汽车离合器设计说明书(共16页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录1 汽车离合器简介 11.1离合器的工作原理1.2离合器的分类及功用1.3汽车离合器设计的基本要求2 离合器设计及计算 31.1摩擦片主要参数的选择1.2摩擦片基本参数的优化3机构方案的设计 73.1从动盘数选择3.2压紧弹簧的选择3.3膜片弹簧支撑形式选择4 扭转减振器设计 84.1减振弹簧的设计5.膜片弹簧设计与计算115.1 膜片弹簧主要参数的选择5.2 膜片弹簧的优化设计6.从动盘总成的设计126.1 从动盘毂6.2 从动片6.3 波形片和减振弹簧7 压盘设计147.1 离合器盖7.2 压盘7.3 传动片7.4 分离轴承8 小结151 汽车离合器简介1.

2、1 离合器的工作原理摩擦离合器一般是有主动部分、从动部分组成、压紧机构和操纵机构四部分组成。离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮1和压盘借摩擦作用传给从动盘2，在通过从动轴传给变速器。当驾驶员踩下踏板时，通过拉杆，分离叉、分离套筒和分离轴承，将分离杠杆的内端推向右方，由于分离杠杆的中间是以离合器盖上的支柱为支点，而外端与压盘连接，所以能克服压紧弹簧的力量拉动压盘向左，这样，从动盘2两面的压力消失，因而摩擦力消失，发动机的扭矩就不再传入变速器，离合器处于分离状态。当放开踏板，回位弹簧克服各拉杆接头和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。此时压紧弹簧就推动压盘向右，仍将从动盘2压紧在飞轮上

3、1，这样发动机的扭矩又传入变速器。1.2 离合器的分类及功用离合器分有电磁离合器和磁粉离合器，摩擦式离合器、液力偶合器。能按工作需要随时将主动轴与从动轴接合或分离的机械零件。可用来操纵机器传动系统的起动、停止、变速及换向等。离合器种类繁多，根据工作性质可分为：操纵式离合器。其操纵方法有机械的、电磁的、气动的和液力的等，如嵌入离合器（通过牙、齿或键的嵌合传递扭矩）、摩擦离合器（利用摩擦力传递扭矩）、空气柔性离合器（用压缩空气胎胀缩以操纵摩擦件接合或分离的离合器）、电磁转差离合器（用激磁电流产生磁力来传递扭矩）、磁粉离合器（用激磁线圈使磁粉磁化，形成磁粉链以传递扭矩）。自动式离合器。用简单的机械方

4、法自动完成接合或分开动作，又分为安全离合器（当传递扭矩达到一定值时传动轴能自动分离，从而防止过载 ，避免机器中重要零件损坏）、离心离合器（当主动轴的转速达到一定值时，由于离心力的作用能使传动轴间自行联接或超过某一转速后能自行分离）、定向离合器（又叫超越离合器，利用棘轮-棘爪的啮合或滚柱、楔块的楔紧作用单向传递运动或扭矩，当主动轴反转或转速低于从动轴时离合器就自动分开）。目前在汽车上广泛采用的是用弹簧压紧的摩擦离合器(简称为摩擦离合器)。与手动变速器相配合的绝大多数离合器为干式摩擦式离合器，按其从动盘的数目，又分为单盘式、双盘式和多盘式等几种。按其他标准，摩擦式离合器又分为湿式和干式两种。湿式摩

5、擦式离合器一般为多盘式的，浸在油中以便于散热。采用若干个螺旋弹簧作为压紧弹簧，并将这些弹簧沿压盘圆周分布的离合器称为周布弹簧离合器。采用膜片弹簧作为压紧弹簧的离合器称为膜片弹簧离合器。离合器的主要功能是切断和实现对传动系的动力传递。其主要作用：1.汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；2.在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；3.限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；4.有效地降低传动系中的振动和噪声。1.3汽车离合器设计的基本要求 在设计离合器时，应根据车型的类别，使用要求制造条件以及“三化”（系列化，通用化，标准化）要求等，合理

6、选择离合器的结构。在离合器的结构设计时必须综合考虑以下几点：1.在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止过载。2.接合时要完全、平顺、柔和，保证起初起步时没有抖动和冲击。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的冲击，便于换档和减小同步器的磨损。5.应有足够的吸热能力和良好的通风效果，以保证工作温度不致过高，延长寿命。6.避免传动系产生扭转共振，具有吸收振动、缓和冲击的能力。7.操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。8.作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小，保证有稳定的工作性能。9.具有足够的强

7、度和良好的动平衡，一保证其工作可靠、使用寿命长。10.结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。2离合器设计及计算2.1摩擦片主要参数的选择采用单片摩擦离合器是利用摩擦来传递发动机扭矩的，为保证可靠度，离合器静摩擦力矩应大于发动机最大扭矩摩擦片的静压力： （1.1） 式中：离合器后备系数（） （1）后备系数是离合器的重要参数，反映离合器传递发动机最大扭矩的可靠程度，选择时，应从以下几个方面考虑：a. 摩擦片在使用中有一定磨损后，离合器还能确保传递发动机最大扭矩；b. 防止离合器本身滑磨程度过大；c. 要求能够防止传动系过载。通常轿车和轻型货车=1.21.75。结合设计实际情况，故选择=

8、1.4。则有可有表1.1查得 1.36。表1.1离合器后备系数的取值范围车型后备系数乘用车及最大总质量小于6t的商用车最大总质量为614t的商用车挂车1.201.751.502.251.804.00 得 （1.2） 摩擦片的外径可有式: （1.3） 为直径系数，取值见表1.2 取=14.6 得D=209.1mm。表1.2直径系数的取值范围车型直径系数乘用车最大总质量为1.814.0t的商用车最大总质量大于14.0t的商用车14.616.018.5(单片离合器)13.515.0(双片离合器)22.524.0摩擦片的尺寸已系列化和标准化,标准如下表(部分):表1.3离合器摩擦片尺寸系列和参数外径D

9、mm160180200225250280300325内径dmm110125140150155165175190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单面面积cm2106132160221302402466546取外径D=250mm，内径d=155mm，厚度3.5mm，=0.762，=0.62，摩擦片的摩擦因数取决于摩擦片所用的材料及基工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。可由表1.4查得：取f=0.3，粉末冶金材料。摩

10、擦面数Z为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸。本题目设计单片离合器，因此Z=2。离合器间隙t是指离合器处于正常接合状态、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接合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。该间隙t一般为34mm。取t=4mm。表1.4摩擦材料的摩擦因数的取值范围摩擦材料摩擦因数石棉基材料模压0.200.25编织0.250.35粉末冶金材料铜基0.250.35铁基0.300.50金属陶瓷材料0.4离合器的静摩擦力矩为: 与1.1式联立得 代入数据得：单位压力MPa。表1.5摩擦片单位压力的取值范围摩擦片材料单位压

11、力/MPa石棉基材料模压0.150.25编织0.250.35粉末冶金材料模压0.350.50编织金属陶瓷材料0.701.502.2摩擦片基本参数的优化（1）摩擦片外径D（mm）的选取应使最大圆周速度不超过6570m/s，即 m/sm/s 式中，为摩擦片最大圆周速度（m/s）；为发动机最高转速(r/min)。（2）摩擦片的内、外径比应在0.530.70范围内，即（3）为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，不同车型的值应在一定范围内，最大范围为1.24.0。（4）为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器振器弹簧位置直径约50mm，即mm 即（5）为反映离合器传递的转矩

12、并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即 （1.7）为单位摩擦面积传递的转矩(N.m/mm2)，可按表1.6选取经检查,合格。表1.6单位摩擦面积传递转矩的许用值离合器规格028030035040 （6）为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，对于不同车型，单位压力的最大范围为0.111.50MPa,即MPaMPaMPa（7）为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤,离合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值,即 （1.8）式中,为单位摩擦面积滑磨(J/mm2)；为其许用值(J/mm2)，对于乘用车：J/mm2，对于最大总质量小于6.0

13、t的商用车：J/mm2，对于最大总质量大于6.0t商用车：J/mm2：W为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功（J），可根据下式计算 （1.9）式中，为汽车总质量(Kg)；为轮胎滚动半径（m）；为汽车起步时所用变速器挡位的传动比；为主减速器传动比；为发动机转速r/min，计算时乘用车取r/min。其中： m Kg代入式（1.9）得J，代入式（3.8）得，合格。3机构方案的设计3.1从动盘数选择选择单片离合器本车型为马自达，汽车总质量为1335kg，发动机最大转矩为205Nm。对于乘用车，发动机的最大转矩一般不大，在布置尺寸允许条件下，通常离合器只设有一片从动盘。盘片离合器结构简单，轴向尺寸

14、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，采用轴向有弹性的从动盘可保证结合平顺。3.2压紧弹簧的选择选择拉式膜片弹簧离合器选择膜片弹簧的原因：1） 膜片弹簧的轴向尺寸小而径向尺寸很大，有利于提高离合器传递转矩能力的情况下减小离合器轴向尺寸。2） 不需要专门的分离杠杆，使离合器结构简化，零件数目少，质量轻。3） 可适当增加压盘厚度提高热容量；还可以在压盘上增设散热筋及离合器盖上开设较大的通风孔来改善散热条件。4） 主要部件形状简单，大批量生产可降低生产成本。选择拉式膜片弹簧的原因：1）由于拉式膜片弹簧是以其中部压紧压盘，在压盘大小相同的条件下课使用直径相对较大的膜

15、片弹簧，从而实现在不增加分离时的操纵力的前提下，提高压盘的压紧力和传递转矩的能力；或在传递转矩相同的条件，减小压盘的尺寸。2）零件数目少，其结构简单、紧凑、质量轻。3）拉式膜片弹簧的杠杆比大于推式膜片弹簧的杠杆比，且中间支承少，减小了摩擦损失，传动效率高，使分离的踏板力更小。4）无论在接合或分离状态下，拉式结构的膜片弹簧的大端始终与离合器盖支承保持接触，在支承环磨损后，不会产生冲击和噪声。5）在接合或分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，使分离效率更高。6）使用寿命长。3.3膜片弹簧支撑形式选择选择单支承环式中的DT/DTP型，如图2.1，将膜片弹簧的大端支承在冲压离合器盖的支承环上，主要用

16、于轿车和货车上。4 扭转减振器设计减震器极转矩 Nm 摩擦转矩 Nm预紧转矩 Nm极限转角 扭转角刚度 Nm/rad 4.1减振弹簧的设计1减振弹簧的安装位置，结合mm，得取50mm，则。 2全部减振弹簧总的工作负荷N3单个减振弹簧的工作负荷N式中Z为减振弹簧的个数，按表3.1选择：取Z=6表3.1减振弹簧个数的选取 摩擦片的外径D/mm225250250325325350350Z4668810104减振弹簧尺寸（1）选择材料，计算许用应力根据机械原理与设计(机械工业出版社)采用65Mn弹簧钢丝， 设弹簧丝直径mm,MPa,MPa。（2）选择旋绕比，计算曲度系数根据下表选择旋绕比表3.8旋绕比

17、的荐用范围d/mmC确定旋绕比，曲度系数（3）强度计算mm，与原来的d接近，合格。中径 mm；外径 mm（4）极限转角取 ，则mm（5）刚度计算弹簧刚度 mm其中，为最小工作力，弹簧的切变模量MPa，则弹簧的工作圈数取，总圈数为（6）弹簧的最小高度mm（7）减振弹簧的总变形量mm（8）减振弹簧的自由高度mm（9）减振弹簧预紧变形量mm（10）减振弹簧的安装高度mm（11）定位铆钉的安装位置取mm，则，mm，mm，合格。5.膜片弹簧设计与计算5.1 膜片弹簧主要参数的选择1. 比较H/h的选择此值对膜片弹簧的弹性特性影响极大，分析式（4.10）中载荷与变形1之间的函数关系可知，当时，F2为增函数

18、；时，F1有一极值，而该极值点又恰为拐点；时，F1有一极大值和极小值；当时，F1极小值在横坐标上。为保证离合器压紧力变化不大和操纵方便，汽车离合器用膜片弹簧的H/h通常在1.52范围内选取。常用的膜片弹簧板厚为24mm，本设计 ，h=3mm ，则H=6mm 。2. R/r选择通过分析表明，R/r越小，应力越高，弹簧越硬，弹性曲线受直径误差影响越大。汽车离合器膜片弹簧根据结构布置和压紧力的要求，R/r常在1.21.3 的范围内取值。本设计中取，摩擦片的平均半径mm， 取mm则mm取整mm 则。3.圆锥底角 汽车膜片弹簧在自由状态时，圆锥底角一般在范围内，本设计中 得在之间，合格。分离指数常取为1

19、8，大尺寸膜片弹簧有取24的，对于小尺寸膜片弹簧，也有取12的，本设计所取分离指数为18。4.切槽宽度mm，mm，取mm，mm，应满足的要求。5. 压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定应略大于且尽量接近r，应略小于R且尽量接近R。本设计取mm，mm。膜片弹簧应用优质高精度钢板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。国内常用的碟簧材料的为60SizMnA，当量应力可取为16001700N/mm2。5.2 膜片弹簧的优化设计（1）为了满足离合器使用性能的要求，弹簧的与初始锥角应在一定范围内，即（2）弹簧各部分有关尺寸的比值应符合一定的范围，即（3）为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，推式膜片弹簧的压盘加

20、载点半径（或拉式膜片弹簧的压盘加载点半径）应位于摩擦片的平均半径与外半径之间，即拉式： （4）根据弹簧结构布置要求，与，与之差应在一定范围内选取，即（5）膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用，因此杠杆比应在一定范围内选取，即拉式： 由（4）和（5）得mm，mm。6.从动盘总成的设计6.1 从动盘毂根据汽车设计，从动盘毂轴向长度不宜过小，以免再花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底，一般取1.01.4倍的花键轴直径。故取从动盘毂轴向长度取为1.2d=1.226=31.2mm。从动盘毂的材料选取45锻钢，并经调质处理，表面和心部硬度一般2632HRC。根据摩擦片的外径D的尺寸以及表5.1查出从动盘毂花键

21、的尺寸。 由于D=250mm,则查表可得花键尺寸：齿数n=10,外径=35mm,内径28mm,齿厚t=4mm,有效齿长l=35mm,挤压应力=10.2Mpa。表5.1花健的的选取摩擦片的外径/mm/N.m花健尺寸齿数n外径/mm内径/mm齿厚/mm有效齿长/mm160180200225250280300325350496910814719627530437347110101010101010101023262932353540404018212326283232323233444455520202530354040455098116111113102125105114130花键尺寸选定后应进行

22、挤压应力j和剪切应力校核： 6.2 从动片从动片要求质量轻，具有轴向弹性，硬度和平面度要求高。材料选用中碳钢板（50号），厚度为取为2mm,表面硬度为3540HRC6.3 波形片和减振弹簧波形片一般采用65Mn,厚度取为0.8mm,硬度为4046HRC，并经过表面发蓝处理。减振弹簧用60Si2MnA钢丝。7 压盘设计7.1 离合器盖应具有足够的刚度，板厚取9mm,乘用车离合器盖一般用08、10钢等低碳钢板。7.2 压盘7.2.1 压盘传动方式的选择由于传统的凸台式连接方式、键式连接方式、销式连接方式存在传力处之间有间隙的缺点，故选择已被广泛采用的传动片传动方式。另选用膜片弹簧作为压力弹簧时，则

23、在压盘上铸有一圈凸起以供支承膜片弹簧或弹性压杆之间。7.2.2 压盘几何尺寸的确定传动片采用3组，每组3片的形式，具体尺寸为，宽b=22mm，厚b=16mm，孔直径为d=10mm，传动片弹性模量E=2M Pa。7.3 传动片由于各传动片沿圆周均匀分布，它们的变形不会影响到压盘的对中性和离合器的平衡性。传动片可选为3组，每片厚度为1mm，一般由弹簧钢带65Mn制成。7.4 分离轴承由于=4000r/min,离心力造成的径向力很大，因此采用角接触式径向推力球轴承。小结本设计以“机械设计、汽车设计、二维制图模型”为主线，主要采用AUTOCAD软件设计一个宝马汽车膜片弹簧离合器总成，由于时间和能力的限

24、制，本设计对分离机构只作了简单的设计。本次设计我利用AUTOCAD软件绘制了离合器总成和部分零件的二维图形，由于能力有限，难免有些不合理的地方，此次设计充分利用了已学过的汽车设计和机械设计知识，使我对所学知识有了一个系统的认识、复习、巩固和深入。通过这次设计，我对机械设计和汽车设计有了更深刻的认识，也初步掌握了机械设计的方法和使用有关机械设计手册的方法；对机械零件、汽车部件、装配技术、计算机软件使用技术等作了一个全新的认识和再学习，加深了理解，并扩展了知识面；充分利用计算机CAD技术进行了绘图；提高了计算机的使用能力。这次设计内容要求较多，涉及范围较广，比如材料力学、汽车构造、CAD制图软件、

25、汽车设计、一些生产工艺等，但它使我对实际项目的设计过程有了充分的了解。作为设计人员，必须充分考虑车间加工及客户使用要求。另外，也加深了我对一些相关知识的了解，因先前课本上学到的基础知识中，很多零部件的型号及标准都已更换，其材料选择、处理工艺等都已改进提高，可见我在这方面的认知度还不够。设计不是想当然的事，我们只有首先了解到加工工艺，国家相关标准，你设计出的产品才是一件成功的产品。总之，此次设计另我收获颇多，我发现自己的专业知识还很欠缺，尤其是实际运用能力不足。自己的知识结构还需不断拓宽，分析问题和解决问题的能力还需进一步提高，以后还需要不断学习和加强锻炼。在设计过程中，老师给予了我的大量指导和帮助，对此，我再次表示谢意！由于我的水平有限，设计中难免存在缺点和错误，殷切欢迎老师进行批评和指正。专心-专注-专业