乘用车膜片弹簧离合器毕业设计方案机械制造汽车技术_机械制造-汽车技术.pdf
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1、乘用车膜片弹簧离合器设计 第一章绪论 1.1论文设计的目的及意义 通过了解乘用车离合器的构造,掌握乘用车离合器的工作原理,了解从动盘 总成、压盘和膜片弹簧的结构,掌握从动盘总成、压盘和膜片弹簧的设计方法,通过对以上几方面的了解,从而深入的了解离合器。学会如何查找文献资料、相 关书藉,培养学生动手设计项目、自主学习的能力,掌握单独设计课题和项目的 方法,设计出满足整车要求并符合相关标准、具有良好的制造工艺性且结构简单、便于维护的乘用车离合器,为以后从事汽车方面的工作或工作中设计其它项目奠 定扎实的基础。通过这次的毕业设计,使学生充分地认识到设计一个工程项目所 需经历的步骤和方法,以及身为一个工程
2、技术人员所需具备的素质和所应当完成 的工作,为即将进入社会提供了一个良好的学习机会,对于由学生向工程技术人 员转变有着重大的实际意义。1.2 论文选题的背景 对于以内燃机为动力的汽车,离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的 总成,其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递,保证汽车起步时将发动机 与传动系平稳平顺地接合,确保汽车平稳起步;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;在工作中受到大的动载荷时,能限制传动系 所承受的最大转矩,防止传动系各零件因过载而损坏;有效地降低传动系中的振 动和噪声。随着汽车发动机转速、功率的不断提高和汽车电子技术的高速发展,人们对 离合器的
3、要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发,传统的推式膜片弹 簧离合器结构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展,传统的操纵形式正向自 动操纵的形式发展。因此,提高离合器的可靠性和延长其使用寿命,适应发动机 的高转速,增加离合器传递转矩的能力和简化操纵,已成为离合器的发展趋势。汽车传动系的设计对汽车的动力学和燃油经济性有着重大影响,而离合器又是汽 车传动系中的重要部件。在离合器设计中,合理地选择离合器的结构型式和设计 参数不仅保证了其在任何情况下都能可靠地传递发动机转矩,还使其有足够的使 用寿命。1.3论文设计的方法 通过毕业设计,对轿车离合器的结构、从动盘总成、压盘和离合器盖总成及 膜片弹簧
4、的设计有比较深入的熟悉并掌握。首先通过查阅文献、上网查阅资料,了解汽车离合器的基本工作原理,结构组成及功能;通过自己动手拆装桑塔纳 2000轿车膜片弹簧离合器,对其有进一步的了解,并在指导老师的帮助下完成 膜片弹簧离合器设计。为了保证离合器具有良好的工作性能,对汽车离合器设计提出如下基本要 求:1)在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩,并有适当的转矩储备,又能防止传动系过载。2)接合时要平顺柔和,以保证汽车起步时没有抖动和冲击。3)分离时要迅速、彻底。4)离合器从动部分转动惯量要小,以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击,便于换挡 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散热效
5、果,以保证工作温度不致过高,延长 其使用寿命。6)应使传动系避免扭转共振,并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。7)操纵轻便、准确,以减轻驾驶员的疲劳。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,以保证有稳定的工作性能。9)应有足够的强度和良好的动平衡,以保证其工作可靠、寿命长。10)结构应简单、紧凑、质量小,制造工艺性好,拆装、维修、调整方便等。1.4 论文內容的概述 现在轿车上应用最广泛的离合器是干式盘形摩擦式离合器。摩擦式离合器主 要由主动部分(发动机飞轮、离合器盖和压盘等)、从动部分(从动盘)、压紧机构(压 紧弹簧)和操纵机构(分离叉、分离轴承、离合器踏
6、板及传动部件等)四部分组成。本次毕业设计的基本内容有:1.膜片弹簧离合器的基本结构尺寸和参数的选择(摩擦片外径D、离合器后备系 数B和单位压力p)及计算。2离合器零件的结构选型及设计计算(1)绘制离合器装配图;(2)从动盘总成设计;(3)离合器盖总成设计;(4)膜片弹簧主要参数的选择、设计和强度校核;1.5膜片弹簧离合器的概述 膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型载货汽车上广泛采用的一种离合器。因其作为压簧,可以同时兼起分离杠杆的作用,使离合器的结构大为简化,质量 减少,并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。其次,由于膜片弹簧与压盘以整个圆 周接触,使压力分布均匀。另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性,
7、故能在从动 盘摩擦片磨损后,弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩,而不致产生滑离。离合器 分离时,使离合器踏板操纵轻便,减轻驾驶员的劳动强度。此外,因膜片是一种 对称零件,平衡性好,在高速下,其压紧力降低很少,而周布置弹离合器在高速 时,因受离心力作用会产生横向挠曲,弹簧严重鼓出,从而降低了对压盘的压紧 力,从而引起离合器传递转矩能力下降。那么可以看出,对于轻型车膜片弹簧离 合器的设计研究对于改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义。作为压紧弹簧的所谓膜片弹簧,是由弹簧钢冲压成的,具有“无底碟子”形 状的截锥形薄壁膜片,且自其小端在锥面上开有许多径向切槽,以形成弹性杠杆,而其余未切槽的大端截锥部
8、分则起弹簧作用。膜片弹簧的两侧有支承圈,而后者 借助于固定在离合器盖上的一些(为径向切槽数目的一半)铆钉来安装定位。当 离合器盖用螺栓固定到飞轮上时,由于离合器盖靠向飞轮,后支承圈则压膜片弹 簧使其产生弹性变形,锥顶角变大,甚至膜片弹簧几乎变平,同时在膜片弹簧的 大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。当离合器分离时,分离轴承前移 膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变,使膜片弹簧大端后移,并通过分离钩拉动压盘后移使离合器分离。膜片弹簧离合器具有很多优点:首先,由于膜片弹簧具有非线性特性,因此设计摩擦片磨损后,弹簧压力几乎不变,且 可以减轻分离离合器时的踏板力,使操纵轻便;其次,膜
9、片弹簧的安装位置对离 合器轴的中心线是对称的,因此其压紧力实际上不受离心力的影响,性能稳定,平衡性也好;再者,膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用,使离合器结 构大为简化,零件数目减少,质量减小并显著缩短了轴向尺寸;另外,由于膜片 弹簧与压盘是以整个圆周接触,使压力分布均匀,摩擦片的接触良好,摩擦均匀,也易于实现良好的通风散热等。由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点,并且制造膜片弹簧离合器的工艺 水平在不断提高,因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用,而 且正大力扩展到载 货汽车和 重型汽车 上,国外已 经设计出了传递转 矩为 802000N.m、最大摩擦片外径达420的膜片弹
10、簧离合器系列,广泛用于轿 车、客车、轻型和中型货车上。甚至某些总质量达2832t的重型汽车也有采用 膜片弹簧离合器的,但膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高。膜片弹簧离合 器的操纵曾经都采用压式机构,即离合器分离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分离 指处是承受压力。当前膜片弹簧离合器的操纵机构已经为拉式操纵机构所取代。后者的膜片弹簧为反装,并将支承圈移到膜片弹簧的大端附近,使结构简化,零 件减少、装拆方便;膜片弹簧的应力分布也得到改善,最大应力下降;支承圈磨 损后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响。而在压式结构中支 承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自由行程。第2章离合器结构方案选取 2
11、.1设计任务书给定参数和结构设计要求 表1-1马自达阿特兹2017 2.5L蓝天运动版基本型整车参数 项目 参数 汽车的驱动形式 4 X2 最高车速 V=215 km/h 发动机最大功率及转速 Pemax=141 KW n p=6100r/mi n 主要尺寸 4870 X1840 X1450 长/宽/高(mm)主减速器最大传动比 io=4.444 变速器最大传动比 ig=3.455 轮胎型号 225/45R19 发动机最大转矩及转速 Temax=252 N m Ry=3250 r/mi n 整备质量 m=1484Kg 在设计离合器时,应根据车型的类别,使用要求制造条件等要求等,择离合器的结构。
12、在离合器的结构设计时必须综合考虑以下几点:1:保证离合器结合平顺和分离彻底。2:离合器从动部分和主动部分各自的连接形式和支承。3:离合器轴的轴向定位和轴承润滑 4:运动零件的限位 2.2结构方案的设计与选取 合理选 2.2.1从动盘数及干湿式选取 根据已知条件知道乘用车可选取单片干式膜片弹簧摩擦离合器,因为这种结 构的离合器结构简单,调整方便,轴向尺寸紧凑,分离彻底,从动件转动惯量小,散热性好,采用轴向有弹性的从动盘结合平顺,广泛用于乘用车和最大总质量小 于6t的商用车。故该离合器选取单片干式膜片弹簧离合器。2.2.2压紧弹簧的结构形式及布置 离合器的压紧弹簧的结构形式有:圆柱螺旋弹簧、矩形断
13、面的圆锥螺旋弹簧 和膜片弹簧等,可采用沿周置布置、中央布置、和斜置等形式。根据设计条件可 选取膜片弹簧离合器。膜片弹簧膜片弹簧是一种由弹簧钢制成,具有特殊结构的蝶形弹簧,主要 由碟簧部分和分离指部分组成(图2.1)。膜片弹簧离合器与其它形式相比具有 很多优点:首先,由于膜片弹簧较理想具有非线性特性,因此摩擦片在允许磨损 范围内,弹簧压力几乎不变,且可以减轻分离离合器时的踏板力,使操纵轻便;其次,膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对称的,因此其压紧力实际上 不受离心力的影响,性能稳定,平衡性也好;再者,膜片弹簧本身兼起压紧弹簧 和分离杠杆的作用,使离合器结构大为简化,零件数目减少,质量减小并
14、显著缩 短了轴向尺寸;此外,由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触,使压力分布均匀,摩擦片的接触良好,摩擦均匀,也易于实现良好的通风散热等。由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点,并且制造膜片弹簧离合器的工艺 水平在不断提高,因此这种离合器在乘用车上得到广泛运用,而且正大力扩展各 种形式的商用车。当前膜片弹簧离合器的操纵机构已经为拉式操纵机构所取代,膜片弹簧为反装,并将支承圈片弹簧的大端附近(见图 2.2b),接合时,膜片 弹簧的大端支撑在离合器盖上,以中部压紧在压盘上,将分离轴承向外拉离飞轮 实现离合器的分离。使结构简化,零件减少、装拆方便;膜片弹簧的应力分布也 得到改善,最大应力下降;支承圈磨损
15、后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自 由行程不受影响。图2.1膜片弹簧离合器的工作原理图(a)自由状态;(b)压紧状态;(c)分离状态 b)C (a)一般压式操纵(b)拉式操纵 223压盘的驱动方式 压盘是离合器的主动部分,在传递发动机转矩时它和飞轮一起带动从动盘转 动,但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由的作轴向移动。压盘与飞轮的连接方式或驱动方式有:凸块一窗孔式、传力销式、键块式以 及弹性传动片式等。前三种方式有一个共同的缺点,即连接之间有间隙,在传动 时将产生冲击和噪声,而且在零件相对滑动中有磨损,甚至可能导致凸块根部产 生裂纹而造成零件的早期破坏,因此近年来广泛采用弹性传动片式
16、。弹性传动片是由高碳钢冲压而成,其一端铆在离合器盖上,另一端用螺钉固 定在压盘上,且一般用34组(每组23片)沿圆周切向布置以改善传动片的 受力状况,这时,当发动机传动片时受拉,当由车轮滑行时反转受压。这种利用 传动片驱动压盘的方式不紧消除了上述缺点,而且简化了结构,降低了对装配精 度的要求且有利于压盘的定中。故该离合器采用弹性传动片式。2.2.4分离轴承的类型 分离轴承在工作中主要承受轴向力,在分离离合器时由于分离轴承旋转产 生离心力,形成其径向力。故离合器的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承 两种,前者适合于高速低轴向负荷,后者适合于相反情况。常用含润滑油脂的密 封止推球轴承,小型车有时
17、采用含油石墨止推滑动轴承。分离轴承与膜片弹簧之 间有沿圆周方向的滑磨,当两者旋转中不同心时也伴有径向滑磨。为了消除因不 同心导致的磨损并使分离轴承与膜片弹簧内端接触均匀,膜片弹簧离合器广泛采 用自动调心式分离装置(见图2.3)o它有内圈旋转轴承,轴承罩,波形片簧(见 图2.3)中4,它由厚约为0.7伽的65Mn钢带制成,油淬、模内回火度HRC43 51)及分离套筒组成。由于轴承与套筒间都留有足够径向间隙以保证分离轴承 相对于分离套筒可以径向移动1mm左右,所以当膜片相对分离套筒有偏斜时,由于波形片簧能够产生变形,允许分离轴承产生相对的偏斜,以保证膜片弹簧仍 能被均匀的压紧,也防止了膜片弹簧分离
18、指处的异常磨损并减少了噪音。另外由 于分离指与直径较小的轴承内圈接触,则增大了膜片弹簧的杠杆比。分离套筒支撑着分离轴承并位于变速器第一轴轴承盖的轴颈上,可以轴向移 动。分离器结合后,分离轴承与分离杠杆之间一般有 34mm 间隙,以免在摩 擦片磨损后引起压盘压力不足而导致离合器打滑使摩擦片以及分离轴承烧坏。此 间隙使踏板有段自由行程。有的轿车采用无此间隙的内圈恒转式结构,用轻微的 油压或弹簧力使分离轴承与杠杆端(多为膜片弹簧)经常贴合,以减轻磨损和减 少踏板行程。图2.3自动调心轴承装置 1 分离轴承罩;2 分离轴承;3 分离套筒;4 波形弹簧片 2.2.5离合器的通风散热措施 提高离合器工作性
19、能的有效措施是借助于其通风散热系统降低其摩擦表面 的温度。在正常使用条件下,离合器的压盘工作表面的温度一般均在 180 C以下,随 着其温度的升高,摩擦片的磨损将加快。当压盘工作表面的温度超过 180 C 200 C时,摩擦片的磨损速度将急剧升高。在特别严酷的使用条件下,该温度有 可能达到1000 C。在高温下压盘会翘曲变形甚至产生裂纹和碎裂;由石棉摩擦 材料制成的摩擦片也会烧裂和破坏。为防止摩擦表面的温度过高,除压盘应具有 足够的质量以保证有足够的热容量外,还应使其散热通风良好。为此,可在压盘 上设置散热筋或鼓风筋;在双片离合器中间压盘体内铸出足够多的导风槽,这种 结构措施在单片离合器压盘上
20、也开始应用;将离合器盖和压盘设计成带有鼓风叶 片的结构;在保证有足够刚度的前提下在离合器盖上开出较多或较大的通风口,以加强离合器表面的通风散热和清除摩擦产生的材料粉末,在离合器壳上设置离 合器冷却气流的入口和出口等所谓通风窗,在离合器壳内装设冷却气流的导罩,以实现对摩擦表面有较强定向气流通过的通风散热等。为防止压盘 的受热翘曲 变形,压盘应有足够大的刚度。鉴于以上对质量和刚度的要求,一般压盘都设计得比较厚,载货汽车一般不 小于15 mm。226从动盘的结构形式 此设计选择带有扭转减震器的从动盘,带有扭转减震器的冲动盘,从动片与 花键毂之间,通过减震弹簧项链。具有切向弹性,以消除高频共振,并引起
21、缓冲 作用,在从动片花键毂与键盘之间有减震摩擦片,装碟形垫片做弹性夹紧后去摩 擦阻尼作用,并使阻尼率保持稳定,以吸收部分能量衰减低频振动,具有良好的 减震降噪效果。第3章离合器基本结构参数的确定在初步确定离合器的结构形式(如单片干式、采用有机面片、膜片弹簧等)之后,就要确定基本结构尺寸及参数:摩擦片外径 D、单位压力po和后备系数B。在选定这些尺寸参数时,下列一些车辆参数对其有重大影响:(1)发动机最大转矩Temax;(2)整车总质量ma;(3)传动系总的速比(变速器传动比X主减速器速比)i E;(4)车轮滚动半径rk。离合器的基本参数主要有性能参数B和Po,尺寸参数D和d及摩擦片厚度b。3.
22、1离合器后备系数的确定 后备系数 保证了离合器能可靠地传递发动机扭矩,同时它有助于减少汽 车起步时的滑磨,提高了离合器的使用寿命。但为了离合器的尺寸不致过大,减 少传递系的过载,使操纵轻便等,后备系数又不宜过大。在开始设计离合器时一 般是参照统计质料,并根据汽车的使用条件,离合器结构形式等特点,初步选定 后备系数。汽车离合器的后备系数的推荐值:乘用车及最大的总质量小于6t的商用车:=1.20 1.75 最大的总质量6t-14t的商用车:=1.50 2.25 挂车:=1.80 4.00 本设计的是乘用离合器,参考数据选定其后备系数=1.40 3.2摩擦片外径及其它尺寸的确定 摩擦片的外径D是离合
23、器的基本尺寸,它关系到离合器的结构重量和使用 寿命,所以应先确定摩擦片的外径 D 在确定外径时,可以根据以下经验公式(3.1)计算出:D K D?Temax 式(3.1)式中:D 摩擦片外径,伽 Te m ax-发动机最大扭矩,N.m KD为直径系数,选取14.6 取值范围见表3-1 设计原始数据:T emax=252N.m 由公式(3.1)代入相关数据,则得:D=232mm 表3-1直径系数KD的取值范围 车 型 直径系数KD 乘用车 14.6 取大总质里为1.814.0t的商用车 16.018.5(单片离合器)13.515.0(双片离合器)最大总质量大于14.0t的商用车 22.5 24.
24、0 根据离合器摩擦片的标准化,系列化原则,根据下表 3.2“离合器摩擦片尺 寸系列和参数”(即GB1457 74)表3.2离合器摩擦片尺寸系列和参数 外径D/mm 16 0 18 0 200 225 250 280 300 325 350 380 405 430 内径d/mm 11 12 140 150 155 165 175 190 195 205 220 230 0 5 厚度/mm 3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 4 4 4 4 C=d/D 0.68 0.69 0.700 0.667 0.58 0.583 0.585 0.557 0.540 0.543 0.
25、535 0.532 7 4 9 1-C3 0.67 0.66 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 0.827 0.843 0.840 0.847 6 7 单位面积 10 13 160 221 302 402 466 546 678 729 908 103 3/cm 6 2 7 可取:摩擦片有关标准尺寸:外径 D=225 mm 内径 d=150 mm 厚度 h=3.5 mm 内径与外径比值C=0.667 3.3摩擦因数,摩擦面数和离合器间隙的确定 摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。各种摩擦材料的摩擦因数f的取值范围
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