汽車離合器課程設(shè)計(jì)

1、汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)論文目 錄一、 離合器概述- 2二、 設(shè)計(jì)要求及技術(shù)參數(shù)- 2(一) 設(shè)計(jì)基本要求- 2(二) 技術(shù)參數(shù)- 2三、 結(jié)構(gòu)方案分析- 2(一) 從動盤數(shù)的選擇- 2(二) 壓緊彈簧和布置形式的選擇- 3四、 離合器主要參數(shù)選擇- 3(一) 后備系數(shù)-3(二) 摩擦因數(shù)f、摩擦面數(shù)Z和離合器間隙t- 3(三) 單位壓力P0- 4(四) 摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度b- 5(五) 對所取摩擦片標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行驗(yàn)證- 5五、 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算- 6(一) 離合器基本參數(shù)的優(yōu)化- 6六、 膜片彈簧的設(shè)計(jì)- 7(一) 膜片彈簧的彈性特性曲線- 8(二) 膜片彈簧的基本參數(shù)的選擇- 8(三) 特

2、性曲線的繪制- 9七、 膜片彈簧的強(qiáng)度計(jì)算與校核- 12八、 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)- 13九、 主要零部件的設(shè)計(jì)- 14(一) 扭轉(zhuǎn)減震器的設(shè)計(jì)- 14(二) 從動盤總成的設(shè)計(jì)- 17(三) 離合器蓋總成的設(shè)計(jì)- 19(四) 壓盤的設(shè)計(jì)- 19十、 離合器的操縱機(jī)構(gòu)- 20十一、 設(shè)計(jì)小結(jié)- 20十二、 參考文獻(xiàn)- 21一、 離合器概述對于以內(nèi)燃機(jī)為動力的汽車，離合器在機(jī)械傳動系中是作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在的，它是汽車傳動系中直接與發(fā)動機(jī)相連的總成。目前，各種汽車廣泛采用的摩擦離合器是一種依靠主從動部分之間的摩擦來傳遞動力且能分離的裝置。它主要包括主動部分、從動部分、壓緊機(jī)構(gòu)、和操縱機(jī)構(gòu)等四部分

3、。離合器的功用主要的功用是切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)對傳動系的動力傳遞，保證汽車起步時(shí)將發(fā)動機(jī)與傳動系平順地接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換檔時(shí)將發(fā)動機(jī)與傳動系分離，減少變速器中換檔齒輪之間的沖擊；在工作中受到較大的動載荷時(shí)，能限制傳動系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，以防止傳動系各零件因過載而損壞；有效地降低傳動系中的振動和噪聲。二、 設(shè)計(jì)要求及其技術(shù)參數(shù)(一) 設(shè)計(jì)基本要求：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，便于換檔

4、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)度和良好的動平衡，一保證其工作可靠、使用壽命長。(二) 技術(shù)參數(shù):車型：沃爾沃整車質(zhì)量（kg）：1637最大扭矩/轉(zhuǎn)速（N·m/rpm）：400/5000主減速比：3.38一檔速比：3.77滾動半徑：306mm三、 結(jié)構(gòu)方案分析(一) 從動盤數(shù)的選擇：單片離合器單片離合器：對乘用車和最大質(zhì)量小于6t的商用車而言，發(fā)動機(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)有一片從動盤。單片離合器的結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸緊湊，散熱良好

5、，維修調(diào)整方便，從動部分轉(zhuǎn)動慣量小，在使用時(shí)能保證分離徹底，采用軸向有彈性的從動盤可保證結(jié)合平順。(二) 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一種由彈簧鋼制成的具有特殊結(jié)構(gòu)的碟形彈簧，主要由碟簧部分和分離指部分組成。1. 膜片彈簧離合器與其他形式的離合器相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：1) 具有較理想的非線性彈性特性。2) 兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用。3) 高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定。4) 以整個(gè)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) 通風(fēng)散熱良好，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。2. 與推式相比，拉式膜片彈簧離合器具有

6、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)量更小等。四、 離合器主要參數(shù)的選擇(一) 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(jī)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)，它有助于減少汽車起步時(shí)的滑磨，提高離合器的使用壽命。為可靠地傳遞發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和防止離合器滑磨過大，不宜選取太??；但是為了使離合器尺寸不致過大，減少傳動系的過載，使操縱更輕便等，后備系數(shù)不宜過大。當(dāng)發(fā)動機(jī)后備功率較大、使用條件較好時(shí)，取小些；當(dāng)使用條件惡劣，需要拖帶掛車時(shí)，為了提高起步能力，減少離合器滑磨，取大些；貨車總質(zhì)量較大，也應(yīng)該選取大些；采用柴油機(jī)時(shí)，由于工作比較粗暴，轉(zhuǎn)矩較不平穩(wěn)，選取

7、應(yīng)比汽油機(jī)大些；發(fā)動機(jī)缸數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩波動越小，也應(yīng)選取小些。在開始設(shè)計(jì)離合器時(shí)，一般是參照統(tǒng)計(jì)資料，并根據(jù)汽車的使用條件，離合器結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)，初步選定后備系數(shù)。汽車離合器后背系數(shù)的取值范圍車型后備系數(shù)乘用車及最大總質(zhì)量小于6t的商用車1.20-1.75最大總質(zhì)量為6-14t的商用車1.50-2.25掛車1.80-4.00由于所設(shè)計(jì)的是轎車的離合器，所以選擇=1.3(二) 摩擦因數(shù)f、摩擦面數(shù)Z和離合器間隙t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4-1 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)石棉基材料模壓0.

8、200.25編織0.250.35粉末冶金材料銅基0.250.35鐵基0.350.50金屬陶瓷材料0.4本次設(shè)計(jì)初取f = 0.30 。摩擦面數(shù)Z為離合器從動盤數(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t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t一般為34mm 。本次設(shè)計(jì)取t =3 mm 。(三) 單位壓力p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

9、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(shí)也要適當(dāng)降低摩擦片摩擦面上的單位壓力P。因?yàn)樵谄渌鼦l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(shí)發(fā)熱厲害，再加上因整個(gè)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(shí)應(yīng)考慮離合器的工作條件、發(fā)動機(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。 p 取值范圍見表4-2。表4-2 摩擦片單位壓力p的取值范圍摩擦片材料單位壓力p/Mpa石棉基材料模壓0.150.25編織0.250.35粉末冶金材料銅基0.350.50鐵基金屬陶瓷材料0.701.50p

10、選擇：0.10 MPa p0 1.50 MPa ，本次設(shè)計(jì)初取 p = 0.3MPa 。(四) 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)，它對離合器的輪廓尺寸、質(zhì)量和使用壽命有決定性的影響。D=312Temaxfp0z(1-c3)=312×1.3×400×1033.14×0.3×2×0.3×(1-0.623)=243.8離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)表外徑D/mm160180200225250280300325350380405430內(nèi)徑d/mm1101251401501551651751901952052202

11、30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(biāo)準(zhǔn)系列尺寸，取D=250mm d=155mm b=3.5mm c=0.620 1-c3=0.762(五) 對所取摩擦片標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行驗(yàn)證為保證離合器在任何工況下都能可靠的傳遞發(fā)動機(jī)

12、的最大轉(zhuǎn)矩，設(shè)計(jì)時(shí)Tc應(yīng)大于發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，即Tc=Temax=1.3×400=520N.M式中Temax為發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，為離合器的后備系數(shù)；Tc=12fZP0D31-C3P0=12×TCD3(1-C3)=12×520×1033.14×0.3×2×2503×0.762=0.28MPa式中，f為摩擦因數(shù)取0.3；P0為單位壓力MPaZ為摩擦面數(shù)取2；D為摩擦片外徑取250mm；d為摩擦片內(nèi)徑取155mm；摩擦片材料選擇石棉基材料，P0為單位壓力0.28，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

13、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(gè)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(shí)應(yīng)耐磨。要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，尤其在高溫時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)較好熱穩(wěn)定性要好，要求在高溫時(shí)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(shí)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(jì)中選取的是石棉合成物制成的摩擦片。經(jīng)

14、檢驗(yàn)各項(xiàng)初選參數(shù)均滿足適應(yīng)范圍。五、 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算(一) 離合器基本參數(shù)的優(yōu)化1) 最大圓周速度摩擦片外徑D（mm）的選取應(yīng)使最大圓周速度D不超過6570m/s,即D=60nemaxD×10-3=60×5000×250×10-3=65.4m/s6570m/s式中， 為摩擦片最大圓周速度（m/s）；為發(fā)動機(jī)最高轉(zhuǎn)速取5000；為摩擦片外徑徑取250；故符合約束條件。2) 摩擦片的內(nèi)、外徑比c應(yīng)在0.530.70內(nèi)c=dD=155250=0.62故符合約束條件3) 為了保證離合器可靠地傳遞發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，并防止傳動系過載，不同車型的值應(yīng)在一定范圍內(nèi)，最大

15、范圍為1.24.0，即1.24.0本設(shè)計(jì)中所選=1.3，故符合約束條件。4) 為了保證扭轉(zhuǎn)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2R0約50mm，即d>2R0+50mm本設(shè)計(jì)中d=155mm，R0=50mm（見后面扭轉(zhuǎn)減振器設(shè)計(jì)），故符合約束條件。5) 單位壓力6) 為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，對于不同車型，單位壓力P0根據(jù)所用的摩擦材料在一定范圍內(nèi)選取， 的最大范圍為0.101.50Mpa，由于已確定單位壓力0.28Mpa，在規(guī)定范圍內(nèi)，故滿足要求7) 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

16、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：W=2ne21800marr2i02ig2=2×2000218001637×0.30623.382×3.772=20683J式中，W為汽車起步時(shí)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1637kg；rr 為輪胎滾動半徑0.306m；i為汽車起步時(shí)所用變速器檔位的傳動比3.38；i為主減速器傳動比3.77；n為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min),乘用車n取2000 r/min;=4WZ(D2-d2)=4×20683×2(2502-1552)=0.34 J

17、mm2式中，W為汽車起步時(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功取20683J對于乘用車：=0.40Jmm2，則，符合約束條件。摩擦片的相關(guān)參數(shù)如下表摩擦片外徑D摩擦片內(nèi)徑d后備系數(shù)厚度b單位壓力P0250mm155mm1.33.5mm0.28MPa六、 膜片彈簧的設(shè)計(jì)(一) 膜片彈簧的彈性特性曲線圖4-1 膜片彈簧的彈性特性曲線假設(shè)膜片彈簧在承載過程中，其子斷面剛性地繞此斷面上的某中性點(diǎn)轉(zhuǎn)動。設(shè)通過支承環(huán)和壓盤加載膜片彈簧上地載荷(N)集中在支承點(diǎn)處，加載點(diǎn)間的相對軸向變形為(mm),則膜片彈簧的彈性特性如下式表示：式中，E-彈性模量，鋼材料取E=2.1×Mpa； b-泊松比，鋼材料取b=

18、0.3； R-自由狀態(tài)下碟簧部分大端半徑，mm ； r-自由狀態(tài)下碟簧部分小端半徑，mm ； -壓盤加載點(diǎn)半徑，mm ； -支承環(huán)加載點(diǎn)半徑，mm； H-自由狀態(tài)下碟簧部分內(nèi)截錐高度，mm ；h-膜片彈簧鋼板厚度，mm 。(二) 膜片彈簧基本參數(shù)的選擇1） 比值H/h 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Hh一般為1.52.0，板厚h為24故初選h=2.2, Hh=1.7則H=1.8h=3.74.2） R/r比值和 R、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

19、/r一般為1.201.35 。為使摩擦片上的壓力分布較均勻，拉式膜片彈簧的r值宜為大于或等級Rc。取r=102mm，R/r=1.20，則R=122.4mm，為了計(jì)算方便，R取整數(shù)R=125mm，則R/r=1.2253） 的選擇膜片彈簧自由狀態(tài)下圓錐角與內(nèi)截錐高度H關(guān)系密切，一般在9°15°范圍內(nèi)。arctanH/(R-r)=arctan3.74/(125-102)9.24°，滿足9°15°的范圍。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r

20、及分離軸承作用半徑r的確定r0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。rf應(yīng)大于r0。取r0=34mm，rf=35mm6） 切槽寬度、及半徑r 的確定= 3.23.5 mm，= 910 mm，r的取值應(yīng)滿足r - r 。本次設(shè)計(jì)取 = 3.4 mm，= 10 mm ，r r -= 92 mm 。故取r=907） 壓盤加載點(diǎn)半徑R 和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑r 的確定R1和r1需滿足下列條件：1R-R170r1-r6故選擇R1124mm， r1104mm.(三) 特性曲線的繪制利用Matlab軟件進(jìn)行特性曲線的繪制，程序如下：function fun()x1=0:0.5:12;%x1為

21、膜片彈簧在壓盤接觸點(diǎn)處的軸向變形E=2.1*105;%彈性模量（Mpa）b=0.3;%泊松比R=125;%自由狀態(tài)下碟簧部分大端半徑(mm)r=102;%自由狀態(tài)下碟簧部分小端半徑(mm)H=3.74;%自由狀態(tài)下碟簧部分內(nèi)截錐高度（mm）h=2.2;%膜片彈簧鋼板厚度（mm）R1=124;%壓盤加載點(diǎn)半徑（mm）r1=104;%支承環(huán)加載點(diǎn)半徑（mm）P1=(pi*E*h*x1/(6*(1-b2)*log(R/r)/(R1-r1)2).*(H-x1*(R-r)/(R1-r1).*(H-(x1/2)*(R-r)/(R1-r1)+h2);%以下用于繪圖clfplot(x1,P1,'-b&

22、#39;); axis(0,7,0,5000);%設(shè)置坐標(biāo)hold onhold off,grid onxlabel('變形x1/mm')ylabel('工作壓力F1/N')title('F1-x1特性曲線')圖形如下：圖4-2 膜片彈簧特性曲線1） M點(diǎn)、N點(diǎn)的確定確定膜片彈簧的工作點(diǎn)位置，程序如下:function fun()x1=0:0.2:6;%x1為膜片彈簧在壓盤接觸點(diǎn)處的軸向變形 E=2.1*105;%彈性模量（Mpa）b=0.3;%泊松比R=125;%自由狀態(tài)下碟簧部分大端半徑(mm)r=102;%自由狀態(tài)下碟簧部分小端半徑(mm)

23、H=3.74;%自由狀態(tài)下碟簧部分內(nèi)截錐高度（mm）h=2.2;%膜片彈簧鋼板厚度（mm）R1=124;%壓盤加載點(diǎn)半徑（mm）r1=104;%支承環(huán)加載點(diǎn)半徑（mm）P1=(pi*E*h*x1/(6*(1-b2)*log(R/r)/(R1-r1)2).*(H-x1*(R-r)/(R1-r1).*(H-(x1/2)*(R-r)/(R1-r1)+h2);%以下用于繪圖clfplot(x1,P1,'-b'); axis(0,7,0,5000);%設(shè)置坐標(biāo)hold onhold off,grid onxlabel('變形x1/mm')ylabel('工作壓力F

24、1/N')title('F1-x1特性曲線')zoom outx,y=ginput(1)x,y=ginput(1)輸出結(jié)果為:x = 2.1749y =2.3189e+003x =4.2991y =1.9290e+003則可知 M點(diǎn)坐標(biāo)（2.17，2319）N點(diǎn)坐標(biāo)（4.30， 1929）2） H點(diǎn)的確定上述曲線的拐點(diǎn)H對應(yīng)著膜片彈簧的壓平位置，且，則3） B點(diǎn)的確定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)M和拐點(diǎn)M之間，且靠近或在H點(diǎn)處，一般，即，取，選取=3.00，對應(yīng)的壓緊力為2194N一般要求，膜片彈簧壓緊力的峰值較設(shè)計(jì)值B點(diǎn)的增加量應(yīng)不大于12%，滿

25、足設(shè)計(jì)要求。七、 膜片彈簧強(qiáng)度計(jì)算與校核分析表明，B點(diǎn)的應(yīng)力值最高，通常只計(jì)算B點(diǎn)的應(yīng)力來校核膜片彈簧碟簧的強(qiáng)度。B點(diǎn)的應(yīng)力tB為tB=E1-2re-r22-e-r+h2令dtBd=0,可求出tB達(dá)到極大值時(shí)的轉(zhuǎn)角Pp=+h2(e-r)自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的圓錐底角=9.24O =0.16rad中性點(diǎn)半徑e=(R-r)/ln(R/r)=113.1mm。此時(shí)P=0.16+2.2/(113.1-102)2=0.26rad離合器徹底分離時(shí),膜片彈簧子午斷面的實(shí)際轉(zhuǎn)角為fp,計(jì)算時(shí)tB，應(yīng)取p；如果f<p，則取f。式中材料的彈性模量E=2.1×105Mpa;泊松比=0.3解得tB=142

26、0.8Mpa在分離軸承推力F2（N）的作用下，B點(diǎn)還受彎曲應(yīng)力rB，其值為rB=6（r-rf)F2nbrh2分離軸承推力F2=R1-r1r1-rfF1;式中F1=2319N式中，n為分離指數(shù)目（n=18）；br為一個(gè)分離指根部的寬度（br=21mm）。解得rB=51.11Mpa考慮到彎曲應(yīng)力rB是與切向壓應(yīng)力tB相互垂直的拉應(yīng)力，根據(jù)最大切應(yīng)力強(qiáng)度理論，B點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力為jB=rB-tB解得jB=1369.69Mpa在這次設(shè)計(jì)中，膜片彈簧材料采用60Si2MnA，通常應(yīng)使jB不大于1500-1700MPa。本次設(shè)計(jì)中符合應(yīng)力要求膜片彈簧的相關(guān)參數(shù)如表截錐高度H板厚h分離指數(shù)n圓底錐角3.74mm

27、2.2mm189.24°八、 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。1） 目標(biāo)函數(shù)膜片彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)大致有五種，為了既保證離合器使用過程中傳遞轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性，又不致嚴(yán)重過載，且能保證操縱省力，通常選取“在分離過程中，駕駛員作用在分離軸承上的分離操縱力的平均值最小?！焙汀霸谀Σ疗p極限范圍內(nèi)，彈簧壓緊力變化的絕對值的平均值為最小?！?作為目標(biāo)函數(shù)，通過兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)分配不同的權(quán)重來協(xié)調(diào)他們之間的矛盾，并用轉(zhuǎn)換函數(shù)將兩個(gè)目標(biāo)合成一個(gè)目標(biāo)，構(gòu)成統(tǒng)一的總目標(biāo)函數(shù)，則式中，

28、和分別為兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)和的加權(quán)因子，視設(shè)計(jì)要求選定。2） 設(shè)計(jì)變量從膜片彈簧彈性特征計(jì)算式可以看出，應(yīng)選取H、h、R、r、這六個(gè)尺寸參數(shù)以及在結(jié)合工作點(diǎn)相應(yīng)于彈簧工作壓緊力的大端變形量為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，即3） 約束條件a) 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H/(R-r)應(yīng)在一定范圍內(nèi)，即 1.6 H/h = 1.7 2.2 9°H/(R-r)=9.24° 15°滿足使用設(shè)計(jì)要求。b) 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 R/r=1.23 1.353.5R / r0=3.7 5.0滿足使用設(shè)計(jì)要求。c) 為了使摩擦片上的壓緊

29、力分布比較均勻，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，即(D+d)/4=101.25 r1 = 104 D/2=125滿足使用設(shè)計(jì)要求。d) 根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求，R1與R，rf與r0之差應(yīng)在一定范圍內(nèi)，即 1 R-R1 = 1 7 0 rf-r0 = 1 4滿足使用設(shè)計(jì)要求。e) 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 = 4.45 9.0滿足使用設(shè)計(jì)要求。九、 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(一) 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)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系

30、的首段扭轉(zhuǎn)剛度，從而降低傳動系扭轉(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能量。因此，扭轉(zhuǎn)減振器具有如下功能：a) 降低發(fā)動機(jī)曲軸與傳動系接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度，調(diào)諧傳動系扭振固有頻率。b) 增加傳動系扭振阻尼，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。c) 控制動力傳動系總成怠速時(shí)離合器與變速器軸系的扭振，消減變速器怠速噪聲和主減速器與變速器的扭振及噪聲。d) 緩和非穩(wěn)定工況下傳動系的扭轉(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)，

31、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、預(yù)緊轉(zhuǎn)矩T和極限轉(zhuǎn)角等。2） 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)a) 極限轉(zhuǎn)矩T極限轉(zhuǎn)矩是指減振器在消除了限位銷與從動盤轂缺口之間的間隙時(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)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩有關(guān)，一般可取 T = (1.52.0) T (2-6)一般乘用車：系數(shù)取2.0 即 T = 2 T = 800 N·m b) 扭轉(zhuǎn)角剛度K 13T=13x800=10400c) 阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T由于減振器扭轉(zhuǎn)剛度k受結(jié)構(gòu)及發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的限制，不可能很低，故為了在發(fā)動機(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

32、的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T 。一般可按下式初選：T=(0.060.17)T (2-7)取T= 0.1T = 40 N·md) 預(yù)緊轉(zhuǎn)矩T減振彈簧在安裝時(shí)都有一定的預(yù)緊。研究表明，T增加，共振頻率將向減小頻率的方向移動，這是有利的。但是T不應(yīng)大于T ，否則在反向工作時(shí)，扭轉(zhuǎn)減振器將提前停止工作。故，Tn滿足以下關(guān)系：Tn（0.050.15）且TnT24.7 N·m而Tn（0.050.15）12.3516.2 N·m則初選Tn30N·me) 減振彈簧的位置半徑R R0 的尺寸應(yīng)盡可能大些，一般取 R =(0.600.75)d/2 (2-10)取R0 = 50 mm f

33、) 減振彈簧個(gè)數(shù)Z Z參照表6-1選取。表6-1 減振彈簧個(gè)數(shù)的選取摩擦片外徑D/mm225250250325325350>350Z4668810>10摩擦片外徑D = 250 mm ，可選擇Z為68，選取Z=6g) 減振彈簧總壓力 F當(dāng)限位銷與從動盤轂之間的間隙或被消除，減震彈簧傳遞的轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值T時(shí)，減震彈簧受到的壓力F為F = T/R = 800000Nmm/50 = 16000 N (2-11)h) 極限轉(zhuǎn)角本次設(shè)計(jì) 取10°。3） 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。a) 減振彈簧的分布半徑R1R1的

34、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=R0=50mmb) 單個(gè)減振器的工作壓力PP=FZ=160006=2666.7 Nc) 減振彈簧尺寸i. 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=14mmii. 彈簧鋼絲直徑dd=38PDc=38×2666.7×14×580=5.47mm式中，扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力可取550600Mpa,故取為580Mpad取5.5 mmiii. 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k及其布置尺寸R1確定，即k=k1000R12n=104001000×0

35、.052×6=693.3 N/mmiv. 減振彈簧有效圈數(shù)i=Gd48Dc3k=8.3×104×5.548×143×693.3=4.06式中G為材料的剪切彈性模量，對于低碳鋼G=8.3×104Mpa。v. 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lmin=nd+nd=33mm彈簧總變形量l=Pk=2666.7693.3=3.85mm減振彈簧總變形量=33+3.85=36.85mm減振彈簧預(yù)變形量l'=TnkZR1=30693.3×6×50=0.144mm

36、減振彈簧安裝工作高度=36.85-0.144=36.706mmvi. 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)，其值為=4.248°vii. 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.viii. 限位銷直徑按結(jié)構(gòu)布置選定，一般9.512mm。可取為10mm扭轉(zhuǎn)減振器相關(guān)參數(shù)表極限轉(zhuǎn)矩Tj阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn減震彈簧位置半徑R0減震彈簧個(gè)數(shù)Zj800Nm40Nm30Nm50mm6(二) 從動盤總成的設(shè)計(jì)1） 從動盤轂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(jī)傳來的全部轉(zhuǎn)矩。它一

37、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(jī)的最大轉(zhuǎn)矩T由表3-1選取。表6-2 從動盤轂花鍵的尺寸摩擦片外徑 D/mm發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩T/(N·m)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/mm160491023183209.81806910262132011.620010810292342511.122514710322643011.325019610352843510.228027510353244012.530030410403254010.532537310403254511.43504711040

38、3255013.0本次設(shè)計(jì)D = 250 mm ，T= 400 N·m 故選擇花鍵類型為：摩擦片外徑 D/mm發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩T/(N·m)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/mm250400104032550132） 從動片的設(shè)計(jì)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：a) 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。b) 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。c) 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(jì)初選從動片厚度為4mm(三) 離合器

39、蓋總成的設(shè)計(jì)離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求：a) 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。b) 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。c) 蓋的膜片彈簧支承處應(yīng)具有高的尺寸精度。d) 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。e) 乘用車離合器蓋一般用08、10鋼等低碳鋼板。本次設(shè)計(jì)初選08鋼板厚度為3mm(四) 壓盤的設(shè)計(jì)對壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求:a) 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。b) 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