離合器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

./目錄一離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)···············································21.1離合器結(jié)構(gòu)選擇與論證1.2離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)1.3離合器主要零件的設(shè)計(jì)二離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明······································72.1離合器設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù)2.2摩擦片主要參數(shù)選擇2.3摩擦片基本參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化2.4膜片彈簧主要參數(shù)的選擇2.5膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)2.6膜片彈簧的載荷與變形關(guān)系2.7膜片彈簧的應(yīng)力計(jì)算2.8扭轉(zhuǎn)減震器設(shè)計(jì)2.9減震彈簧的設(shè)計(jì)2.10踏板行程及踏板力計(jì)算2.11從動(dòng)軸的計(jì)算2.12從動(dòng)盤(pán)轂2.13分離軸承的壽命計(jì)算三心得體會(huì)················································25四參考文獻(xiàn)················································26一離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了達(dá)到計(jì)劃書(shū)所給的數(shù)據(jù)要求,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)車(chē)型的類(lèi)別、使用要求、制造條件,以及"系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化"的要求等,合理選擇離合器結(jié)構(gòu)。1.1離合器結(jié)構(gòu)選擇與論證1.1.1摩擦片的選擇單片離合器因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,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)能保證分離徹底接合平順,所以被廣泛使用于轎車(chē)和中、小型貨車(chē),因此該設(shè)計(jì)選擇單片離合器。摩擦片數(shù)為2。1.1.2壓緊彈簧布置形式的選擇離合器壓緊裝置可分為周布彈簧式、中央彈簧式、斜置彈簧式、膜片彈簧式等。其中膜片彈簧的主要特點(diǎn)是用一個(gè)膜片彈簧代替螺旋彈簧和分離杠桿。膜片彈簧與其他幾類(lèi)相比又有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)[9]：〔1由于膜片彈簧有理想的非線性特征,彈簧壓力在摩擦片磨損圍能保證大致不變,從而使離合器在使用中能保持其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力不變。當(dāng)離合器分離時(shí),彈簧壓力不像圓柱彈簧那樣升高,而是降低,從而降低踏板力；〔2膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用,使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,軸向尺寸小,零件數(shù)目少,質(zhì)量?。弧?高速旋轉(zhuǎn)時(shí),壓緊力降低很少,性能較穩(wěn)定；而圓柱彈簧壓緊力明顯下降；〔4由于膜片彈簧大斷面環(huán)形與壓盤(pán)接觸,故其壓力分布均勻,摩擦片磨損均勻,可提高使用壽命；〔5易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱,使用壽命長(zhǎng)；〔6平衡性好；〔7有利于大批量生產(chǎn),降低制造成本。但膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜,對(duì)材料質(zhì)量和尺寸精度要求高,其非線性特性在生產(chǎn)中不易控制,開(kāi)口處容易產(chǎn)生裂紋,端部容易磨損。近年來(lái),由于材料性能的提高,制造工藝和設(shè)計(jì)方法的逐步完善,膜片彈簧的制造已日趨成熟。因此,我選用膜片彈簧式離合器。1.1.3壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式在膜片彈簧離合器中,扭矩從離合器蓋傳遞到壓盤(pán)的方法有三種[9]：〔1凸臺(tái)—窗孔式：它是將壓盤(pán)的背面凸起部分嵌入在離合器蓋上的窗孔,通過(guò)二者的配合,將扭矩從離合器蓋傳到壓盤(pán)上,此方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,應(yīng)用較多；缺點(diǎn)：壓盤(pán)上凸臺(tái)在傳動(dòng)過(guò)程中存在滑動(dòng)摩擦,因而接觸部分容易產(chǎn)生分離不徹底?！?徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)式：這種方式使用彈簧剛制的徑向片將離合器蓋和壓盤(pán)連接在一起,此傳動(dòng)的方式較上一種在結(jié)構(gòu)上稍顯復(fù)雜一些,但它沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)部分,因而不存在磨損,同時(shí)踏板力也需要的小一些,操縱方便；另外,工作時(shí)壓盤(pán)和離合器蓋徑向相對(duì)位置不發(fā)生變化,因此離合器蓋等旋轉(zhuǎn)物件不會(huì)失去平衡而產(chǎn)生異常振動(dòng)和噪聲?！?徑向傳動(dòng)片驅(qū)動(dòng)方式：它用彈簧鋼制的傳動(dòng)片將壓盤(pán)與離合器蓋連接在一起,除傳動(dòng)片的布置方向是沿壓盤(pán)的弦向布置外,其他的結(jié)構(gòu)特征都與徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式相同。經(jīng)比較,我選擇徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。分離杠桿、分離軸承分離杠桿的作用由膜片彈簧承擔(dān),其作用是通過(guò)分離軸承克服離合器彈簧的推力并推動(dòng)壓盤(pán)移動(dòng),從而使壓盤(pán)與從動(dòng)盤(pán)和從動(dòng)盤(pán)與飛輪相互分離,截?cái)鄤?dòng)力的傳遞,分離杠桿要具有足夠的強(qiáng)度和剛度,以承受反復(fù)作用在其上面的彎曲應(yīng)力,分離軸承的作用是通過(guò)分離叉的作用使分離軸承沿變速器前端蓋導(dǎo)向套作軸向移動(dòng),推動(dòng)旋轉(zhuǎn)中的膜片彈簧中部分離前端,使離合器起到分離作用。分離本次設(shè)計(jì)選用的是油封軸承,它可以將潤(rùn)滑脂密封在軸承殼,使用中不需要增加潤(rùn)滑,相比供油式軸承則需增加。離合器的散熱通風(fēng)試驗(yàn)表明,摩擦片的磨損是隨壓盤(pán)溫度的升高而增大的,當(dāng)壓盤(pán)工作表面超過(guò)°C時(shí)摩擦片磨損劇烈增加,正常使用條件的離合器盤(pán),工作表面的瞬時(shí)溫度一般在°C以下。在特別頻繁的使用下,壓盤(pán)表面的瞬時(shí)溫度有可能達(dá)到。過(guò)高的溫度能使壓盤(pán)受壓變形產(chǎn)生裂紋和碎裂。為使摩擦表面溫度不致過(guò)高,除要求壓盤(pán)有足夠大的質(zhì)量以保證足夠的熱容量外,還要求散熱通風(fēng)好。改善離合器散熱通風(fēng)結(jié)構(gòu)的措施有：在壓盤(pán)上設(shè)散熱筋,或鼓風(fēng)筋；在離合器中間壓盤(pán)鑄通風(fēng)槽；將離合器蓋和壓桿制成特殊的葉輪形狀,用以鼓風(fēng)；在離合器外殼裝導(dǎo)流罩。膜片彈簧式離合器本身構(gòu)造能良好實(shí)現(xiàn)通風(fēng)散熱效果,故不需作另外設(shè)置。1.1.6從動(dòng)盤(pán)總成從動(dòng)盤(pán)總成由摩擦片,從動(dòng)片,減震器和從動(dòng)盤(pán)穀等組成。它雖然對(duì)離合器工作性能影響很大的構(gòu)件,但是其工作壽命薄弱,因此在結(jié)構(gòu)和材料上的選擇是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。從動(dòng)盤(pán)總成應(yīng)滿(mǎn)足如下設(shè)計(jì)要求：〔1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小,以減小變速器換檔時(shí)輪齒簡(jiǎn)單沖擊；〔2應(yīng)具有軸向彈性,使離合器接合平順,便于起步,而且使摩擦面壓力均勻,減小磨損?！?應(yīng)裝扭轉(zhuǎn)減振器,以避免傳動(dòng)系共振,并緩和沖擊。1、摩擦片要求摩擦系數(shù)穩(wěn)定、工作溫度、單位壓力的變化對(duì)其影響要小,有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性；熱穩(wěn)定性好,磨合性好,密度??；有利于結(jié)合平順,長(zhǎng)期停放離合器摩擦片不會(huì)粘著現(xiàn)象的。綜上所述,選擇石棉基材料。石棉基摩擦材料是由石棉或石棉織物、粘結(jié)劑〔樹(shù)脂或硅膠和特種添加劑熱壓制成,其摩擦系數(shù)為0.25～0.3,密度小,價(jià)格便宜,多年來(lái)在汽車(chē)離合器上使用效果良好。同時(shí),摩擦片從動(dòng)鋼片用鉚釘連接,連接可靠,更換摩擦片方便,而且適宜在從動(dòng)鋼片上裝波形彈簧片以獲得軸向彈性。2、從動(dòng)盤(pán)的軸向彈性從動(dòng)盤(pán)的軸向彈性可改善離合器性能,使離合器接合柔和,摩擦面接觸均勻,磨損較小。為使從動(dòng)盤(pán)有軸向彈性,單獨(dú)制造扇形波狀彈簧與從動(dòng)鋼片鉚接。波狀彈簧可用比鋼片輕薄的材料制造,軸向彈性較好,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,適宜高速旋轉(zhuǎn),且彈簧對(duì)置分布,彈性好。因此設(shè)計(jì)中選用此類(lèi)彈簧。3、扭轉(zhuǎn)減震器扭轉(zhuǎn)減震器幾乎是現(xiàn)代汽車(chē)離合器從動(dòng)盤(pán)上必備的部件,主要由彈性元件和阻尼元件組成。彈性元件可降低傳動(dòng)系的首端扭轉(zhuǎn)剛度,從而降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階固有頻率,改變系統(tǒng)的固有振型,使之盡可能避免由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵(lì)引起的共振。但是,這種共振往往難以避免。汽車(chē)行駛在不平的道路上行駛阻力也會(huì)時(shí)刻變化。當(dāng)由于路面不平引起的激力頻率與傳動(dòng)系的某階自振頻率重合時(shí),也會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。阻尼元件則可有效的耗散此時(shí)的振動(dòng)能量,因而扭轉(zhuǎn)減震器可有效地降低傳動(dòng)系共振載荷與噪聲。扭轉(zhuǎn)減震器的彈性特性,又線性和非線性?xún)煞N。彈性元件采用圓柱螺旋彈簧的減震器,其彈性特點(diǎn)為線性。阻尼元件采用摩擦片通過(guò)碟形彈簧建立阻尼默片的正應(yīng)力,其阻尼力矩比較穩(wěn)定。因此發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩實(shí)際上是通過(guò)一些彈性元件傳遞到傳動(dòng)系的。摩擦式扭轉(zhuǎn)減震器工作原理：離合器工作時(shí),扭矩從摩擦片傳給從動(dòng)鋼片再傳給從動(dòng)盤(pán)轂,此時(shí)彈簧被壓縮,從動(dòng)鋼片相對(duì)從動(dòng)盤(pán)轂前移〔從動(dòng)轂邊緣上的缺口控制著鋼片與轂的最大位移。1.2離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)在進(jìn)行離合器的具體設(shè)計(jì)時(shí),首先應(yīng)保證傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩為前提,然后滿(mǎn)足下列條件[15]:〔1如前所述,扇形波狀彈簧對(duì)置分布鉚接在從動(dòng)鋼片上,并在從動(dòng)盤(pán)上設(shè)置扭轉(zhuǎn)減震器保證離合器接合柔和,摩擦片制成一定錐度〔從動(dòng)盤(pán)錐形量約為0.5mm使其大端面向飛輪,這樣從動(dòng)盤(pán)轂在從動(dòng)軸〔即變速器第一軸花鍵上易于滑動(dòng),有利于離合器徹底分離?！?離合器主動(dòng)部分與從動(dòng)部分的連接和支撐形式,離合器的主動(dòng)部分包括飛輪,離合器蓋與他們一起轉(zhuǎn)動(dòng)并能軸向移動(dòng)的壓盤(pán),壓盤(pán)通過(guò)鋼片與離合器蓋相連,離合器從動(dòng)部分有從動(dòng)盤(pán),從動(dòng)軸,從動(dòng)軸裝在飛輪與壓盤(pán)之間,可在從動(dòng)軸花鍵上滑動(dòng),設(shè)計(jì)時(shí)把離合器從動(dòng)軸的前軸承安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的中心孔?！?離合器從動(dòng)軸的軸向定位及軸承潤(rùn)滑,離合器從動(dòng)軸在安裝后應(yīng)保持軸向定位,在拆卸時(shí)便于離合器中抽出來(lái)。因此,設(shè)計(jì)時(shí)使從動(dòng)軸前軸承外圓與飛輪為過(guò)渡配合,而前軸承圈與從動(dòng)軸為間隙配合,離合器的從動(dòng)軸軸向定位是靠從動(dòng)軸后軸承來(lái)保證的。離合器分離軸承靠注入黃油潤(rùn)滑的,而從動(dòng)軸前軸承靠油杯定期注入潤(rùn)滑。為防止?jié)櫥土鞯侥Σ烈r面,造成離合器打滑,除在軸承處安有自緊油封外,還在飛輪上開(kāi)泄油孔?！?離合器運(yùn)動(dòng)零件的限位,離合器處于接合時(shí)為使壓盤(pán)與摩擦片很好接合,應(yīng)使分離彈簧與分離軸承之間保持一定間隙,這是分離軸承回位彈簧加以保證。分離時(shí),應(yīng)對(duì)踏板的最大行程加以限制。1.3離合器主要零件的設(shè)計(jì)1.3.1從動(dòng)盤(pán)扇形波狀彈簧兩兩對(duì)置鉚接與從動(dòng)鋼片上,兩側(cè)在鉚接摩擦片,鉚釘都采用鋁制埋頭鉚釘,摩擦襯面在鉚接后腰磨削加工,使其工作表面的不平度誤差小于0.2mm,從動(dòng)盤(pán)本體采用45號(hào)鋼沖壓加工得到,為防止其彎曲變形而引起分離不徹底,一般在從動(dòng)盤(pán)本體上設(shè)徑向切口。1.3.2摩擦片摩擦片在性能上要滿(mǎn)足如下要求：〔1摩擦系數(shù)穩(wěn)定,工作溫度,滑磨速度,單位壓力的變化對(duì)其影響；〔2具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性,熱穩(wěn)定性好；〔3有利于接合平順；4.長(zhǎng)期停放離合器摩擦面會(huì)發(fā)生粘著現(xiàn)象?！?摩擦片選用材料為石棉基摩擦材料,它是由石棉或石棉織物、粘結(jié)劑和特種添加劑熱壓而成,其摩擦系數(shù)為。石棉基摩擦材料密度小,工作溫度小于180℃,價(jià)格便宜,使用效果良好,在汽車(chē)離合器中廣泛使用。1.3.3膜片彈簧膜片彈簧使用優(yōu)質(zhì)高精質(zhì)鋼。其碟簧部分的尺寸精度要求高,碟簧材料為60SiMnA。為了提高膜片彈簧的承載能力,要對(duì)膜片彈簧進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,得具有高抗疲勞能力的回火索氏體。要防止膜片緣離開(kāi),同時(shí)對(duì)膜片彈簧進(jìn)行強(qiáng)壓處理〔將彈簧壓平并保持小時(shí),使其高壓力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應(yīng)力,對(duì)膜片彈簧的凹表面進(jìn)行噴丸處理,噴丸是φ0.8的白口鐵小丸,可提高彈簧的疲勞壽命。同時(shí),為提高分離指的耐磨性,對(duì)其進(jìn)行局部高頻淬火式鍍鉻。采用乳白鍍鉻,若膜片彈簧許用應(yīng)力可取為1500～1700N/mm2。壓盤(pán)壓盤(pán)的材料選用HT20-40鑄造制成。它要有一定的質(zhì)量和剛度,以保證足夠的熱容量和防止溫度升高而產(chǎn)生的彎曲變形。壓盤(pán)應(yīng)與飛輪保持良好的對(duì)中,并進(jìn)行靜平衡。壓盤(pán)的摩擦工作面需平整光滑,其端面粗糙不低于0.8。壓盤(pán)殼用M8×12mm螺栓將其一端固定在飛輪端面上,另一端固定在壓盤(pán)端面上。離合器蓋離合器蓋的膜片彈簧支撐處須具有較大的剛度和較高的尺寸精度,壓盤(pán)高度〔叢承壓點(diǎn)到摩擦面的距離公差要小,支撐環(huán)和支撐鉚釘?shù)陌惭b尺寸精度要高,耐磨性好,膜片彈簧的支撐形式采用鉚釘作支承時(shí),如果分離軸承與曲軸中心線不同心,可引起鉚釘?shù)倪^(guò)度磨損。提高鉚釘硬度的套筒和支承與曲軸中心線不同心,亦可引起鉚釘?shù)倪^(guò)度。提高鉚釘硬度的套筒和支承圈是提高耐磨性的結(jié)構(gòu)措施,采用10鋼材材料、HRc40-50。二離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明2.1離合器設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù)表3.1離合器原始數(shù)據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)EQ6100-1汽車(chē)的質(zhì)量9610kg傳動(dòng)系傳動(dòng)比1檔7.31主減速比6.33發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩352N.m/1300〔r/min離合器形式機(jī)械、干式、單片、膜片彈簧〔壓式操縱形式液壓人力操縱摩擦片最大外徑f=225mm踏板行程mmi0=6.17ig1=5.913ig2=2.659ig3=1.775ig4=1.000汽車(chē)最大時(shí)速≥110km/h2.2摩擦片主要參數(shù)的選擇采用單片摩擦離合器是利用摩擦來(lái)傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的,為保證可靠度,離合器靜摩擦力矩應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩摩擦片的靜壓力：〔3.1〔式中：離合器后備系數(shù)〔發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩可由式:〔3.2求得α在1.1～1.3之間,取α=1.16,則N.m〔1后備系數(shù)β是離合器的重要參數(shù),反映離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的可靠程度,選擇β時(shí),應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：a.摩擦片在使用中有一定磨損后,離合器還能確保傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩；b.防止離合器本身滑磨程度過(guò)大；c.要求能夠防止傳動(dòng)系過(guò)載。通常轎車(chē)和輕型貨車(chē)β=1.2～1.75。結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)際情況,故選擇β=1.5。則有β可有表3.2查得β＝1.5。表3.2離合器后備系數(shù)的取值圍車(chē)型后備系數(shù)β乘用車(chē)及最大總質(zhì)量小于6t的商用車(chē)1.20～1.75最大總質(zhì)量為6～14t的商用車(chē)1.50～2.25掛車(chē)1.80～4.00摩擦片的外徑可有式:〔3.3求得為直徑系數(shù),取值見(jiàn)表3.3取得D=221.11mm。表3.3直徑系數(shù)的取值圍車(chē)型直徑系數(shù)乘用車(chē)14.6最大總質(zhì)量為1.8～14.0t的商用車(chē)16.0～18.5<單片離合器>13.5～15.0<雙片離合器>最大總質(zhì)量大于14.0t的商用車(chē)22.5～24.0摩擦片的尺寸已系列化和標(biāo)準(zhǔn)化,標(biāo)準(zhǔn)如下表<部分>:表3.4離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)外徑D\mm160180200225250280300325徑d\mm110125140150155165175190厚度/mm3.23.53.53.53.53.53.53.50.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.800單面面積cm2106132160221302402466546摩擦片的摩擦因數(shù)取決于摩擦片所用的材料及基工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素?？捎杀?.5查得：摩擦面數(shù)Z為離合器從動(dòng)盤(pán)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。本題目設(shè)計(jì)單片離合器,因此Z=2。離合器間隙Δt是指離合器處于正常接合狀態(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(guò)程中離合器仍能完全接合,在分離軸承和分離杠桿端之間留有的間隙。該間隙Δt一般為3～4mm。取Δt=4mm。表3.5摩擦材料的摩擦因數(shù)的取值圍摩擦材料摩擦因數(shù)石棉基材料模壓0.20～0.25編織0.25～0.35粉末冶金材料銅基0.25～0.35鐵基0.30～0.50金屬瓷材料0.4離合器的靜摩擦力矩為：〔3.4與式〔3.1聯(lián)立得：〔3.5代入數(shù)據(jù)得：?jiǎn)挝粔毫Pa。表3.6摩擦片單位壓力的取值圍摩擦片材料單位壓力/MPa石棉基材料模壓0.15~0.25編織0.25~0.35粉末冶金材料模壓0.35~0.50編織金屬瓷材料0.70~1.502.3摩擦片基本參數(shù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化〔1摩擦片外徑D〔mm的選取應(yīng)使最大圓周速度不超過(guò)65～70m/s,即m/sm/s〔3.6式中,為摩擦片最大圓周速度〔m/s；為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速<r/min>?！?摩擦片的、外徑比應(yīng)在0.53～0.70圍,即〔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,不同車(chē)型的β值應(yīng)在一定圍,最大圍為1.2～4.0?！?為了保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝,摩擦片徑d必須大于減振器振器彈簧位置直徑約50mm,即mm〔5為反映離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩并保護(hù)過(guò)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〔3.7式中,為單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩<N.m/mm2>,可按表3.6選取經(jīng)檢查,合格。表3.7單位摩擦面積傳遞轉(zhuǎn)矩的許用值離合器規(guī)格0．280．300．350．40〔6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(chē)型,單位壓力的最大圍為0.11～1.50MPa,即MPaMPaMPa〔7為了減少汽車(chē)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,離合器每一次接合的單位摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其許用值,即〔3.8式中,為單位摩擦面積滑磨<J/mm2>；為其許用值<J/mm2>,對(duì)于乘用車(chē)：J/mm2,對(duì)于最大總質(zhì)量小于6.0t的商用車(chē)：J/mm2,對(duì)于最大總質(zhì)量大于6.0t商用車(chē)：J/mm2：W為汽車(chē)起步時(shí)離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功〔J,可根據(jù)下式計(jì)算〔3.9式中,為汽車(chē)總質(zhì)量<Kg>；為輪胎滾動(dòng)半徑〔m；為汽車(chē)起步時(shí)所用變速器擋位的傳動(dòng)比；為主減速器傳動(dòng)比；為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min,計(jì)算時(shí)乘用車(chē)取r/min,商用車(chē)取r/min。其中：mKg代入式〔3.9得J,代入式〔3.8得,合格?！?離合器接合的溫升式中,t為壓盤(pán)溫升,不超過(guò)°C；c為壓盤(pán)的比熱容,J/<Kg·°C>；γ為傳到壓盤(pán)的熱量所占的比例,對(duì)單片離合器壓盤(pán)；,為壓盤(pán)的質(zhì)量Kg代入,°C,合格。2.4膜片彈簧主要參數(shù)的選擇1.比較H/h的選擇此值對(duì)膜片彈簧的彈性特性影響極大,分析式〔3.10中載荷與變形1之間的函數(shù)關(guān)系可知,當(dāng)時(shí),F2為增函數(shù)；時(shí),F1有一極值,而該極值點(diǎn)又恰為拐點(diǎn)；時(shí),F1有一極大值和極小值；當(dāng)時(shí),F1極小值在橫坐標(biāo)上,見(jiàn)圖3.1。1-2-3-4-5-圖3.1膜片彈簧的彈性特性曲線為保證離合器壓緊力變化不大和操縱方便,汽車(chē)離合器用膜片彈簧的H/h通常在1.5～2圍選取。常用的膜片彈簧板厚為2～4mm,本設(shè)計(jì),h=3mm,則H=6mm。2.R/r選擇通過(guò)分析表明,R/r越小,應(yīng)力越高,彈簧越硬,彈性曲線受直徑誤差影響越大。汽車(chē)離合器膜片彈簧根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求,R/r常在1.2～1.3的圍取值。本設(shè)計(jì)中取,摩擦片的平均半徑mm,取mm則mm取整mm則。3.圓錐底角汽車(chē)膜片彈簧在自由狀態(tài)時(shí),圓錐底角α一般在°圍,本設(shè)計(jì)中得°在°之間,合格。分離指數(shù)常取為18,大尺寸膜片彈簧有取24的,對(duì)于小尺寸膜片彈簧,也有取12的,本設(shè)計(jì)所取分離指數(shù)為18。4.切槽寬度mm,mm,取mm,mm,應(yīng)滿(mǎn)足的要求。5.壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑的確定應(yīng)略大于且盡量接近r,應(yīng)略小于R且盡量接近R。本設(shè)計(jì)取mm,mm。膜片彈簧應(yīng)用優(yōu)質(zhì)高精度鋼板制成,其碟簧部分的尺寸精度要高。國(guó)常用的碟簧材料的為60SizMnA,當(dāng)量應(yīng)力可取為1600～1700N/mm2。6.公差與精度離合器蓋的膜片彈簧支承處,要具有大的剛度和高的尺寸精度,壓力盤(pán)高度〔從承壓點(diǎn)到摩擦面的距離公差要小,支承環(huán)和支承鉚釘安裝尺寸精度要高,耐磨性要好。2.5膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)〔1為了滿(mǎn)足離合器使用性能的要求,彈簧的與初始錐角應(yīng)在一定圍,即〔2彈簧各部分有關(guān)尺寸的比值應(yīng)符合一定的圍,即〔3為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻,推式膜片彈簧的壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑〔或拉式膜片彈簧的壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間,即推式：拉式：〔4根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求,與,與之差應(yīng)在一定圍選取,即〔5膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用,,因此杠桿比應(yīng)在一定圍選取,即推式：拉式：由〔4和〔5得mm,mm。2.6膜片彈簧的載荷與變形關(guān)系碟形彈簧的形狀如以錐型墊片,見(jiàn)圖3.2,它具有獨(dú)特的彈性特征,廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)中。膜片彈簧是具有特殊結(jié)構(gòu)的碟形彈簧,在碟簧的小端伸出許多由徑向槽隔開(kāi)的掛狀部分——分離指。膜片彈簧的彈性特性與尺寸如其碟簧部分的碟形彈簧完全相同〔當(dāng)加載點(diǎn)相同時(shí)。因此,碟形彈簧有關(guān)設(shè)計(jì)公式對(duì)膜片彈簧也適用。通過(guò)支承環(huán)和壓盤(pán)加在膜片彈簧上的沿圓周分布的載荷,假象集中在支承點(diǎn)處,用F1表示,加載點(diǎn)間的相對(duì)變形〔軸向?yàn)棣?,則壓緊力F1與變形λ1之間的關(guān)系式為:〔3.10式中：E——彈性模量,對(duì)于鋼,μ——泊松比,對(duì)于鋼,μ=0.3H——膜片彈簧在自由狀態(tài)時(shí),其碟簧部分的錐高度h——彈簧鋼板厚度R——彈簧自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的大端半徑r——彈簧自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的小端半徑R1——壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑r1——支承環(huán)加載點(diǎn)半徑圖3.2膜片彈簧的尺寸簡(jiǎn)圖表3.8膜片彈簧彈性特性所用到的系數(shù)RrR1r1Hh118941169663代入〔3.10得〔3.11對(duì)〔3.11式求一次導(dǎo)數(shù),可解出λ1=F1的凹凸點(diǎn),求二次導(dǎo)數(shù)可得拐點(diǎn)。凸點(diǎn)：mm時(shí),N凹點(diǎn)：mm時(shí),N拐點(diǎn)：mm時(shí),N2、當(dāng)離合器分離時(shí),膜片彈簧加載點(diǎn)發(fā)生變化。設(shè)分離軸承對(duì)膜片彈簧指所加的載荷為F2,對(duì)應(yīng)此載荷作用點(diǎn)的變形為λ2。由〔3.12〔3.13列出表3.8:表3.9膜片彈簧工作點(diǎn)的數(shù)據(jù)2.967.0459.182.18215.511796.936748.9892733775.022159.672967.36膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇。從膜片彈簧的彈性特性曲線圖分析出,該曲線的拐點(diǎn)H對(duì)應(yīng)著膜片彈簧壓平位置,而。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)H之間,且靠近或在H點(diǎn)處,一般,以保證摩擦片在最大磨損限度Δλ圍壓緊力從F1B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,為最大限度地減小踏板力,C點(diǎn)應(yīng)盡量靠近N點(diǎn)。為了保證摩擦片磨損后仍能可靠的傳遞傳矩,并考慮摩擦因數(shù)的下降,摩擦片磨損后彈簧工作壓緊力應(yīng)大于或等于新摩擦片時(shí)的壓緊力,見(jiàn)圖3.3。2.7膜片彈簧的應(yīng)力計(jì)算假定膜片彈簧在承載過(guò)程中其子午斷面剛性地繞此斷面上的某中性點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)〔圖3.4。斷面在O點(diǎn)沿圓周方向的切向應(yīng)變?yōu)榱?故該點(diǎn)的切向應(yīng)力為零,O點(diǎn)以外的點(diǎn)均存在切向應(yīng)變和切向應(yīng)力。現(xiàn)選定坐標(biāo)于子午斷面,使坐標(biāo)原點(diǎn)位于中性點(diǎn)O。令X軸平行于子午斷面的上下邊,其方向如上圖所示,則斷面上任意點(diǎn)的切向應(yīng)力為：〔3.14圖3.3膜片彈簧工作點(diǎn)位置式中φ——碟簧部分子午斷面的轉(zhuǎn)角〔從自由狀態(tài)算起α——碟簧部分子有狀態(tài)時(shí)的圓錐底角e——碟簧部分子午斷面中性點(diǎn)的半徑e=〔R-r/In<R/r>〔3.15為了分析斷面中斷向應(yīng)力的分布規(guī)律,將〔3.14式寫(xiě)成Y與X軸的關(guān)系式：〔3.16圖3.4切向應(yīng)力在子午斷面的分布由上式可知,當(dāng)膜片彈簧變形位置φ一定時(shí),一定的切向應(yīng)力αt在X-Y坐標(biāo)系里呈線性分布。當(dāng)時(shí),因?yàn)榈闹岛苄?我們可以將看成,由上式可寫(xiě)成。此式表明,對(duì)于一定的零應(yīng)力分布在中性點(diǎn)O而與X軸承角的直線上。從式〔3.16可以看出當(dāng)時(shí)無(wú)論取任何值,都有。顯然,零應(yīng)力直線為K點(diǎn)與O點(diǎn)的連線,在零應(yīng)力直線側(cè)為壓應(yīng)力區(qū),外側(cè)位拉應(yīng)力區(qū),等應(yīng)力直線離應(yīng)力直線越遠(yuǎn),其應(yīng)力越高。由此可知,碟簧部分緣點(diǎn)B處切向壓應(yīng)力最大,A處切向拉應(yīng)力最大,分析表明,B點(diǎn)的切向應(yīng)力最大,計(jì)算膜片彈簧的應(yīng)力只需校核B處應(yīng)力就可以了,將B點(diǎn)的坐標(biāo)X=〔e-r和Y=h/2代入〔3.17式有：〔3.17令可以求出切向壓應(yīng)力達(dá)極大值的轉(zhuǎn)角由于：mm所以：,N/mm2B點(diǎn)作為分離指根部的一點(diǎn),在分離軸承推力F2作用下還受有彎曲應(yīng)力：〔3.18式中n——分離指數(shù)目n=18br——單個(gè)分離指的根部寬mm因此：N/mm2由于σrB是與切向壓應(yīng)力σtB垂直的拉應(yīng)力,所以根據(jù)最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論,B點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力為：N/mm2N/mm2膜片彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力一般都稍高于材料的局限,為提高膜片彈簧的承載能力,一般要經(jīng)過(guò)以下工藝：先對(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,得到具有較高抗疲勞能力的回火索氏體,對(duì)膜片彈簧進(jìn)行強(qiáng)壓處理〔將彈簧壓平并保持12～14h,使其高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應(yīng)力,對(duì)膜片彈簧的凹表面進(jìn)行噴丸處理,提高彈簧疲勞壽命,對(duì)分離指進(jìn)行局部高頻淬火或鍍鋁,以提高其耐磨性。故膜片彈簧和當(dāng)量應(yīng)力不超出允許應(yīng)力圍,所以用設(shè)數(shù)據(jù)合適。2.8扭轉(zhuǎn)減振器設(shè)計(jì)減震器極轉(zhuǎn)矩N·m摩擦轉(zhuǎn)矩N·m預(yù)緊轉(zhuǎn)矩N·m極限轉(zhuǎn)角°扭轉(zhuǎn)角剛度N·m/rad詳細(xì)見(jiàn)圖3.5。2.9減振彈簧的設(shè)計(jì)1．減振彈簧的安裝位置,結(jié)合mm,得取49mm,則。2．全部減振彈簧總的工作負(fù)荷N3．單個(gè)減振彈簧的工作負(fù)荷N式中Z為減振彈簧的個(gè)數(shù),按表3.9選擇：取Z=6表3.10減振彈簧個(gè)數(shù)的選取摩擦片的外徑D/mm225～250250～325325～350〉350Z4～66～88～10〉10圖3.5扭轉(zhuǎn)減振器4．減振彈簧尺寸〔1選擇材料,計(jì)算許用應(yīng)力根據(jù)《機(jī)械原理與設(shè)計(jì)》<機(jī)械工業(yè)>采用65Mn彈簧鋼絲,設(shè)彈簧絲直徑mm,MPa,MPa?！?選擇旋繞比,計(jì)算曲度系數(shù)根據(jù)下表選擇旋繞比表3.11旋繞比的薦用圍d/mmC確定旋繞比,曲度系數(shù)〔3強(qiáng)度計(jì)算mm,與原來(lái)的d接近,合格。中徑mm；外徑mm〔4極限轉(zhuǎn)角°取°,則mm〔5剛度計(jì)算彈簧剛度mm其中,為最小工作力,彈簧的切變模量MPa,則彈簧的工作圈數(shù)取,總?cè)?shù)為〔6彈簧的最小高度mm〔7減振彈簧的總變形量mm〔8減振彈簧的自由高度mm〔9減振彈簧預(yù)緊變形量mm〔10減振彈簧的安裝高度mm〔11定位鉚釘?shù)陌惭b位置取mm,則°,mm,mm,,合格。2.10踏板行程及踏板力計(jì)算汽車(chē)離合器操縱機(jī)構(gòu)是駕駛員用來(lái)控制離合器分離又使之柔和接合的一套機(jī)構(gòu)。它始于離合器踏板,終止于離合器殼的分離軸承。由于離合器使用頻繁,因此離合器操縱機(jī)構(gòu)首先要求操作輕便。輕便性包括兩個(gè)方面,一是加在離合器踏板上的力不應(yīng)過(guò)大,另一方面是應(yīng)有踏板形成的校正機(jī)構(gòu)。離合器操縱機(jī)構(gòu)按分離時(shí)所需的能源不同可分為機(jī)械式、液壓式、彈簧助力式、氣壓助力機(jī)械式、氣壓助力液壓式等等。離合器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足的要[3]：〔1踏板力要小,轎車(chē)一般在80～150N圍,貨車(chē)不大于150～200N；〔2踏板行程對(duì)轎車(chē)一般在mm圍,對(duì)貨車(chē)最大不超過(guò)180mm；〔3踏板行程應(yīng)能調(diào)整,以保證摩擦片磨損后分離軸承的自由行程可復(fù)原；〔4應(yīng)有對(duì)踏板行程進(jìn)行限位的裝置,以防止操縱機(jī)構(gòu)因受力過(guò)大而損壞；〔5應(yīng)具有足夠的剛度；〔6傳動(dòng)效率要高；〔7發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)及車(chē)架和駕駛室的變形不會(huì)影響其正常工作。機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)有杠系傳動(dòng)和繩索系兩種傳動(dòng)形式,杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,但是機(jī)械效率低,質(zhì)量大,車(chē)架和駕駛室的形變可影響其正常工作,遠(yuǎn)距離操縱桿系,布置困難,而繩索傳動(dòng)可消除上述缺點(diǎn),但壽命短,機(jī)構(gòu)效率不高。本次設(shè)計(jì)的普通輪型離合器操縱機(jī)構(gòu),采用液壓式操縱機(jī)構(gòu)。液壓操縱機(jī)構(gòu)有如下優(yōu)點(diǎn)：〔1液壓式操縱,機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率高,質(zhì)量小,布置方便；便于采用吊掛踏板,從而容易密封,不會(huì)因駕駛室和車(chē)架的變形及發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉；〔2可使離合器接合柔和,可以降低因猛踩踏板而在傳動(dòng)系產(chǎn)生的動(dòng)載荷,正由于液壓式操縱有以上的優(yōu)點(diǎn),故應(yīng)用日益廣泛,離合器液壓操縱機(jī)構(gòu)由主缸、工作缸、管路系統(tǒng)等部分組成。mm,mm,mm,mmmm,mm,mm,mm2.10.1離合器踏板行程計(jì)算踏板行程由自由行程和工作行程組成：〔3.19式中,為分離軸承的自由行程,一般為mm,取mm；反映到踏板上的自由行程一般為mm；、分別為主缸和工作缸的直徑；Z為摩擦片面數(shù)；為離合器分離時(shí)對(duì)偶摩擦面間的間隙,單片：mm,取mm；、、、、、為杠桿尺寸。得：mm,mm,合格。圖3.6液壓操縱機(jī)構(gòu)示意圖2.10.2踏板力的計(jì)算踏板力為〔3.20式中,為離合器分離時(shí),壓緊彈簧對(duì)壓盤(pán)的總壓力；為操縱機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比,；為機(jī)械效率,液壓式：%,機(jī)械式：%；為克服回位彈簧1、2的拉力所需的踏板力,在初步設(shè)計(jì)時(shí),可忽略之。N,,%；則N合格。分離離合器所作的功為式中,為離合器拉接合狀態(tài)下壓緊彈簧的總壓緊力,N,則J合格。2.11從動(dòng)軸的計(jì)算1．選材40Cr調(diào)質(zhì)鋼可用于載荷較大而無(wú)很大沖擊的重要軸,初選40Cr調(diào)質(zhì)。2．確定軸的直徑式中,A為由材料與受載情況決定的系數(shù),見(jiàn)表3.11:表3.12軸常用幾種材料的及A值軸的材料Q235-A,20Q275,35〔1Cr18Ni9Ti4540Cr,35SiMn38SiMnMo,3Cr1315～2520～3525～4535～56A149～126135～112126～103112～97取,n為軸的轉(zhuǎn)速,r/min,則mm,取mm。2.12從動(dòng)盤(pán)轂從動(dòng)盤(pán)轂是離合器中承受載荷最大的零件,它幾乎承受由發(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,花鍵的尺寸可根據(jù)摩擦片的外徑D與發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩由表3.12選?。阂话闳?.0～1.4倍的花鍵軸直徑。從動(dòng)盤(pán)轂一般采用碳鋼,并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,表面和心部硬度一般26～32HRC。為提高花鍵孔表面硬度和耐磨性,可采用鍍鉻工藝；對(duì)減振彈簧窗口及與從動(dòng)片配合處,應(yīng)進(jìn)行高頻處理。取,mm,mm,mm,mm,MPa。驗(yàn)證：擠壓應(yīng)力的計(jì)算公式為：式中,P為花鍵的齒側(cè)面壓力,它由下式確定：從動(dòng)盤(pán)轂軸向長(zhǎng)度不宜過(guò)小,以免在花鍵軸上滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生偏斜而使分離不徹底,,分別為花鍵的外徑；Z為從動(dòng)盤(pán)轂的數(shù)目；取Z=1h為花鍵齒工作高度；得N,MPaMPa,合格。表3.13花健的的選取摩擦片的外徑/mm/N.m花健尺寸擠壓應(yīng)力/MPa齒數(shù)n外徑/mm徑/mm齒厚/mm有效齒長(zhǎng)/mm160491023183209．81806910262132011．620010810292342511．122514710322643011．325019610352843510．228027510353244012．530030410403254010．532537310403254511．435047110403255013．02.13分離軸承的壽命計(jì)算分離軸承的參數(shù)表3.14分離軸承參數(shù)表型號(hào)Crεn7014C48.2KN1.234500r/min則由下式：得：h三心得體會(huì)通過(guò)以上對(duì)膜片彈簧離合器及液壓操縱機(jī)構(gòu)的工作原理的闡述及各構(gòu)件的計(jì)算說(shuō)明,可以看出離合器操縱機(jī)構(gòu)