离合器课程设计说明书.docx
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1、武汉理工大学汽车设计课程设计说明书目 录1. 序言22. 设计任务及构造方案的分析22.1 设计任务22.2 构造方案分析-23. 离合器主要参数的选择和优化43.1 离合器主要参数的选择43.2 离合器根本参数的优化54. 膜片弹簧的设计74.1 膜片弹簧的弹性特性曲线84.2 膜片弹簧的根本参数的选择134.3 强度校核134.4 膜片弹簧的优化设计13 5.离合器盖及压盘总成的设计155.1 离合器盖的设计155.2 压盘的设计16 6.小结17 7.参考文献18 8.文献检索摘要184WUT0601-80 型拉式膜片弹簧、离合器盖及压盘总成设计1 序言对于以内燃机为动力的汽车,离合器在
2、机械传动系中是作为一个独立的总成而存在的,它是汽车传动系中直接与发动机相连的总成。目前,各种汽车广泛承受的摩擦离合器是一种依靠主从动局部之间的摩擦来传递动力且能分别的装置。它主要包括主动局部、从动局部、压紧机构、和操纵机构等四局部。离合器的功用主要的功用是切断和实现发动机对传动系的动力传递,保证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;在换档时将发动机与传动系分别,削减变速器中换档齿轮之间的冲击;在工作中受到较大的动载荷时,能限制传动系所承受的最大转矩,以防止传动系各零件因过载而损坏;有效地降低传动系中的振动和噪声。2 设计任务及构造方案的分析2.1 设计任务依据任务书要求,本设
3、计题目:拉式膜片弹簧、离合器盖及压盘总成本设计离合器所适用发动机的主要性能参数为: 最大转矩为 Nemax=62Nm, 额定转速为 4500r/min。选取参考车型:比亚迪福莱尔 7081 BD主要技术参数:整备质量 720kg总质量 1020kg主减速比 i0 = 4.350 ;变速器一档传动比 ig1 = 3.5833 ; 轮胎型号轮胎 155/65 R132.2 构造方案分析2.2.1 从动盘数的选择对乘用车和最大质量小于 6t 的商用车而言,发动机的最大转矩一般不大,在布置尺寸容许条件下,离合器通常只设有一片从动盘。单片离合器的构造简洁, 轴向尺寸紧凑,散热良好,修理调整便利,从动局部
4、转动惯量小,在使用时能保证分别彻底,承受轴向有弹性的从动盘可保证结合平顺。本设计的参考车型为微型轿车,发动机最大转矩较小,要求构造布置紧凑, 应选用单片离合器。2.1.2 膜片弹簧的支撑形式这里承受了支承环的支承形式,马上膜片弹簧的大端支承在支撑环上。2.1.3 压盘传力构造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,在传力开头的瞬间,将产生冲击和噪声。且易华东磨损,传动效率较低。故本设计承受已被广泛使用的传动片传动方式,不但消退了以上缺点,还简化了压盘构造,有利于压盘的定中。另选用膜片弹簧作为压紧弹簧时,在压盘上铸有一圈凸起以供支承膜片弹簧。3 离合器主要
5、参数的选择和优化3.1 离合器主要参数的选择3.1.1 后备系数后备系数是离合器设计中的一个重要参数,它反映了离合器传递发动机最大转矩的牢靠程度。在选择时,应考虑摩擦片在使用中的磨损后离合器仍能牢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松等因素。由于所设计的离合器为膜片弹簧离合器,在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小开头时还有些增加;乘用车的后备功率比较大,使用条件较好;加之考虑到参考车型为微型车,构造紧凑,要求离合器尺寸较小;同时为削减传动系过载,保证操纵轻松,故b 宜取较小值,取b 1.20。3.1.2 初选摩擦片外径D 、内径d 、厚度b摩擦片外
6、径是离合器的重要参数,它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有打算性的影响。依据离合器构造布置和飞轮尺寸,先初选摩擦片外径 D 。依据汽车设计【1】式 2-9,阅历公式TemaxD = KD对于乘用车, K=14.6,则DD =14.6 62mm = 115mm而且为了保证扭转减震器的安装,摩擦片内径 d 必需大于减震器弹簧位置直径 2Ro 约 50mm依据汽车离合器【2】表 2-1离合器摩擦片尺寸系列和参数标准,最终选定摩擦片尺寸为:摩擦片外径 D =200mm, 内径d =140mm,c= d = 140= 0.7D200摩擦片厚度b =3.5mm ,单面面积A =160 mm 2。3.1.
7、3 单位压力P0单位压力 P0打算了摩擦外表的耐磨性,对离合器工作性能和使用寿命有很大D影响,选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。依据汽车离合器【2】表 3.2.1 可知,对于乘用车,以有机材料为摩擦片根底,当D 230mm 时,则 P01.18/Mpa;当D 230mm 时,则 P00.25Mpa。由于 D200mm,故取P00.25Mpa。依据汽车设计【1】表 22 可知,当摩擦片材料选择粉末冶金材料时,0.15Mpa P00.35Mpa,符合要求。3.1.4 摩擦因数 f、离合器间隙t、摩擦面数摩擦片的摩擦因数 f 取决于摩擦片所
8、用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。摩擦因数 f 的取值范围见下表。表 3-1摩擦材料的摩擦因数f 的取值范围摩 擦 材 料摩擦因数f石棉基材料模压0.200.25编织0.250.35铜基0.250.35粉末冶金材料铁基0.350.50金属陶瓷材料0.701.50摩擦片材料选择粉末冶金材料,取 f=0.25。离合器间隙t=3mm,单盘离合器摩擦面数取 Z=23.2 离合器根本参数的优化设计离合器要确定离合器的性能参数和尺寸参数,这些参数的变化直接影响离合器的工作性能和构造尺寸。这些参数确实定在前面是承受先初选、后校核的方法。下面承受优化的方法来确定这些参数。3.2.1 设计变量后备
9、系数取决于离合器工作压力 F 和离合器的主要尺寸参数 D 和 d。单位压力 P 也取决于离合器工作压力 F 和离合器的主要尺寸参数 D 和 d。因此,离合器根本参数的优化设计变量选为:3.2.2 目标函数X = x x12x T = FDd T3p离合器根本参数优化设计追求的目标,是在保证离合器性能要求的条件下使其构造尺寸尽可能小,即目标函数为3.2.3 约束条件f (x) = min(D 2 - d 2 ) 43.2.3.1 最大圆周速度依据汽车设计【1】式210知,摩擦片外径 Dmm的选取应使最大圆周速度v不超过 6570m/s。D pv=D60ne maxD 10 -3 =p 5700
10、160 10 -3 47.75m / s 2R00+ 50 mm。对于选取的摩擦片 Ro。对于摩擦片内径 d=140mm,符合优化条件。3.2.3.5 单位压力 P0为降低离合器滑磨时的热负荷,防止摩擦片损伤,选取单位压力P0的最大范围为 0.150.35Mpa,由于已确定单位压力P00.25Mpa,在规定范围内,故满足要求。3.2.3.6 单位摩擦面积滑磨功 w为削减汽车起步时离合器的滑磨,防止摩擦片外表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 w 应小于其许用值w 。汽车起步时离合器接合一次产生的总滑磨功为W ,将参考车型的相关数据带入下式,计算可得p 2 n 2m r
11、23.142 450021020 0.2582W =e (a r ) = ()J1800i 2i 218004.2172 3.31620 g= 7613.54J式中,ma为汽车总质量(kg);rr为轮胎滚动半径(m);ig为汽车起步时所用变速器档位的传动比; i0为主减速器传动比; ne为发动机转速(r/min);乘用车 n 取e4500 r/min。单位摩擦面积滑磨功 w武汉理工大学汽车设计课程设计说明书=w4W=4 7613.54(J)p Z (D2 - d 2 )3.14 2 (2023-1402 )mm2= 0.24(J)mm2故满足要求。4 膜片弹簧的设计4.1 膜片弹簧的弹性特性曲
12、线图 4-1膜片弹簧的弹性特性曲线假设膜片弹簧在承载过程中,其子断面刚性地绕此断面上的某中性点转动。设通过支承环和压盘加载膜片弹簧上地载荷 F1(N)集中在支承点处,加载点间的相对轴向变形为l1(mm),则膜片弹簧的弹性特性如下式表示:p Ehx1ln(R / r)- x1 R - r )(H - x1 R - r ) + h2 6(1- b2) (R1 - r1)2(HR1- r12 R1- r1F1 = f (x1) =式中,E-弹性模量,钢材料取 E=2.110 5Mpa; b-泊松比,钢材料取 b=0.3;R-自由状态下碟簧局部大端半径,mm ; r-自由状态下碟簧局部小端半径,mm
13、;R -压盘加载点半径,mm ;1r支承环加载点半径,mm;1H-自由状态下碟簧局部内截锥高度,mm ;h-膜片弹簧钢板厚度,mm 。4.2 膜片弹簧的根本参数的选择4.2.1 比值 H 和h 的选择h为了保证离合器压紧力变化不大和操纵轻松,汽车离合器用膜片弹簧的 H 一h7武汉理工大学汽车设计课程设计说明书般为 1.52.0,板厚h 为 24mm。故初选 h h =2mm, H =3.2mm。4.2.2 R 比值和 R、r 的选择rR 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的影响越r大,且应力越高。依据构造布置和压紧力的要求。R/r 一般为 1.201.35 。为使摩擦片上
14、的压力分布较均匀,拉式膜片弹簧的 r 值宜为大于或等于 R 。c8摩擦片平均半径 R= 2 ( R3 - r 3 ) = 2 1003 - 703= 85(mm) ,c3R 2- r 231002- 702为满足 r Rc=85mm,故取故取 r=90mm,另取 R=108mm。4.2.3 a 的选择膜片弹簧自由状态下圆锥角a 与内截锥高度 H 关系亲热,a 一般在 915范围内。a = arctanH3.2=arctan12.6o ,满足要求。R - r108 - 904.2.4 分别指数目n 的选取分别指数目n 常取 18,大尺寸膜片弹簧可取 24,小尺寸膜片弹簧可取 12 。本设计中,取
15、分别指数目n = 18 。4.2.5 膜片弹簧小端内半径r0及分别轴承作用半径rf确实定膜片弹簧小端内半径 r0由离合器的构造打算,其最小值应大于变速器第一轴花键的外径,但同时应协调协作分别轴承的尺寸。膜片弹簧小端内半径 r0=30mm ;分别轴承作用半径 rf32mm4.2.6 切槽宽度d 、d12及半径re依据要求,d1= 3.23.5 mm,d= 910 mm,r2e的取值应满足r - re d。取2d 3.2mm, d12=9.0mm, re=80,则r - re=90-80=10mm d=9.0mm,满足设计要求。24.2.7 压盘加载点半径r1和支承环加载点半径R1确实定对于拉式膜
16、片弹簧,依据要求:压盘加载点半径r1应略大于r ,且尽量接近r ;支承环加载点 R1应略小于 R 且尽量接近 R 。故取 r192mm, R1105mm。4.2.8 膜片弹簧工作点位置的选择利用 Matlab 软件进展 F1- l 特性曲线的绘制,程序如下:1function funx1=0:0.2:6;%x1 为膜片弹簧在压盘接触点处的轴向变形E=2.1*105;%弹性模量Mpab=0.3;%泊松比R=108;%自由状态下碟簧局部大端半径(mm) r=90;%自由状态下碟簧局部小端半径(mm) H=3.2;%自由状态下碟簧局部内截锥高度mm h=2;%膜片弹簧钢板厚度mmR1=105;%压盘
17、加载点半径mm r1=92;%支承环加载点半径mmP1=(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);%以下用于绘图clfplot(x1,P1,”-b”);axis(0,4,0,4000);%设置坐标hold onhold off,grid on xlabel(”变形 x1/mm”)ylabel(”工作压力 F1/N”)title(”F1-x1 特性曲线”)图形如下:武汉理工大学汽车设计课程设计说明书图 4-2膜片弹簧F1- l 特性曲线14.2.8.1 M
18、点、N 点确实定确定膜片弹簧的工作点位置,程序如下:function funx1=0:0.2:6;%x1 为膜片弹簧在压盘接触点处的轴向变形E=2.1*105;%弹性模量Mpab=0.3;%泊松比R=108;%自由状态下碟簧局部大端半径(mm) r=90;%自由状态下碟簧局部小端半径(mm) H=3.2;%自由状态下碟簧局部内截锥高度mm h=2;%膜片弹簧钢板厚度mmR1=105;%压盘加载点半径mm r1=92;%支承环加载点半径mmP1=(pi*E*h*x1/(6*(1-b2)*log(R/r)/(R1-r1)2).*(H-x1*(R-r)/(R1-r1).*(H-(x1/2)*(R-r
19、)/(10武汉理工大学汽车设计课程设计说明书R1-r1)+h2);%以下用于绘图clfplot(x1,P1,”-b”);axis(0,4,0,4000);%设置坐标hold onhold off,grid on xlabel(”变形 x1/mm”)ylabel(”工作压力 F1/N”)title(”F1-x1 特性曲线”) zoom out x,y=ginput(1)x,y=ginput(1)输出结果为:x=1.6521 y=2.538+e00311则可知x=2.970 y=2.304+e003M 点坐标1.6521,2538N 点坐标2.970 , 23044.2.8.2 H 点确实定上述曲
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