輕型卡車貨車膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)【附贈(zèng)CAD圖紙、三維模型】

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附贈(zèng)CAD圖紙和三維圖紙、說明書,領(lǐng)取加Q 197216396 或 11970985 輕型卡車離合器 設(shè) 計(jì) 院(部)別 汽車工程學(xué)院 專 業(yè) 車 輛 工 程 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 年6月 摘 要 隨著物流業(yè)的發(fā)展，輕型卡車在城市短途物流運(yùn)輸中作用越來越重要。而離合器是輕型卡車乃至各種汽車中都扮演著一個(gè)極其重要的角色，作為發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間的關(guān)鍵部件，它的工作性能直接影響了整車的運(yùn)行狀況。前人對(duì)離合器進(jìn)行了極其細(xì)化的研究，包括對(duì)各部件和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等。近年來，離合器的發(fā)展突飛猛進(jìn)，結(jié)構(gòu)形式千變?nèi)f化，但是離合器的作用卻是千篇一律，它通過摩擦來傳遞扭矩，切斷或結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的動(dòng)力傳遞；使汽車平穩(wěn)起步；確保換擋時(shí)變速器與發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合平順；限制變速器接受到的轉(zhuǎn)矩，防止傳動(dòng)系過載。近年來，膜片彈簧離合器得到了非常完善的優(yōu)化，應(yīng)用于各種汽車上，且工作性能較穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)在前面眾多科研工作者的努力的結(jié)果下，對(duì)拉式膜片進(jìn)行了計(jì)算與設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵字：輕型卡車,離合器,膜片彈簧，CAD  Abstract With the development of the logistics industry, light trucks play more and more important role in urban short distance logistics. The clutch is a light truck and even a variety of cars are playing an extremely important role, as the engine and the key components between the transmission, its performance directly affects the operation of the vehicle. Previously, the clutch was subjected to extremely detailed studies, including optimization of components and structures. In recent years, the development of the clutch by leaps and bounds, the structure of the ever-changing, but the role of the clutch is stereotyped, it is throCATIAh the friction to transmit torque, cut off or combine the power transmission between the engine and the transmission; smooth start; The engine is combined smoothly; limits the torque received by the transmission to prevent the transmission from overloading. In recent years, the diaphragm spring clutch has been very perfect optimization, used in a variety of cars, and the work performance is more stable. The design of the front of many scientific research workers in the efforts of the results, the pull-type diaphragm was calculated and designed. Key words：Light Truck,Clutch,Disk Spring，CAD 目 錄 前 言 1 1結(jié)構(gòu)方案分析 2 1.1從動(dòng)盤數(shù)的選擇：?jiǎn)纹x合器 2 1.2壓緊彈簧和布置形式的選擇：拉式膜片彈簧離合器 2 1.3膜片彈簧的支撐形式 3 1.4 壓盤驅(qū)動(dòng)方式 3 2離合器主要參數(shù)的選擇 4 2.1后備系數(shù)β 4 2.2摩擦因數(shù)f、摩擦面數(shù)Z和離合器間隙△t 4 2.3單位壓力p0 4 2.4摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度b 5 2.5摩擦片的計(jì)算與優(yōu)化 5 3膜片彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算 8 3.1膜片彈簧基本參數(shù)的選擇 8 3.2 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì) 8 3.3膜片彈簧的強(qiáng)度分析 10 4主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 4.1扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì) 12 4.1.1扭轉(zhuǎn)減振器的概述 12 4.1.2扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì) 12 4.1.3扭轉(zhuǎn)彈簧的設(shè)計(jì) 13 4.2從動(dòng)盤總成的設(shè)計(jì) 15 4.2.1從動(dòng)盤轂 16 4.2.2從動(dòng)片與波形片的設(shè)計(jì) 17 4.2.3摩擦片的設(shè)計(jì) 18 4.3離合器蓋總成的設(shè)計(jì) 19 4.3.1離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求： 19 4.3.2壓盤的設(shè)計(jì) 19 4.3.3 傳力片等的設(shè)計(jì) 20 5離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 22 5.1操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式選擇 22 結(jié) 論 23 致 謝 25 參考文獻(xiàn) 26 設(shè)計(jì)論文 前 言 設(shè)計(jì)的目的及意義：離合器是與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的一個(gè)重要的部分，它的主要功能是作為發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的過渡部件，將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳到或切斷至變速器上，確保汽車安穩(wěn)起步；換擋時(shí)不發(fā)生沖擊；避免變速器承受過大的轉(zhuǎn)矩，防止傳動(dòng)系過載。在現(xiàn)代大多數(shù)汽車中，尤其在輕型卡車上，離合器扮演著越來越重要的角色，提高離合器的工作性能是眾多科研者工作重點(diǎn)。離合器的結(jié)構(gòu)形式也從推式離合器漸漸演化成拉式離合器，離合器的結(jié)構(gòu)也變得簡(jiǎn)單，工作性能也得到了進(jìn)一步提高。在輕型卡車中，從一開始的周布彈簧離合器逐漸演變?yōu)槟て瑥椈呻x合器[2]，結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化，性能得到了優(yōu)化。操縱機(jī)構(gòu)也向自動(dòng)操縱方式發(fā)展，將離合器在傳動(dòng)系的銜接作用變得日漸重要和協(xié)調(diào)。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展歷程:1980年以來，國(guó)內(nèi)各大生產(chǎn)廠商為了使離合器在汽車中配套使用，他們從國(guó)外引進(jìn)了一批膜片彈簧離合器。他們這種行動(dòng)極大地促進(jìn)了國(guó)內(nèi)膜片彈簧離合器的發(fā)展，開闊了國(guó)內(nèi)離合器的市場(chǎng)，激發(fā)了國(guó)內(nèi)科研工作者的熱情。但是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平有限，相比于國(guó)外的制造水平還有差距。近年來，國(guó)內(nèi)制造技術(shù)突飛猛進(jìn)，離合器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及制造水準(zhǔn)正在向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靠近，對(duì)于中國(guó)的汽車制造業(yè)是一個(gè)有力催化劑，催生了一批國(guó)產(chǎn)離合器，其質(zhì)量符合中國(guó)人民的使用要求。在國(guó)內(nèi)，近幾年出版的專著及文獻(xiàn)對(duì)膜片彈簧離合器有一定的研究，如武漢理工大學(xué)的劉安陣的《微型汽車離合器膜片彈簧力學(xué)分析與研究》[2]，國(guó)外的離合器技術(shù)比較先進(jìn)，國(guó)外離合器技術(shù)的發(fā)展歷史比較長(zhǎng)，也算是一個(gè)逐漸完善的產(chǎn)物，最初的離合器是將飛輪的內(nèi)孔做成錐形作為離合器的主動(dòng)部分[2]。這種設(shè)計(jì)一直延續(xù)到1920年左右，對(duì)于那個(gè)時(shí)代而言，這種離合器的構(gòu)造單一，加工簡(jiǎn)潔，在當(dāng)時(shí)普遍使用[2]。而當(dāng)時(shí)的單片干式離合器結(jié)構(gòu)緊湊，散熱性好，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，所以在以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車上應(yīng)用廣泛，但是其與錐形離合器一個(gè)共同的缺點(diǎn)就是結(jié)合不平順。在本世紀(jì)初，彈簧離合器開始使用，目前已有三種彈簧離合器，從一開始的螺旋彈簧離合器到推式彈簧離合器，推式彈簧離合器是由美國(guó)通用公司于1938年以來應(yīng)用于該公司轎車中，是離合器時(shí)代一個(gè)偉大的進(jìn)步，20世紀(jì)60年代以來應(yīng)用于各種汽車中[2]。直到后來原西德F&S研制的拉式膜片彈簧離合器成功，1980年以來，各種汽車開始廣泛使用。近年來更是由于制造技術(shù)的進(jìn)步，拉式膜片彈簧離合器的缺點(diǎn)逐漸完善，應(yīng)用得到了進(jìn)一步推廣。拉式離合器在本文中進(jìn)行了一些細(xì)節(jié)優(yōu)化，以改變其安裝困難，制造不便等缺陷，進(jìn)一步優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，對(duì)零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些改變，使其在一些輕型卡車的應(yīng)用中更加簡(jiǎn)潔方便，減少制造成本。尤其是對(duì)裝配困難進(jìn)行深入的探討。 主要任務(wù)：采用三維建模軟件與分析軟件對(duì)離合器進(jìn)行仿真。使其在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的過渡功能發(fā)揮良好，減少振動(dòng)與噪音，增加傳動(dòng)效率，提高汽車的NVH。 1結(jié)構(gòu)方案分析 在現(xiàn)代大部分手動(dòng)擋內(nèi)燃機(jī)汽車中應(yīng)用最多的應(yīng)該是干濕摩擦離合器，這種離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易。近年來，隨著電動(dòng)汽車，AMT等的發(fā)展。從事離合器的結(jié)構(gòu)及優(yōu)化的科研人員急劇減少。所以未來離合器的結(jié)構(gòu)不會(huì)有太大的改變。 摩擦離合器 從動(dòng)盤數(shù) 彈簧布置形式 彈簧形式 作用方向 單片 雙片 圓周布置 中央布置 螺旋彈簧 膜片彈簧 推式 拉式 圖 1.1離合器的分類 Fig.1.1 the kind of clutch 1.1從動(dòng)盤數(shù)的選擇：?jiǎn)纹x合器 單片離合器：適用于質(zhì)量較輕的輕型卡車，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩一般較小。由于少了一片從動(dòng)盤，所以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的慣性較小，產(chǎn)生的熱量小，徑向的尺寸也比較小。 雙片離合器：一般用于傳遞轉(zhuǎn)矩較大且徑向尺寸受到限制的場(chǎng)合。 多片式離合器：多片離合器多為濕式。主要應(yīng)用于最大總質(zhì)量大于14噸的商用車的行星齒輪變速器換擋機(jī)構(gòu)中。 對(duì)乘用車和最大質(zhì)量小于6t的商用車而言，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩一般不大，在布置尺寸容許條件下，離合器通常只設(shè)有一片從動(dòng)盤。本設(shè)計(jì)的輕型卡車質(zhì)量較小，而且徑向尺寸不會(huì)受到限制，所以選用單片離合器。 1.2壓緊彈簧和布置形式的選擇：拉式膜片彈簧離合器 膜片彈簧是由一種常用的鋼材料制成，結(jié)構(gòu)比較特殊，主要還是考慮它的強(qiáng)度設(shè)計(jì)來改變尺寸。它由兩部分組成，包括分離爪和碟簧部分[1]。 (1) 膜片彈簧的優(yōu)點(diǎn)如下： ①它的彈性特性不是線性的。 ②具有壓緊和作為分離杠桿的功能。 ③當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度過高時(shí)，它的壓緊力并不會(huì)下降太多，所以壓緊力也不會(huì)改變多少。 ④它的整個(gè)圓周與壓盤相接觸，從而壓力散布協(xié)調(diào)，摩擦片與壓盤接觸較良，片面磨損度相同。 ⑤散熱性較好，耐用。 ⑥膜片彈簧的中心和離合器的中心線要對(duì)齊，增加平衡。 2.構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便，軸向尺寸小，零件數(shù)量少等，是拉式離合器的眾多優(yōu)點(diǎn)，而且，它相對(duì)于推式離合器來說，拉式離合器可以不使用支撐環(huán)，或者采用一個(gè)支撐環(huán)的支撐形式。 由于拉式膜片彈簧離合器比較適合輕型卡車，所以選擇拉式膜片彈簧離合器。 1.3膜片彈簧的支撐形式 圖1.2為拉式膜片彈簧的支承形式—單支承環(huán)形式，將膜片彈簧大端支承在離合器蓋中的支承環(huán)上。 圖 1.2 Fig.1.2 本設(shè)計(jì)采用單一支撐環(huán)的支撐形式。 1.4 壓盤驅(qū)動(dòng)方式 壓盤的啟動(dòng)方法主要有凸塊——窗孔式、傳力銷式、鍵塊式和彈性傳動(dòng)片式等幾種。[1]上面的幾種傳動(dòng)方法有一個(gè)共同的不足，就是在傳力處之間有縫隙，所以在傳動(dòng)的時(shí)候?qū)a(chǎn)生不合和噪音，而且在磨損過程中，隨著磨損增加，沖擊也越來越大，減少了離合器的傳力效果。為了避免上述不足，所以當(dāng)代大多采用彈性傳動(dòng)片來將飛輪傳至離合器蓋的力傳到壓盤上，這樣既保證了壓盤與離合器的彈性連接，還確保了壓盤和飛輪的中心線重合，運(yùn)行起來平衡性好，工作起來安穩(wěn)，使用時(shí)間長(zhǎng)。 綜合以上：本設(shè)計(jì)適合選用彈性驅(qū)動(dòng)片驅(qū)動(dòng)。 2離合器主要參數(shù)的選擇 2.1后備系數(shù)β 離合器的靜摩擦力矩為 (2.1) 上式中，f為摩擦片中摩擦面的摩擦因數(shù)，計(jì)算時(shí)常取0.25～0.30；F為離合器工作時(shí)壓盤壓緊摩擦片的壓力；Rc為摩擦片的平均摩擦半徑；Z為摩擦片的摩擦面數(shù)，單片離合器取2[1]。 為了使發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠，Tc應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)的極限轉(zhuǎn)矩。即： (2.2) β是離合器中一個(gè)非常重要的參數(shù)，它反應(yīng)了離合器可以傳遞大于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩能力[9]。選取它時(shí)，要考慮當(dāng)摩擦片受到磨損變薄時(shí)，離合器的工作性能不可以下降太多。 最大總質(zhì)量小于6t的商用車β選擇：1.20～1.75，本次設(shè)計(jì)的輕型卡車總質(zhì)量較輕所以取β = 1.20。 2.2摩擦因數(shù)f、摩擦面數(shù)Z和離合器間隙△t 表2.1 摩擦材料的摩擦因數(shù)f的取值范圍 Tab. 2.1 Friction material friction coefficient f range of values 摩擦片材料 摩擦因數(shù)f 石棉基材料 模壓 0.20~0.25 編織 0.25~0.35 本次設(shè)計(jì)的輕型卡車轉(zhuǎn)矩較小，可以采用石棉基編織材料，取f = 0.30 。 摩擦面數(shù)是離合器中從動(dòng)盤數(shù)的兩倍，由要設(shè)計(jì)的車型的發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩來選取，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩較小，則選用單片即可。由于轉(zhuǎn)矩較小，本次設(shè)計(jì)取單片離合器 Z = 2 。 離合器間隙△t是當(dāng)分離套筒被回位彈簧拉到極限位置，避免由于摩擦片的磨損而不能正常工作，分離杠桿和分離軸承留下的間隙[1]否則進(jìn)而影響離合器的工作性能。該間隙△t一般為3～4㎜ 。本次設(shè)計(jì)取△t =3 ㎜ 。 2.3單位壓力p0 單位壓力的選取要慎重，因?yàn)樗鼪Q定了離合器的工作性能，合適的單位壓力可以增加離合器的使用時(shí)間。取值范圍見表2-2 表2.2 摩擦片單位壓力p0的取值范圍 Tab. 2.2 Range of friction plate unit pressure p0 摩擦片材料 單位壓力p0/Mpa 石棉基材料 模壓 0.15~0.25 編織 0.25~0.35 p0選擇：0.10MPa≤p0≤1.50MPa，本次設(shè)計(jì)取p0=0.3MPa。 2.4摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度b 離合器的一個(gè)重要參數(shù)就是摩擦片的外徑，它對(duì)離合器的外圍尺寸、重量和使用時(shí)間有關(guān)鍵性的影響。 摩擦片的外徑D可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 (2.3) 取=18 則D=301mm 由GB/T5764-2011選取標(biāo)準(zhǔn) 表2.3面片尺寸 Tab. 2.3 patch size 當(dāng)摩擦片外徑D確定后,本次設(shè)計(jì)取D為325㎜則d取200㎜，b取3.5㎜，槽數(shù)取20個(gè)。 2.5摩擦片的計(jì)算與優(yōu)化 本設(shè)計(jì)一開始根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書確定離合器一些基本的性能參數(shù)，然后根據(jù)一系列的限制條件進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化，是離合器的尺寸更加使用與發(fā)動(dòng)機(jī)上，使它的傳遞效率更高。 ⑴摩擦片外徑D的大小要遵循最大圓周速度不大于65～70m/s 即 （3.1） 符合要求。 式中, VD為摩擦片最外緣的圓周速度(m/s);nemax為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率時(shí)產(chǎn)生的最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度(r/min)。 ⑵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 = 0.62。 ⑶離合器應(yīng)當(dāng)傳遞比發(fā)動(dòng)機(jī)功率更大的轉(zhuǎn)矩，這樣才更保險(xiǎn)。對(duì)于不同車型來說，汽車的使用要求不同,后備系數(shù)的選取不同，但一般不超過4，不低于1.2。本次設(shè)計(jì)的輕型卡車較適合采用1.2。 ⑷為了使扭轉(zhuǎn)減震器可以比較容易的安裝到離合器上，摩擦片的內(nèi)徑d應(yīng)滿足mm。為扭轉(zhuǎn)減震器的安裝半徑 ⑸在離合器運(yùn)行中，防止離合器產(chǎn)生較大的熱量，熱量大會(huì)毀壞摩擦片，所以單位壓力的最大范圍為0.10～1.50Mpa。 本次設(shè)計(jì)取 = 0.3Mpa。 ⑹為了防止離合器在汽車一開始低檔行走時(shí)，防止熱量過大毀壞離合器的摩擦片，所以設(shè)計(jì)時(shí)摩擦片的單位摩擦面積滑磨功w應(yīng)小于其許用值[w][1]。 汽車在最初行走時(shí)離合器第一次工作所產(chǎn)生的總滑磨功(J)為： () =()=16726.4(J) (3.2) 式中，ma為汽車總質(zhì)量(kg)；rr為輪胎滾動(dòng)半徑(m)；ig為汽車起步時(shí)所用變速器檔位的傳動(dòng)比；i0為主減速器傳動(dòng)比；ne為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；商用車ne取1500 r/min 。[3] w = = 0.16 < [w] = 0.33J/mm (3.3) 滿足要求 為了表現(xiàn)離合器承受過大轉(zhuǎn)矩的能力，單位摩擦面積所能承受的轉(zhuǎn)矩要小于許用值。[3] 表3.1轉(zhuǎn)矩許用值 Table 3.1 Torque Allowances 離合器規(guī)格D/mm <=210 <=210～250 <=250～325 >325 0.28 0.30 0.35 0.40 即 (3.4) 小于許用值0.35 本次設(shè)計(jì)使用CATIA對(duì)摩擦片進(jìn)行了三維建模如下圖 圖2.1摩擦片 Fig2.1Friction plate 3膜片彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1膜片彈簧基本參數(shù)的選擇 ⑴選取比值H/h和h 彈簧的工作性能受比值H/h的影響比較大，為了確保壓緊力不會(huì)發(fā)生較大的變化， 汽車離合器用膜片彈簧的 一般為㎜，板厚為㎜[8]。 結(jié)合本次設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù):， ， 。 ⑵選取R/r比值和 R、r 經(jīng)過研究，R/r越大，膜片彈簧的綜合性能較差，承受的載荷也較小。綜合考慮離合器構(gòu)造和保證壓緊力的要求。摩擦片內(nèi)外徑之比應(yīng)在1.25到1.3之間。拉式膜片彈簧離合器一般設(shè)計(jì)時(shí)的彈簧內(nèi)徑大于或等于摩擦片的平均半徑[8]。即 取 ，。 ⑶α的選擇 α一般在9～15范圍內(nèi)，它和內(nèi)截準(zhǔn)的高度H有很大關(guān)系[8]。 符合要求。 ⑷分離指數(shù)目n的選取 分離指數(shù)目n常取18，本設(shè)計(jì)計(jì)算出來的膜片彈簧尺寸屬于一般的尺寸，取分離指數(shù)目n =18[8]。 ⑸膜片彈簧小段內(nèi)半徑r0及分離軸承作用半徑rf的要求 內(nèi)徑r0的最小值為了不和分離軸承運(yùn)動(dòng)干涉，所以r0應(yīng)大于rf [8]。 ⑹切槽寬度δ1,δ2和半徑re的選取與計(jì)算 ，,的取值應(yīng)滿足[8]。 本次設(shè)計(jì)取， ， 取118mm。 ⑺選取壓盤加載點(diǎn)的半徑R1和支撐環(huán)加載點(diǎn)半徑r1[8] R1=155 r1=134 3.2 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì) 對(duì)于膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)就是使它的一些基本數(shù)據(jù)參數(shù)滿足一些限制條件，這些都是前人經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)得來的公式，目的就是使膜片彈簧的性能達(dá)到最佳。 ⑴設(shè)計(jì)膜片彈簧時(shí)，彈簧的H/h 與初始底錐角α≈H/(R-r)應(yīng)在一定范圍內(nèi)，來確保離合器的性能得到優(yōu)化[8]。即 ⑵彈簧的一些基本參數(shù)的數(shù)值范圍要在規(guī)定范圍內(nèi)，即 ⑶拉式膜片彈簧的壓盤加載點(diǎn)半徑r1應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，[8]即 ⑷為了使彈簧比較適合地安裝在離合器上，摩擦片的平均半徑和膜片彈簧的外徑還有其他參數(shù)之差要在規(guī)定范圍內(nèi)[8]即 0≤ r1-r≤6 1≤R-R1=5 ≤7 0≤=2≤4 ⑸膜片彈簧的分離指的杠桿比要滿足下面的限制要求[8]即 拉式： 由4,5可得=44mm =40mm 本次設(shè)計(jì)使用CATIA依據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)膜片彈簧進(jìn)行了三維建模 圖3.1膜片彈簧 Fig. 3.1 diaphragm spring 3.3膜片彈簧的強(qiáng)度分析 依據(jù)ANSYS對(duì)膜片彈簧進(jìn)行分析，在膜片彈簧上施加一個(gè)圓周力，得到彈簧的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)缦聢D 圖3.2應(yīng)變圖 Fig. 3.2 strain diagram 由此可見應(yīng)變最大的地方在分離指端，符合設(shè)計(jì)的初衷。 圖3.3應(yīng)力圖 Fig. 3.3 Stress diagram 應(yīng)力最大的地方在分離指附近，符合實(shí)際時(shí)的初衷。 圖3.4劃分網(wǎng)格 Figure 3.4 Divide the grid 通過對(duì)膜片彈簧的強(qiáng)度分析可知，設(shè)計(jì)時(shí)的數(shù)據(jù)基本符合設(shè)計(jì)時(shí)初衷，只需在其他零件的結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)正常，即可保證膜片彈簧的強(qiáng)度。 4主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì) 4.1.1扭轉(zhuǎn)減振器的概述 扭力減震器主要由彈性部件（振動(dòng)彈簧或橡膠）和阻尼部件（阻尼片）等部件組成[3]。彈性元件可以有效地減少變速器輸入軸的扭轉(zhuǎn)剛度，保證軸的剛度不會(huì)受到破壞；阻尼元件可以將離合器振動(dòng)產(chǎn)生的熱量降低。 4.1.2扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì) ⑴極限轉(zhuǎn)矩Tj 極限轉(zhuǎn)矩的數(shù)值受減震彈簧許用應(yīng)力的影響，與發(fā)動(dòng)機(jī)極限轉(zhuǎn)矩有關(guān)，一般可取[9] (4.1) 一般乘用車：系數(shù)取 即 　　　　　　 (4.2) 　　⑵扭轉(zhuǎn)角剛度 13420=5460Nm 　　　　　 (4.3) ⑶阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩Tu 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩及結(jié)構(gòu)限制了減振器扭轉(zhuǎn)剛度n，n不可以偏低，所以為了使發(fā)動(dòng)機(jī)在正常轉(zhuǎn)速時(shí)最大程度減低振動(dòng)，所以要適當(dāng)?shù)倪x取減震器的摩擦轉(zhuǎn)矩[9]。 一般可按下式初選： Tu=(0.06～0.17)Temax （4.4） 取Tu= 0.12Temax = 33.6 ⑷預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn 研究說明，減震彈簧安裝時(shí)都有一定的預(yù)緊，這樣更有利于扭轉(zhuǎn)減震器的工作性能。[9] (4.5) ⑸減震彈簧安裝的半徑R0 R0的尺寸要設(shè)計(jì)的比較大一些，普遍選取 (4.6) 與上面的限制條件 取 ⑹減振彈簧個(gè)數(shù)Zj Zj依據(jù)摩擦片外徑D = 325 mm 進(jìn)行選取，可以選取Zj為6～8，選取Zj=6[9] ⑺減振彈簧總壓力F∑ 當(dāng)限位銷與從動(dòng)盤轂之間的縫隙被消除，減震彈簧承受的轉(zhuǎn)矩達(dá)到極限時(shí)，減震彈簧受到的壓力F∑為[9] 420000N㎜/65= 6500N (4.7) 單個(gè)減震彈簧的工作負(fù)荷P=6500/6=1083N ⑻極限轉(zhuǎn)角本次設(shè)計(jì) 取4。 4.1.3扭轉(zhuǎn)彈簧的設(shè)計(jì) (1) 選擇材料，依據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》采用65mn彈簧鋼絲，設(shè)彈簧絲1直徑4㎜， =1620Mpa [τ]=0.5 =810Mpa (2) 選擇旋繞比，根據(jù)下表選取 表4.1 Tab.4.1 D/㎜ 0.2～0.4 0.45～1 1.1～2.2 2.5～6 7～16 18～42 C=D/d 7～14 5～12 5～10 4～9 4～8 4～6 取C=4 曲度系數(shù) (3) 強(qiáng)度計(jì)算 合格 （4）中徑=Cd=16㎜ D=+d=20㎜ 表4.2壓簧的計(jì)算公式表 Tab. 4.2 Calculation formula of compression spring （5）彈簧剛度K=89.48N/㎜ 工作圈數(shù)n=6.98 取7 總?cè)?shù)取9 （6） 彈簧的最低高度=dn=49=36㎜ （7） 總變形量f=9.08㎜ （8） 彈簧的最低高度=dn=49=36㎜ （9） 自由高度H0=45.08㎜ （10）減震彈簧預(yù)緊變形量 (11)減震安裝高度 l=H0-f1=45㎜ （12）定位鉚釘?shù)陌惭b位置 取=72.5㎜ 本設(shè)計(jì)采用CATIA對(duì)減震器及減震彈簧依據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行了三維建模具體如下 圖4.1 減震彈簧 Fig. 4.1Shock absorber spring 圖4.2減震器盤 Fig.4.2 Shock absorber disk 4.2從動(dòng)盤總成的設(shè)計(jì) 從動(dòng)盤由從動(dòng)片、摩擦片及從動(dòng)盤轂3個(gè)基本部分組成。從動(dòng)盤有兩種類型帶扭轉(zhuǎn)減震器和不帶扭轉(zhuǎn)減震器，本次設(shè)計(jì)選用帶扭轉(zhuǎn)減震器的。 設(shè)計(jì)從動(dòng)盤總成時(shí)應(yīng)注意滿足以下幾個(gè)要求。 ⑴降低從動(dòng)盤由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣性產(chǎn)生的力，這樣就能降低變速器換擋時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)。 ⑵從動(dòng)盤要裝上扭轉(zhuǎn)減震器，來防止傳動(dòng)系的由于扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)，還可以減少?zèng)_擊。 ⑶從動(dòng)盤要有足夠的抗爆裂程度。 4.2.1從動(dòng)盤轂 從動(dòng)盤轂是離合器中承受發(fā)動(dòng)機(jī)載荷最大的部件，它擔(dān)任起了傳力的重任。花鍵的尺寸由表4.3選取。 表4.3從動(dòng)盤轂花鍵的尺寸 Tab. 4.3 Dimensions of the driven hub hub splines 本次設(shè)計(jì)D = 325 mm ，Temax= 280Nm 故選擇花鍵類型為： 表4.4花鍵的尺寸 Tab. 4.4 Size of splines 摩擦片外徑D/㎜ 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax/（Nm） 花鍵尺寸 擠壓應(yīng)力/Mpa 齒數(shù)n 外徑D/㎜ 內(nèi)徑d/㎜ 齒厚t/㎜ 有效齒長(zhǎng)l/㎜ 325 373 10 40 32 5 45 11.4 要對(duì)花鍵進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，來確?；ㄦI的壽命達(dá)到要求。如果達(dá)不到要求，可以增加花鍵的尺寸 （4.8） 式中，n是花鍵齒數(shù) ；h是花鍵齒工作高度，；l是花鍵有效長(zhǎng)度(㎜),P是花鍵的齒側(cè)面壓力（N）。它由下式確定 (4.9) 式中，d，D分別為花鍵的內(nèi)外徑（㎜）；Z是從動(dòng)盤轂的數(shù)目；是發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（Nm）。[1] 求得=2.16Mpa 從動(dòng)盤轂一般都由中碳鋼鍛造而成，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其擠壓應(yīng)力不應(yīng)超過20Mpa。 本次設(shè)計(jì)依據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)從動(dòng)盤轂進(jìn)行了三維建模如下圖 圖4.3從動(dòng)盤轂 Fig. 4.3 driven hub 4.2.2從動(dòng)片與波形片的設(shè)計(jì) 從動(dòng)片的質(zhì)量要較輕來減小它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為了減少變速器變換檔位時(shí)產(chǎn)生的沖擊，從動(dòng)片的厚度一般不厚。因?yàn)檎w式彈性從動(dòng)片很難保證各個(gè)閃片的應(yīng)力應(yīng)變相同，所以采用分開式彈性從動(dòng)片來消除這個(gè)難點(diǎn)[3]。波形彈簧鋼片一般厚度為1.3～2.5mm[3]。 本次設(shè)計(jì)取2㎜并對(duì)從動(dòng)片及波形片進(jìn)行了三維建模如下圖 圖4.4從動(dòng)片 Fig. 4.4 Slider 圖4.5波形片 Fig.4.5 Waveform 4.2.3摩擦片的設(shè)計(jì) 摩擦片應(yīng)滿足以下要求： ⑴摩擦系數(shù)的值越大，有利于降低溫度，單位壓力，滑動(dòng)速度對(duì)其的影響。 ⑵要有較大的強(qiáng)度。 ⑶質(zhì)量要小，來減少轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的慣量。 ⑷熱穩(wěn)定性要好。 ⑸磨合性要好，不至刮傷飛輪和壓盤表面。 ⑹工作時(shí)要平穩(wěn)，不會(huì)產(chǎn)生顫抖。 ⑺不工作時(shí)間長(zhǎng)了，不會(huì)發(fā)粘。 石棉基材料雖然性能不穩(wěn)定，但適用于輕型，中型載荷下工作。所以本次設(shè)計(jì)選用石棉基材料。 4.3離合器蓋總成的設(shè)計(jì) 4.3.1離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求： （1）為了不降低離合器的性能，離合器蓋要有足夠的剛性。 ⑵為了減輕重量和增加承受載荷的能力，汽車和普通卡車離合器蓋通常使用的厚度約為3至5mm的低碳鋼板不是特別簡(jiǎn)單的形狀。 ⑶離合器內(nèi)會(huì)裝上壓盤，膜片彈簧等零件，所以要和飛輪的中心對(duì)齊，以防干涉離合器的平衡。使用定位稍或定位螺栓定位。 ⑷蓋的膜片彈簧支承處要有較低的粗糙度。 ⑸為了便于散去離合器工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，要在離合器上開較大的通風(fēng)口或者加上排風(fēng)扇。 設(shè)計(jì)離合器蓋的尺寸時(shí)綜合考慮了摩擦片和壓盤的尺寸，使用CATIA進(jìn)行三維建模如下圖 圖4.6離合器蓋 Fig.4.6Clutch cover 4.3.2壓盤的設(shè)計(jì) 對(duì)壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求及傳力方式: ⑴壓盤的重量不能太輕，還要注意散去工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。 ⑵壓盤的剛度不能太小，不然摩擦片和壓盤會(huì)發(fā)生黏著，從而影響離合器的工作性能，厚度不能太薄，厚度約為15～25 mm 。 本次設(shè)計(jì)采用20㎜。 ⑶與飛輪的對(duì)中性能好，而且靜平衡也也很重要，壓盤單件的平衡精度應(yīng)不低于15～20 gcm。[9] ⑷壓盤工作部位的粗糙度要低，以免產(chǎn)生不必要的摩擦生熱。 壓盤的外形設(shè)計(jì)較復(fù)雜，還要求它有足夠的散熱能力，材料一般選用灰鑄鐵，一般采用HT200，硬度為170～227HBS。本次設(shè)計(jì)壓盤的材料采用HT200。[9] 壓盤的設(shè)計(jì)尺寸參考了摩擦片的尺寸，使用CATIA進(jìn)行三維建模。 圖4.7 壓盤 Fig.4.7 pressure plate 4.3.3 傳力片等的設(shè)計(jì) ⑴傳力片是離合器中一個(gè)比較重要的部件，它將壓盤和離合器蓋彈性的連接在了一起，還能使壓盤軸向移動(dòng)，它一般使用三到四組，沿著壓盤的圓周。 本次設(shè)計(jì)采用三組傳力片，每組傳力片還有三個(gè)傳力片，這樣保證了剛度和彈性。 ⑵分離杠桿裝置 ①分離杠桿的彎曲強(qiáng)度要較大，不然承受較大的力時(shí)，發(fā)生了變形，則不能是壓盤和膜片彈簧分離，影響了離合器的工作性能。 ②要讓支撐分離杠桿的裝置和操縱壓盤的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)的影響應(yīng)盡可能小。 ③分離杠桿裝置的所有內(nèi)端的高度應(yīng)調(diào)至與壓盤相平行的平面上，它們的高度差不能相差0.2㎜。 ④要盡量減少由于分離杠桿的旋轉(zhuǎn)慣性力而導(dǎo)致壓盤的壓緊力減少。 ⑤為了有利于離合器的散熱，減少自身產(chǎn)生的熱量，分離杠桿可以做成葉輪的形狀，以利于通風(fēng)和散熱。 ⑶支承環(huán) 支承環(huán)和支承鉚釘?shù)难b配精度要高，尺寸盡量做到精細(xì)，表面的粗糙度要低。支承環(huán)一般采用3.0～4.0的碳素彈簧鋼絲。 ⑷分離軸承總成 本設(shè)計(jì)采用角接觸推力球軸承 本次設(shè)計(jì)采用傳力片傳動(dòng)，使用CATIA進(jìn)行三維建模，并選取合適的尺寸。如圖 圖4.8傳力片 Fig. 4.8 Power sheet 5離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 離合器的操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是離合器設(shè)計(jì)中較簡(jiǎn)單的一部分，但是其重要程度不可小視，它不止關(guān)系到離合器的工作性能，對(duì)于安全非常重要。 所以設(shè)計(jì)離合器操縱機(jī)構(gòu)一定要謹(jǐn)遵以下的要求： ①盡可能減小駕駛員踩踏板的力度，一來可以緩解駕駛疲勞，再者減少操縱機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的振動(dòng)。平時(shí)乘坐的小汽車要一般在80～150N,商用載貨汽車一般在150～200N. ②駕駛員踩踏板的行程一般不超過150㎜，最大不超過180㎜，不小于80㎜。 ③踏板的自由行程的限制非常重要，所以要安裝限位裝置，以防操縱機(jī)構(gòu)的零件由于受力過大而毀壞。 ④應(yīng)具有足夠的剛度。 ⑤踏板自由行程的調(diào)整裝置必不可少，因?yàn)殡x合器使用時(shí)間長(zhǎng)了，摩擦片的厚度難免會(huì)減少，這時(shí)要自動(dòng)調(diào)整踏板的自由行程。 ⑥傳動(dòng)效率要高。 ⑦汽車中其余部分的工作不會(huì)影響離合器的操縱。 ⑧操縱機(jī)構(gòu)要耐用，效率要高，修整方便。 5.1操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式選擇 離合器操縱機(jī)構(gòu)主要有機(jī)械式和液壓式兩種形式。由于液壓式離合器較適合運(yùn)用在輕型卡車上，可以有效緩解司機(jī)的疲勞。所以本次設(shè)計(jì)采用液壓式離合器。本次設(shè)計(jì)不再對(duì)操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，目前只需選用成套的合適的操縱機(jī)構(gòu)就可以。 25 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)首先對(duì)離合器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了一定的了解，以及了解了除了摩擦彈簧離合器之外的一些離合器種類，包括DCT，推式等離合器。目前來看國(guó)內(nèi)的離合器市場(chǎng)前景巨大，畢竟離合器是一個(gè)消耗件，零件的更換周期有限制，所以生產(chǎn)具有高質(zhì)量的離合器配件是我們要做的。 本設(shè)計(jì)再來對(duì)離合器的機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，選取適合輕型卡車使用的離合器結(jié)構(gòu)：拉式膜片彈簧離合器。由彈性傳動(dòng)片進(jìn)行傳動(dòng)。選取了離合器的一系列基本參數(shù)，包括后備系數(shù)，摩擦因數(shù)f、摩擦面數(shù)Z和離合器間隙△t等。然后對(duì)摩擦片進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，因?yàn)槟Σ疗请x合器一個(gè)比較重要的零部件，它的好壞直接影響離合器的壽命。 膜片彈簧的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，因?yàn)槟て瑥椈傻膭偠纫靡员ＷC，所以在設(shè)計(jì)中要不僅對(duì)膜片彈簧進(jìn)行計(jì)算還有利用ANSYS進(jìn)行強(qiáng)度分析，確保離合器的工作性能。 接下來就是設(shè)計(jì)離合器的主要的零部件，他們的剛度得以保證較容易，所以只需計(jì)算，扭轉(zhuǎn)減震器，從動(dòng)盤總成，離合器蓋總成的設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單。 本設(shè)計(jì)對(duì)操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)并沒有進(jìn)行太多的贅述，操縱機(jī)構(gòu)變化較大布置起來根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，所以不再進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，了解要求就好。 本設(shè)計(jì)采用CATIA進(jìn)行三維繪圖，利用cad進(jìn)行二維繪圖及標(biāo)注，利用ANSYS對(duì)膜片彈簧進(jìn)行強(qiáng)度分析。 另附離合器總成圖 離合器三維總成 離合器二維總成  致 謝 首先感謝導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)，才順利完成設(shè)計(jì)。在這過程中，如果沒有老師的督促與改正，該設(shè)計(jì)不會(huì)那么完善。其中，對(duì)三維軟件不是那么熟悉的我，也能熟練掌握建模，裝配等，尤其學(xué)會(huì)了ANSYS的操作，可謂是受益匪淺。 在老師的教導(dǎo)下，面對(duì)困難時(shí)不再怯弱，而是更加有勇氣去克服，這種精神也是難能可貴。在這里要感謝前人對(duì)離合器堅(jiān)持不懈的研究，不管對(duì)于離合器的發(fā)展，還是汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步都有極大地促進(jìn)作用。最后感謝對(duì)我有過幫助的老師與同學(xué)，在大學(xué)的最后時(shí)期，體會(huì)到了大學(xué)的溫暖。 參考文獻(xiàn) [1] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. 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