汽车离合器设计说明书解读.doc

汽车设计课程设计说明书设计题目：桑塔纳志俊离合器设计姓名高鹏学院交通学院专业机械设计及自动化班级1105学号20112814603指导教师孙宏图 王昕彦2013年11月25日第 1 页1离合器概述12、设计要求及其技术参数13、结构方案分析131从动盘数选择：单片离合器132压紧弹簧和布置形式选择：拉式膜片弹簧离合器233膜片弹簧支撑形式4、离合器主要参数选择441后备系数442摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙t443单位压力p444摩擦片外径D、内径d和厚度b55、离合器设计及计算离合器基本参数优化5膜片弹簧弹性特性曲线.6膜片弹簧基本参数选择7 膜片弹簧优化设计.86、主要零部件结构设计扭转减振器设计8从动盘总成设计.12离合器盖总成设计.13.14参考文献141、离合器概述对于以内燃机为动力汽车，离合器在机械传动系中是作为一个独立总成而存在，它是汽车传动系中直接及发动机相连总成。目前，各种汽车广泛采用摩擦离合器是一种依靠主从动部分之间摩擦来传递动力且能分离装置。它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构、与操纵机构等四部分。离合器功用主要功用是切断与实现发动机对传动系动力传递，保证汽车起步时将发动机及传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；在换档时将发动机及传动系分离，减少变速器中换档齿轮之间冲击；在工作中受到较大动载荷时，能限制传动系所承受最大转矩，以防止传动系各零件因过载而损坏；有效地降低传动系中振动与噪声。2、设计要求及其技术参数基本要求：1） 在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机最大转矩，并有适当转矩储备，又能防止过载。2） 接合时要完全、平顺、柔与，保证起初起步时没有抖动与冲击。3） 分离时要迅速、彻底。4） 从动部分转动惯量要小，以减轻换档时变速器齿轮间冲击，便于换档与减小同步器磨损。5） 应有足够吸热能力与良好通风效果，以保证工作温度不致过高，延长寿命。6） 操纵方便、准确，以减少驾驶员疲劳。7） 具有足够强度与良好动平衡，一保证其工作可靠、使用寿命长。技术参数:车型：上海大众志俊整车质量（kg）：1210最大扭矩/转速（N·m/rpm）：滚动半径：350mm数整备质量 1210kg驱动型式4×2 前轮轴距2656空载前轴负荷60%前轮距1414后轮距1422最高车速180km/h最大爬坡度35%最小转向直径11m变速器手动5 挡轮胎型号195/60R14制动距离5.6m(30km/h)最大功率/转速74kw/5200rpm最大转矩/转速3、结构方案分析从动盘数选择：单片离合器单片离合器：对乘用车与最大质量小于6t商用车而言，发动机最大转矩一般不大，在布置尺寸容许条件下，离合器通常只设有一片从动盘。单片离合器结构简单，轴向尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底，采用轴向有弹性从动盘可保证结合平顺。压紧弹簧与布置形式选择：拉式膜片弹簧离合器膜片弹簧是一种由弹簧钢制成具有特殊结构碟形弹簧，主要由碟簧部分与分离指部分组成。1. 膜片弹簧离合器及其他形式离合器相比，有如下优点：1) 具有较理想非线性弹性特性。2) 兼起压紧弹簧与分离杠杆作用。3) 高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定。4) 以整个圆周及压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀。5) 通风散热良好，使用寿命长。6) 膜片弹簧中心及离合器中心线重合，平衡性好。2. 及推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有许多优点：取消了中间支承各零件，并不用支承环或只用一个支承环，使其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更小等。膜片弹簧支撑形式图3-1为拉式膜片弹簧支承形式单支承环形式，将膜片弹簧大端支承在离合器盖杀中支承环上。图3-14、离合器主要参数选择后备系数后备系数是离合器设计中一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩可靠程度。在选择时，应考虑摩擦片在使用中磨损后离合器仍能可靠地传递发动机最大转矩、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系过载以及操纵轻便等因素。乘用车选择：1.201.75 ，本次设计取 = 1.2。4.2摩擦因数f、摩擦面数Z与离合器间隙t摩擦片摩擦因数f取决于摩擦片所用材料及其工作温度、单位压力与滑磨速度等因素。摩擦因数f取值范围见下表。表4-1 摩擦材料摩擦因数f取值范围摩 擦 材 料摩擦因数石棉基材料模压编织粉末冶金材料铜基铁基金属陶瓷材料本次设计取f = 0.30 。摩擦面数Z为离合器从动盘数两倍，决定于离合器所需传递转矩大小及其结构尺寸。本次设计取单片离合器 Z = 2 。离合器间隙t是指离合器处于正常结合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全结合，在分离轴承与分离杠杆内端之间留有间隙。该间隙t一般为34mm 。本次设计取t =3 mm 。4.3单位压力p 单位压力p 决定了摩擦表面耐磨性，对离合器工作性能与使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器工作条件、发动机后备功率大小、摩擦片尺寸、材料及其质量与后备系数等因素。p 取值范围见表4-2。表4-2 摩擦片单位压力p取值范围摩擦片材料单位压力p/Mpa石棉基材料模压编织粉末冶金材料铜基铁基金属陶瓷材料p选择：0.10 MPa p0 1.50 MPa ，本次设计取 p = 0.3MPa 。4.4摩擦片外径D、内径d与厚度b摩擦片外径是离合器重要参数，它对离合器轮廓尺寸、质量与使用寿命有决定性影响。D = 160 mm (2-1)取D =198 mm当摩擦片外径D确定后，摩擦片内径d可根据d/D在0.530.70之间来确定。取c = d/D = 0.7 ，d = 0.7D = 140 mm ，取d = 139mm摩擦片厚度b主要有3.2 mm、3.5 mm、4.0 mm三种。取b = 3.5 mm 。T = T5、离合器设计及计算设计离合器要确定离合器性能参数与尺寸参数，这些参数变化直接影响离合器工作性能与结构尺寸。这些参数确定在前面是采用先初选、后校核方法。下面采用优化方法来确定这些参数。1） 摩擦片外径D（mm）选取应使最大圆周速度v不超过6570m/s，即v =nD10 =320020010 =m/s 6570m/s (2-2)符合要求。式中, v 为摩擦片最大圆周速度(m/s);n为发动机最高转速(r/min)。2）摩擦片内、外径比c应在0.530.70范围内，本次设计取c = 0.7 。3）为了保证离合器可靠地传递发动机转矩，并防止传动系过载，不同车型值应在一定范围内，最大范围为1.24.0 ，本次设计取= 1.20 。4）为了保证扭转减振器安装，摩擦片内径d必须大于减振器弹簧位置直径2R约50mm，即 d > 2R + 50 mm5）为降低离合器滑磨时热负荷,防止摩擦片损伤,对于不同车型,单位压力p根据所用摩擦材料在一定范围内选取，p最大范围为0.101.50 Mpa。本次设计取p = 0.3 MPa 。6）为了减少汽车起步过程中离合器滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，离合器每一次结合单位摩擦面积滑磨功w应小于其许用值w。汽车起步时离合器结合一次所产生总滑磨功(J)为：W = () = 6994.4(J) (2-4)式中，m 为汽车总质量(kg)；rr 为轮胎滚动半径(m)；i为汽车起步时所用变速器档位传动比；i为主减速器传动比；n为发动机转速(r/min)；乘用车n取2000 r/min 。w = = = 0.22 < w = 0.4 J/mm (2-5)满足要求1）比值H/h 与 h 选择 为保证离合器压紧力变化不大与操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧H/h 一般为1.52.0 ，板厚 h 为24 mm 。取h = 2 mm ，H/h =1.7 ，即 H = 1.7h =3.4 mm 。2）R/r比值与 R、r选择研究表明。R/r越大，弹簧材料利用率越低，弹簧越硬，弹性特性曲受直径误差影响越大，且应力越高。根据结构布置与压紧力要求。R/r一般为1.201.35 。为使摩擦片上压力分布较均匀，拉式膜片弹簧r值宜为大于或等于R。即R=摩擦片外径100取R/r = 1.3 ， r = R /1.3 = 77 mm 。3）选择膜片弹簧自由状态下圆锥角及内截锥高度H关系密切，一般在9°15°范围内。 = arctan H/(R-r) = 10° ，符合要求。4.）分离指数目n选取 分离指数目n常取18，大尺寸膜片弹簧可取24，小尺寸膜片弹簧可取12 。取分离之数目n =18 。5）膜片弹簧小段内半径r及分离轴承作用半径r确定r由离合器结构决定，其最小值应大于变速器第一轴花键外径。r应大于r 。I轴外径D>=取r>I轴花键外径=40由文献4得知花键尺寸d=36 D=40 B=76）切槽宽度、及半径r 确定= 3.23.5 mm，= 910 mm，r 取值应满足r - r 。本次设计取 = 3.2 mm，= 9 mm ，r r -= 52.5 mm 。7）压盘加载点半径R 与支承环加载点半径r 确定R=74 r=635.4 膜片弹簧优化设计膜片弹簧优化设计就是要确定一组弹簧基本参数，使其弹性特性满足离合器使用性能要求，而且弹簧强度也满足设计要求，以达到最佳综合效果。1）为了满足离合器使用性能要求，弹簧H/h 及初始底锥角H/(R-r)应在一定范围内，即 1.6 H/h = 1.7 2.2 9°H/(R-r)=10° 15°2）弹簧各部分有关尺寸比值应符合一定范围，即1.20 R/r=1.30 R / r0 3）为了使摩擦片上压紧力分布比较均匀，拉式膜片弹簧压盘加载点半径r1应位于摩擦片平均半径及外半径之间，即(D+d)/4 r=63 D/24）根据弹簧结构布置要求，R1及R，rf及r0之差应在一定范围内，即 1 R-R1 = 6 7 0 rf-r0 = 1.4 45）膜片弹簧分离指起分离杠杆作用，因此其杠杆比应在一定范围内选取，即3.5 = 3.65 6、主要零部件结构设计扭转减振器主要由弹性元件(减振弹簧或橡胶)与阻尼元件(阻尼片)等组成。弹性元件主要作用是降低传动系首段扭转刚度，从而降低传动系扭转系统某阶(通常为三阶)固有频率，改变系统固有振型，使之尽可能避开由发动机转矩主谐量激励引起共振；阻尼元件主要作用是有效地耗散振动能量。因此，扭转减振器具有如下功能：1）降低发动机曲轴及传动系接合部分扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率。2）增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生瞬态扭振。3）控制动力传动系总成怠速时离合器及变速器轴系扭振，消减变速器怠速噪声与主减速器及变速器扭振及噪声。4）缓与非稳定工况下传动系扭转冲击载荷，改善离合器接合平顺性。减振器扭转刚度k 与阻尼摩擦元件间阻尼摩擦转矩T 是两个主要参数，决定了减振器减震效果。其设计参数还包括极限转矩T、预紧转矩T与极限转角等。1）极限转矩T极限转矩是指减振器在消除了限位销及从动盘毂缺口之间间隙时所能传递最大转矩，即限位销起作用时转矩。它受限于减振弹簧许用应力等因素，及发动机最大转矩有关，一般可取 T = (1.52.0) T (2-6)一般乘用车：系数取2.0 即 T = 2 T = 240N·m 2）扭转角刚度K 13T=13×240=31203）阻尼摩擦转矩T由于减振器扭转刚度k受结构及发动机最大转矩限制，不可能很低，故为了在发动机工作转速范围内最有效地消振，必须合理选择减振器阻尼装置阻尼摩擦转矩T 。一般可按下式初选：T=(0.060.17)T (2-7)取T = 12N·m4）预紧转矩T减振弹簧在安装时都有一定预紧。研究表明，T增加，共振频率将向减小频率方向移动，这是有利。但是T不应大于T ，否则在反向工作时，扭转减振器将提前停止工作，故取 T= (0.050.15)T (2-8)取T =12N·m5）减振弹簧位置半径R R0 尺寸应尽可能大些，一般取 R =(0.600.75)d/2 (2-10)R0 6）减振弹簧个数Z Z参照表6-1选取。表6-1 减振弹簧个数选取摩擦片外径D/mm225250250325325350>350Z4668810>10摩擦片外径D = 198mm，选取Z=47）减振弹簧总压力 F当限位销及从动盘毂之间间隙或被消除，减震弹簧传递转矩达到最大值T时，减震弹簧受到压力F为F = T/R = 240000Nmm/37.5 = 6400 N (2-11)8）极限转角本次设计 取10°。1）取弹簧钢丝直径d=3mm2）弹簧指数比c=63）曲度系数K4）弹簧中径Dm=18mm5）外径D=Dm+d=21mm7）工作负荷下变形f=P/K=309)10)=(n-0.5)d+f+f+0.2=99.211.H=-f=30表6-2压簧计算公式表总成设计从动盘毂是离合器中承受载荷最大零件，它几乎承受由发动机传来全部转矩。它一般采用齿侧对中矩形花键安装在变速器第一轴上，花键迟钝可根据摩擦片外径D及发动机最大转矩T由表3-1选取。表6-2 从动盘毂花键尺寸摩擦片外径 D/mm发动机最大转矩T/(N·m)花键尺寸挤压应力/MPa齿数n外径D/mm内径d/mm齿厚t/mm有效齿长l/mm1604910231832018069102621320200108102923425225147103226430250196103528435280275103532440300304104032540325373104032545350471104032550本次设计D = 198mm ，T= 120 N·m 故选择花键类型为：摩擦片外径 D/mm发动机最大转矩T/(N·m)花键尺寸挤压应力/MPa齿数n外径D/mm内径d/mm齿厚t/mm有效齿长l/mm200120103226430从动盘对离合器工作性能影响很大，设计时应满足如下要求：1)从动盘转动惯量应尽可能小，以减小变速器换挡时轮齿间冲击。2) 从动盘应具有轴向弹性，使离合器结合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，以减小磨损。3)应安装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓与冲击。摩擦片应满足以下要求：1)摩擦因数较高且稳定，工作温度、单位压力、滑磨速度变化对其影响要小2)具有足够机械强度及耐磨性3)密度要小，以减少从动盘转动惯量。4)热稳定性要好5)磨合性要好，不至刮伤飞轮与压盘表面6.3.1离合器盖结构设计要求：1)应具有足够刚度，否则影响离合器工作特性，增大操纵时分离行程，减小压盘升程，严重时使摩擦面不能彻底分离。2)应及飞轮保持良好对中，以免影响总成平衡与正常工作。3)盖膜片弹簧支承处应具有高尺寸精度。4)为了便于通风散热，防止摩擦表面温度过高，可在离合器盖上开较大通风窗孔，或在盖上加设通风扇片等。乘用车离合器盖一般用08、10钢等低碳钢板。设计对压盘结构设计要求:1)压盘应具有较大质量,以增大热容量，减小温，防止其产生裂纹与破碎，有时可设置各种形状散热筋或鼓风筋，以帮助散热通风。中间压盘可铸出通风槽，也可以采用传热系数较大铝合金压盘。2)压盘应具有较大刚度，使压紧力在摩擦面上压力分布均匀并减小受热后翘曲变形，以免影响摩擦片均匀压紧及及离合器彻底分离，厚度约为1525 mm 。3)及飞轮应保持良好对中，并要进行静平衡，压盘单件平衡精度应不低于1520 g·cm 。4)压盘高度(从承压点到摩擦面距离)公差要小。压盘形状较复杂，要求传热性好，具有较高摩擦因数，通常采用灰铸铁，一般采用HT200、HT250、HT300，硬度为170227HBS。取温升t=10 t = = = 10 m = = = 1.375 kg (3-1)所以h=6取h=15 为铸铁密度，取7800 kg/m，V为压盘估算面积式中，t为压盘温升(),不超過810；c为压盘比热容，铸铁：c=481.4 J/(kg·)；m为压盘质量(kg)；为传到压盘热量所占比例，对单片离合器压盘.参考文献1 纪名刚，陈国定，吴立言 机械设计 第8版 高等教育出版社 2006年 2 巩云鹏,田万禄,张祖立 机械设计课程设计 第1版 东北大学出版社 2000年 3 王望予 汽车设计 第4版 机械工业出版社 2004年 4 陈家瑞 汽车构造(下册) 第2版 机械工业出版社 5 刘惟信 汽车设计 清华大学出版社 第1版 清华大学出版社6 徐安石 江发潮编著 汽车离合器 清华大学出版社 读书好处1、行万里路，读万卷书。2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。3、读书破万卷，下笔如有神。4、我所学到任何有价值知识都是由自学中得来。达尔文5、少壮不努力，老大徒悲伤。6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。颜真卿7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。8、读书要三到：心到、眼到、口到9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。10、一日无书，百事荒废。陈寿11、书是人类进步阶梯。12、一日不读口生，一日不写手生。13、我扑在书上，就像饥饿人扑在面包上。高尔基14、书到用时方恨少、事非经过不知难。陆游15、读一本好书，就如同与一个高尚人在交谈歌德16、读一切好书，就是与许多高尚人谈话。笛卡儿17、学习永远不晚。高尔基18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。刘向19、学而不思则惘，思而不学则殆。孔子20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。培根