汽車-長城C30汽車膜片彈簧離合器的設計和實現(xiàn)

1、長城C30汽車膜片彈簧式離合器的設計摘要：本文主要基于長城C30汽車，設計了一款膜片彈簧離合器。通過查閱資料，以及老師的教導，計算出了摩擦片，壓盤，從動盤，傳動片，離合器蓋，膜片彈簧，扭轉減震器，及一些連接結構的尺寸與材料以及處理工藝。在過程中完成了摩擦片外徑與許用壓力的校核，其中一些連接鉚釘花鍵的校核，相關膜片的彈性測試。關鍵詞：C30汽車 膜片彈簧離合器 膜片彈簧 工藝Design of diaphragm spring clutch for the Great Wall C30 automobileAbstract: This paper mainly designed a diaphr

2、agm spring clutch based on the Great Wall C30 automobile. Through access to information, and the teachers teaching, the calculation of friction plate, pressure plate, clutch disc, clutch cover, drive plate, diaphragm spring, torsion damper, and connecting structure size and material and processing t

3、echnology. In the process, the outer diameter and allowable pressure of the friction plate have been checked. Some of them are connected with the checking of the rivet spline and the strength of the diaphragm spring.Key words: C30 automobile diaphragm spring clutch diaphragm spring process 2 第1章 緒論

4、在發(fā)動機中，離合器是一個獨立的部件，它與電機傳動相連。常用于各種車輛的摩擦離合器實際上是一種通過摩擦板與從動件之間的摩擦傳遞能量的機構。主要包括驅動部分、驅動部分、壓制機制和控制機制四部分。1.1 離合器的發(fā)展概況 運輸業(yè)的發(fā)展，使得離合器更標準化，從而滿足實際需求。就近的發(fā)展現(xiàn)狀來看，汽車功能有了飛速地提高，尤其是在速度與功率上，汽車和卡車占據(jù)絕大部分。此外，離合的越來越大眾化。所以說，增加它的扭矩，使其更能長久使用，簡化操作成為了其發(fā)展的重點。1.2 離合器的功用及分類它在電機和傳動部件之間。電機與傳動部件連接動力部位能夠斷開。這是齒輪變速的必要機制。無離合器踏板，自動變速離合器部分工作。

5、1.2.1 離合器的基本功用 1）保證汽車平穩(wěn)起步2）便于換擋3）防止傳動系過載1.2.2 離合器的分類在機械傳動系統(tǒng)中，常把它分為摩擦式，MT型，后者由電磁力本身傳遞扭矩；按照手法有，強制性和自動式。摩擦式有單，雙，多芯片和干濕型。1.3 離合器的基本要求給電機提供最大轉矩同時遏制系統(tǒng)超載；連接完美且穩(wěn)定，汽車啟動時無震蕩、無沖擊，分離快；性能不動蕩，摩擦面磨損不顯著，其系數(shù)在離合器工作過程中應該不變；跟隨部分的J要小，以降低掛檔時的齒輪震蕩并便于掛檔；能降低或防止傳動系的震蕩，使其可以消除振動、沖擊和遏制噪音；通風散熱性良好；操縱輕便；抗耐性能好，工作穩(wěn)定、可以長期使用；構造簡便、緊密，性

6、能優(yōu)異，修理方便；要考慮旋轉件動平衡以及離心力的影響。圖片1-1 汽車離合器的總成1是軸承 2是飛輪 3是從動盤 4是壓盤 5是離合器蓋螺栓 6是離合器蓋 7是膜片彈簧 8是分離軸承 9是軸 第2章 離合器基本結構參數(shù)的確定2.1 摩擦片主要參數(shù)的選擇 它的尺寸大小，相連接的其他部件的相關參數(shù)以及使用期限密切相連。已知，在結構形式以及原料都已知，挑選合適的和0，基本上算出其外徑大小。 外徑D（mm）也可以按照最大轉矩（N.m）按如下公式計算 （2-1）本設計中汽車的主要參數(shù)如下：=138Nm 質量1160KG 最大轉速6500n/min上面的計算過程中，對于實際的參數(shù)設計也是很有講究的，其中選

7、值也是很關鍵的，它的要求可以按照下面的標準進行。根據(jù)實際的汽車參數(shù)我們可以得到= 138 Nm，=14.6，則有前面分析，可知表2-1 直徑系數(shù)的取值范圍車 型直徑系數(shù)乘用車14.6最大總質量為1.814.0t的商用車16.018.5(單片)13.515.0(雙片)最大總質量大于14.0t的商用車22.524.0離合器的選型如下表2-2表2-2 離合器尺寸大小以及數(shù)據(jù)根據(jù)上面的表格，在對于摩擦片的選擇上可以按照下面的標準： =0.667 1=0.703 通過計算可以得到每一個面的相對面積是 。2.2離合器后備系數(shù)的確定離合器另一個指標是，它可以反映出所能提供給電機的最大扭矩程度，的選取有以下幾

8、個因素：1.反映出所能提供給電機的最大扭矩程度；2. 減小自身滑磨；3. 可以遏制系統(tǒng)超載。大部分轎車和小貨車。我選擇的車型是長城。有關的數(shù)據(jù)選取（見下表2-3）， 。圖2-3后備系數(shù)取值范圍2.3單位壓力的確定P0的影響因素有很多，主要是受到系統(tǒng)的影響導致的外部對于系統(tǒng)正常運行的摩擦力的數(shù)值影響,原料質量等影響。離合器使用頻繁，P0應較小。摩擦片外徑較大，P0也應較小。原料不同時對應的P0也不同： 石棉基原料：（在模壓情況下）P0=0.130.26 （在編織情況下）P0=0.240.34粉末冶金原料：（銅礦石）P0=0.350.50金屬陶瓷原料：P0=0.721.52由于本次設計是長城C30

9、因此在實際的生產(chǎn)過程中，原材料選擇的是冶金原料，所以確定了P0為0.4。2.4摩擦片外徑D的校核因為在實際的運行過程中，離合器最大的一個風險就是飛離現(xiàn)象，所以D的數(shù)據(jù)要求滿足不超過。相關的計算可以根據(jù)下面的式子來進行： （3-2）式中，為最大圓周速度（m/s），為最大轉速（r/min）， 。將各參數(shù)值代入上式后計算得：=2.5校核單位面積要低于使用值，這反映了系統(tǒng)提供轉矩能力以及遏制超載的功能。 （33）式中，為轉矩在單位面積上的分布；為其允許值（），按表3-3選取。表2-3 單位面積提供的轉矩（）離合器規(guī)格D/mm210210250250325325/0.280.300.350.40根據(jù)前面

10、的計算和分析，從整體性等方面考慮由選取=0.30.根據(jù)式(3-3)得:因為理論和實際的生產(chǎn)過程還是有一定的差距的，雖然本文在這一部分的相關設計在理論上是不合理的，與指導教師和工廠的參觀以后：現(xiàn)在的科技發(fā)展很快，科學技術水平也有了很大的提高，材料科學學科也取得了很大的進步，因此本文分析計算出的、在實際的生產(chǎn)過程中是完全可行的。第3章 離合器從動盤設計3.1從動盤結構介紹汽車在實際的行駛過程中，因為內(nèi)部元件之間的摩擦再加上其他的震動等因素的影響使得它內(nèi)部會存在一定的共振現(xiàn)象，這對于會影響駕駛員和乘坐者的用戶體驗以及汽車啟動穩(wěn)定，當今汽車都采用扭轉減振的從動盤。下圖4.1完整地展示了從動盤的相關結構

11、組成，可以看出彈簧把從動片，減振盤，從動盤轂連接。附屬部位，減振部位具有邊緣邊，利用彈簧彈出。在附屬部位和減震部位中間有減振片?？梢陨?。圖3.1 帶扭轉減振器從動盤 3.2 從動盤設計主體包括摩擦片，附屬片，減震器和附屬盤。其操作要考慮幾個因素：（1）其J值應盡量小。（2）從動盤應具有軸向彈性。（3）從動盤中要有減振器。（4）要有足夠的強度和彈性。3.2.1 從動片的選擇和設計 受到從動片特殊位置和特殊作用的影響，它的實際重量要做到合理的把握。因此從動片比想象中的要薄很多，常用的是用1.32.5 mm厚的薄鋼板沖壓的,可以把圓周設計,讓它重量更加接近旋轉中心。 選擇的型號是長城C30，所以可

12、以采取2.5 mm厚的的薄鋼板從動片，表面硬度為。它的外徑取決于內(nèi)徑，我取的是，內(nèi)徑取決于鍵轂的大小。3.2.2 從動盤轂的設計從動盤是放置在主軸上，其大小（如表3-1）。花鍵選取后應按照一定的計算方法來進行： （3-1） （3-2）式中，z為從動盤數(shù)目；部分數(shù)據(jù)如下表（3-1）。表3-1 從動盤轂數(shù)據(jù)選擇D和Temax上面以求得，從表4-1可知，j，則由公式校核得：。j=7.9 MPa j=15 MPa。所以，所選花鍵尺寸合格。選用的是鉚釘連接的方式，這樣可以提高系統(tǒng)的緊密性，對于摩擦片的相關參數(shù)的設置也是有要求的，即。鉚釘型號為，原料為15號鋼。用鉚釘使其固定。根據(jù)實際的構造原理，對于鉚釘

13、的平均受力的極值進行求取 （3-3）其中:鉚釘?shù)倪B接半徑=94 mm 。為了證明選取的尺寸合格：需要對鉚釘?shù)募袅蛷膭悠膲毫M行校核。 （3-4） （3-5）式中，為孔洞直徑，；m為鉚釘數(shù)量；為鉚件大小，對于雙蓋板，兩者之和算一個鉚件，mm。由以上分析可知：，；由資料可知，。； 。結合上面的描述，由于在合理性上面的的參數(shù)計算結果存在著一定的問題，所以不能采用當前所選擇的器件。第4章 離合器壓盤4.1壓盤的傳力方式結合轉矩的效率以及受力，我把附屬部件與系統(tǒng)蓋連接，再用釘子將其固定住。4.2壓盤的幾何尺寸的確定1、我在前面已經(jīng)知道其大小，根據(jù)經(jīng)驗，外徑是，內(nèi)徑是。2、壓盤的大小有幾個因素：（1）

14、受到壓盤實際作用的影響，它的相關質量也是有一定的要求的（2）剛度足夠 設定壓盤大小為，原料為 。3、校核離合器結合一次時的溫升結合相關的實際過程，對于這方面的分析可以按照下面的算法進行： (4-1)式中 溫度的變化 W滑磨功，J 滑磨功百分比: 按照要求=0.50 c比熱容，/() 壓盤質量kg 知道外形尺寸，現(xiàn)在進行接合一次溫升校核。由公式(6.1) （4-2）在要求范圍內(nèi)，設計成功。4.3傳動片設計 壓力通過附屬部分由系統(tǒng)主體控制。由設計條件，它的一段固定在壓盤上，另一端用將其與系統(tǒng)蓋子連接，沿邊緣設置，一般設組，每組包括3個彈片，每片是，既能是壓力分離，又可以防止其斷裂。我選擇的鉚釘型號

15、為，原料為80號鋼，查閱資料可知孔洞大約為3.0 mm。 結合各種條件限制我決定用3組傳動片，每組含有3個傳動片，傳動片幾何尺寸如下：a、傳動片校核如下：它的受力狀態(tài)如下所示。其鉚釘?shù)那邢蛄椋?（4-3）代入數(shù)據(jù)計算得： 圖41 傳動片受力分析簡圖圖中： （4-4） 則 （4-5） b、按照，校驗鉚釘和傳動片： 由以上分析可知：，；由相關資料可知，。通過以上計算可知：=24.68 Mpa=115 Mpa； （4-6） (4-7)所以，所選鉚釘及傳動片能滿足使用要求。 4.5離合器蓋的設計電機部分轉矩由離合器蓋提供。而且，它還可以支撐離合器壓和分離杠桿的壓力。設計時要考慮一下因素：（1）離合器

16、的剛度離合器分離杠桿在其蓋上，如果蓋的剛度不夠，可能會使蓋發(fā)生變形，其傳動效率會下降，可能會導致其不能分離，增加自身損耗，換擋失敗。所以說，減輕重量以及降低強度，蓋子需要是的低碳板子。（2）離合器的通風散熱為了使離合器冷卻，其蓋必須有通風口，通風口一般在壓緊彈簧處。（3） 離合器的對中問題其蓋內(nèi)有分離杠桿、壓盤、壓緊彈簧等器件，所以說它的對中比飛輪更好，不然會打破其平衡，使系統(tǒng)失去作用。 常用方式有兩種，（1）止口對中，（2）利用定位工具或螺絲使其重合，結合設計需要，我決定把外圓與內(nèi)圓止口重合。（4）膜片彈簧連接處須有很高大小精度。第5章 離合器膜片彈簧設計5.1 膜片彈簧離合器的結構特點及優(yōu)

17、缺點經(jīng)由前面分析，本設計采用膜片彈簧。其優(yōu)點為：（1）該彈簧可以實現(xiàn)非線性調節(jié)，離合器分離時，可以減小壓力，使人輕松控制踏板。（2）該膜片有壓緊彈簧以及分離杠桿作用，結構簡單，可靠性高，便于拆裝（3）旋轉時，彈簧壓力降低，職能無震蕩；（4）很好的通風性，使用時間長；（5）膜片中心與離合器中心交叉，平衡性好；（6）成本低，可大量生產(chǎn)。 缺點是：需求大，成本大生產(chǎn)難，其非線性特性不好掌握，開口處易破裂，頂端損耗高。目前，材料性能上升，其工藝和設計都趨于標準化，膜片的生產(chǎn)已日益完美。所以說，可以將它應用在轎車，貨車以及客車上。5.2 膜片彈簧的變形特性和加載方式 離合器在分離和接合時，由于相關的結構

18、和內(nèi)部關系的不同，使得它的相關變化情況之間也是存在很大的差異的。（1）接合時：離合器的正常運作過程是有一定的順序的，手續(xù)I安離合器與其他的相關部件發(fā)生接觸，使得自身內(nèi)部的相關部位發(fā)生形變，在未發(fā)生形變之前的狀態(tài)如下(見圖5-3a)。當壓盤和離合器結合時，它的相關部分會向前方伸出，使得自身與飛輪之間接觸，利用相關的支撐，幫助自身對于實際的負載進行承托（2）分離時：分離的地方把P作用在膜片小端時，同時支撐環(huán)的相關位置和運作狀態(tài)發(fā)生一定的變化。當P與定值相等時，膜片被壓翻，離合器分離（見圖5-3c）。 圖5-3 膜片彈簧在不同工作狀態(tài)時的變形(a) 自由狀態(tài) （b）結合狀態(tài) （c）分離狀態(tài)5.3 膜

19、片彈簧的彈性變形特性膜片彈簧主要工作部分是碟簧部分，因為該部分的結構的特點，使得它的相關性質的研究是比較難的，但是它的相關特性與錐高H及彈簧厚h的比值有關（見圖5-4）。對于這一比值特性也有一定的特點（見圖5-4）。一般可以分成下列四中情況：1.如下圖5-4中H/h=0.5所示曲線,其特征是:,.它的剛度過硬,有較強承載能力,可作為行程限制器。2.如圖5-4中的曲線H/h=1.5,其特征是有段直線,形變,P恒定.稱其為零剛度彈簧。3.如圖5-4 中H/h=2.75 ,其曲線有負區(qū)域,變形,，該膜片可用于壓緊彈簧。4. 2如下圖5-4 中 此彈簧不穩(wěn)定性更高,在載荷小于0的部分.將其用作鎖止機構

20、。5. H/h=如圖5-4所示。該曲線極小值處于橫軸上。 圖5-4 H/h對膜片彈簧彈性特性影響5.4 膜片彈簧的參數(shù)尺寸確定 先通過理論分析選擇出最理想大小。其模型如下圖所示圖5-5 膜片圖形簡介5.4.1 H/h比值的選取 利用它的變形規(guī)律來選擇膜片，所以說，其曲線形狀需要看準，使其可以達到理想。大多汽車膜片的值的范圍在，板厚h是。我選擇的膜片數(shù)據(jù)是； 所以， (5-1)5.4.2 R及R/r確定比值決定著對載荷和應力大小，從成本方面來看，比值在時，碟形彈簧彈性最強，換句話說其質量利用率最理想?？蓪⑵溆糜诙糁茮_擊，消除震蕩等碟簧時選用。而汽車的膜片，實際上不用保留彈職能，常常根據(jù)需要來選擇

21、，一般值是。要讓壓力分布平均，需要滿足。此外，在H，h及都恒定時，R膜片力可以下降，如5-1表 5-1 汽車膜片彈簧的R和R/r的值由，大概選型：mm，r=86mm所以，R/r=108/86=1.2565.4.3 膜片彈簧自由狀態(tài)下的圓錐底角的選擇 (5-2)代入數(shù)值計算可得：=10.3滿足實際的規(guī)范要求5.4.4 膜片彈簧小端半徑r及分離軸承的作用半徑r r大小由需求決定，其值要比外徑大，并且滿足。外徑D可由公式： 進行驗證。其中K為經(jīng)驗系數(shù)，K，取K；電機最大轉矩（N.m），。由部分數(shù)據(jù)可知：D 。我選擇的是r，r 。5.4.5 分離指數(shù)目n、切槽寬、窗孔槽寬、及半徑r其離合器膜片數(shù)目滿足

22、，通常取18，通常是雙數(shù)，區(qū)分方便，還有，考慮到實際的需要，在本文的研究過程中，選擇了rr=1表5-2 汽車膜片彈簧的分離爪數(shù)n、切槽寬、及半徑根據(jù)上面的分析，我們可以通過計算得到n=18, =3.4 mm，=9 mm, r=76 mm 。5.4.6 壓盤加載點半徑和支撐環(huán)加載半徑選擇和的大小可以決定膜片的剛度。需要滿足與相差越低越好，與相差越小越好。本設計取。綜上所述?。篐=4 mm h=2.5 mm R=108 mm r =86 mm=106 mm =88 mm 5.5 膜片彈簧的工作點位置確定及強度校驗膜片運作時工作點繞中心點O轉動（如圖5-4）。假使膜片載荷都匯聚于支撐點，加載點間的，

23、其膜片的性質分析可以按照下面的計算方法進行： （5-3） 式中 E彈性模量Mpa 泊松比： H彈簧在不受到其他的外力情況下的內(nèi)截錐高度(mm) h鋼板厚度(mm) R、r半徑(mm) 、壓盤加載點和支撐環(huán)加載點半徑(mm)5.5.1 確定膜片彈簧的工作點位置圖5-6 汽車膜片彈簧彈性特性圖 1） 膜片彈簧壓緊力 彈簧在受到力之后的長度變化量，通過上面的論述我們可以了解到受到的相關壓力的數(shù)值：N。 后備系數(shù)： (5-4)與原來的擬定參數(shù)相差不大，所以滿足實際的需要 5.5.4 強度校核 膜片彈簧的校核指標主要是對于它的所收到的應力的相關測試，因為這是影響它正常運作能力的最主要因素。根據(jù)相關的理論

24、，可以通過下面的計算方法來進行: （5-14） 把前文介紹的相關數(shù)值一一對應帶入到里面進行計算： =1120.44MPa 根據(jù)相關的制作材料，我們可以分析得到在這一情況下，滿足相關的實際標準，所以本文的設計是合理的。第6章 扭轉減震器扭轉減震器具有如下功能：(1) 可以適當減少扭轉程度，調節(jié)傳動系統(tǒng)震蕩時的頻率。(2) 加大了扭矩阻尼，減小共振幅度還可以減少瞬態(tài)扭振。(3) 動力系統(tǒng)在離合器的實際運作過程中，會造成離合器內(nèi)部的一些器件之間的聯(lián)合震動，減震器可以消減這一現(xiàn)象，保障運作的合理可靠。(4) 緩解由于外界的負荷使得內(nèi)部的傳動系統(tǒng)出現(xiàn)一定的不穩(wěn)定運作壓力扭轉減振器計算著重于兩個部分：職能

25、參數(shù)和減振彈簧。結論此次畢業(yè)設計我按照設計要求以及要求性能參數(shù)，在對于相關的組成部分進行了理論分析然后按照相關的實際操作需要，從系統(tǒng)的緊密聯(lián)系性進行考慮在、進行了系統(tǒng)方案的選型和優(yōu)缺點分析、對部分零件進行了計算，主體上對離合器的實際組成部分以及它內(nèi)部各個組成元件的相關內(nèi)容進行了科學化的分析。結構方面：根據(jù)實際的運作條件，結合了結構特點以及條件限制，我確定了單片推式膜片彈簧離合器，顧名思義這種離合器的運作主要是依賴于傳動片。計算方面：對其參數(shù)、進行計算，結合基礎公式選型，在限制條件下驗證滿足條件。在膜片彈簧參數(shù)制約條件下，初步選擇了膜片大小數(shù)據(jù)，通過一定的算法推導出了膜片大小的理想值，同時更深入

26、地研究了膜片的相關參數(shù)對于整個運作過程的影響，并從安全的角度進行了實際的考量。選材方面：考慮到實際制作過程的相關因素的影響，在原材料的選擇上我們采用的粉末冶金，這樣就可以使得生產(chǎn)出來的產(chǎn)品在實際的使用過程中保持很好的狀態(tài)。此膜片使用的是，它的一些成分有利于機械的彈性，其中錳成分，優(yōu)化了耐熱性；傳動片使用的是80剛，選型可以達到要求；壓盤采用，提高了它在摩擦力比較大的情況下的可靠性；蓋子的材料選擇使得它能夠在內(nèi)部產(chǎn)生高溫的情況下仍然能夠持續(xù)工作。總括而言，本文對于離合器是有一定的要求的：（1）分離徹底；（2）接合柔和；（3）操縱輕便，工作特征穩(wěn)定；（4）從動部分值要求低，所選用的的材料都要經(jīng)過制約條件的驗證，主體原料選型大體上滿足了耐磨，耐壓和耐熱的條件，此外離合器大小適中，安裝方便，可以最優(yōu)低提供電機扭矩，符合計劃書及國家標準。致謝 在此次論文的制作設計中，