汽車設(shè)計(jì)-課程設(shè)計(jì)-離合器設(shè)計(jì)18頁

1、XX理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文引言現(xiàn)代汽車工業(yè)具有世界性，是開發(fā)型的綜合工業(yè)，競爭也越來越激烈。我國自1953年創(chuàng)建第一汽車制造廠至今，已有130多家汽車制造廠，700多家汽車改裝廠。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，對汽車的使用功能不斷提出新的要求。目前大部分汽車采用離合器作為汽車的動力傳遞機(jī)構(gòu)。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)使人們逐漸趨向于采用單片干式摩擦離合器。它具有從動部分轉(zhuǎn)動慣量小，散熱性好，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，尺寸緊湊，分離徹底等優(yōu)點(diǎn)。而且只要在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，也能使其接合平順。如今，單片干式摩擦離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面也相當(dāng)完善：采用具有軸向彈性的從動盤，提高了離合器的接合平順性；離

2、合器中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動系統(tǒng)的共振，減少了噪音；以及采用了摩擦較小的分離桿機(jī)構(gòu)等。另外，采用了膜片彈簧作為壓簧，可同時(shí)兼起到分離杠桿的作用，使離合器結(jié)構(gòu)大為簡化，并顯著地縮短了離合器的軸向尺寸。膜片彈簧和壓盤的環(huán)行接觸，可保證壓盤上的壓力均勻。由于膜片彈簧本身的特性，當(dāng)摩擦片磨損時(shí)，彈簧的壓力幾乎沒有改變，且可減輕分離離合器時(shí)所需要的踏板力。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上多采用多片干式離合器。此外，近年來由于多片濕式離合器在技術(shù)上的不段改善，在國外的某些重型牽引汽車和自卸車上又開始采用多片濕式離合器，并有不斷增加的傾向。與干式離合器相比，由于用油泵進(jìn)行強(qiáng)制制冷的結(jié)果，摩擦表面的

3、溫度較低（不超過93）。因此，允許起步時(shí)長時(shí)間地打滑或用高檔起步而不致燒損摩擦片，具有良好的起步能力。據(jù)說這種離合器的使用壽命可達(dá)干式離合器的五、六倍。 為了實(shí)現(xiàn)離合器的自動操縱，有自動離合器。采用自動離合器時(shí)可以省去離合器踏板，實(shí)現(xiàn)汽車的“雙踏板”操縱。與其他自動傳動系統(tǒng)（如液力傳動）相比，它具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉及傳動效率高的優(yōu)點(diǎn)。因此，在歐洲小排量汽車上曾得到廣泛的應(yīng)用。但是在現(xiàn)有自動離合器的各種結(jié)構(gòu)中，離合器的摩擦力矩的力矩調(diào)節(jié)特性還不夠理想，使用性能不盡完善。例如，汽車以高檔低速上坡時(shí)，離合器往往容易打滑。因此必須提前換如低檔以防止摩擦片的早期磨損以至燒壞。這些都需要進(jìn)一步改善。 隨

4、著汽車運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，離合器還要在原有的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)和提高，以適應(yīng)新的使用條件。從國外的發(fā)展動向來看，近年來汽車的性能在向高速發(fā)展，發(fā)動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速不斷提高，載重汽車趨向大型化，國內(nèi)也有類似的情況。此外，對離合器的使用要求也越來越高。所以，增加離合器的傳扭能力，提高其使用壽命，簡化操作，已經(jīng)成為目前離合器的發(fā)展趨勢1 汽車離合器簡介1.1 離合器的工作原理摩擦離合器一般是有主動部分、從動部分組成、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)動機(jī)扭矩自曲軸傳出，通過飛輪1和壓盤借摩擦作用傳給從動盤2，在通過從動軸傳給變速器。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，將分離

5、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壓盤向左，這樣，從動盤2兩面的壓力消失，因而摩擦力消失，發(fā)動機(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的摩擦力，使踏板返回原位。此時(shí)壓緊彈簧就推動壓盤向右，仍將從動盤2壓緊在飛輪上1，這樣發(fā)動機(jī)的扭矩又傳入變速器.圖1.1 離合器工作原理圖1飛輪；2從動盤；3離合器踏板；4壓緊彈簧；5變速器第一軸；6從動盤轂1.2 離合器的功用離合器的主要功能是切斷和實(shí)現(xiàn)對傳動系的動力傳遞。其主要作用：1）汽車起步時(shí)將發(fā)動機(jī)與傳動系平順地接合，確保汽車平

6、穩(wěn)起步；2）在換擋時(shí)將發(fā)動機(jī)與傳動系分離，減少變速器中換擋齒輪之間的沖擊；3）限制傳動系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，防止傳動系各零件因過載而損壞；4）有效地降低傳動系中的振動和噪聲。1.3 汽車離合器設(shè)計(jì)的基本要求在設(shè)計(jì)離合器時(shí)，應(yīng)根據(jù)車型的類別，使用要求制造條件以及“三化”（系列化，通用化，標(biāo)準(zhǔn)化）要求等，合理選擇離合器的結(jié)構(gòu)。在離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮以下幾點(diǎn)：1）在任何行駛條件下，既能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)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(shí)要完全、平順、柔和，保證起初起步時(shí)沒有抖動和沖擊。3）分離時(shí)要迅速、徹底。4）從動部分轉(zhuǎn)動慣量要小，以減輕換檔時(shí)變速器齒輪間的沖擊，便于換

7、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）避免傳動系產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振，具有吸收振動、緩和沖擊的能力。7）操縱方便、準(zhǔn)確，以減少駕駛員的疲勞。8）作用在從動盤上的壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在使用過程中變化要盡可能小，保證有穩(wěn)定的工作性能。9）具有足夠的強(qiáng)度和良好的動平衡，一保證其工作可靠、使用壽命長。10）結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、緊湊，制造工藝性好，維修、調(diào)整方便等。2 離合器主要參數(shù)的選擇2.1 初選摩擦片外徑D、內(nèi)徑d、厚度b摩擦片外徑是離合器的基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命。它和離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小有一定的關(guān)系。顯然，傳遞大的轉(zhuǎn)矩，

8、就需要大的尺寸。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩是重要的參數(shù)，當(dāng)按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N m）來選定時(shí)，根據(jù)汽車設(shè)計(jì)（王望予編著，機(jī)械工業(yè)出版社出版）式2-9，有公式 式中摩擦片外徑，mm發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N m為直徑系數(shù)，乘用車取14.6則 =208.5，根據(jù)汽車離合器表3.2.1可知，取D=300mm,d=175mm, b=3.5mm2.2 后備系數(shù)由于所設(shè)計(jì)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(shí)還有些增加），再加上車用車的后備功率比較大，使用條件較好，故取1.5。2.3 摩擦因數(shù)f、離合器間隙t摩擦因數(shù)f=0.25 離合器間隙t=3mm摩擦面數(shù) Z=22.4 單位壓力根據(jù)汽

9、車離合器表3.2.1可知，對于小轎車當(dāng)時(shí),則1.18/Mpa （2-4）所以由于D300mm,取0.265Mpa.故根據(jù)根據(jù)汽車設(shè)計(jì)表22可知當(dāng)0.25Mpa50mm故符合d2R0+50mm的優(yōu)化條件3.3.5 單位壓力為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，選取單位壓力的最大范圍為0.1Mpa1.5Mpa由公式 Tc=Tc= 得=0.15 Mpa 在規(guī)定范圍內(nèi)，故滿足要求3.3.6總摩擦功w根據(jù)汽車設(shè)計(jì)式（213）為了減少汽車起步過程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面過高而發(fā)生燒傷，離合器每一次接合的單位摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其許用值，即：，其中W=為整車質(zhì)量1458kg，為輪胎軌動半徑300

10、mm，為一檔傳動比3.62,為主減速比3.863,汽車總質(zhì)量=+65n+nW=23878.35J/mm 符合要求。3.3.7 單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩為反映離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩并保護(hù)過載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于其許用值，即 式中，為單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩；為其允許值，按表3-1選取。表3-1 單位摩擦面積傳遞轉(zhuǎn)矩的允許值離合器規(guī)D/mm0.280.300.350.40其中 Tc=1.5x204=306代入數(shù)據(jù)=0.320.35 符合要求4 膜片彈簧的設(shè)計(jì)4.1 膜片彈簧的基本參數(shù)的選擇4.1.1 比值和h的選擇為了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一般為1.52.

11、0，板厚h為24mm故初選h=3mm, =1.6則H=4.8mm.圖4.14.1.2 比值和R、r的選擇比值R/r對彈簧的載荷及應(yīng)力特性都有影響，從材料利用率的角度，比值在1.82.0時(shí)，碟形彈簧儲存彈性的能力為最大，就是說彈簧的質(zhì)量利用率和好。因此設(shè)計(jì)用來緩和沖擊，吸收振動等需要儲存大量彈性能時(shí)的碟簧時(shí)選用。對于汽車離合器的膜片彈簧，設(shè)計(jì)上并不需要儲存大量的彈性能，而是根據(jù)結(jié)構(gòu)布置與分離的需要來決定，一般R/r取值為1.21.3.對于R,膜片彈簧大端外徑R應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)上的要求和摩擦片的外徑相適應(yīng)，大于摩擦片內(nèi)徑，近于摩擦片外徑。此外，當(dāng)H，h及R/r等不變時(shí)，增加R有利于膜片彈簧應(yīng)力的下降。由

12、于摩擦片平均半徑Rc=(D+d)/4=(300+175)/4=118.75mm，對于拉式膜片彈簧的R值，應(yīng)滿足關(guān)系rRc故取r=120mm,再結(jié)合實(shí)際情況取R/r=1.2,則R=144mm。4.1.3 的選擇arctanH/(R-r)=arctan4.8(144-120)11，滿足915的范圍。4.1.4 分離指數(shù)目n的選取根據(jù)實(shí)際情況通常為18。4.1.5 膜片彈簧小端內(nèi)半徑 根據(jù)汽車設(shè)計(jì)（王望予編著，機(jī)械工業(yè)出版社出版）式（228）拉式： （D+d）/4r1D/2 1R-7 06 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。根據(jù)汽車離合器表4.2.1初選=42mm4.1.6

13、膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇圖4.2膜片彈簧工作點(diǎn)如圖所示，該曲線的拐點(diǎn)H對應(yīng)著膜片彈簧的壓平位置，而且1H=（1M+1N）2新離合器在接合狀態(tài)時(shí)，膜片彈簧工作點(diǎn)B一般取在凸點(diǎn)和拐點(diǎn)之間，且靠近或在點(diǎn)處，一般1B=（0.81.0）1H,以保證摩擦片在最大磨損限度范圍內(nèi)的壓緊力從1B到F1A變化不大。當(dāng)分離時(shí)，膜片彈簧工作點(diǎn)從B變到C。為最大限度的減少踏板力，C點(diǎn)應(yīng)盡量靠近N點(diǎn)4.1.7 切槽寬度1、2及半徑取13.2mm, 2=10mm, 滿足r-2,則r-2=120-10=110mm故取110mm.4.2 強(qiáng)度校核膜片彈簧大端的最大變形量，取=140，=120則由下列公式，代入數(shù)據(jù)，有=6.12

14、 代入數(shù)據(jù)，有=0.75 代入數(shù)據(jù)，有=7382.643根據(jù)汽車離合器（徐石安，江發(fā)潮編著，清華大學(xué)出版社出版）公式4 .6.13可知:B=1528Mpa.許用值1500-1700MPa,故符合要求。5 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)5.1 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5.1所示彈簧摩擦式:圖5.1 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(jì)大多采用以往經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)方法通過不斷篩選獲得,且越來越趨向采用單級的減振器。5.1.1 極限轉(zhuǎn)矩Tj根據(jù)汽車設(shè)計(jì)式（231）知極限

15、轉(zhuǎn)矩受限于減振彈簧的許用應(yīng)力等因素，與發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩有關(guān)，一般可取Tj=(1.52.0) 系數(shù)取1.5則Tj=1.51.5204306（Nm）5.1.2 扭轉(zhuǎn)剛度k根據(jù)汽車設(shè)計(jì)式（235）可知，由經(jīng)驗(yàn)公式初選k Tj即kTj133063978（Nm/rad）5.1.3 阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T根據(jù)汽車設(shè)計(jì)（王望予編著，機(jī)械工業(yè)出版社出版）式（236）可知,可按公式初選TT（0.060.17）取系數(shù)為0.1 =0.1204=20.4(Nm)5.1.4 預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn減振彈簧在安裝時(shí)都有一定的預(yù)緊。根據(jù)汽車設(shè)計(jì)式（237）知，Tn滿足以下關(guān)系：Tn（0.050.15），且TnT20.4Nm而（0.050.15

16、）10.230.6 Nm則初選Tn18 Nm5.1.5 減振彈簧的位置半徑R0R0=(0.600.75)d/2則取R0=0.6d/2=0.6175/2=52.5(mm),可取為54mm.5.1.6 減振彈簧個(gè)數(shù)Zj根據(jù)汽車設(shè)計(jì)表（26）知，當(dāng)摩擦片外徑D=225250mm時(shí)，Zj=68故取Zj=65.1.7 減振彈簧總壓力當(dāng)減振彈簧傳遞的轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值Tj時(shí)，減振彈簧受到的壓力F為Tj/R0 413/(54) 5.667（kN)5.2 減振彈簧的計(jì)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(jì)相關(guān)的尺寸。5.2.1 減振彈簧的分布半徑R1根據(jù)根據(jù)汽車離合器知，R1的尺

17、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=0.6d/2=0.6175/2=52.5(mm)取54mm，即為減振器基本參數(shù)中的R05.2.2 單個(gè)減振器的工作壓力PP= /Z=5667/6=944.5 (N)5.2.3 減振彈簧尺寸1）彈簧中徑Dc根據(jù)根據(jù)汽車離合器知，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=式中，扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力可取550600Mpa,故取為550Mpa所以d=3.62mm符合d=343）減振彈簧剛度k根據(jù)根據(jù)汽車離合器式4.7.13知，應(yīng)根據(jù)已選定的減振器扭轉(zhuǎn)剛度值k及其布置尺寸R1確定

18、，即k=則K=288N/m4）減振彈簧有效圈數(shù)根據(jù)根據(jù)汽車離合器知，i=4.25）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=25.146彈簧總變形量=P/K=944.5/287.76=3.28mm減振彈簧總變形量=28.426減振彈簧預(yù)變形量=20/(287.76x6x0.054)=0.193mm減振彈簧安裝工作高度=32.957-0.661=28.233mm6 從動盤總成的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)從動盤時(shí)一般應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求:（1）為了減少變速器換檔時(shí)齒輪間的沖擊，從動盤的轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)盡可能小；（2）為了保證汽車平穩(wěn)起步、摩擦面片上的壓力分布均勻等

19、從動盤應(yīng)具有軸向彈性；（3）為了避免傳動系的扭轉(zhuǎn)共振以及緩和沖擊載荷，從動盤中應(yīng)裝有扭轉(zhuǎn)減振器；（4）要有足夠的抗爆裂強(qiáng)度。6.1 從動盤轂根據(jù)汽車設(shè)計(jì)，從動盤轂軸向長度不宜過小，以免再花鍵軸上滑動時(shí)產(chǎn)生偏斜而使分離不徹底，一般取1.01.4倍的花鍵軸直徑。從動盤轂的材料選取45鍛鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，表面和心部硬度一般2632HRC。根據(jù)摩擦片的外徑D的尺寸以及根據(jù)汽車設(shè)計(jì)表27查出從動盤轂花鍵的尺寸。由于D=300mm,則查表可得，花鍵尺寸：齒數(shù)n=10， 外徑=40mm, 內(nèi)徑32mm 齒厚b=5mm,有效齒長l=40mm, 積壓應(yīng)力=10.5Mpa花鍵齒的側(cè)面壓力：代入數(shù)據(jù)得P=5666.

20、7N擠壓應(yīng)力： ，其中代入數(shù)據(jù)=3.5420Mpa,符合要求。6.2 從動片從動盤對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：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(shí)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。從動片要求質(zhì)量輕，具有軸向彈性，硬度和平面度要求高。材料選用中碳鋼板（50號），厚度為取為2mm,表面硬度為3540HRC。7 壓盤設(shè)計(jì)7.1 離合器蓋 離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求：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)

21、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。板厚取9mm,乘用車離合器蓋一般用08、10鋼等低碳鋼板。應(yīng)具有足夠的剛度，板厚取9mm,乘用車離合器蓋一般用08、10鋼等低碳鋼板。7.2 壓盤對壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求：1)壓盤應(yīng)具有較大的質(zhì)量,以增大熱容量，減小溫，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，

22、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1525 mm 。3)與飛輪應(yīng)保持良好的對中，并要進(jìn)行靜平衡，壓盤單件的平衡精度應(yīng)不低于1520 gcm 。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170227HBS。7.2.1 壓盤傳動方式的選擇由于傳統(tǒng)的凸臺式連接方式、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動片傳動方式。另選用膜片彈簧作為壓力彈簧時(shí)，則在壓盤上鑄有一圈凸起以供支承膜片彈簧或彈性壓桿之間。7.2.2 壓盤幾何尺寸的確定由于摩擦片的的尺寸在前面已經(jīng)確定，故壓盤的內(nèi)外徑也可因此而確定。壓盤外徑D=305 壓盤內(nèi)徑d=180傳動片采用3組，每組3片的形式，具體尺寸為，寬b=25mm，厚b=17mm，兩孔間距為l=202mm，孔直徑為d=12mm，傳動片彈性模量E=2M Pa壓盤形狀一般比較復(fù)雜，而且還需要耐磨，傳熱性好和具有較高的摩擦系數(shù)，故通常用灰鑄鐵鑄造而成，其金相組織呈珠光體結(jié)構(gòu)，硬度為HB170227，其摩擦表面的光潔度不低與1