轿车离合器设计M09机械设计制造及其自动化(车辆工程)Ⅱ.doc
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1、金陵科技学院 题目题目:轿车离合器设计1、整车性能参数驱动形式42前轮轴距 2471mm轮距前/后 1429/1422mm整车质量 1060kg最高车速 180km/h最大爬坡度 35%最小转弯直径 11m最大功率/转速 74/5800kw/rpm最大转矩/转速 150/4000Nm/rpm轮胎型号 185/60R14T手动5挡2、具体设计任务1)广泛查阅离合器资料,根据使用条件,确定离合器的结构,进行膜片弹簧离合器的总体结构设计。2)确定膜片弹簧的结构参数,对压盘、摩擦盘和离合器壳体的结构、参数及材料进行选择,对主要零部件进行强度计算。3)完成设计说明书。26金陵科技学院 目录目录第一章 绪
2、论11.1 研究背景11.2 离合器的组成11.3 离合器的工作原理31.4 膜片弹簧离合器的优点31.5 设计基本要求3第二章 离合器基本参数的确定52.1 摩擦片的选择52.2 离合器后备系数52.3 单位压力62.4 摩擦片外径、内径和厚度62.5 所选离合器基本参数的确定8第三章 离合器零件的结构选型及设计计算103.1 从动盘总成103.2 离合器盖总成设计113.2.1 离合器盖的设计113.2.2 压盘设计123.2.3 分离轴承总成15第四章 膜片弹簧设计174.1 膜片弹簧的结构特点174.2 膜片弹簧的加载方式和弹性变形特性174.3 膜片弹簧主要参数的选择194.4 绘制
3、膜片弹簧的特性曲线204.5 确定膜片弹簧的工作点位置214.6 求离合器彻底分离时分离轴承作用的载荷224.7 求分离轴承的行程224.8 膜片弹簧强度校核234.9 膜片弹簧材料及制造工艺23第五章 总结25参考文献26金陵科技学院 第一章 绪论第一章 绪论1.1 研究背景离合器的出现是随着变速箱的出现而出现的,1889年戴姆勒在他的汽车上首次应用了四速变速箱和摩擦离合器,但扭矩仍然由皮带传到后轮。最开始的离合器是用齿轮传动(机械式),换挡时出现冲击和噪声,在不断发展中出现了带同步环的,同时出现了液压传动的。目前机械式离合器都有了同步器,使换挡更加平稳。离合器是汽车传动系中的重要部件,主要
4、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,人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发,膜片弹簧离合器由于其转矩容量大而且较稳定,操作轻便,平衡性好,也能大量生产,对于它的研究已经变得越来越重要。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
5、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。1.2 离合器的组成如图1-1所示,离合器由主动部分、从动部分、压紧装置、分离机构和操纵机构五部分组成。1-曲轴;2-从动轴;3-从动盘;从动盘;从动盘;4-飞轮;5-压盘;6-离合器盖; 7-分离杠杆;8-弹簧;9-分离轴承;10、15-回位弹簧;11-分离叉;12-踏板;13-拉杆;14-拉杆调节叉;16-压紧弹簧;17-从动盘摩擦片;18-轴
6、承。图1-1 离合器的基本组成(一)主动部分:离合器、压盘离合器盖6用螺钉固定于飞轮4上,压盘5沿圆周上的凸起伸入盖6的窗孔中,将分离轴承9可沿窗孔作轴向滑动。这样,曲轴旋转,便通过飞轮、离合器盖带动压盘一起转动,构成离合器的主动部分。(二)从动部分:从动盘、从动轴双面带摩擦衬片的从动盘通过滑动花键套在从动轴(变速器输入轴)上。(三)压紧装置:压紧弹簧沿圆周均布的压紧弹簧16装在离合器盖和压盘之间,把压盘和从动盘压向飞轮。(四)分离机构:分离杠杆、分离轴承、分离套筒、分离叉分离杠杆7外端和中部分别铰接于压盘和离合器盖上。分离轴承9和分离套筒压装成一体,松套在从动轴的轴套上。分离叉11是中部有支
7、点的杠杆。(五) 操纵机构:踏板、拉杆等1.3 离合器的工作原理离合器在接合状态时,发动机扭矩自曲轴传出,通过飞轮和压盘借摩擦作用传给从动盘,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,仍将从动盘压紧在飞轮上,这样发动机的扭矩又传入变速器。1.
8、4 膜片弹簧离合器的优点膜片弹簧离合器在技术上比较先进,经济性合理,同时其性能良好,使用可靠性高寿命长,结构简单、紧凑,操作轻便。在保证可靠地传递发动机最大扭矩的前提下,有以下优点: (1)结合时平顺、柔和,使汽车起步时不震动、冲击;(2)离合器分离彻底;(3)从动部分惯量小,以减轻换档时齿轮副的冲击;(4)散热性能好;(5)高速回转时只有可靠强度;(6)避免汽车传动系共振,具有吸收震动、冲击和减小噪声能力;(7)操纵轻便;(8)工作性能(最大摩擦力矩和后备系数保持稳定);(9)使用寿命长。1.5 设计基本要求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
9、条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩,并且还有一定的传递转矩余力。(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)能作到分离时,彻底分离,接合时柔和。(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)从动部分的转动惯量尽量小一些。这样,在分离离合器换档时,与变速器输入轴相连部分的转速就比较容易变化,从而减轻齿轮间冲击。(6)具有足够的吸热能力和良好的通风散热效果,以保证工作温度不致过高,延长其使用寿命。(7)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。(8)操纵轻便、准确,以减轻驾驶员的疲劳。(9)作用在从动
10、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。(10)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。(11)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。金陵科技学院 第二章 离合器基本参数的确定第二章 离合器基本参数的确定2.1 摩擦片的选择单片离合器因为结构简单,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接合平顺,所以被广泛使用于轿车和中、小型货车,因此该设计选择单片离合器,摩擦片数。2.2 离合器后备系数后备系数是离合器设计时用到的一个重要参数,它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。后
11、备系数保证了离合器能可靠传递发动机转矩的同时,还有助于减少汽车起步时的滑磨,提高离合器的使用寿命。在选择时,应考虑以下几点: 1) 为可靠传递发动机最大转矩,不宜选取太小;2) 为减少传动系过载,保证操纵轻便,又不宜选取太大;3) 当发动机后备功率较大、使用条件较好时,可选取小些;4) 当使用条件恶劣,为提高起步能力、减少离合器滑磨,应选取大些;5) 汽车总质量越大,也应选得越大;6) 发动机缸数越多,转矩波动越小,可选取小些;7) 膜片弹簧离合器选取值可比螺旋弹簧离合器小些;8) 双片离合器的应大于单片离合器;9) 不同车型的值应在一定范围内,最大范围为1.24.0显然,为可靠传递发动机最大
12、转矩和防止离合器滑磨过大,不宜选取太小;为使离合器尺寸不致过大,减少传动系过载,保证操纵轻便,又不宜选取太大;当发动机后备功率较大、使用条件较好时,可选取小些;当使用条件恶劣,需要拖带挂车时,为提高起步能力、减少离合器滑磨,应选取大些;货车总质量越大,也应选得越大;采用柴油机时,由于工作比较粗暴,转矩较不平稳,选取的值应比汽油机大些;发动机缸数越多,转矩波动越小,可选取小些;膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定,选取的值可比螺旋弹簧离合器小些;双片离合器的值应大于单片离合器。汽车离合器的后备系数推荐如下(供参考):小轿车:=1.201.3 ;载货车:=1.72.25 ;带拖挂的重型汽车
13、或牵引车:=2.03.0。国外对小轿车的离合器推荐其后备系数值为1.2,因为小轿车的离合器都采用膜片弹簧离合器,在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小(开始时还有些增加),再加上小轿车的后备功率较大,使用条件较好,故宜取小值。2.3 单位压力单位压力对离合器工作性能和使用寿命有很大影响,选取时应考虑离合器的工作条件,发动机后备功率大小,摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。离合器使用频繁,发动机后备系数较小时,加应取小些;当摩擦片外径较大时,为了降低摩擦片外缘处的热负荷,应取小些;后备系数较大时,可适当增大。当摩擦片采用不同材料时,按下列范围选取:石棉基材料 =0.100.35MP
14、a粉末冶金材料 =0.350.60MPa金属陶瓷材料 =0.701.50MPa2.4 摩擦片外径、内径和厚度摩擦片外径是离合器的基本尺寸,它关系到离合器的结构重量和使用寿命。它和离合器所需传递的转矩大小有一定的关系。显然,传递大的转矩,就需要大的尺寸。发动机转矩是重要的参数,当按发动机最大转矩()来选定时,可根据公式: (2-1) 式中摩擦片外径,mm发动机最大转矩,和车型及使用情况有关的系数,一般小轿车47,载货汽车36(单片)或50(双片),故取=47.所给题目中的最大转矩为150,则摩擦片外径为:mm按照我国摩擦片尺寸标准,由表2-1最终选定摩擦片的尺寸为。摩擦片的内径不作为一个独立的参
15、数,它和外径有一定的关系,用比值来反映,定义为: (2-2)比值关系到从动片总成的结构设计和使用性能。增加有利于离合器的散热和减少摩擦片内外缘滑磨速度差。但是,过分增加会使得摩擦片面积减小,影响其传递转矩的能力。按照目前的设计经验,一般说来,发动机转速越高,取值越大。由离合器摩擦片的尺寸系列和参数表21取得,内径125 mm。表21离合器尺寸系列和参数外径内径厚度内外径之比C单位面积1601103.20.687106001801253.50.694132002001403.50.700160002251503.50.667221002501553.50.620302002801653.50.5
16、89402003001753.50.583466003251903.50.5855460035019540.5576780038020540.54072900对摩擦片的厚度,我国已规定了3种规格:3.2 mm,3.5 mm和4 mm。根据离合器摩擦片的尺寸系列和参数表21,取厚度3.5 mm。综上所述,选取摩擦片外径180 mm,内径125 mm,厚度3.5 mm,0.694。2.5 所选离合器基本参数的确定摩擦片的工作条件比较恶劣,为了保证它能长期稳定的工作,根据汽车的的使用条件,摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求:(1) 应具有较稳定的摩擦系数,温度,单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的
17、影响小。(2) 要有足够的耐磨性,尤其在高温时应耐磨。(3) 要有足够的机械强度,尤其在高温时的机械强度应较好。(4) 热稳定性要好,要求在高温时分离出的粘合剂较少,无味,不易烧焦。(5) 磨合性能要好,不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面。(6) 油水对摩擦性能的影响应最小。(7) 结合时应平顺而无“咬住”和“抖动”现象。由以上的要求,目前车用离合器上广泛采用石棉塑料摩擦片,是由耐热和化学稳定性能比较好的石棉和粘合剂及其它辅助材料混合热压而成,在该设计中选取的是石棉合成物制成的摩擦片。其摩擦因数取0.3,单位压力为0.100.35MPa。采用膜片弹簧离合器,使用条件较好,故取其后备系数。离合器尺寸
18、的校核可用如下公式验算单位压力 (2-3)式中,为摩擦面间的静摩擦因数,取;为摩擦面数,单片离合器的。则单位压力在容许范围之内,认为所选离合器的尺寸、基本参数合适。金陵科技学院 第三章 离合器零件的结构选型及设计计算第三章 离合器零件的结构选型及设计计算3.1 从动盘总成设计从动盘总成主要由摩擦片、从动片、减振器和从动盘毂等组成。从动盘对离合器工作性能影响很大,应满足如下设计要求: 1)转动惯量应尽量小,以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。 2)应具有轴向弹性,使离合器接合平顺,便于起步,而且使摩擦面压力均匀,减小磨损。 3)应装扭转减振器,以避免传动系共振,并缓和冲击。摩擦面片采用石棉基材料。采
19、用带扭转减振器的从动盘(整体式弹性从动片),从动片通常用1.32.0mm厚的钢板冲压而成。将其外缘的盘形部分磨薄至0.651.0mm,以减小其转动惯量。整体式弹性从动片一般用高碳钢(如50)或65Mn钢板,热处理硬度3848HRC。从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件,它装在变速器输入轴前端的花键上,一般采用齿侧定心的矩形花键,花键轴与孔采用动配合。 从动盘毂轴向长度不宜过小,以免在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。从动盘毂一般采用锻钢(如45,40Cr等),表面和心部硬度一般在2632HRC。为提高花键内孔表面硬度和耐磨性,可采用镀铬工艺,对减振弹簧窗口
20、及与从动片配合处应进行高频处理。减振弹簧常采用60Si2MnA、50CrVA、65Mn等弹簧钢丝。花键的结构尺寸可根据GB11441974选定从动盘毂花键尺寸系列表选取其尺寸入下:从动盘外径180mm,发动机转矩150N m,花键齿数10,花键外径26mm,花键内径21mm,齿厚3mm,有效长度20mm,挤压应11.8MPa。表3-1 所选从动盘毂花键参数从动盘外径D/mm花键齿数n花键外径D/mm花键内径d/mm齿厚b/mm有效齿长l/mm挤压应力18010262132011.8花键尺寸选定后应进行强度校核。由于花键损坏的主要形式是由于表面受挤压过大而破坏,所以花键要进行挤压应力计算,当应力
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