轎車拉式膜片彈簧離合器課程設(shè)計.doc

轎車拉式膜片彈簧離合器課程設(shè)計2012/9/25 目錄一、離合器設(shè)計目的及離合器概述1.1、離合器設(shè)計基本要求31.2、技術(shù)參數(shù)及論文要求31.3、膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)41.4、膜片彈簧離合器優(yōu)點51.5、膜片彈簧離合器工作原理5二、離合器摩擦片參數(shù)確定2.1、摩擦片參數(shù)選擇2.1.1 初選摩擦片外徑D、內(nèi)徑d、厚度b62.1.2 后備系數(shù)72.1.3 離合器傳遞的最大靜摩擦力矩TC72.1.4 單位壓力P072.2 離合器基本參數(shù)的校核2.2.1 最大圓周速度82.2.2 單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩92.2.3 單位壓力92.2.4單位摩擦面積滑磨功9三、扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計3.1 扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù)103.1.1 極限轉(zhuǎn)矩Tj103.1.2 扭轉(zhuǎn)剛度113.1.3 阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T113.1.4 預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn113.1.5 減振彈簧的位置半徑R0113.1.6 減振彈簧個數(shù)Zj113.1.7 減振彈簧總壓力F11 3.1.8 極限轉(zhuǎn)角123.2 減振彈簧的計算123.2.1 減振彈簧的分布半徑R1123.2.2單個減振器的工作壓力P123.2.3 減振彈簧尺寸12四、離合器其它主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1從動盤轂的設(shè)計144.2從動片的設(shè)計14五、設(shè)計小結(jié)15六、參考文獻15某轎車離合器從動部分設(shè)計-3一、 離合器設(shè)計的目的及離合器概述了解轎車離合器的構(gòu)造，掌握轎車離合器的工作原理。了解從動盤總成的結(jié)構(gòu)，掌握從動盤總成的設(shè)計方法，了解壓盤和膜片彈簧的結(jié)構(gòu)，掌握壓盤和膜片彈簧的設(shè)計方法，通過對以上幾方面的了解，從而熟悉轎車離合器的工作原理。學(xué)會如何查找文獻資料、相關(guān)書籍，培養(yǎng)學(xué)生動手設(shè)計項目、自學(xué)的能力，掌握單獨設(shè)計課題和項目的方法，設(shè)計出滿足整車要求并符合相關(guān)標準、具有良好的制造工藝性且結(jié)構(gòu)簡單、便于維護的轎車離合器，為以后從事汽車方面的工作或工作中設(shè)計其它項目奠定良好的基礎(chǔ)。通過這次課程設(shè)計，使學(xué)生充分地認識到設(shè)計一個工程項目所需經(jīng)歷的步驟，以及身為一個工程技術(shù)人員所需具備的素質(zhì)和所應(yīng)當(dāng)完成的工作，為即將進入社會提供了一個良好的學(xué)習(xí)機會，對于由學(xué)生向工程技術(shù)人員轉(zhuǎn)變有著重大的實際意義。離合器通常裝在發(fā)動機與變速器之間，其主動部分與發(fā)動機飛輪相連，從動部分與變速器相連。為各類型汽車所廣泛采用的摩擦離合器，實際上是一種依靠其主、從動部分間的摩擦來傳遞動力且能分離的機構(gòu)。離合器的主要功用是切斷和實現(xiàn)發(fā)動機與傳動系平順的接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換擋時將發(fā)動機與傳動系分離，減少變速器中換檔齒輪間的沖擊；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，以防止傳動系個零部件因過載而損壞；有效地降低傳動系中的振動和噪音。1.1離合器設(shè)計的基本要求1) 在任何行駛條件下，既能可靠地傳遞發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲備，又能防止過載。2) 接合時要完全、平順、柔和，保證起初起步時沒有抖動和沖擊。3) 分離時要迅速、徹底。4) 從動部分轉(zhuǎn)動慣量要小，以減輕換檔時變速器齒輪間的沖擊，便于換檔和減小同步器的磨損。5) 應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)效果，以保證工作溫度不致過高，延長壽命。6) 操縱方便、準確，以減少駕駛員的疲勞。7) 具有足夠的強度和良好的動平衡，一保證其工作可靠、使用壽命長。1.2技術(shù)參數(shù)及論文要求整車質(zhì)量（Kg）：1320最大扭矩/轉(zhuǎn)速（Nm/rpm）:168/3500最大功率/轉(zhuǎn)速（KW/rpm）：92/5700主減速比：4.111一檔速比：I1=3.778二檔速比：I2=2.176三檔速比：I3=1.492四檔速比：I4=1.029五檔速比：I5=0.838倒檔速比：IR=3.444輪胎規(guī)格：195/65 R15變速器一軸花鍵為矩形 齒數(shù)：10，外徑：35，內(nèi)徑：28 齒厚：4離合器總成的軸向尺寸要求：40-45mm發(fā)動機飛輪為平飛輪本次課程設(shè)計的基本內(nèi)容有：1. 根據(jù)所給的車型及整車技術(shù)參數(shù),選擇合適離合器的結(jié)構(gòu)類型,完成離合器主要基本參數(shù)的選擇、確定；2. 完成從動部分總成的設(shè)計計算；3. 完成從動部分總成的設(shè)計圖紙（裝配圖）。1.3膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)膜片彈簧離合總成由膜片彈簧、離合器蓋、壓盤、傳動片和分離軸承總成等部分組成。1) 離合器蓋離合器蓋一般為120或90旋轉(zhuǎn)對稱的板殼沖壓結(jié)構(gòu)，通過螺栓與飛輪聯(lián)結(jié)在一起。離合器蓋是離合器中結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜的承載構(gòu)件，壓緊彈簧的壓緊力最終都要由它來承受。2) 膜片彈簧膜片彈簧是離合器中重要的壓緊元件，在其內(nèi)孔圓周表面上開有許多均布的長徑向槽，在槽的根部制成較大的長圓形或矩形窗孔，可以穿過支承鉚釘，這部分稱之為分離指；從窗孔底部至彈簧外圓周的部分形狀像一個無底寬邊碟子，其截面為截圓錐形，稱之為碟簧部分。3) 壓盤壓盤的結(jié)構(gòu)一般是環(huán)形盤狀鑄件，離合器通過壓盤與發(fā)動機緊密相連。壓盤靠近外圓周處有斷續(xù)的環(huán)狀支承凸臺，最外緣均布有三個或四個傳力凸耳。4) 傳動片離合器接合時，飛輪驅(qū)動離合器蓋帶動壓盤一起轉(zhuǎn)動，并通過壓盤與從動盤摩擦片之間的摩擦力使從動盤轉(zhuǎn)動；在離合器分離時，壓盤相對于離合器蓋作自由軸向移動，使從動盤松開。這些動作均由傳動片完成。傳動片的兩端分別與離合器蓋和壓盤以鉚釘或螺栓聯(lián)接，一般采用周向布置。在離合器接合時，離合器蓋通過它來驅(qū)動壓盤共同旋轉(zhuǎn)；在離合器分離時，可利用它的彈性恢復(fù)力來牽動壓盤軸向分離并使操縱力減小。5) 分離軸承總成分離軸承總成由分離軸承、分離套筒等組成。分離軸承在工作時主要承受軸向分離力，同時還承受在高速旋轉(zhuǎn)時離心力作用下的徑向力。目前國產(chǎn)的汽車中多使用角接觸推力球軸承，采用全密封結(jié)構(gòu)和高溫鏗基潤滑脂，其端面形狀與分離指舌尖部形狀相配合，舌尖部為平面時采用球形端面，舌尖部為弧形面時采用平端面或凹弧形端面。1.4膜片彈簧離合器的優(yōu)點膜片彈簧離合器與其他形式離合器相比，具有一系列優(yōu)點：1) 膜片彈簧離合器具有較理想的非線性彈性特性；2) 膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量小；3) 高速旋轉(zhuǎn)時，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；4) 膜片彈簧以整個圓周與壓盤接觸，使壓力分布均勻，摩擦片接觸良好，磨損均勻；5) 易于實現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長；6) 膜片彈簧中心與離合器中心線重合，平衡性好1.5膜片彈簧離合器的工作原理由圖可知，離合器蓋與發(fā)動機飛輪用螺栓緊固在一起，當(dāng)膜片彈簧被預(yù)加壓緊，離合器處于接合位置時，由于膜片彈簧大端對壓盤的壓緊力，使得壓盤與從動摩擦片之間產(chǎn)生摩擦力。當(dāng)離合器蓋總成隨飛輪轉(zhuǎn)動時(構(gòu)成離合器主動部分)，就通過摩擦片上的摩擦轉(zhuǎn)矩帶動從動盤總成和變速器一起轉(zhuǎn)動以傳遞發(fā)動機動力要分離離合器時，將離合器踏板踏下，通過操縱機構(gòu)，使分離軸承總成前移推動膜片彈簧分離指，使膜片彈簧呈反錐形變形，其大端離開壓盤，壓盤在傳動片的彈力作用下離開摩擦片，使從動盤總成處于分離位置，切斷了發(fā)動機動力的傳遞。圖1.1 膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)圖二、 離合器摩擦片參數(shù)的確定2.1 摩擦片參數(shù)的選擇2.1.1 初選摩擦片外徑D、內(nèi)徑d、厚度b摩擦片外徑是離合器基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和壽命，它和離合器所需傳遞轉(zhuǎn)矩大小有一定關(guān)系。D=式中，為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，?。籄為不同結(jié)構(gòu)和使用條件對D的影響系數(shù)，對于小轎車 取A=47。離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)表1表1外徑D/mm160180200225250280300325350380405430內(nèi)徑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單位面積1061321602213024024665466787299081037摩擦片標準系列尺寸，取。2.1.2 后備系數(shù)后備系數(shù)保證了離合器能可靠地傳遞發(fā)動機扭矩，同時它有助于減少汽車起步時的滑磨，提高了離合器的使用壽命。但為了離合器的尺寸不致過大，減少傳遞系的過載，使操縱輕便等，后備系數(shù)又不宜過大。由于所設(shè)計的離合器為膜片彈簧離合器，在使用過程中其摩擦片的磨損工作壓力幾乎不會變?。ㄩ_始時還有些增加），再加上小轎車的后備功率比較大，使用條件較好，宜取較小值，故初取=1.3。2.1.3 離合器傳遞的最大靜摩擦力矩TCTC=218.42.1.4 單位壓力P0摩擦面上的單位壓力P的值和離合器本身的工作條件,摩擦片的直徑大小,后備系數(shù),摩擦片材料及質(zhì)量等有關(guān)。 離合器使用頻繁,工作條件比較惡劣單位壓力P較小為好。當(dāng)摩擦片的外徑較大時也要適當(dāng)降低摩擦片摩擦面上的單位壓力P。因為在其它條件不變的情況下，由于摩擦片外徑的增加，摩擦片外緣的線速度大，滑磨時發(fā)熱厲害，再加上因整個零件較大，零件的溫度梯度也大，零件受熱不均勻，為了避免這些不利因素，單位壓力P應(yīng)隨摩擦片外徑的增加而降低。選取時應(yīng)考慮離合器的工作條件、發(fā)動機后備功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。 式中，為摩擦因數(shù)取0.3；為單位壓力為摩擦面數(shù)取2；為摩擦片外徑取200；為摩擦片內(nèi)徑取140；摩擦片材料選擇石棉基編織材料，為單位壓力0.26，為摩擦因數(shù)取0.3。 摩擦片的工作條件比較惡劣，為了保證它能長期穩(wěn)定的工作，根據(jù)汽車的的使用條件，摩擦片的性能應(yīng)滿足以下幾個方面的要求：應(yīng)具有較穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，溫度，單位壓力和滑磨速度的變化對摩擦系數(shù)的影響小。要有足夠的耐磨性，尤其在高溫時應(yīng)耐磨。要有足夠的機械強度，尤其在高溫時的機械強度應(yīng)較好熱穩(wěn)定性要好，要求在高溫時分離出的粘合劑較少，無味，不易燒焦磨合性能要好，不致刮傷飛輪及壓盤等零件的表面油水對摩擦性能的影響應(yīng)最小結(jié)合時應(yīng)平順而無“咬住”和“抖動”現(xiàn)象由以上的要求,目前車用離合器上廣泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐熱和化學(xué)穩(wěn)定性能比較好的石棉和粘合劑及其它輔助材料混合熱壓而成，其摩擦系數(shù)大約在0.3左右,在該設(shè)計中選取的是石棉合成物制成的摩擦片。2.2 離合器基本參數(shù)的校核2.2.1 最大圓周速度式中， 為摩擦片最大圓周速度（m/s）；為發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速取5700；為摩擦片外徑徑取200；故符合條件。2.2.2 單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩=(N/)式中，為離合器傳遞的最大靜摩擦力矩218.4；當(dāng)摩擦片外徑D210mm時，=0.28 N/0.0068 N/，故符合要求2.2.3 單位壓力為降低離合器滑磨時的熱負荷，防止摩擦片損傷，選取單位壓力的最大范圍為0.150.35Mpa，由于已確定單位壓力0.26Mpa，在規(guī)定范圍內(nèi)，故滿足要求。2.2.4單位摩擦面積滑磨功為了減少汽車起步過程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過高而發(fā)生燒傷，離合器每一次結(jié)合的單位摩擦面積滑磨功w應(yīng)小于其許用值w。汽車起步時離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(J)為：W = () = () = 12048(J)式中，W為汽車起步時離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(J)m 為汽車總質(zhì)量取1320kg；rr 為輪胎滾動半徑0.317m；i為汽車起步時所用變速器檔位的傳動比3.778；i為主減速器傳動比4.111；n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速(r/min),乘用車n取2000 r/min;w = = = 0.38 式中，W為汽車起步時離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功取12048J滿足w w = 0.4 0J/mm要求。車輪滾動半徑Rr：由輪胎規(guī)格195/65 R15知輪胎名義斷面寬度為195mm，輪胎名義高寬比65%，輪輞名義直徑為15in，即0.381m，則輪胎高H=19565%=126.75mm，輪胎直徑Dr=2H+dr=2126.75+381=634.5mm，則Rr=317.25mm摩擦片的相關(guān)參數(shù)如表2表2摩擦片外徑D摩擦片內(nèi)徑d后備系數(shù)厚度b單位壓力Po200mm140mm1.33.50.26MPa三、扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計3.1 扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù)帶扭轉(zhuǎn)減振器的的從動盤結(jié)構(gòu)簡圖如下圖4.1所示彈簧摩擦式:圖4.2帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動盤總成結(jié)構(gòu)示意圖1從動盤；2減振彈簧；3碟形彈簧墊圈；4緊固螺釘；5從動盤轂；6減振摩擦片7減振盤；8限位銷由于現(xiàn)今離合器的扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計大多采用以往經(jīng)驗和實驗方法通過不斷篩選獲得,且越來越趨向采用單級的減振器。3.1.1 極限轉(zhuǎn)矩Tj極限轉(zhuǎn)矩受限于減振彈簧的許用應(yīng)力等因素，與發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩有關(guān)，一般可取，Tj=(1.52.0) 對于乘用車，系數(shù)取2.0。則Tj=2.02.0168336（Nm）3.1.2 扭轉(zhuǎn)剛度由經(jīng)驗公式初選Tj即Tj133364368（Nm/rad）3.1.3 阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T可按公式初選TT（0.060.17）取T=0.1 =0.1168=16.8(Nm)3.1.4 預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn減振彈簧在安裝時都有一定的預(yù)緊。Tn滿足以下關(guān)系：Tn（0.050.15）且TnT16.8 Nm而Tn（0.050.15）8.425.2 Nm則初選Tn15Nm3.1.5 減振彈簧的位置半徑R0R0的尺寸應(yīng)盡可能大些，一般取R0=(0.600.75)d/2則取R0=0.65d/2=0.65140/2=45.5(mm),可取為46mm.3.1.6 減振彈簧個數(shù)Zj當(dāng)摩擦片外徑D250mm時，Zj=46故取Zj=63.1.7 減振彈簧總壓力F當(dāng)減振彈簧傳遞的轉(zhuǎn)矩達到最大值Tj時，減振彈簧受到的壓力F為FTj/R0336/(46)7.3043(KN)3.1.8 極限轉(zhuǎn)角 減振器從預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn增加到極限轉(zhuǎn)矩Tj時，從動片相對于從動盤轂的極限轉(zhuǎn)角為 =2式中，為減振彈簧的工作變形量，通常取30120，對汽車平順性要求高或發(fā)動機工作不均勻時，去上限。=120 3.2 減振彈簧的計算在初步選定減振器的主要參數(shù)以后，即可根據(jù)布置上的可能來確定和減振器設(shè)計相關(guān)的尺寸。3.2.1 減振彈簧的分布半徑R1R1的尺寸應(yīng)盡可能大些，一般取R1=(0.600.75)d/2式中，d為離合器摩擦片內(nèi)徑故R1=0.65/2=0.65140/2=45.5(mm)，即為減振器基本參數(shù)中的R03.2.2單個減振器的工作壓力PP= F/Z=7304.3/61217.4(N)3.2.3 減振彈簧尺寸1）彈簧中徑DC其一般由布置結(jié)構(gòu)來決定，通常DC=1115mm故取Dc=12mm2）彈簧鋼絲直徑dd=8.01mm式中，扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力可取550600Mpa,故取為580Mpad取8.1 mm3）減振彈簧剛度k應(yīng)根據(jù)已選定的減振器扭轉(zhuǎn)剛度值及其布置尺寸R1確定，即k=4）減振彈簧有效圈數(shù) 減振彈簧總?cè)?shù)n與有效圈數(shù)之間的關(guān)系為n=+(1.52)=6，i=45）減振彈簧總?cè)?shù)n其一般在6圈左右，與有效圈數(shù)之間的關(guān)系為n=+(1.52)=6減振彈簧最小高度=52.9mm彈簧總變形量mm減振彈簧總變形量=52.9+3.54=56.44mm減振彈簧預(yù)變形量=0.158mm減振彈簧安裝工作高度=56.44-0.158=56.3mm6）從動片相對從動盤轂的最大轉(zhuǎn)角最大轉(zhuǎn)角和減振彈簧的工作變形量有關(guān)，=3.382mm其值為=4.217）限位銷與從動盤轂缺口側(cè)邊的間隙式中，為限位銷的安裝尺寸。值一般為2.54mm。所以可取為4mm, 為54mm.8）限位銷直徑按結(jié)構(gòu)布置選定，一般9.512mm?？扇?0mm扭轉(zhuǎn)減振器相關(guān)參數(shù)表4表4極限轉(zhuǎn)矩Tj阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn減振彈簧的位置半徑R0減振彈簧個數(shù)Zj336Nm16.8 Nm15 Nm46mm6四、離合器其它主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1從動盤轂的設(shè)計從動盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受由發(fā)動機傳來的全部轉(zhuǎn)矩。它一般采用齒側(cè)對中的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上，花鍵的遲鈍可根據(jù)摩擦片的外徑D與發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩T花鍵尺寸表5表5摩擦片外徑 D/mm發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩T/(Nm)花鍵尺寸擠壓應(yīng)力/MPa齒數(shù)n外徑D/mm內(nèi)徑d/mm齒厚t/mm有效尺長l/mm20016810352843510.24.2從動片的設(shè)計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：1)從動盤的轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)盡可能小，以減小變速器換擋時輪齒間的沖擊。2) 從動盤應(yīng)具有軸向彈性，使離合器結(jié)合平順，便于起步，而且使摩擦面壓力均勻，以減小磨損。3)應(yīng)安裝扭轉(zhuǎn)減振器，以避免傳動系共振，并緩和沖擊。本次設(shè)計初選從動片厚度為2mm，表面硬度40HRC。五、 設(shè)計小結(jié)本設(shè)計以“機械設(shè)計、汽車設(shè)計、二維制圖模型”為主線，主要采用AutoCAD設(shè)計一個汽車膜片彈簧離合器總成特別是離合器從動部分，由于時間和能力的限制，本設(shè)計對分離機構(gòu)和操縱機構(gòu)只作了簡單的設(shè)計。本次設(shè)計我利用AutoCAD軟件繪制了離合器總成和部分零件的二維圖形，由于能力有限，難免有些不合理的地方，此次設(shè)計充分利用了已學(xué)過的汽車設(shè)計和機械設(shè)計知識，使我對所學(xué)知識有了一個系統(tǒng)的認識、復(fù)習(xí)、鞏固和深入。通過這次設(shè)計，我對機械設(shè)計和汽車設(shè)計有了更深刻的認識，也初步掌握了機械設(shè)計的方法和使用有關(guān)機械設(shè)計手冊的方法；對機械零件、汽車部件、裝配技術(shù)、計算機軟件使用技術(shù)等作了一個全新的認識和再學(xué)習(xí)，加深了理解，并擴展了知識面；充分利用計算機CAD技術(shù)進行了繪圖；提高了計算機的使用能力。自己平日的理論知識雖然仍沒有真正應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，但利用課程設(shè)計這個平臺，使我充分認識到自己理論學(xué)習(xí)中的不足，熟悉了一些新的設(shè)計方法。尤其是在畫圖方面，進一步熟練、鞏固，這次課程設(shè)計為我以后的學(xué)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計打下了基礎(chǔ)。指導(dǎo)教師認真細致的指導(dǎo)和幫助，我表示最真摯的感謝。 六、參考文獻1.徐石安,江發(fā)潮.汽車離合器/汽車設(shè)計叢書 M.北京：清華大學(xué)出版社,20052.王望予.汽車設(shè)計M. 北京：機械工業(yè)出版社，20073.陳家瑞.汽車構(gòu)造M.北京：人民交通出版社，20024.劉惟信.汽車設(shè)計 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