畢業(yè)設(shè)計(jì)：《離合器設(shè)計(jì)》

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)-《離合器設(shè)計(jì)》 第1章緒論 1.1選題的目的 本次設(shè)計(jì)，我力爭把離合器設(shè)計(jì)系統(tǒng)化，為離合器設(shè)計(jì)者提供一定的參考價(jià)值。拋 棄傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器，設(shè)計(jì)新式的拉式膜片彈簧離合器是本次設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。 1.2離合器發(fā)展歷史[1] 近年來各國政府都從資金、技術(shù)方面大力發(fā)展汽車工業(yè)，使其發(fā)展速度明顯比其它 工業(yè)要快的多，因此汽車工業(yè)迅速成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。 對(duì)于內(nèi)燃機(jī)汽車來說，離合器在機(jī)械傳動(dòng)系中作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在，它是汽 車傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的總成。目前，各種汽車廣泛采用的是摩擦式離合器， 它是利用摩擦副間的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩的離合器。 在早期研發(fā)的離

2、合器中，錐形離合器最為成功?，F(xiàn)今所用的盤片式離合器的先驅(qū)是 多片盤式離合器，它是直到1925年以后才出現(xiàn)的。進(jìn)入30年代時(shí)，只有工程車輛、賽 車和大功率的轎車上才采用多片離合器。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨 向于首選單片干式離合器[1] 隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率不斷提高和汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)離合器的 要求越來越高。從提高離合器工作性能的角度出發(fā)，傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)正 逐步地向拉式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)發(fā)展，傳統(tǒng)的操縱形式正向自動(dòng)操縱的形式發(fā)展。因 此，提高離合器的可靠性和延長其使用壽命，適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速，增加離合器傳遞轉(zhuǎn) 矩的能力和簡化操縱，已成為離合器的發(fā)展趨

3、勢。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，設(shè)計(jì)工作已從手 工轉(zhuǎn)向電腦，包括計(jì)算、性能演示、計(jì)算機(jī)繪圖、制成后的故障統(tǒng)計(jì)等等。 1.3離合器概述 按動(dòng)力傳遞順序來說，離合器應(yīng)是傳動(dòng)系中的第一個(gè)總成。顧名思義，離合器是“離” 與“合”矛盾的統(tǒng)一體。離合器的工作，就是受駕駛員操縱，或者分離，或者接合，以 完成其本身的任務(wù)。離合器是設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)，其功用是能 夠在必要時(shí)中斷動(dòng)力的傳遞，保證汽車平穩(wěn)地起步；保證傳動(dòng)系換檔時(shí)工作平穩(wěn)；限制 傳動(dòng)系所能承受的最大扭矩，防止傳動(dòng)系過載。為使離合器起到以上幾個(gè)作用，目前汽 車上廣泛采用彈簧壓緊的摩擦式離合器，摩擦離合器所能傳遞的最大扭矩取決于摩擦面 間的

4、工作壓緊力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面狀況等。即主要取決于離合器基本參 數(shù)和主要尺寸。膜片彈簧離合器在技術(shù)上比較先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)性合理，同時(shí)其性能良好，使 用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，操作輕便，在保證可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的前提下， 有以下優(yōu)點(diǎn)［2］： （1） 結(jié)合時(shí)平順、柔和，保證汽車起步平穩(wěn)； （2） 離合器分離徹底； （3） 從動(dòng)部分慣量小，以減輕換檔時(shí)齒輪副的沖擊； （4） 散熱性能好； （5） 大大簡化并顯著地縮短了離合器的軸間尺寸； （6） 避免汽車傳動(dòng)系共振，具有吸收震動(dòng)、沖擊和減小噪聲能力； （7） 操縱輕便； （8） 工作性能（最大摩擦力矩氣max和后備系數(shù)）保持

5、穩(wěn)定； （9） 使用壽命長。 1.3.1離合器的功用 離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸接合，保證汽車平穩(wěn)起步。如前所述，現(xiàn)代車用活 塞式發(fā)動(dòng)機(jī)不能帶負(fù)荷啟動(dòng)，它必須先在空負(fù)荷下啟動(dòng)，然后再逐漸加載。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng) 后，得以穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速約為300?500r/min，而汽車則只能由靜止開始起步，一 個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī)，要帶一個(gè)靜止的傳動(dòng)系，是不能突然剛性接合的。因?yàn)槿绻峭蝗?的剛性連接，就必然造成不是汽車猛烈攢動(dòng)，就是發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。所以離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī) 與傳動(dòng)系逐漸地柔和地接合在一起，使發(fā)動(dòng)機(jī)加給傳動(dòng)系的扭矩逐漸變大，至足以克服 行駛阻力時(shí)，汽車便由靜止開始緩慢地平穩(wěn)起步了。 雖然利用變速器的

6、空檔，也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的分離。但變速器在空檔位置 時(shí)，變速器內(nèi)的主動(dòng)齒輪和發(fā)動(dòng)機(jī)還是連接的，要轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，就必須和變速器內(nèi)的主 動(dòng)齒輪一起拖轉(zhuǎn)，而變速器內(nèi)的齒輪浸在黏度較大的齒輪油中，拖轉(zhuǎn)它的阻力是很大的。 尤其在寒冷季節(jié)，如沒有離合器來分離發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)是很困難的。所以 離合器的第二個(gè)功用，就是暫時(shí)分開發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的聯(lián)系，以便于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)［4］。 汽車行駛中變速器要經(jīng)常變換檔位，即變速器內(nèi)的齒輪副要經(jīng)常脫開嚙合和進(jìn)入嚙 合。如在脫檔時(shí)，由于原來嚙合的齒面壓力的存在，可能使脫檔困難，但如用離合器暫 時(shí)分離傳動(dòng)系，即能便利脫檔。同時(shí)在掛檔時(shí)，依靠駕駛員掌握，使待嚙合的齒輪

7、副圓 周速度達(dá)到同步是較為困難的，待嚙合齒輪副圓周速度的差異將會(huì)造成掛檔沖擊甚至掛 不上檔，此時(shí)又需要離合器暫時(shí)分開傳動(dòng)系，以便使與離合器主動(dòng)齒輪聯(lián)結(jié)的質(zhì)量減小， 這樣即可以減少掛擋沖擊以便利換檔。 離合器所能傳遞的最大扭矩是有一定限制的，在汽車緊急制動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)系受到很大 的慣性負(fù)荷，此時(shí)由于離合器自動(dòng)打滑，可避免傳動(dòng)系零件超載損壞，起保護(hù)作用。 1.3.2現(xiàn)代汽車離合器應(yīng)滿足的要求 根據(jù)離合器的功用，它應(yīng)滿足下列主要要求［5］： （1） 能在任何行駛情況下，可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩。為此，離合器的摩擦力 矩（T）應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩（T ）； （2） 接合平順、柔和。即要求離合器所

8、傳遞的扭矩能緩和地增加，以免汽車起步?jīng)_ 撞或抖動(dòng)； （3） 分離迅速、徹底。換檔時(shí)若離合器分離不徹底，則飛輪上的力矩繼續(xù)有一部分 傳入變速器，會(huì)使換檔困難，引起齒輪的沖擊響聲； （4） 從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。離合器分離時(shí)，和變速器主動(dòng)齒輪相連接的質(zhì)量就只有 離合器的從動(dòng)盤。減小從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，換檔時(shí)的沖擊即降低； （5） 具有吸收振動(dòng)、噪聲和沖擊的能力； （6） 散熱良好，以免摩擦零件因溫度過高而燒裂或因摩擦系數(shù)下降而打滑； （7） 操縱輕便，以減少駕駛員的疲勞。尤其是對(duì)城市行駛的轎車和公共汽車，非常 重要； （8） 摩擦式離合器，摩擦襯面要耐高溫、耐磨損，襯面磨損在一定范圍內(nèi)，要

9、能通 過調(diào)整，使離合器正常工作。 1.3.3離合器工作原理 如圖1.1所示，摩擦離合器一般是由主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)四 部分組成。 離合器在接合狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩自曲軸傳出，通過飛輪2和壓盤借摩擦作用傳給 從動(dòng)盤3,最后通過從動(dòng)軸傳給變速器。當(dāng)駕駛員踩下踏板時(shí)，通過拉桿，分離叉、分 離套筒和分離軸承8,將分離杠桿的內(nèi)端推向右方，由于分離杠桿的中間是以離合器蓋 5上的支柱為支點(diǎn)，而外端與壓盤連接，所以能克服壓緊彈簧的力量拉動(dòng)壓盤向左，這 樣，從動(dòng)盤3兩面的壓力消失，因而摩擦力消失，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩就不再傳入變速器，離 合器處于分離狀態(tài)。當(dāng)放開踏板，回位彈簧克服各拉桿接頭和支承中

10、的摩擦力，使踏板 返回原位。此時(shí)壓緊彈簧就推動(dòng)壓盤向右，仍將從動(dòng)盤3壓緊在飛輪上2,這樣發(fā)動(dòng)機(jī) 的扭矩又傳入變速器［7］。 1-軸承2-飛輪3-從動(dòng)盤4-壓盤5-離合器蓋螺栓 6-離合器蓋7-膜片彈簧8-分離軸承9-軸 圖1.1離合器總成 1.3.4拉式膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn) 與推式相比，拉式膜片彈簧離合器具有許多優(yōu)點(diǎn)：取消了中間支承各零件，并不用 支承環(huán)或只用一個(gè)支承環(huán)，使其結(jié)構(gòu)更簡單、緊湊，零件數(shù)目更少，質(zhì)量更少；所謂拉 式膜片彈簧，其特征是膜片彈簧和壓盤上安裝有彈性圓柱銷，壓盤、離合器蓋和傳動(dòng)片 的一端由限位裝置安裝在一起，從動(dòng)盤總成的從動(dòng)盤為三片從動(dòng)盤依次疊加安裝在一起

11、; 拉式離合器壓緊模塊的壓盤上均勻設(shè)有散熱筋。提高了壓緊力與傳遞轉(zhuǎn)矩的能力，且并 不增大踏板力，在傳遞相同的轉(zhuǎn)矩時(shí)，可采用尺寸較小的結(jié)構(gòu)；在接合或分離狀態(tài)下， 離合器蓋的變形量小，剛度大，分離效率更高；拉式的杠桿比大于推式的杠桿比，且中 間支承減少了摩擦損失，傳動(dòng)效率較高，踏板操縱更輕便，拉式的踏板力比推式的一般 可減少約25% ~ 3°% ；無論在接合狀態(tài)或分離狀態(tài)，拉式結(jié)構(gòu)的膜片彈簧大端與離合器 蓋支承始終保持接觸，在支承環(huán)磨損后不會(huì)形成間隙而增大踏板自由行程，不會(huì)產(chǎn)生沖 擊聲；使用壽命更長［10』 第2章離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1離合器種類選擇 離合器有摩擦式，電磁式，液力式三種類型

12、。離合器大都根據(jù)摩擦原理設(shè)計(jì)的。摩 擦式應(yīng)用廣泛。摩擦式工作表面形狀包括錐形、鼓形和盤形，錐形和鼓形的缺點(diǎn)是其從 動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量太大，引起變速器換檔困難，且結(jié)合不夠柔和，易卡住。 故選擇盤形摩擦式離合器 2.2從動(dòng)盤數(shù)選擇 單片離合器結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，散熱良好，維修調(diào)整方便，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小， 在使用時(shí)能保證分離徹底、接合平順。 對(duì)于1260kg的轎車，本次設(shè)計(jì)選擇單片離合器 2.3壓緊彈簧和布置形式選擇 離合器壓緊裝置可分為周布彈簧式、中央彈簧式、斜置彈簧式、膜片彈簧式等。其 中膜片彈簧的主要特點(diǎn)是用一個(gè)膜片彈簧代替螺旋彈簧和分離杠桿。膜片彈簧與其他幾 類相比又有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)

13、［9： （1） 由于膜片彈簧有理想的非線性特征,彈簧壓力在摩擦片磨損范圍內(nèi)能保證大致 不變，從而使離合器在使用中能保持其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力不變。當(dāng)離合器分離時(shí)，彈簧壓 力不像圓柱彈簧那樣升高，而是降低，從而降低踏板力； （2） 膜片彈簧有壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，軸向尺寸小，零件 數(shù)目少，質(zhì)量??； （3） 高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；而圓柱彈簧壓緊力明顯下降； （4） 由于膜片彈簧大斷面環(huán)形與壓盤接觸，故其壓力分布均勻，摩擦片磨損均勻， 可提高使用壽命； （5） 易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長； （6） 平衡性好； （7） 有利于大批量生產(chǎn)，降低制造成

14、本。 但膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜，對(duì)材料質(zhì)量和尺寸精度要求高，其非線性特性在生 產(chǎn)中不易控制，開口處容易產(chǎn)生裂紋，端部容易磨損。近年來，由于材料性能的提高， 制造工藝和設(shè)計(jì)方法的逐步完善，膜片彈簧的制造已日趨成熟。因此，我選用膜片彈簧 式離合器。 2.4壓盤驅(qū)動(dòng)形式選擇 由于傳統(tǒng)的凸臺(tái)式連接方式、鍵式連接方式、銷式連接方式存在傳力處之間有間隙 的缺點(diǎn)，故選擇已被廣泛采用的傳力片傳動(dòng)方式，簡化了壓盤的結(jié)構(gòu)，有利于壓盤的定 中。為了改善傳力片的受力狀況，它們沿圓周切向布置，一般有3?4組，每組3?4個(gè) 彈性薄片組成，片厚一般為1?1.2mm。但它們的正反向特性不相同。 故選擇傳動(dòng)片式。

15、2.5扭轉(zhuǎn)減震器 它能降低發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與傳動(dòng)系接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度，調(diào)諧傳動(dòng)系扭振固有頻率，增 加傳動(dòng)系扭振阻尼，抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)振幅，并衰減因沖擊而產(chǎn)生的瞬態(tài)扭振，控制動(dòng) 力傳動(dòng)系總成怠速時(shí)離合器與變速器的扭振與噪聲，緩和非穩(wěn)定工況下傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)沖 擊載荷和改善離合器的接合平順性。 故要有扭轉(zhuǎn)減振器。 2.6設(shè)計(jì)要求及其技術(shù)參數(shù) 基本要求［8： （1） 在任何行駛條件下，既能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲(chǔ) 備，又能防止過載。 （2） 接合時(shí)要完全、平順、柔和，保證起初起步時(shí)沒有抖動(dòng)和沖擊。 （3） 分離時(shí)要迅速、徹底。 （4） 從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕換檔時(shí)變速

16、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(zhǔn)確，以減少駕駛員的疲勞。 （7） 具有足夠的強(qiáng)度和良好的動(dòng)平衡，一保證其工作可靠、使用壽命長。 技術(shù)參數(shù)： 車型：日產(chǎn)軒逸1.6 XV 整車質(zhì)量（kg）： 1260 最大扭矩/轉(zhuǎn)速（N?m/rpm）： 189/4400 主減速比：4.072 一檔速比：4.832 滾動(dòng)半徑：320mm 第3章 離合器主要參數(shù)的選擇 3.1后備系數(shù)6 后備系數(shù)B是離合器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn) 矩的可靠程度。在選擇B

17、時(shí)，應(yīng)保證離合器仍能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩、防止離 合器滑磨時(shí)間過長、防止傳動(dòng)系過載以及操縱輕便等因素。乘用車B選擇：1.20? 1.75 ，本次設(shè)計(jì)取B = 1.2。 3.2摩擦因數(shù)f、摩擦面數(shù)Z和離合器間隙At 摩擦片的摩擦因數(shù)f取決于摩擦片所用的材料及其工作溫度、單位壓力和滑磨速 度等因素。摩擦因數(shù)f的取值范圍見下表。 表3-1摩擦材料的摩擦因數(shù)f的取值范圍 摩擦材料 摩擦因數(shù)f 石棉基材料 模壓 0.20 ?0.25 編織 0.25 ?0.35 粉末冶金材料 銅基 0.25 ?0.35 鐵基 0.35 ?0.50 金屬陶瓷材料 0.70 ?1.50

18、 本次設(shè)計(jì)取f = 0.30。 摩擦面數(shù)Z為離合器從動(dòng)盤數(shù)的兩倍，決定于離合器所需傳遞轉(zhuǎn)矩的大小及其結(jié) 構(gòu)尺寸。本次設(shè)計(jì)取單片離合器Z = 2。 離合器間隙At是指離合器處于正常結(jié)合狀態(tài)、分離套筒被回位彈簧拉到后極限位 置時(shí)，為保證摩擦片正常磨損過程中離合器仍能完全結(jié)合，在分離軸承和分離杠桿內(nèi) 端之間留有的間隙。該間隙At一般為3?4mm。本次設(shè)計(jì)取At =3 mm。 3.3單位壓力p 0 單位壓力p 0決定了摩擦表面的耐磨性，對(duì)離合器工作性能和使用壽命有很大影 響，選取時(shí)應(yīng)考慮離合器的工作條件、發(fā)動(dòng)機(jī)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。p0取值范圍見表3

19、-2。 表3-2摩擦片單位壓力p 0的取值范圍 摩擦片材料 單位壓力p 0/Mpa 石棉基材料 模壓 0.15?0.25 編織 0.25 ?0.35 粉末冶金材料 銅基 0.35 ?0.50 鐵基 金屬陶瓷材料 0.70 ?1.50 p 0選擇：0.10 MPa W p0 W 1.50 MPa，本次設(shè)計(jì)取 p 0 = 0.3MPa。 3.4摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度b 摩擦片外徑是離合器的重要參數(shù)，它對(duì)離合器的輪廓尺寸、質(zhì)量和使用壽命有決 定性的影響。 D 二：一12B 廣 max—— 翌88mm 3' nfZp0(1 - c3) 取 D =225 m

20、m 當(dāng)摩擦片外徑D確定后，摩擦片內(nèi)徑d可根據(jù)d/D在0.53?0.70之間來確定。 取 c = d/D = 0.667, d = 0.667D = 150.075 mm ,取 d = 150mm 摩擦片厚度b主要有3.2 mm、3.5 mm、4.0 mm三種。取b = 3.5 mm。 T = BT = 1.2 x 189 = 227 N.m 第4章 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1離合器基本參數(shù)的優(yōu)化 設(shè)計(jì)離合器要確定離合器的性能參數(shù)和尺寸參數(shù)，這些參數(shù)的變化直接影響離合 器的工作性能和結(jié)構(gòu)尺寸。這些參數(shù)的確定在前面是采用先初選、后校核的方法。下 面采用優(yōu)化的方法來確定這些參數(shù)［13］

21、。 (1) 摩擦片外徑D (mm)的選取應(yīng)使最大圓周速度vD不超過65?70m/s，即 n ji v = 60 n D x 10 -3 = -- x 4400 x 225 x 10 -3 =51.81m/s M65 ?70m/s 符合要求。 式中，vd為摩擦片最大圓周速度(m/s);n 為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速(r/min)。 (2) 摩擦片的內(nèi)、外徑比c應(yīng)在0.53?0.70范圍內(nèi)，本次設(shè)計(jì)取c = 0.667。 (3) 為了保證離合器可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，并防止傳動(dòng)系過載，不同的車型的 B值應(yīng)在一定范圍內(nèi)，最大范圍為1.2?4.0，本次設(shè)計(jì)取B= 1.20。 (4) 為了保證扭轉(zhuǎn)

22、減振器的安裝，摩擦片內(nèi)徑d必須大于減振器彈簧位置直徑2R 0 約 50mm，即 d > 2R + 50 mm (5) 為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷,對(duì)于不同車型，單位壓力p0根 據(jù)所用的摩擦材料在一定范圍內(nèi)選取，p0的最大范圍為0.10?1.50 Mpa。 本次設(shè)計(jì)取p 0 = 0.3 MPa。 (6) 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(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(J)為： H2R2 m r2 (—) 1800 i2i2 0 g =7522.1(

23、J) 式中，m a為汽車總質(zhì)量(kg)；、為輪胎滾動(dòng)半徑(m)； i為汽車起步時(shí)所用變 速器檔位的傳動(dòng)比；i 0為主減速器傳動(dòng)比；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；乘用車n取 2000 r/min 。 4W nZ (D 2 — d 2) 4*7522.1 3.14*2*(225*225 — 150*150) =0.17< [w] = 0.4 J/mm 2 滿足要求 4.2膜片彈簧的彈性特性曲線 膜片彈簧特性曲線 4.3膜片彈簧基本參數(shù)的選擇［4］ (1) 比值H/h和h的選擇 為保證離合器壓緊力變化不大和操縱輕便，汽車離合器用膜片彈簧的H/h 一般為 1

24、.5?2.0，板厚h為2?4 mm。 取 h =3 mm , H/h =1.5，艮口 H =1.5h =4.5mm 。 (2) R/r比值和r的選擇 研究表明。R/r越大，彈簧材料利用率越低，彈簧越硬，彈性特性曲受直徑誤差的 影響越大，且應(yīng)力越高。根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求。R/r 一般為1.20?1.35。為 使摩擦片上的壓力分布較均勻，拉式膜片彈簧的r值宜為大于或等于R 。即 c R二摩擦片外徑120 取 R/r = 1.2，r = R /1.2 =100mm。 (3) a的選擇 膜片彈簧自由狀態(tài)下圓錐角a與內(nèi)截錐高度H關(guān)系密切，a—般在9。?15。范圍 內(nèi)。 a = a

25、rctan H/(R-r) = 12.68° ，符合要求。 (4) 分離指數(shù)目n的選取 分離指數(shù)目n常取18，大尺寸膜片彈簧可取24，小尺寸膜片彈簧可取12。取分 離之?dāng)?shù)目n =18。 (5) 膜片彈簧小段內(nèi)半徑r0及分離軸承作用半徑r的確定 r 0由離合器的結(jié)構(gòu)決定，其最小值應(yīng)大于變速器第一軸花鍵的外徑。r f應(yīng)大于r 。 0 r = 28mm r =30mm (6) 切槽寬度6 ］、6 2及半徑七的確定 5 1= 3.2?3.5 mm，6 = 9?10 mm，r 的取值應(yīng)滿足 r - r N 6 。 本次設(shè)計(jì)取 6 i = 3.2 mm，6 = 9 mm ， r W r

26、- 6 = 91 mm。 (7) 壓盤加載點(diǎn)半徑R1和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑r 1的確定 R =118mm r =102mm 4.4膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì) 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)就是要確定一組彈簧的基本參數(shù)，使其彈性特性滿足離合器 的使用性能要求，而且彈簧強(qiáng)度也滿足設(shè)計(jì)要求，以達(dá)到最佳的綜合效果⑼。 (1) 為了滿足離合器使用性能的要求，彈簧的H/h與初始底錐角a^H/(R-r)應(yīng) 在一定范圍內(nèi)，即 1.6 W H/h = 1.5 W 2.2 9°WaeH/(R-r)= 12.68°W 15° （2） 彈簧各部分有關(guān)尺寸的比值應(yīng)符合一定的范圍，即 1.20 W R/r=1.20 W 1.3

27、 70 W2R/h=80 W 100 3.5 WR/ r0=4.3 W 5.0 （3） 為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，拉式膜片彈簧的壓盤加載點(diǎn)半徑r 1 應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，即 （D+d）/4 Wr 1=102 W D/2 （4） 根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求，R與R, r與r之差應(yīng)在一定范圍內(nèi)，即 1 f 0 1 W R-R1 = 2 W 7 0 W rf-r0 = 2W 4 （5） 膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用，因此其杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取， 即 3.5 W R — L = 5.5 W 9.0 R1 - r1 第5章 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

28、5.1扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì) 5.1. 1扭轉(zhuǎn)減振器的概述 扭轉(zhuǎn)減振器主要由彈性元件（減振彈簧或橡膠）和阻尼元件（阻尼片）等組成。彈性 元件的主要作用是降低傳動(dòng)系的首段扭轉(zhuǎn)剛度，從而降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階（通常 為三階）固有頻率，改變系統(tǒng)的固有振型，使之盡可能避開由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵(lì)引 起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地耗散振動(dòng)能量。因此，扭轉(zhuǎn)減振器具有如下 功能：（1）降低發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與傳動(dòng)系接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度，調(diào)諧傳動(dòng)系扭振固有頻 率。 （2）增加傳動(dòng)系扭振阻尼，抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)振幅，并衰減因沖擊而產(chǎn)生的瞬態(tài)扭 振。（3）控制動(dòng)力傳動(dòng)系總成怠速時(shí)離合器與變速器軸系的扭振，消減變速器怠速

29、噪 聲和 主減速器與變速器的扭振及噪聲。 (4)緩和非穩(wěn)定工況下傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)沖擊載荷，改善離合器的接合平順性。 減振器的扭轉(zhuǎn)剛度k和阻尼摩擦元件間的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T.是兩個(gè)主要參數(shù)，決 定了減振器的減震效果。其設(shè)計(jì)參數(shù)還包括極限轉(zhuǎn)矩T j、預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn和極限轉(zhuǎn)角七 等。 5.1.2扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì) J ° J (1) 極限轉(zhuǎn)矩T j 極限轉(zhuǎn)矩是指減振器在消除了限位銷與從動(dòng)盤轂缺口之間的間隙△ 1時(shí)所能傳遞的 最大轉(zhuǎn)矩，即限位銷起作用時(shí)的轉(zhuǎn)矩。它受限于減振彈簧的許用應(yīng)力等因素，與發(fā)動(dòng) 機(jī)最大轉(zhuǎn)矩有關(guān)，一般可取T j = (1.5?2.0) Temax 一般乘用車：系數(shù)取2.0即T j

30、 = 2 Tema = 378N - m (2) 扭轉(zhuǎn)角剛度 K W13T .=13X378=4914 (3) 阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T p 由于減振器扭轉(zhuǎn)剛度k受結(jié)構(gòu)及發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的限制，不可能很低，故為了在 發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)最有效地消振，必須合理選擇減振器阻尼裝置的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T O p 一般可按下式初選：T =(0.06?0.17)Temax 取 T = 0.1T = 18.9N - m (4) 預(yù)緊轉(zhuǎn)矩T n 減振彈簧在安裝時(shí)都有一定的預(yù)緊。研究表明，J增加，共振頻率將向減小頻率 的方向移動(dòng)，這是有利的。但是Tn不應(yīng)大于Tp，否則在反向工作時(shí)，扭轉(zhuǎn)減振器將 提前停止工

31、作，故取T = (0.05?0.15)T 取 T = 0.1T =18.9N - m (5) 減振彈簧的位置半徑R 0 R0的尺寸應(yīng)盡可能大些，一般取R° =(0.60?0.75)d/2 R0 = 0.60d/2 = 45 mm (6) 減振彈簧個(gè)數(shù)Z j Z ?參照表6-1選取。 表5-1減振彈簧個(gè)數(shù)的選取 摩擦片外徑D/mm 225?250 250?325 325?350 >350 Z . -d 4?6 6?8 8?10 >10 摩擦片外徑D = 225mm，選取Z .=4 (7) 減振彈簧總壓力F ￡ 當(dāng)限位銷與從動(dòng)盤轂之間的間隙氣或氣

32、被消除，減震彈簧傳遞的轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值 Tj時(shí)，減震彈簧受到的壓力F￡為 F =T /R = 378000Nmm/45 = 8400 N (8) 極限轉(zhuǎn)角中j 本次設(shè)計(jì)中取10°。 j 5.2從動(dòng)盤總成的設(shè)計(jì) 5.2.1從動(dòng)盤轂 從動(dòng)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(dòng)機(jī)傳來的全部轉(zhuǎn) 矩。動(dòng)盤本體和減振器盤又通過六個(gè)減振器彈簧把轉(zhuǎn)矩傳給了從動(dòng)盤轂。因?yàn)橛袕椥?環(huán)節(jié)的作用，所以傳動(dòng)系受的轉(zhuǎn)動(dòng)沖擊可以在此得到緩和。傳動(dòng)系中的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)會(huì)使 從動(dòng)盤轂相對(duì)于動(dòng)盤本體和減振器盤來回轉(zhuǎn)動(dòng)，夾在它們之間的阻尼片靠摩擦消耗扭 轉(zhuǎn)振動(dòng)的能量，將扭轉(zhuǎn)振動(dòng)衰減下來[6] 它一般采用齒側(cè)對(duì)中

33、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(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩七max由表3-1選取。 表5-2從動(dòng)盤轂花鍵的尺寸 摩擦片外 徑 D/mm 發(fā)動(dòng)機(jī)最大 轉(zhuǎn)矩T e max /(N ? m) 花鍵尺寸 擠壓應(yīng)力 。JMPa 齒數(shù)n 夕卜 徑 D’/mm 內(nèi) 徑 d’/mm 齒 厚 t/mm 有效齒長 l/mm 160 49 10 23 18 3 20 9.8 180 69 10 26 21 3 20 11.6 200 108 10 29 23 4 25 11.1 225 147 10

34、 32 26 4 30 11.3 250 196 10 35 28 4 35 10.2 280 275 10 35 32 4 40 12.5 300 304 10 40 32 5 40 10.5 本次設(shè)計(jì)D = 225mm , T = 189 N - m故選擇花鍵類型為: 摩擦片 夕卜 徑 D/mm 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn) 矩 T e max /（N ? m） 花鍵尺寸 擠壓應(yīng)力 /MPa c 齒數(shù)n 夕卜 徑 D’/mm :mm" L厚 有效齒 長 l/mm 225 189 10 32

35、26 4 30 11.3 5.2.2從動(dòng)片的設(shè)計(jì) 從動(dòng)盤對(duì)離合器工作性能影響很大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足如下要求⑸： （1） 從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能小，以減小變速器換擋時(shí)輪齒間的沖擊。 （2） 從動(dòng)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(dòng)系共振，并緩和沖擊。 5.2.3摩擦片的設(shè)計(jì) 摩擦片應(yīng)滿足以下要求： （1） 摩擦因數(shù)較高且穩(wěn)定，工作溫度、單位壓力、滑磨速度的變化對(duì)其影響要小 （2） 具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度與耐磨性 （3） 密度要小，以減少從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 （4） 熱穩(wěn)定性要好 （5）

36、磨合性要好，不至刮傷飛輪和壓盤表面 5.3離合器蓋總成的設(shè)計(jì) 5.3.1離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求⑹： （1） 應(yīng)具有足夠的剛度，否則影響離合器的工作特性，增大操縱時(shí)的分離行程，減 小壓盤升程，嚴(yán)重時(shí)使摩擦面不能徹底分離。 （2） 應(yīng)與飛輪保持良好的對(duì)中，以免影響總成的平衡和正常的工作。 (3) 蓋的膜片彈簧支承處應(yīng)具有高的尺寸精度。 (4) 為了便于通風(fēng)散熱，防止摩擦表面溫度過高，可在離合器蓋上開較大的通風(fēng)窗 孔，或在蓋上加設(shè)通風(fēng)扇片等。 乘用車離合器蓋一般用08、10鋼等低碳鋼板。 5.3.2壓盤的設(shè)計(jì) 對(duì)壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求[10] (1) 壓盤應(yīng)具有較大的質(zhì)量，以增大熱容

37、量，減小溫度，防止其產(chǎn)生裂紋和破碎，有 時(shí)可設(shè)置各種形狀的散熱筋或鼓風(fēng)筋，以幫助散熱通風(fēng)。中間壓盤可鑄出通風(fēng)槽，也可 以采用傳熱系數(shù)較大的鋁合金壓盤。 (2) 壓盤應(yīng)具有較大剛度，使壓緊力在摩擦面上的壓力分布均勻并減小受熱后的翹 曲變形，以免影響摩擦片的均勻壓緊及與離合器的徹底分離，厚度約為15?25 mm。 (3) 與飛輪應(yīng)保持良好的對(duì)中，并要進(jìn)行靜平衡，壓盤單件的平衡精度應(yīng)不低于 15?20 g?cm。 (4) 壓盤高度(從承壓點(diǎn)到摩擦面的距離)公差要小。 壓盤形狀較復(fù)雜，要求傳熱性好，具有較高的摩擦因數(shù)，通常采用灰鑄鐵，一般采 用 HT200、HT250、HT300，硬度為 17

38、0?227HBS。 5.4壓盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選擇 , Y W 0.5 x 7522.1 t =——= mc m x 481.4 m 取 3.5kg 帶入t = 2.3°C，所以符合要求 式中，t為壓盤溫升(C),不超遏8?10C； c為壓盤的比熱容，鑄鐵：c=481.4 J/(kg?C)； m為壓盤質(zhì)量(kg)；Y為傳到壓盤的熱量所占的比例，對(duì)單片離合器壓 盤. 結(jié)論 本設(shè)計(jì)根據(jù)給出的設(shè)計(jì)要求和原始設(shè)計(jì)參數(shù)，以及拉式膜片彈簧離合器及其操 縱機(jī)構(gòu)的工作原理和使用要求，通過對(duì)其工作原理的闡述、結(jié)構(gòu)方案的比較和選擇、相 關(guān)零件參數(shù)的計(jì)算，大致確定了離合器及其操縱機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和主要

39、尺寸以及制造相 關(guān)零部件所用的材料。 結(jié)構(gòu)方面：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，考慮到使用條件和其顯著的優(yōu)點(diǎn)，選用帶扭轉(zhuǎn)減振器的 單片拉式膜片彈簧離合器。 計(jì)算方面：確定了離合器的主要參數(shù)B, P0 D,d，結(jié)果按照基本公式運(yùn)算得出并通 過約束條件，檢驗(yàn)合格。根據(jù)膜片彈簧基本參數(shù)之間的約束關(guān)系，初步確定了膜片彈簧 的尺寸參數(shù)，并通過優(yōu)化程序得出了膜片彈簧尺寸的優(yōu)化值，并進(jìn)一步確定了膜片彈簧 的工作點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行了強(qiáng)度校核。確定了扭轉(zhuǎn)減振器和變速器的主要尺寸。 選材方面：摩擦片選用編織石棉基材料，保證其有足夠的強(qiáng)度和耐磨性、熱穩(wěn)定性、 磨合性，不會(huì)發(fā)生粘著現(xiàn)象。膜片彈簧采用65Si2MnA，其中所含硅成分提高了機(jī)件的彈 性，所含金孟，加強(qiáng)了耐高溫性；傳動(dòng)片采用80剛，滿足其強(qiáng)度需要；壓盤采用HT200, 提高了耐磨性；離合器蓋從用鑄鐵，提高了散熱能力。 綜上所述，本次設(shè)計(jì)遵從了：（1）分離徹底；（2）接合柔和；（3）操縱輕便，工作 特征穩(wěn)定；（4）從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，數(shù)據(jù)全部通過約束條件檢驗(yàn)，原件所 使用的材料基本上符合耐磨，耐壓和耐高溫的要求，而且離合器尺寸合適，適宜安裝， 能最高效率傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，符合計(jì)劃書及國家標(biāo)準(zhǔn)。 由于水平有限，我在設(shè)計(jì)中不免出現(xiàn)偏頗和錯(cuò)誤，希望老師批評(píng)指正。