动机最大转矩Temax/Nm齿数n外径D/mm内径d/mm齿厚t/mm有效齿长/mm挤压应力/MPa32537310403254511.4因此，花键轴直径选择40mm，则从动盘毂的长度为40mm，外缘厚度为4mm。（2）尺寸选定后进行强度校核： 花键在工作中的损坏失效形式是：表面受挤压而破坏。 挤压应力计算：挤压=（MPa） P:花键齿侧面压力，N，P=(Z=1，从动盘毂数目)； n：花键齿数； h：花键齿工作高度，h=4mm。 计算得：P=21.2103N 挤压=11.2MPa11.4MPa 可见，本设计合格。3.4.3 摩擦片性能要求：（1） 选用材料的摩擦因数较高且稳定，受工作温度、单位压力及滑磨速度的影响不大；（2） 具有足够的强度和耐磨性；（3） 转动惯量小（保证强度的前提下，密度小）；（4） 热稳定性好，高温下分离出的粘合剂少，无味，不易燃烧；（5） 磨合性能好，避免损坏飞轮和压盘表面；（6） 保证接合平顺，无“咬合”和“抖动”；（7） 长期停放后，不产生“粘着”。 材料选用：粉末冶金材料（铜基） 选材优点：热传递性、热稳定性、耐磨性优越，摩擦因数较高且稳定，可以承受较大的单位压力，并且使用寿命长。摩擦片和波形片利用铆接方式连接，相对于粘结方式，此种结构利于摩擦片的安装和拆卸。 3.5 基本参数的校验 （1）摩擦片最大圆周速度的校验： 摩擦片外径的选择必须满足：其最大圆周速度D不得超过6570m/s 已知：nemax=2800r/minD=(2800/60)325m/s=47.6m/s170mm 可见，条件满足。 （5）为了使离合器传递转矩和保护过载的能力更为直观，需保证摩擦片单位摩擦面积所传递的最大转矩小于其许用值：Tc0= 表3.9 摩擦面单位摩擦面积传递转矩许用值 (Nm/mm2)离合器规格D/mm210210250250325325/10-20.280.300.350.40Tc0=0.00470.35 故符合条件。 （6）为降低离合器滑磨产生的热负荷及防损，p0的选定要根据不同车型，不同材料来确定，其最大范围是：0.10MPa1.50MPa。 本设计选取的 p0=0.4MPa符合要求。（7） 当汽车起步时，离合器会有一段滑磨时间，如果该过程产热过高，会烧伤摩擦片表面，故应减少滑磨时间，使每次接合过程中的单位摩擦面积滑磨功小于其许用值。即= 其中，是单位摩擦面积滑磨功（J/mm2）；对于最大总质量大于6t的商用车：=0.25J/mm2；W是汽车起步过程中，离合器接合一次产生的总滑磨功（J）。W= 式中，ma是汽车总质量，kg； rr是汽车滚动半径，m； ig是起步时所选用的变速箱挡位的传动比； i0是主减速器传动比；ne是发动机转速，r/min，计算时，乘用车用2000r/min，商用车用1500r/min。（本次设计所选定的车型发动机在最大扭矩时的转速恰好是1500r/min） 车型传动系各传动比如下表所示：表3.10 江铃凯锐800变速箱参数挡位传动比15.31522.90831.5584150.721R5.068使用的轮胎规格是235/60/R16，计算其轮胎自由直径为：r=25.48+2350.6mm=341mm即0.341m将数值代入上式得： W=8350.36J =0.08J/mm2=0.25J/mm2 可见，符合要求。第4章 膜片弹簧弹性特性研究和参数选择4.1 膜片弹簧概念及弹性特性4.1.1 膜片弹簧 膜片弹簧是碟形弹簧的一种，是膜片弹簧离合器中起压紧作用的部件。它用薄弹簧钢板制成，具有一定的锥度，中心部分开有很多径向槽。从结构上看，它包括碟簧部分和分离指部分。膜片弹簧碟簧部分即其大端内截锥部分，像是一个没有底的碟子，碟簧部分工作原理是：当其受到轴向载荷时，碟簧因受压而逐渐变平，卸载后又恢复原形。在膜片弹簧内端沿径向开槽形成许多分离指，起分离杠杆作用。4.1.2 膜片弹簧的弹性特性膜片弹簧的弹性特性，是其优于螺旋弹簧的重要原因，如下图所示： 图4.1 两种弹簧弹性特性对比1.螺旋弹簧 2.膜片弹簧 分析上图可知，装在离合器后盖总成中的两种弹簧，螺旋弹簧处于预压紧状态，而膜片弹簧处于自由状态。假如两种离合器的压紧力相同，都是Pb，那么在离合器工作过程中，当摩擦片磨损量达到最大允许限度之后，由曲线1可知，螺旋弹簧的压紧力已经大大下降，这会造成离合器滑磨或失效；而膜片弹簧的压紧力基本不变，仍然可以继续工作。而在离合器分离时最明显一点是，在增大变形量之后，膜片弹簧的作用力在下降，而螺旋弹簧的作用力却依然上升。这说明要分离膜片弹簧离合器，操作更为轻便。综合考虑，膜片弹簧的弹性特性对离合器可靠工作和操纵轻便都极为有利。假设膜片弹簧在承载、受压过程中，其子午断面绕此断面上的某中性点刚性地转动。如图所示： 图4.2 子午断面绕中性点的转动 通过压盘和支撑环加在膜片弹簧上的载荷F1（N）集中于压盘加载点处，此时，两加载点产生相对轴向变形1（mm），则当H/h不同时，膜片弹簧的弹性特性也有不同表现，如下图所示： 图4.3 膜片弹簧的弹性特性曲线 F1=(1)=式中，E为弹性模量，钢的弹性模量是2.1105MPa；为材料的泊松比，钢的泊松比0.3；H为膜片弹簧自由状态下的内截锥高度（mm）； h为膜片弹簧钢板厚度（mm）；R、r分别为膜片弹簧自由状态下大、小端半径（mm）；R1、r1分别为支撑环加载点和压盘加载点半径（mm）。4.2 膜片弹簧基本参数的选择 （1）比值H/h和h的选择：分析弹性特性曲线和F1=(1)可知，当H/h时，F1=(1)有一极大值和一极小值；当H/h=2时，F1=(1)的极小值落在横坐标上。因此，为了保证压紧力基本不变，并使操纵轻便。所选膜片弹簧的H/h一般在1.52.0，h一般在24mm。本设计选取H/h=2，h=3mm，故H=6mm （2）R/r和r的选择：根据研究经验，R/r越大，弹簧材料的利用率就越低，弹簧越硬，应力越高。而对膜片弹簧而言，并不要求拥有多大的弹性能，而应根据结构布置和压紧力的需要来选择，R/r的选取范围一般为1.21.35，拉式膜片弹簧的r值应当大于或等于Rc（摩擦片的平均摩擦半径）。R