汽車離合器設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、1、離合器概述對(duì)于以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車，離合器在機(jī)械傳動(dòng)系中是作為一個(gè)獨(dú)立的總成 而存在的，它是汽車傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)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(dòng)部分之間的摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力且能分離的裝置。 它主要包括主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)、和操縱機(jī)構(gòu)等四部分。離合器的功用主要的功用是切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞，保證汽 車起步時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順地接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換檔時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī) 與傳動(dòng)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(dòng)載荷 時(shí)，能限制傳動(dòng)系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，以防止傳動(dòng)系各零件因過(guò)載而損壞；有效 地降低傳動(dòng)系中的振動(dòng)和噪聲。2

2、、設(shè)計(jì)要求及其技術(shù)參數(shù) 基本要求： 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(guò)載。接合時(shí)要完全、平順、柔和，保證起初起步時(shí)沒(méi)有抖動(dòng)和沖擊。 分離時(shí)要迅速、徹底。從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕換檔時(shí)變速器齒輪間的沖擊，便于換檔和減小同 步器的磨損。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(guò)高，延長(zhǎng)壽命。 操縱方便、準(zhǔn)確，以減少駕駛員的疲勞。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(zhǎng)。 技術(shù)參數(shù):車型 ：華 麗特 銳 2WD整車 質(zhì)量 (kg)： 1050最大扭矩 / 轉(zhuǎn)速(N m/rpm ) : 120/3200主減速比： 一檔

3、速比: 滾動(dòng) 半徑 : 350mm3、結(jié)構(gòu)方案分析 從動(dòng)盤數(shù)的選擇:單片離合器 單片離合器: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。單片離合器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向尺寸緊湊，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，采用軸向有彈性的從動(dòng)盤可保證結(jié)合平順。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

4、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(zhǎng)。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(jiǎn)單、緊湊，零件數(shù)目更少，質(zhì)量更小等。膜片彈簧的支撐形式圖3-1為拉式膜片彈簧的支承形式一單支承環(huán)形式，將膜片彈簧大端支承在離合器蓋殺中的支承環(huán)上。圖3-14、離合器主要參數(shù)的選擇后備系數(shù)B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

5、時(shí)，應(yīng)考慮摩擦片在使用中的磨損后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(guò)長(zhǎng)、防止傳動(dòng)系過(guò)載以及操縱輕便等因素。乘用車B選擇：，本次設(shè)計(jì)取B=。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)f石棉基材料模壓編織粉末冶金材料銅基鐵基金屬陶瓷材料本次設(shè)計(jì)取f =。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 t是指離合器處于正常結(jié)合狀態(tài)、分離套筒被回位

6、彈簧拉到后極限位置時(shí)，為保證摩擦片正常磨損過(guò)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 3 4mm。本次設(shè)計(jì)取 t =3 mm。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4-2。表4-2摩擦片單位壓力p 0的取值范圍摩擦片材料單位壓力 p0/Mpa石棉基材料模壓編織粉末冶金材料銅基鐵基金屬陶瓷材料p 0選擇： MPa < po < MPa，本次設(shè)計(jì)取 p0 =。摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度b

7、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。:12B TemaxD = 3 160 mm (2-1).n fZp°(1 c3)取 D =198 mm當(dāng)摩擦片外徑 D確定后，摩擦片內(nèi)徑 d可根據(jù)d/D在之間來(lái)確定。取 c = d/D =， d = 140 mm，取 d = 139mm摩擦片厚度 b主要有 mm、 mm、 mm三種。取 b = mm。5、離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算離合器基本參數(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(lái)

8、確定這些參數(shù)。1)摩擦片外徑D （ mm）的選取應(yīng)使最大圓周速度vD不超過(guò)6570m/s，即nnVd=nemaxD10 3=0 3 =s < 670m/s(2-2)V 1 1 1 V</v6060符合要求式中,v D為摩擦片最大圓周速度（m/S）；n emax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)在范圍內(nèi)，本次設(shè)計(jì)取C =。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(guò)載，不同的車型的B值應(yīng)在一定范圍內(nèi)，最大范圍為，本次設(shè)計(jì)取B =。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2Ro約50mm，即d > 2R0 + 5

9、0 mm5）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 Mpa。本次設(shè)計(jì)取p0 = MPa6）為了減少汽車起步過(guò)程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過(guò)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：)=(J)(2-4)2 2 2 n ne ( mar 1800 i0i2式中，ma為汽車總質(zhì)量（kg）； rr為輪胎滾動(dòng)半徑（m） ； i g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；ne為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；乘用車ne取2

10、000 r/min4W4* 6994.4w = 2n Z(Dd2)3.14* 2* (200* 200 140*140)< w=J/mm(2-5)滿足要求膜片彈簧的彈性特性曲線膜片彈簧H八門基本參數(shù)的選擇1) 比值H/h和h的選擇H/h 一般為，板厚h為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2 4 mm 。取 h = 2 mm , H/h = ，即卩 H = mm。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/r 一般為。為使摩擦片上的壓力分布較均勻，

11、拉式 膜片彈簧的r值宜為大于或等于 R c 。即R=摩擦片外徑100 取 R/r =， r = R / = 77 mm3) 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 = arctan H/(R-r) = 10 °，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 r 0及分離軸承作用半徑r f的確定r f應(yīng)大于r 0r0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。2I軸外徑D>=AP=T* n/955

12、0=400x4000/9550=取r 0min >I軸花鍵外徑=40由文獻(xiàn)4得知花鍵尺寸d=36D=40B=76)切槽寬度S 1、5 2及半徑re的確定 本次設(shè)計(jì)取 S i = mm，各 2 = 9 mm , r e 冬 r - S 2 = mm。1=mm， S 2 = 910 mm， r e的取值應(yīng)滿足r - re > S 27）壓盤加載點(diǎn)半徑Ri和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑門的確定Ri=74r1=63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） 為了滿足離合器使用性能的要求，

13、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< H/h =<9°Wa H/（R-r）=10 ° <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< R/r= << R / ro= 80 / = < =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r1應(yīng)位于摩擦片的平 均半徑與外半徑之間，即（D+d）/4 < n=63< D/24） 根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求，R1與R, rf與ro之差應(yīng)在一定范圍內(nèi)，即1 < R-R = 6 < 70 < rf-r

14、0 =< 45）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，即尺rf< =<R A6、主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)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

15、，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Tj、預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn和極限轉(zhuǎn)角 j等。扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)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厶j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 Tj= Temax(2-

16、6)一般乘用車：系數(shù)取 即Tj = 2 Temax = 240N m2) 扭轉(zhuǎn)角剛度K < 13Tj=l3 X 240=31203) 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(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 。一般可按下式初選：T =Temax(2-7)取 T = emax = 12N m4) 預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 Tn減振彈簧在安裝時(shí)都有一定的預(yù)緊。研究表明，Tn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 T ，否則在反向工作時(shí)， 扭轉(zhuǎn)減振器將提前停止工作， 故取 Tn =

17、 Temax(2-8)取 Tn = emax =12N m5) 減振彈簧的位置半徑R0R0 的尺寸應(yīng)盡可能大些，一般取R0 =d/2(2-10)R0 = 2 = mm6）減振彈簧個(gè)數(shù)ZjZj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>350Zj4668810>10摩擦片外徑 D = 198mm，選取Zj=47） 減振彈簧總壓力F當(dāng)限位銷與從動(dòng)盤轂之間的間隙i或2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 = Tj/R 0 = 240000Nmm/ = 6400 N（2-11）8） 極限轉(zhuǎn)角j本次設(shè)計(jì)

18、j取10 °。扭轉(zhuǎn)彈簧的設(shè)計(jì)1 ）取彈簧鋼絲直徑 d=3mm2）彈簧指數(shù)比c=63）曲度系數(shù)K'=4）彈簧中徑 Dm=18mm5）外徑 D=Dm+d=21mm6）彈簧總?cè)?shù)n=i+7）工作負(fù)荷下變形 f=P/K=308）n=i+=9) A f=10) H o =d+f+Af+= H o表6-2壓簧的計(jì)算公式表序號(hào)型目卄算公式附注1譯進(jìn)鋼逖克徑/wn戶=尸軒川尸一工作負(fù)噴；吃- 壓盤總圧微力“一弾黃數(shù)2彈費(fèi)中徑,mmDm- D-dD-W«外徑3彈繞比C峙禹令盎甌騎的C值妁在H呂之間4曲度系敷4C 1( 0. 615 尺 4C-4 1 C轡慮贊圈曲粛對(duì)哇麼融啾的系城鼻a

19、彈簧工作應(yīng)力r呻nd6禪蚩剛度/N/mmy MPy-PK"嚴(yán) Af時(shí)離合誰(shuí)壓簧.希望K盡田小一敵 K 2D *- 4 SN/iTiTn7禪徴工作圈數(shù)Gd9G 3切那推機(jī)it 鋼材，Q = R X ID* - 8. 3 X 10* MPaS彈竇總聽敷n i + ( 1. 5 Z* 0)氏車離合器壓黃一股取n = j卡1.5,即每端石3/4圈拼累，井桁端 部鋼輕直桎磨薄至直從的1“9工徉負(fù)荷下的變形 /mmUK10沖簧的附加宜形員 /mm皐片離合黑2=.32.5 雙片離合器:"7 5-XO即為壓盤的升離行程從動(dòng)盤總成的設(shè)計(jì)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

20、由發(fā)動(dòng)機(jī)傳來(lái)的全部轉(zhuǎn)矩。 它一般采用齒側(cè)對(duì)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(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Temax由表*選取。表6-2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c/MPa齒數(shù)n夕卜徑D'/mm內(nèi)徑d '/mm齒厚t/mm有效齒長(zhǎng)l/mm16049102318320180691026213202001081029234252251471032264302501961035284352802751035324403003041040325403253731040325453504711040

21、325501112彈賛蜃大貫時(shí)葉的 間隙Fee為梱祁腿之問(wèn)的直隙13弾熒工作爲(wèi)威幾nm14彈熒蜃大負(fù)荷/N- K"+ F離合幕徹底分蔑時(shí)的禪簧毆丈龍 荷一腕規(guī)定15-1.虻）P本次設(shè)計(jì)D = 198mm , Temax= 120 N m故選擇花鍵類型為:摩擦片外 徑D/mm發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn) 矩Temax/（N，m）花鍵尺寸擠壓應(yīng)力c/MPa齒數(shù)n夕卜徑D'/mm內(nèi)徑d7mm齒厚t/mm有效齒長(zhǎng)l/mm200120103226430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：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

22、，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。 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?gòu)膭?dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。4）熱穩(wěn)定性要好5）磨合性要好，不至刮傷飛輪和壓盤表面離合器蓋總成的設(shè)計(jì)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)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(guò)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。壓盤的設(shè)計(jì)對(duì)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)