畢業(yè)設(shè)計(jì):《離合器設(shè)計(jì)》

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)-《離合器設(shè)計(jì)》 第1章緒論 1.1選題的目的 本次設(shè)計(jì),我力爭(zhēng)把離合器設(shè)計(jì)系統(tǒng)化,為離合器設(shè)計(jì)者提供一定的參考價(jià)值。拋 棄傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器,設(shè)計(jì)新式的拉式膜片彈簧離合器是本次設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。 1.2離合器發(fā)展歷史[1] 近年來(lái)各國(guó)政府都從資金、技術(shù)方面大力發(fā)展汽車(chē)工業(yè),使其發(fā)展速度明顯比其它 工業(yè)要快的多,因此汽車(chē)工業(yè)迅速成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。 對(duì)于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)來(lái)說(shuō),離合器在機(jī)械傳動(dòng)系中作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在,它是汽 車(chē)傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的總成。目前,各種汽車(chē)廣泛采用的是摩擦式離合器, 它是利用摩擦副間的摩擦力來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩的離合器。 在早期研發(fā)的離

2、合器中,錐形離合器最為成功?,F(xiàn)今所用的盤(pán)片式離合器的先驅(qū)是 多片盤(pán)式離合器,它是直到1925年以后才出現(xiàn)的。進(jìn)入30年代時(shí),只有工程車(chē)輛、賽 車(chē)和大功率的轎車(chē)上才采用多片離合器。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨 向于首選單片干式離合器[1] 隨著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率不斷提高和汽車(chē)電子技術(shù)的高速發(fā)展,人們對(duì)離合器的 要求越來(lái)越高。從提高離合器工作性能的角度出發(fā),傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)正 逐步地向拉式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)發(fā)展,傳統(tǒng)的操縱形式正向自動(dòng)操縱的形式發(fā)展。因 此,提高離合器的可靠性和延長(zhǎng)其使用壽命,適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速,增加離合器傳遞轉(zhuǎn) 矩的能力和簡(jiǎn)化操縱,已成為離合器的發(fā)展趨

3、勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展,設(shè)計(jì)工作已從手 工轉(zhuǎn)向電腦,包括計(jì)算、性能演示、計(jì)算機(jī)繪圖、制成后的故障統(tǒng)計(jì)等等。 1.3離合器概述 按動(dòng)力傳遞順序來(lái)說(shuō),離合器應(yīng)是傳動(dòng)系中的第一個(gè)總成。顧名思義,離合器是“離” 與“合”矛盾的統(tǒng)一體。離合器的工作,就是受駕駛員操縱,或者分離,或者接合,以 完成其本身的任務(wù)。離合器是設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu),其功用是能 夠在必要時(shí)中斷動(dòng)力的傳遞,保證汽車(chē)平穩(wěn)地起步;保證傳動(dòng)系換檔時(shí)工作平穩(wěn);限制 傳動(dòng)系所能承受的最大扭矩,防止傳動(dòng)系過(guò)載。為使離合器起到以上幾個(gè)作用,目前汽 車(chē)上廣泛采用彈簧壓緊的摩擦式離合器,摩擦離合器所能傳遞的最大扭矩取決于摩擦面 間的

4、工作壓緊力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面狀況等。即主要取決于離合器基本參 數(shù)和主要尺寸。膜片彈簧離合器在技術(shù)上比較先進(jìn),經(jīng)濟(jì)性合理,同時(shí)其性能良好,使 用壽命長(zhǎng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊,操作輕便,在保證可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的前提下, 有以下優(yōu)點(diǎn)[2]: (1) 結(jié)合時(shí)平順、柔和,保證汽車(chē)起步平穩(wěn); (2) 離合器分離徹底; (3) 從動(dòng)部分慣量小,以減輕換檔時(shí)齒輪副的沖擊; (4) 散熱性能好; (5) 大大簡(jiǎn)化并顯著地縮短了離合器的軸間尺寸; (6) 避免汽車(chē)傳動(dòng)系共振,具有吸收震動(dòng)、沖擊和減小噪聲能力; (7) 操縱輕便; (8) 工作性能(最大摩擦力矩氣max和后備系數(shù))保持

5、穩(wěn)定; (9) 使用壽命長(zhǎng)。 1.3.1離合器的功用 離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸接合,保證汽車(chē)平穩(wěn)起步。如前所述,現(xiàn)代車(chē)用活 塞式發(fā)動(dòng)機(jī)不能帶負(fù)荷啟動(dòng),它必須先在空負(fù)荷下啟動(dòng),然后再逐漸加載。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng) 后,得以穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速約為300?500r/min,而汽車(chē)則只能由靜止開(kāi)始起步,一 個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī),要帶一個(gè)靜止的傳動(dòng)系,是不能突然剛性接合的。因?yàn)槿绻峭蝗?的剛性連接,就必然造成不是汽車(chē)猛烈攢動(dòng),就是發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。所以離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī) 與傳動(dòng)系逐漸地柔和地接合在一起,使發(fā)動(dòng)機(jī)加給傳動(dòng)系的扭矩逐漸變大,至足以克服 行駛阻力時(shí),汽車(chē)便由靜止開(kāi)始緩慢地平穩(wěn)起步了。 雖然利用變速器的

6、空檔,也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的分離。但變速器在空檔位置 時(shí),變速器內(nèi)的主動(dòng)齒輪和發(fā)動(dòng)機(jī)還是連接的,要轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),就必須和變速器內(nèi)的主 動(dòng)齒輪一起拖轉(zhuǎn),而變速器內(nèi)的齒輪浸在黏度較大的齒輪油中,拖轉(zhuǎn)它的阻力是很大的。 尤其在寒冷季節(jié),如沒(méi)有離合器來(lái)分離發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系,發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)是很困難的。所以 離合器的第二個(gè)功用,就是暫時(shí)分開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的聯(lián)系,以便于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)[4]。 汽車(chē)行駛中變速器要經(jīng)常變換檔位,即變速器內(nèi)的齒輪副要經(jīng)常脫開(kāi)嚙合和進(jìn)入嚙 合。如在脫檔時(shí),由于原來(lái)嚙合的齒面壓力的存在,可能使脫檔困難,但如用離合器暫 時(shí)分離傳動(dòng)系,即能便利脫檔。同時(shí)在掛檔時(shí),依靠駕駛員掌握,使待嚙合的齒輪

7、副圓 周速度達(dá)到同步是較為困難的,待嚙合齒輪副圓周速度的差異將會(huì)造成掛檔沖擊甚至掛 不上檔,此時(shí)又需要離合器暫時(shí)分開(kāi)傳動(dòng)系,以便使與離合器主動(dòng)齒輪聯(lián)結(jié)的質(zhì)量減小, 這樣即可以減少掛擋沖擊以便利換檔。 離合器所能傳遞的最大扭矩是有一定限制的,在汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí),傳動(dòng)系受到很大 的慣性負(fù)荷,此時(shí)由于離合器自動(dòng)打滑,可避免傳動(dòng)系零件超載損壞,起保護(hù)作用。 1.3.2現(xiàn)代汽車(chē)離合器應(yīng)滿足的要求 根據(jù)離合器的功用,它應(yīng)滿足下列主要要求[5]: (1) 能在任何行駛情況下,可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩。為此,離合器的摩擦力 矩(T)應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩(T ); (2) 接合平順、柔和。即要求離合器所

8、傳遞的扭矩能緩和地增加,以免汽車(chē)起步?jīng)_ 撞或抖動(dòng); (3) 分離迅速、徹底。換檔時(shí)若離合器分離不徹底,則飛輪上的力矩繼續(xù)有一部分 傳入變速器,會(huì)使換檔困難,引起齒輪的沖擊響聲; (4) 從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。離合器分離時(shí),和變速器主動(dòng)齒輪相連接的質(zhì)量就只有 離合器的從動(dòng)盤(pán)。減小從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,換檔時(shí)的沖擊即降低; (5) 具有吸收振動(dòng)、噪聲和沖擊的能力; (6) 散熱良好,以免摩擦零件因溫度過(guò)高而燒裂或因摩擦系數(shù)下降而打滑; (7) 操縱輕便,以減少駕駛員的疲勞。尤其是對(duì)城市行駛的轎車(chē)和公共汽車(chē),非常 重要; (8) 摩擦式離合器,摩擦襯面要耐高溫、耐磨損,襯面磨損在一定范圍內(nèi),要

9、能通 過(guò)調(diào)整,使離合器正常工作。 1.3.3離合器工作原理 如圖1.1所示,摩擦離合器一般是由主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)四 部分組成。 離合器在接合狀態(tài)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩自曲軸傳出,通過(guò)飛輪2和壓盤(pán)借摩擦作用傳給 從動(dòng)盤(pán)3,最后通過(guò)從動(dòng)軸傳給變速器。當(dāng)駕駛員踩下踏板時(shí),通過(guò)拉桿,分離叉、分 離套筒和分離軸承8,將分離杠桿的內(nèi)端推向右方,由于分離杠桿的中間是以離合器蓋 5上的支柱為支點(diǎn),而外端與壓盤(pán)連接,所以能克服壓緊彈簧的力量拉動(dòng)壓盤(pán)向左,這 樣,從動(dòng)盤(pán)3兩面的壓力消失,因而摩擦力消失,發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩就不再傳入變速器,離 合器處于分離狀態(tài)。當(dāng)放開(kāi)踏板,回位彈簧克服各拉桿接頭和支承中

10、的摩擦力,使踏板 返回原位。此時(shí)壓緊彈簧就推動(dòng)壓盤(pán)向右,仍將從動(dòng)盤(pán)3壓緊在飛輪上2,這樣發(fā)動(dòng)機(jī) 的扭矩又傳入變速器[7]。 1-軸承2-飛輪3-從動(dòng)盤(pán)4-壓盤(pán)5-離合器蓋螺栓 6-離合器蓋7-膜片彈簧8-分離軸承9-軸 圖1.1離合器總成 1.3.4拉式膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn) 與推式相比,拉式膜片彈簧離合器具有許多優(yōu)點(diǎn):取消了中間支承各零件,并不用 支承環(huán)或只用一個(gè)支承環(huán),使其結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、緊湊,零件數(shù)目更少,質(zhì)量更少;所謂拉 式膜片彈簧,其特征是膜片彈簧和壓盤(pán)上安裝有彈性圓柱銷(xiāo),壓盤(pán)、離合器蓋和傳動(dòng)片 的一端由限位裝置安裝在一起,從動(dòng)盤(pán)總成的從動(dòng)盤(pán)為三片從動(dòng)盤(pán)依次疊加安裝在一起

11、; 拉式離合器壓緊模塊的壓盤(pán)上均勻設(shè)有散熱筋。提高了壓緊力與傳遞轉(zhuǎn)矩的能力,且并 不增大踏板力,在傳遞相同的轉(zhuǎn)矩時(shí),可采用尺寸較小的結(jié)構(gòu);在接合或分離狀態(tài)下, 離合器蓋的變形量小,剛度大,分離效率更高;拉式的杠桿比大于推式的杠桿比,且中 間支承減少了摩擦損失,傳動(dòng)效率較高,踏板操縱更輕便,拉式的踏板力比推式的一般 可減少約25% ~ 3°% ;無(wú)論在接合狀態(tài)或分離狀態(tài),拉式結(jié)構(gòu)的膜片彈簧大端與離合器 蓋支承始終保持接觸,在支承環(huán)磨損后不會(huì)形成間隙而增大踏板自由行程,不會(huì)產(chǎn)生沖 擊聲;使用壽命更長(zhǎng)[10』 第2章離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1離合器種類(lèi)選擇 離合器有摩擦式,電磁式,液力式三種類(lèi)型

12、。離合器大都根據(jù)摩擦原理設(shè)計(jì)的。摩 擦式應(yīng)用廣泛。摩擦式工作表面形狀包括錐形、鼓形和盤(pán)形,錐形和鼓形的缺點(diǎn)是其從 動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量太大,引起變速器換檔困難,且結(jié)合不夠柔和,易卡住。 故選擇盤(pán)形摩擦式離合器 2.2從動(dòng)盤(pán)數(shù)選擇 單片離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,尺寸緊湊,散熱良好,維修調(diào)整方便,從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小, 在使用時(shí)能保證分離徹底、接合平順。 對(duì)于1260kg的轎車(chē),本次設(shè)計(jì)選擇單片離合器 2.3壓緊彈簧和布置形式選擇 離合器壓緊裝置可分為周布彈簧式、中央彈簧式、斜置彈簧式、膜片彈簧式等。其 中膜片彈簧的主要特點(diǎn)是用一個(gè)膜片彈簧代替螺旋彈簧和分離杠桿。膜片彈簧與其他幾 類(lèi)相比又有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)

13、[9: (1) 由于膜片彈簧有理想的非線性特征,彈簧壓力在摩擦片磨損范圍內(nèi)能保證大致 不變,從而使離合器在使用中能保持其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力不變。當(dāng)離合器分離時(shí),彈簧壓 力不像圓柱彈簧那樣升高,而是降低,從而降低踏板力; (2) 膜片彈簧有壓緊彈簧和分離杠桿的作用,使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,軸向尺寸小,零件 數(shù)目少,質(zhì)量??; (3) 高速旋轉(zhuǎn)時(shí),壓緊力降低很少,性能較穩(wěn)定;而圓柱彈簧壓緊力明顯下降; (4) 由于膜片彈簧大斷面環(huán)形與壓盤(pán)接觸,故其壓力分布均勻,摩擦片磨損均勻, 可提高使用壽命; (5) 易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱,使用壽命長(zhǎng); (6) 平衡性好; (7) 有利于大批量生產(chǎn),降低制造成

14、本。 但膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜,對(duì)材料質(zhì)量和尺寸精度要求高,其非線性特性在生 產(chǎn)中不易控制,開(kāi)口處容易產(chǎn)生裂紋,端部容易磨損。近年來(lái),由于材料性能的提高, 制造工藝和設(shè)計(jì)方法的逐步完善,膜片彈簧的制造已日趨成熟。因此,我選用膜片彈簧 式離合器。 2.4壓盤(pán)驅(qū)動(dòng)形式選擇 由于傳統(tǒng)的凸臺(tái)式連接方式、鍵式連接方式、銷(xiāo)式連接方式存在傳力處之間有間隙 的缺點(diǎn),故選擇已被廣泛采用的傳力片傳動(dòng)方式,簡(jiǎn)化了壓盤(pán)的結(jié)構(gòu),有利于壓盤(pán)的定 中。為了改善傳力片的受力狀況,它們沿圓周切向布置,一般有3?4組,每組3?4個(gè) 彈性薄片組成,片厚一般為1?1.2mm。但它們的正反向特性不相同。 故選擇傳動(dòng)片式。

15、2.5扭轉(zhuǎn)減震器 它能降低發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與傳動(dòng)系接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度,調(diào)諧傳動(dòng)系扭振固有頻率,增 加傳動(dòng)系扭振阻尼,抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)振幅,并衰減因沖擊而產(chǎn)生的瞬態(tài)扭振,控制動(dòng) 力傳動(dòng)系總成怠速時(shí)離合器與變速器的扭振與噪聲,緩和非穩(wěn)定工況下傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)沖 擊載荷和改善離合器的接合平順性。 故要有扭轉(zhuǎn)減振器。 2.6設(shè)計(jì)要求及其技術(shù)參數(shù) 基本要求[8: (1) 在任何行駛條件下,既能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩,并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲(chǔ) 備,又能防止過(guò)載。 (2) 接合時(shí)要完全、平順、柔和,保證起初起步時(shí)沒(méi)有抖動(dòng)和沖擊。 (3) 分離時(shí)要迅速、徹底。 (4) 從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小,以減輕換檔時(shí)變速

16、器齒輪間的沖擊,便于換檔和減 小同步器的磨損。 (5) 應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)效果,以保證工作溫度不致過(guò)高,延長(zhǎng)壽 命。 (6) 操縱方便、準(zhǔn)確,以減少駕駛員的疲勞。 (7) 具有足夠的強(qiáng)度和良好的動(dòng)平衡,一保證其工作可靠、使用壽命長(zhǎng)。 技術(shù)參數(shù): 車(chē)型:日產(chǎn)軒逸1.6 XV 整車(chē)質(zhì)量(kg): 1260 最大扭矩/轉(zhuǎn)速(N?m/rpm): 189/4400 主減速比:4.072 一檔速比:4.832 滾動(dòng)半徑:320mm 第3章 離合器主要參數(shù)的選擇 3.1后備系數(shù)6 后備系數(shù)B是離合器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù),它反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn) 矩的可靠程度。在選擇B

17、時(shí),應(yīng)保證離合器仍能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩、防止離 合器滑磨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、防止傳動(dòng)系過(guò)載以及操縱輕便等因素。乘用車(chē)B選擇:1.20? 1.75 ,本次設(shè)計(jì)取B = 1.2。 3.2摩擦因數(shù)f、摩擦面數(shù)Z和離合器間隙At 摩擦片的摩擦因數(shù)f取決于摩擦片所用的材料及其工作溫度、單位壓力和滑磨速 度等因素。摩擦因數(shù)f的取值范圍見(jiàn)下表。 表3-1摩擦材料的摩擦因數(shù)f的取值范圍 摩擦材料 摩擦因數(shù)f 石棉基材料 模壓 0.20 ?0.25 編織 0.25 ?0.35 粉末冶金材料 銅基 0.25 ?0.35 鐵基 0.35 ?0.50 金屬陶瓷材料 0.70 ?1.50

18、 本次設(shè)計(jì)取f = 0.30。 摩擦面數(shù)Z為離合器從動(dòng)盤(pán)數(shù)的兩倍,決定于離合器所需傳遞轉(zhuǎn)矩的大小及其結(jié) 構(gòu)尺寸。本次設(shè)計(jì)取單片離合器Z = 2。 離合器間隙At是指離合器處于正常結(jié)合狀態(tài)、分離套筒被回位彈簧拉到后極限位 置時(shí),為保證摩擦片正常磨損過(guò)程中離合器仍能完全結(jié)合,在分離軸承和分離杠桿內(nèi) 端之間留有的間隙。該間隙At一般為3?4mm。本次設(shè)計(jì)取At =3 mm。 3.3單位壓力p 0 單位壓力p 0決定了摩擦表面的耐磨性,對(duì)離合器工作性能和使用壽命有很大影 響,選取時(shí)應(yīng)考慮離合器的工作條件、發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率的大小、摩擦片尺寸、材料及 其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。p0取值范圍見(jiàn)表3

19、-2。 表3-2摩擦片單位壓力p 0的取值范圍 摩擦片材料 單位壓力p 0/Mpa 石棉基材料 模壓 0.15?0.25 編織 0.25 ?0.35 粉末冶金材料 銅基 0.35 ?0.50 鐵基 金屬陶瓷材料 0.70 ?1.50 p 0選擇:0.10 MPa W p0 W 1.50 MPa,本次設(shè)計(jì)取 p 0 = 0.3MPa。 3.4摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度b 摩擦片外徑是離合器的重要參數(shù),它對(duì)離合器的輪廓尺寸、質(zhì)量和使用壽命有決 定性的影響。 D 二:一12B 廣 max—— 翌88mm 3' nfZp0(1 - c3) 取 D =225 m

20、m 當(dāng)摩擦片外徑D確定后,摩擦片內(nèi)徑d可根據(jù)d/D在0.53?0.70之間來(lái)確定。 取 c = d/D = 0.667, d = 0.667D = 150.075 mm ,取 d = 150mm 摩擦片厚度b主要有3.2 mm、3.5 mm、4.0 mm三種。取b = 3.5 mm。 T = BT = 1.2 x 189 = 227 N.m 第4章 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1離合器基本參數(shù)的優(yōu)化 設(shè)計(jì)離合器要確定離合器的性能參數(shù)和尺寸參數(shù),這些參數(shù)的變化直接影響離合 器的工作性能和結(jié)構(gòu)尺寸。這些參數(shù)的確定在前面是采用先初選、后校核的方法。下 面采用優(yōu)化的方法來(lái)確定這些參數(shù)[13]

21、。 (1) 摩擦片外徑D (mm)的選取應(yīng)使最大圓周速度vD不超過(guò)65?70m/s,即 n ji v = 60 n D x 10 -3 = -- x 4400 x 225 x 10 -3 =51.81m/s M65 ?70m/s 符合要求。 式中,vd為摩擦片最大圓周速度(m/s);n 為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速(r/min)。 (2) 摩擦片的內(nèi)、外徑比c應(yīng)在0.53?0.70范圍內(nèi),本次設(shè)計(jì)取c = 0.667。 (3) 為了保證離合器可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩,并防止傳動(dòng)系過(guò)載,不同的車(chē)型的 B值應(yīng)在一定范圍內(nèi),最大范圍為1.2?4.0,本次設(shè)計(jì)取B= 1.20。 (4) 為了保證扭轉(zhuǎn)

22、減振器的安裝,摩擦片內(nèi)徑d必須大于減振器彈簧位置直徑2R 0 約 50mm,即 d > 2R + 50 mm (5) 為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷,防止摩擦片損傷,對(duì)于不同車(chē)型,單位壓力p0根 據(jù)所用的摩擦材料在一定范圍內(nèi)選取,p0的最大范圍為0.10?1.50 Mpa。 本次設(shè)計(jì)取p 0 = 0.3 MPa。 (6) 為了減少汽車(chē)起步過(guò)程中離合器的滑磨,防止摩擦片表面溫度過(guò)高而發(fā)生燒 傷,離合器每一次結(jié)合的單位摩擦面積滑磨功w應(yīng)小于其許用值[w]。 汽車(chē)起步時(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(J)為: H2R2 m r2 (—) 1800 i2i2 0 g =7522.1(

23、J) 式中,m a為汽車(chē)總質(zhì)量(kg);、為輪胎滾動(dòng)半徑(m); i為汽車(chē)起步時(shí)所用變 速器檔位的傳動(dòng)比;i 0為主減速器傳動(dòng)比;n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min);乘用車(chē)n取 2000 r/min 。 4W nZ (D 2 — d 2) 4*7522.1 3.14*2*(225*225 — 150*150) =0.17< [w] = 0.4 J/mm 2 滿足要求 4.2膜片彈簧的彈性特性曲線 膜片彈簧特性曲線 4.3膜片彈簧基本參數(shù)的選擇[4] (1) 比值H/h和h的選擇 為保證離合器壓緊力變化不大和操縱輕便,汽車(chē)離合器用膜片彈簧的H/h 一般為 1

24、.5?2.0,板厚h為2?4 mm。 取 h =3 mm , H/h =1.5,艮口 H =1.5h =4.5mm 。 (2) R/r比值和r的選擇 研究表明。R/r越大,彈簧材料利用率越低,彈簧越硬,彈性特性曲受直徑誤差的 影響越大,且應(yīng)力越高。根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求。R/r 一般為1.20?1.35。為 使摩擦片上的壓力分布較均勻,拉式膜片彈簧的r值宜為大于或等于R 。即 c R二摩擦片外徑120 取 R/r = 1.2,r = R /1.2 =100mm。 (3) a的選擇 膜片彈簧自由狀態(tài)下圓錐角a與內(nèi)截錐高度H關(guān)系密切,a—般在9。?15。范圍 內(nèi)。 a = a

25、rctan H/(R-r) = 12.68° ,符合要求。 (4) 分離指數(shù)目n的選取 分離指數(shù)目n常取18,大尺寸膜片彈簧可取24,小尺寸膜片彈簧可取12。取分 離之?dāng)?shù)目n =18。 (5) 膜片彈簧小段內(nèi)半徑r0及分離軸承作用半徑r的確定 r 0由離合器的結(jié)構(gòu)決定,其最小值應(yīng)大于變速器第一軸花鍵的外徑。r f應(yīng)大于r 。 0 r = 28mm r =30mm (6) 切槽寬度6 ]、6 2及半徑七的確定 5 1= 3.2?3.5 mm,6 = 9?10 mm,r 的取值應(yīng)滿足 r - r N 6 。 本次設(shè)計(jì)取 6 i = 3.2 mm,6 = 9 mm , r W r

26、- 6 = 91 mm。 (7) 壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑R1和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑r 1的確定 R =118mm r =102mm 4.4膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì) 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)就是要確定一組彈簧的基本參數(shù),使其彈性特性滿足離合器 的使用性能要求,而且彈簧強(qiáng)度也滿足設(shè)計(jì)要求,以達(dá)到最佳的綜合效果⑼。 (1) 為了滿足離合器使用性能的要求,彈簧的H/h與初始底錐角a^H/(R-r)應(yīng) 在一定范圍內(nèi),即 1.6 W H/h = 1.5 W 2.2 9°WaeH/(R-r)= 12.68°W 15° (2) 彈簧各部分有關(guān)尺寸的比值應(yīng)符合一定的范圍,即 1.20 W R/r=1.20 W 1.3

27、 70 W2R/h=80 W 100 3.5 WR/ r0=4.3 W 5.0 (3) 為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻,拉式膜片彈簧的壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑r 1 應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間,即 (D+d)/4 Wr 1=102 W D/2 (4) 根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求,R與R, r與r之差應(yīng)在一定范圍內(nèi),即 1 f 0 1 W R-R1 = 2 W 7 0 W rf-r0 = 2W 4 (5) 膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用,因此其杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取, 即 3.5 W R — L = 5.5 W 9.0 R1 - r1 第5章 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

28、5.1扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì) 5.1. 1扭轉(zhuǎn)減振器的概述 扭轉(zhuǎn)減振器主要由彈性元件(減振彈簧或橡膠)和阻尼元件(阻尼片)等組成。彈性 元件的主要作用是降低傳動(dòng)系的首段扭轉(zhuǎn)剛度,從而降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階(通常 為三階)固有頻率,改變系統(tǒng)的固有振型,使之盡可能避開(kāi)由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵(lì)引 起的共振;阻尼元件的主要作用是有效地耗散振動(dòng)能量。因此,扭轉(zhuǎn)減振器具有如下 功能:(1)降低發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與傳動(dòng)系接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度,調(diào)諧傳動(dòng)系扭振固有頻 率。 (2)增加傳動(dòng)系扭振阻尼,抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)振幅,并衰減因沖擊而產(chǎn)生的瞬態(tài)扭 振。(3)控制動(dòng)力傳動(dòng)系總成怠速時(shí)離合器與變速器軸系的扭振,消減變速器怠速

29、噪 聲和 主減速器與變速器的扭振及噪聲。 (4)緩和非穩(wěn)定工況下傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)沖擊載荷,改善離合器的接合平順性。 減振器的扭轉(zhuǎn)剛度k和阻尼摩擦元件間的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T.是兩個(gè)主要參數(shù),決 定了減振器的減震效果。其設(shè)計(jì)參數(shù)還包括極限轉(zhuǎn)矩T j、預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn和極限轉(zhuǎn)角七 等。 5.1.2扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì) J ° J (1) 極限轉(zhuǎn)矩T j 極限轉(zhuǎn)矩是指減振器在消除了限位銷(xiāo)與從動(dòng)盤(pán)轂缺口之間的間隙△ 1時(shí)所能傳遞的 最大轉(zhuǎn)矩,即限位銷(xiāo)起作用時(shí)的轉(zhuǎn)矩。它受限于減振彈簧的許用應(yīng)力等因素,與發(fā)動(dòng) 機(jī)最大轉(zhuǎn)矩有關(guān),一般可取T j = (1.5?2.0) Temax 一般乘用車(chē):系數(shù)取2.0即T j

30、 = 2 Tema = 378N - m (2) 扭轉(zhuǎn)角剛度 K W13T .=13X378=4914 (3) 阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T p 由于減振器扭轉(zhuǎn)剛度k受結(jié)構(gòu)及發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的限制,不可能很低,故為了在 發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)最有效地消振,必須合理選擇減振器阻尼裝置的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T O p 一般可按下式初選:T =(0.06?0.17)Temax 取 T = 0.1T = 18.9N - m (4) 預(yù)緊轉(zhuǎn)矩T n 減振彈簧在安裝時(shí)都有一定的預(yù)緊。研究表明,J增加,共振頻率將向減小頻率 的方向移動(dòng),這是有利的。但是Tn不應(yīng)大于Tp,否則在反向工作時(shí),扭轉(zhuǎn)減振器將 提前停止工

31、作,故取T = (0.05?0.15)T 取 T = 0.1T =18.9N - m (5) 減振彈簧的位置半徑R 0 R0的尺寸應(yīng)盡可能大些,一般取R° =(0.60?0.75)d/2 R0 = 0.60d/2 = 45 mm (6) 減振彈簧個(gè)數(shù)Z j Z ?參照表6-1選取。 表5-1減振彈簧個(gè)數(shù)的選取 摩擦片外徑D/mm 225?250 250?325 325?350 >350 Z . -d 4?6 6?8 8?10 >10 摩擦片外徑D = 225mm,選取Z .=4 (7) 減振彈簧總壓力F £ 當(dāng)限位銷(xiāo)與從動(dòng)盤(pán)轂之間的間隙氣或氣

32、被消除,減震彈簧傳遞的轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值 Tj時(shí),減震彈簧受到的壓力F£為 F =T /R = 378000Nmm/45 = 8400 N (8) 極限轉(zhuǎn)角中j 本次設(shè)計(jì)中取10°。 j 5.2從動(dòng)盤(pán)總成的設(shè)計(jì) 5.2.1從動(dòng)盤(pán)轂 從動(dòng)盤(pán)轂是離合器中承受載荷最大的零件,它幾乎承受由發(fā)動(dòng)機(jī)傳來(lái)的全部轉(zhuǎn) 矩。動(dòng)盤(pán)本體和減振器盤(pán)又通過(guò)六個(gè)減振器彈簧把轉(zhuǎn)矩傳給了從動(dòng)盤(pán)轂。因?yàn)橛袕椥?環(huán)節(jié)的作用,所以傳動(dòng)系受的轉(zhuǎn)動(dòng)沖擊可以在此得到緩和。傳動(dòng)系中的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)會(huì)使 從動(dòng)盤(pán)轂相對(duì)于動(dòng)盤(pán)本體和減振器盤(pán)來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng),夾在它們之間的阻尼片靠摩擦消耗扭 轉(zhuǎn)振動(dòng)的能量,將扭轉(zhuǎn)振動(dòng)衰減下來(lái)[6] 它一般采用齒側(cè)對(duì)中

33、的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上,花鍵的遲鈍可根據(jù)摩擦片 的外徑D與發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩七max由表3-1選取。 表5-2從動(dòng)盤(pán)轂花鍵的尺寸 摩擦片外 徑 D/mm 發(fā)動(dòng)機(jī)最大 轉(zhuǎn)矩T e max /(N ? m) 花鍵尺寸 擠壓應(yīng)力 。JMPa 齒數(shù)n 夕卜 徑 D’/mm 內(nèi) 徑 d’/mm 齒 厚 t/mm 有效齒長(zhǎng) l/mm 160 49 10 23 18 3 20 9.8 180 69 10 26 21 3 20 11.6 200 108 10 29 23 4 25 11.1 225 147 10

34、 32 26 4 30 11.3 250 196 10 35 28 4 35 10.2 280 275 10 35 32 4 40 12.5 300 304 10 40 32 5 40 10.5 本次設(shè)計(jì)D = 225mm , T = 189 N - m故選擇花鍵類(lèi)型為: 摩擦片 夕卜 徑 D/mm 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn) 矩 T e max /(N ? m) 花鍵尺寸 擠壓應(yīng)力 /MPa c 齒數(shù)n 夕卜 徑 D’/mm :mm" L厚 有效齒 長(zhǎng) l/mm 225 189 10 32

35、26 4 30 11.3 5.2.2從動(dòng)片的設(shè)計(jì) 從動(dòng)盤(pán)對(duì)離合器工作性能影響很大,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足如下要求⑸: (1) 從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能小,以減小變速器換擋時(shí)輪齒間的沖擊。 (2) 從動(dòng)盤(pán)應(yīng)具有軸向彈性,使離合器結(jié)合平順,便于起步,而且使摩擦面壓力 均勻,以減小磨損。 (3) 應(yīng)安裝扭轉(zhuǎn)減振器,以避免傳動(dòng)系共振,并緩和沖擊。 5.2.3摩擦片的設(shè)計(jì) 摩擦片應(yīng)滿足以下要求: (1) 摩擦因數(shù)較高且穩(wěn)定,工作溫度、單位壓力、滑磨速度的變化對(duì)其影響要小 (2) 具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度與耐磨性 (3) 密度要小,以減少?gòu)膭?dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 (4) 熱穩(wěn)定性要好 (5)

36、磨合性要好,不至刮傷飛輪和壓盤(pán)表面 5.3離合器蓋總成的設(shè)計(jì) 5.3.1離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求⑹: (1) 應(yīng)具有足夠的剛度,否則影響離合器的工作特性,增大操縱時(shí)的分離行程,減 小壓盤(pán)升程,嚴(yán)重時(shí)使摩擦面不能徹底分離。 (2) 應(yīng)與飛輪保持良好的對(duì)中,以免影響總成的平衡和正常的工作。 (3) 蓋的膜片彈簧支承處應(yīng)具有高的尺寸精度。 (4) 為了便于通風(fēng)散熱,防止摩擦表面溫度過(guò)高,可在離合器蓋上開(kāi)較大的通風(fēng)窗 孔,或在蓋上加設(shè)通風(fēng)扇片等。 乘用車(chē)離合器蓋一般用08、10鋼等低碳鋼板。 5.3.2壓盤(pán)的設(shè)計(jì) 對(duì)壓盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求[10] (1) 壓盤(pán)應(yīng)具有較大的質(zhì)量,以增大熱容

37、量,減小溫度,防止其產(chǎn)生裂紋和破碎,有 時(shí)可設(shè)置各種形狀的散熱筋或鼓風(fēng)筋,以幫助散熱通風(fēng)。中間壓盤(pán)可鑄出通風(fēng)槽,也可 以采用傳熱系數(shù)較大的鋁合金壓盤(pán)。 (2) 壓盤(pán)應(yīng)具有較大剛度,使壓緊力在摩擦面上的壓力分布均勻并減小受熱后的翹 曲變形,以免影響摩擦片的均勻壓緊及與離合器的徹底分離,厚度約為15?25 mm。 (3) 與飛輪應(yīng)保持良好的對(duì)中,并要進(jìn)行靜平衡,壓盤(pán)單件的平衡精度應(yīng)不低于 15?20 g?cm。 (4) 壓盤(pán)高度(從承壓點(diǎn)到摩擦面的距離)公差要小。 壓盤(pán)形狀較復(fù)雜,要求傳熱性好,具有較高的摩擦因數(shù),通常采用灰鑄鐵,一般采 用 HT200、HT250、HT300,硬度為 17

38、0?227HBS。 5.4壓盤(pán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選擇 , Y W 0.5 x 7522.1 t =——= mc m x 481.4 m 取 3.5kg 帶入t = 2.3°C,所以符合要求 式中,t為壓盤(pán)溫升(C),不超遏8?10C; c為壓盤(pán)的比熱容,鑄鐵:c=481.4 J/(kg?C); m為壓盤(pán)質(zhì)量(kg);Y為傳到壓盤(pán)的熱量所占的比例,對(duì)單片離合器壓 盤(pán). 結(jié)論 本設(shè)計(jì)根據(jù)給出的設(shè)計(jì)要求和原始設(shè)計(jì)參數(shù),以及拉式膜片彈簧離合器及其操 縱機(jī)構(gòu)的工作原理和使用要求,通過(guò)對(duì)其工作原理的闡述、結(jié)構(gòu)方案的比較和選擇、相 關(guān)零件參數(shù)的計(jì)算,大致確定了離合器及其操縱機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和主要

39、尺寸以及制造相 關(guān)零部件所用的材料。 結(jié)構(gòu)方面:根據(jù)設(shè)計(jì)要求,考慮到使用條件和其顯著的優(yōu)點(diǎn),選用帶扭轉(zhuǎn)減振器的 單片拉式膜片彈簧離合器。 計(jì)算方面:確定了離合器的主要參數(shù)B, P0 D,d,結(jié)果按照基本公式運(yùn)算得出并通 過(guò)約束條件,檢驗(yàn)合格。根據(jù)膜片彈簧基本參數(shù)之間的約束關(guān)系,初步確定了膜片彈簧 的尺寸參數(shù),并通過(guò)優(yōu)化程序得出了膜片彈簧尺寸的優(yōu)化值,并進(jìn)一步確定了膜片彈簧 的工作點(diǎn),同時(shí)進(jìn)行了強(qiáng)度校核。確定了扭轉(zhuǎn)減振器和變速器的主要尺寸。 選材方面:摩擦片選用編織石棉基材料,保證其有足夠的強(qiáng)度和耐磨性、熱穩(wěn)定性、 磨合性,不會(huì)發(fā)生粘著現(xiàn)象。膜片彈簧采用65Si2MnA,其中所含硅成分提高了機(jī)件的彈 性,所含金孟,加強(qiáng)了耐高溫性;傳動(dòng)片采用80剛,滿足其強(qiáng)度需要;壓盤(pán)采用HT200, 提高了耐磨性;離合器蓋從用鑄鐵,提高了散熱能力。 綜上所述,本次設(shè)計(jì)遵從了:(1)分離徹底;(2)接合柔和;(3)操縱輕便,工作 特征穩(wěn)定;(4)從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的設(shè)計(jì)要點(diǎn),數(shù)據(jù)全部通過(guò)約束條件檢驗(yàn),原件所 使用的材料基本上符合耐磨,耐壓和耐高溫的要求,而且離合器尺寸合適,適宜安裝, 能最高效率傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩,符合計(jì)劃書(shū)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 由于水平有限,我在設(shè)計(jì)中不免出現(xiàn)偏頗和錯(cuò)誤,希望老師批評(píng)指正。

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