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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 目 錄 摘要 ...............................................................................................................................................................Ⅰ Abstract.......................................................................................................................................................Ⅱ 第 1 章 緒 論 .............................................................................................................................................4 1.1 研究目的 .......................................................................................................................................4 1.2 研究背景 .......................................................................................................................................4 1.3 研究現(xiàn)狀 .......................................................................................................................................4 1.4 研究內(nèi)容 .......................................................................................................................................5 第 2 章 離合器結(jié)構(gòu)方案選取 ......................................................................................................7 2.1 設(shè)計參數(shù) .......................................................................................................................................7 2.2 離合器形式的選擇....................................................................................................................7 2.3 壓緊彈簧和布置形式的選擇 ................................................................................................8 2.4 壓盤的驅(qū)動方式 ........................................................................................................................9 2.5 離合器的通風(fēng)散熱措施 ........................................................................................................10 2.6 分離軸承類型 ...........................................................................................................................10 2.7 本章小結(jié) .....................................................................................................................................11 第 3 章 離合器主要參數(shù)的 確定 ..............................................................................................12 3.1 摩擦片尺寸的確定 ...................................................................................................................12 3.2 離合器 后備系數(shù)的 確定 ...................................................................................................12b 3.3 單位壓力 P 的確定 .................................................................................................................13 3.4 離合器基本參數(shù)的優(yōu)化 ........................................................................................................14 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 I 3.5 本章小結(jié) .....................................................................................................................................15 第 4 章 離合器從動盤總成設(shè)計 ..............................................................................................16 4.1 從動盤結(jié)構(gòu)介紹 ......................................................................................................................16 4.2 摩擦片的材料選取及固緊方式..........................................................................................17 4.3 從動盤轂的設(shè)計 ......................................................................................................................18 4.4 從動片的設(shè)計 ...........................................................................................................................20 4.5 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計..................................................................................................................21 4.5.1 扭轉(zhuǎn)減振器的功能 .................................................................................................21 4.5.2 扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)類型的選擇 .........................................................................21 4.6 減振彈簧設(shè)計 ...........................................................................................................................23 4.7 本章小結(jié) .....................................................................................................................................25 第 5 章 離合器蓋總成的設(shè)計 ....................................................................................................26 5.1 壓盤傳力方式的選擇 .............................................................................................................26 5.2 壓盤幾何尺寸的確定 .............................................................................................................26 5.3 壓盤材料的選擇 ......................................................................................................................27 5.4 傳動片片幾何尺寸的確定 及材料選擇 ...........................................................................27 5.5 離合器蓋的設(shè)計 ......................................................................................................................29 5.6 支撐環(huán)的設(shè)計 ...........................................................................................................................29 5.7 離合器分離套筒和分離軸承的設(shè)計....................................................................................30 5.8 本章小結(jié) .....................................................................................................................................31 第 6 章 離合器膜片彈簧的設(shè)計 ..............................................................................................32 6.1 膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點 .............................................................................................................32 6.2 膜片彈簧的變形特性 .............................................................................................................32 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 II 6.3 膜片彈簧的彈性變形特性 ...................................................................................................33 6.4 膜片彈簧的參數(shù)尺寸確定 ...................................................................................................34 6.4.1 H/h 比值的選取 .........................................................................................................35 6.4.2 R 及 R/r 確定 ..............................................................................................................35 6.4.3 膜片彈簧起始圓錐底角 ...................................................................................36? 6.4.4 膜片彈簧小端半徑 r 及分離軸承的作用半徑 r .....................................36f p 6.4.5 分離指數(shù)目 n、切槽寬 、窗孔槽寬 、及半徑 r ..............................361?2?e 6.4.6 支承環(huán)的作用半徑 l 和膜片與壓盤接觸半徑 L..........................................36 6.4.7 膜片彈簧材 料選擇 ..................................................................................................36 6.5 膜片彈簧的計算與強度校核 ..............................................................................................36 6.6 本章小結(jié) .....................................................................................................................................40 第 7 章 離合器操縱機 構(gòu)的設(shè)計 ..............................................................................................41 7.1 操縱機構(gòu)踏板力和行程 ........................................................................................................41 7.2 操縱機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式 .............................................................................................................41 7.3 操縱機構(gòu)的設(shè)計計算 .............................................................................................................42 7.4 本章小結(jié) .....................................................................................................................................43 結(jié) 論 ...............................................................................................................................................................44 參考文獻....................................................................................................................................................45 致謝 ...............................................................................................................................................................47 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 第 1 章 緒 論 1.1 研究動機與目的 了解轎車離合器的構(gòu)造，掌握轎車離合器的工作原理。了解從動盤總成的結(jié)構(gòu)， 掌握從動盤總成的設(shè)計方法，了解壓盤和膜片彈簧的結(jié)構(gòu)，掌握壓盤和膜片彈簧的設(shè) 計方法，通過對以上幾方面的了解，從而熟悉轎車離合器的工作原理。學(xué)會如何查找 文獻資料、相關(guān)書藉，培養(yǎng)學(xué)生動手設(shè)計項目、自學(xué)的能力，掌握單獨設(shè)計課題和項 目的方法，設(shè)計出滿足整車要求并符合相關(guān)標準、具有良好的制造工藝性且結(jié)構(gòu)簡單、 便于維護的轎車離合器，為以后從事汽車方面的工作或工作中設(shè)計其它項目奠定良好 的基礎(chǔ)。通過這次的畢業(yè)設(shè)計，使學(xué)生充分地認識到設(shè)計一個工程項目所需經(jīng)歷的步 驟，以及身為一個工程技術(shù)人員所需具備的素質(zhì)和所應(yīng)當完成的工作，為即將進入社 會提供了一個良好的學(xué)習(xí)機會，對于由學(xué)生向工程技術(shù)人員轉(zhuǎn)變有著重大的實際意義。 1.2 研究背景 離合器是汽車傳動系中直接與發(fā)動機相連接的總成，其主要功用是切斷和實現(xiàn)對 傳動系的動力傳遞，保證汽車起步時將發(fā)動機與傳動系平順地接合，確保汽車平穩(wěn)起 步；在換擋時將發(fā)動機與傳動系分離，減少變速器中換擋齒輪之間的沖擊；在工作中 受到大的動載荷時，能限制傳動系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，防止傳動系各零件因過載而損 壞；有效地降低傳動系中的振動和噪聲。 隨著汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速、功率的不斷提高和汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對離合 器的要求越來越高。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操縱的形式 發(fā)展。因此，提高離合器的可靠性和延長其使用壽命，適應(yīng)發(fā)動機的高轉(zhuǎn)速，增加離 合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡化操縱，已成為離合器的發(fā)展趨勢。 汽車傳動系的設(shè)計對汽車的動力學(xué)和燃油經(jīng)濟性有著重大影響，而離合器又是汽 車傳動系中的重要部件。在離合器設(shè)計中，合理地選擇離合器的結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計參數(shù) 不僅保證了其在任何情況下都能可靠地傳遞發(fā)動機轉(zhuǎn)矩，還使其有足夠的使用壽命。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 1.3 研究現(xiàn)狀 膜片彈簧離合器是近年來在轎車和輕型載貨汽車上廣泛采用的一種離合器 [2]。因 其作為壓簧，可以同時兼起分離杠桿的作用，使離合器的結(jié)構(gòu)大為簡化，質(zhì)量減少， 并顯著地縮短了離合器的軸向尺寸。其次，由于膜片彈簧與壓盤以整個圓周接觸，使 壓力分布均勻。另外由于膜片彈簧具有非線性彈性特性，故能在從動盤摩擦片磨損后， 彈簧仍能可靠的傳遞發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩，而不致產(chǎn)生滑離。離合器分離時，使離合器踏板 操縱輕便，減輕駕駛員的勞動強度。此外，因膜片彈簧是一種對稱零件，平衡性好， 在高速下，其壓緊力降低很少，而周布置彈簧離合器在高速時，因受離心力作用會產(chǎn) 生橫向撓曲，彈簧嚴重鼓出，從而降低了對壓盤的壓緊力，從而引起離合器傳遞轉(zhuǎn)矩 能力下降 [3]。那么可以看出，對于膜片彈簧離合器的設(shè)計研究在改善汽車離合器各方 面的性能具有十分重要的意義。 由于膜片彈簧離合器具有上述一系列優(yōu)點，并且制造膜片彈簧離合器的工藝水平 在不斷提高，因此這種離合器在轎車及微型、輕型客車上得到廣泛運用，而且正大力 擴展到載貨汽車和重型汽車上，國外已經(jīng)設(shè)計出了傳遞轉(zhuǎn)矩為 80~2000N.m、最大摩 擦片外徑達 420 的膜片彈簧離合器系列，廣泛用于轎車、客車、輕型和中型貨車上 [1]。 甚至某些總質(zhì)量達 28~32t 的重型汽車也有采用膜片彈簧離合器的，但膜片彈簧的制 造成本比圓柱螺旋彈簧要高。膜片彈簧離合器的操縱曾經(jīng)都采用壓式機構(gòu)，即離合器 分離時膜片彈簧彈性杠壓桿內(nèi)端的分離指處是承受壓力。當前膜片彈簧離合器的操縱 機構(gòu)已經(jīng)為拉式操縱機構(gòu)所取代。后者的膜片彈簧為反裝，并將支承圈移到膜片彈簧 的大端附近，使結(jié)構(gòu)簡化，零件減少、裝拆方便；膜片彈簧的應(yīng)力分布也得到改善， 最大應(yīng)力下降；支承圈磨損后仍保持與膜片的接觸使離合器踏板的自由行程不受影響。 而在壓式結(jié)構(gòu)中支承圈的磨損會形成間隙而增大踏板的自由行程 [2]。 近年來濕式離合器在技術(shù)上不斷改進，在國外某些重型車上又開始采用多片濕式 離合器。與干式離合器相比，由于用油泵進行強制冷卻的結(jié)果，摩擦表面溫度較低 (不超過 93℃ )，因此，起步時長時間打滑也不致燒損摩擦片。查閱國內(nèi)外資料獲知， 這種離合器的使用壽命可達干式離合器的 5-6 倍，但濕式離合器優(yōu)點的發(fā)揮是一定要 在某溫度范圍內(nèi)才能實現(xiàn)的，超過這一溫度范圍將起負面效應(yīng)。目前此技術(shù)尚不夠完 善。 1.4 研究 內(nèi)容 通過畢業(yè)設(shè)計，對轎車離合器的結(jié)構(gòu)、從動盤總成、壓盤和離合器蓋總成及膜片 彈簧的設(shè)計有比較深入的熟悉并掌握。首先通過查閱文獻、上網(wǎng)查閱資料，了解汽車 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 離合器的基本工作原理，結(jié)構(gòu)組成及功能；通過自己動手拆裝桑塔納 Vista 志俊轎車 膜片彈簧離合器，對其有進一步的了解，并在指導(dǎo)老師的幫助下完成膜片彈簧離合器 設(shè)計。 為了保證離合器具有良好的工作性能，對汽車離合器設(shè)計提出如下基本要求： 1)在任何行駛條件下均能可靠地傳遞發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當?shù)霓D(zhuǎn)矩儲備。 2)接合時要平順柔和，以保證汽車起步時沒有抖動和沖擊。 3)分離時要迅速、徹底。 4)離合器從動部分轉(zhuǎn)動慣量要小，以減輕換擋時變速器齒輪間的沖擊，便于換擋 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)散熱效果，以保證工作溫度不致過高，延長 其使用壽命。 6)應(yīng)使傳動系避免扭轉(zhuǎn)共振，并具有吸收振動、緩和沖擊和減小噪聲的能力。 7)操縱輕便、準確，以減輕駕駛員的疲勞。 8)作用在從動盤上的壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在使用過程中變化要盡可能小， 以保證有穩(wěn)定的工作性能。 9)應(yīng)有足夠的強度和良好的動平衡，以保證其工作可靠、壽命長。 10)結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、緊湊、質(zhì)量小，制造工藝性好，拆裝、維修、調(diào)整方便等。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 第 2 章 離合器結(jié)構(gòu)方案選取 汽車離合器廣泛采用摩擦離合器，本次設(shè)計也是采用摩擦式，要根據(jù)選定車型的 參數(shù)進行機構(gòu)方案的選擇。 2.1 設(shè)計參數(shù) 表 2.1 桑塔納 vista 志俊整車參數(shù) 項目 參數(shù) 汽車的驅(qū)動形式 4×2 最高車速 =187 km/hmaxV 發(fā)動機最大功率及轉(zhuǎn)速 =74 KW =5200 eppn r/min 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速 =155 N·m =3100 r/minmaxeTT 主減速器傳動比 =4.1930i 變速器最大傳動比 =3.024g 輪胎型號 195/60R1486H 滾動半徑 R=0.28m 整備質(zhì)量 m=1220Kg 在設(shè)計離合器時，應(yīng)根據(jù)車型的類別，使用要求制造條件以及“三化” （系列化， 通用化，標準化）要求等，合理選擇離合器的結(jié)構(gòu)。 在離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須綜合考慮以下幾點： 1. 保證離合器結(jié)合平順和分離徹底; 2. 離合器從動部分和主動部分各自的連接形式和支承; 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 3. 離合器軸的軸向定位和軸承潤滑; 4. 運動零件的限位，離合器的調(diào)整。 2.2 離合器形式的選擇 選取單片干式摩擦離合器，因為這種結(jié)構(gòu)的離合器結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，軸向尺 寸緊湊，分離徹底，從動件轉(zhuǎn)動慣量小，散熱性好，采用軸向有彈性的從動盤結(jié)合平 順，廣泛用于轎車及微、中型客車和貨車上，在發(fā)動機轉(zhuǎn)矩不大于 1000N.m 的大型 客車和重型貨車上也有所推廣。 2.3 壓緊彈簧和布置形式的選擇 離合器的壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)形式有：圓柱螺旋彈簧、矩形斷面的圓錐螺旋彈簧和膜 片彈簧等?？刹捎醚貓A周布置、中央布置、和斜置等布置形式。根據(jù)本所設(shè)計的離合 器的已知系數(shù)和使用條件選取膜片彈簧離合器比較合適。 作為壓緊彈簧的所謂膜片彈簧，是由彈簧鋼沖壓成的，具有“無底碟子”形狀的 截錐形薄壁膜片，且自其小端在錐面上開有許多徑向切槽，以形成彈性杠桿，而其余 未切槽的大端截錐部分則起彈簧作用。膜片彈簧的兩側(cè)有支承圈，而后者借助于固定 在離合器蓋上的一些（為徑向切槽數(shù)目的一半）鉚釘來安裝定位。當離合器蓋用螺栓 固定到飛輪上時，由于離合器蓋靠向飛輪，后支承圈則壓膜片彈簧使其產(chǎn)生彈性變形， 錐頂角變大，甚至膜片彈簧幾乎變平，圖 2.1[1]描述了膜片彈簧離合器的工作原理， 同時在膜片彈簧的大端對壓盤產(chǎn)生壓緊力使離合器處于結(jié)合狀態(tài)。當離合器分離時， 分離軸承前移膜片彈簧壓前支承圈并以其作為支點發(fā)生反錐形的轉(zhuǎn)變，使膜片彈簧大 端后移，并通過分離鉤拉動壓盤移到膜后移使離合器分離。膜片彈簧離合器具有很多 優(yōu)點：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此設(shè)計摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎 不變，且可以減輕分離離合器時的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置 對離合器軸的中心線是對稱的，因此其壓緊力實際上不受離心力的影響，性能穩(wěn)定， 平衡性也好；再者，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器結(jié)構(gòu)大 為簡化，零件數(shù)目減少，質(zhì)量減小并顯著縮短了軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓 盤是以整個圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，摩擦均勻，也易于實現(xiàn) 良好的通風(fēng)散熱等。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 （a）自由狀態(tài)； （b）結(jié)合； （c）分離狀態(tài) 圖 2.1 拉式膜片彈簧離合器的工作原理圖 膜片彈簧的安裝有正裝和反裝。正裝應(yīng)用于壓式操縱機構(gòu)，即離合器分離時膜片 彈簧彈性杠壓桿內(nèi)端的分離指處是承受壓力。反裝應(yīng)用于拉式操縱機構(gòu)，將支承圈在 膜片彈簧的大端附近，原理如圖 2.2[2]b,使結(jié)構(gòu)簡化，零件減少、裝拆方便；膜片彈簧 的應(yīng)力分布也得到改善，最大應(yīng)力下降；支承圈磨損后仍保持與膜片的接觸使離合器 踏板的自由行程不受影響。而在壓式結(jié)構(gòu)中支承圈的磨損會形成間隙而增大踏板的自 由行程，原理如圖 2.2a,設(shè)計選用壓式操縱機構(gòu)，即膜片彈簧正裝。 (a) 一般壓式操縱 (b) 拉式操縱 圖 2.2 拉式操縱機構(gòu)與壓式操縱機構(gòu)的原理 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 圖2.3 膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)圖 2.4 壓盤的驅(qū)動方式 壓盤是離合器的主動部分，在傳遞發(fā)動機轉(zhuǎn)矩時它和飛輪一起帶動從動盤轉(zhuǎn)動， 在不傳遞扭矩時，又應(yīng)能夠與從動盤脫離接觸，所以這種連接應(yīng)允許壓盤在離合器分 離過程中能自由的作軸向移動。 壓盤與飛輪的連接方式或驅(qū)動方式有：凸塊—窗孔式、傳力銷式、鍵式以及彈性 傳動片式等如圖 2.4[2],近年來廣泛采用彈性傳動片式。因為另外幾種方式有一個共同 的缺點，即連接之間有間隙（如凸塊與窗孔之間的間隙約為 0.2mm） 。這樣在傳動時 將產(chǎn)生沖擊和噪聲，甚至可能導(dǎo)致凸塊根部產(chǎn)生裂紋而造成零件的早期破壞。另外， 在離合器分離時，由于零件間的摩擦將降低離合器操縱部分的傳動效率。 彈性傳動片是由薄彈簧鋼沖壓而成（見圖 2.4e） ，其一端鉚在離合器蓋上，另一 端用螺釘固定在壓盤上，且一般用 3~4 組（每組 2~3 片）沿圓周切向布置以改善傳動 片的受力狀況，這時，當發(fā)動機傳動片時受拉，當由車輪滑行時反轉(zhuǎn)受壓。這種利用 傳動片驅(qū)動壓盤的方式不緊消除了上述缺點，而且簡化了結(jié)構(gòu)，降低了對裝配精度的 要求且有利于壓盤的定中。所以該離合器采用彈性傳動片。 a—凸塊窗孔式； b—傳力銷式；c—鍵槽—指銷式；d—鍵齒式；e—彈性傳動片式 圖 2.4 壓盤的驅(qū)動方式 2.5 離合器的通風(fēng)散熱措施 提高離合器工作性能的有效措施是借助于其通風(fēng)散熱系統(tǒng)降低其摩擦表面的溫度。 在正常使用條件下，離合器的壓盤工作表面的溫度一般均在 180℃以下，隨著其 溫度的升高，摩擦片的磨損將加快。當壓盤工作表面的溫度超過 180℃～200℃時， 摩擦片的磨損速度將急劇升高。在特別嚴酷的使用條件下，該溫度有可能達到 1000℃。在高溫下壓盤會翹曲變形甚至產(chǎn)生裂紋和碎裂；由石棉摩擦材料制成的摩擦 片也會燒裂和破壞。為防止摩擦表面的溫度過高，除壓盤應(yīng)具有足夠的質(zhì)量以保證有 足夠的熱容量外，還應(yīng)使其散熱通風(fēng)良好。為此，可在壓盤上設(shè)置散熱筋或鼓風(fēng)筋； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 在雙片離合器中間壓盤體內(nèi)鑄出足夠多的導(dǎo)風(fēng)槽，這種結(jié)構(gòu)措施在單片離合器壓盤上 也開始應(yīng)用；將離合器蓋和壓盤設(shè)計成帶有鼓風(fēng)葉片的結(jié)構(gòu)；在保證有足夠剛度的前 提下在離合器蓋上開出較多或較大的通風(fēng)口，以加強離合器表面的通風(fēng)散熱和清除摩 擦產(chǎn)生的材料粉末，在離合器殼上設(shè)置離合器冷卻氣流的入口和出口等所謂通風(fēng)窗， 在離合器殼內(nèi)裝設(shè)冷卻氣流的導(dǎo)罩，以實現(xiàn)對摩擦表面有較強定向氣流通過的通風(fēng)散 熱等。為防止壓盤 的受熱翹曲變形，壓盤應(yīng)有足夠大的剛度。鑒于以上對質(zhì)量和剛 度的要求，一般壓盤都設(shè)計得比較厚，一般不小于 10㎜。 2.6 分離軸承的類型 分離軸承在工作中主要承受軸向力，在分離離合器時由于分離軸承旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心 力，形成其徑向力。故離合器的分離軸承主要有徑向止推軸承和止推軸承兩種。前者 適合于高速低軸向負荷，后者適合于相反情況.常用含潤滑油脂的密封止推球軸承;小 型車有時采用含油石墨止推滑動軸承。分離軸承與膜片彈簧之間有沿圓周方向的滑磨， 當兩者旋轉(zhuǎn)中不同心時也伴有徑向滑磨。為了消除因不同心導(dǎo)致的磨損并使分離軸承 與膜片彈簧內(nèi)端接觸均勻，膜片彈簧離合器廣泛采用自動調(diào)心式分離裝置結(jié)構(gòu)原理如 圖 2.5[2]。分離器結(jié)合后，分離軸承與分離杠桿之間一般有 3~4mm 間隙，以免在摩擦 片磨損后引起壓盤壓力不足而導(dǎo)致離合器打滑使摩擦片以及分離軸承燒壞。此間隙使 踏板有段自由行程。有的轎車采用無此間隙的內(nèi)圈恒轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，用輕微的油壓或彈簧 力使分離軸承與杠桿端（多為膜片彈簧）經(jīng)常貼合，以減輕磨損和減少踏板行程。本 設(shè)計采用拉式自動調(diào)心分離軸承，其結(jié)構(gòu)如圖 2.5 所述。 1—軸承內(nèi)圈；2—州城外圈；3—外罩殼；4—波形彈簧； 5—分離套筒；6—蝶形彈簧；7—擋環(huán)；8—彈性鎖環(huán) 圖 2.5 拉式自動調(diào)心式分離軸承裝置 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 2.7 本章小結(jié) 本章根據(jù)選定車型的參數(shù)，為滿足汽車要求，對離合器的結(jié)構(gòu)方案進行選擇，包 括從動盤干濕的選擇，壓緊彈簧的類型選擇，壓盤的驅(qū)動方式分離軸承的類型，離合 器通風(fēng)散熱措施等。 第 3 章 離合器主要參數(shù)的確定 在初步確定了離合器的結(jié)構(gòu)形式之后，就要根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式確定其需要確定的結(jié) 構(gòu)參數(shù)，如摩擦片內(nèi)外徑、后備系數(shù)單位工作壓力等。 3.1 摩擦片尺寸的確定 摩擦片的外徑 D 是離合器的基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命， 所以應(yīng)先確定摩擦片的外徑 D 在確定外徑時，可以根據(jù)以下經(jīng)驗公式（3.1 [3]）計算出： D= 100 (3.1)maxeTA 式中:D——摩擦片外徑，mm； T ——發(fā)動機最大扭矩，N.m；maxe A——和車型及使用條件有關(guān)的常數(shù)。 將數(shù)據(jù)：T =155N.m，轎車單片摩擦離合器 A=47,代入式（3.1） ，則得：axe D=181.6mm。 根據(jù)離合器摩擦片的標準化，系列化原則，由 3.1[3]“離合器摩片尺寸系列和參數(shù)” （即 GB1457—74）可取摩擦片有關(guān)標準尺寸： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 外徑 D=200㎜，徑 d=140mm 厚度 h=3.5mm 內(nèi)徑與外徑比值 C′=0.7。 表 3.1 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù) 外徑 D/㎜ 160 180 200 225 250 280 300 325 350 380 405 430 內(nèi)徑 d/㎜ 110 125 140 150 155 165 175 190 195 205 220 230 厚度 /㎜ 3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 4 4 4 4 =d/DC?0.687 0.694 0.700 0.667 0.589 0.583 0.585 0.557 0.540 0.543 0.535 0.532 1－ 30.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 0.827 0.843 0.840 0.847 單位面積/ 3cm106 132 160 221 302 402 466 546 678 729 908 1037 3.2 離合器后備系數(shù)的 確定 ? 后備系數(shù) 保證了離合器能可靠地傳遞發(fā)動機扭矩，同時它有助于減少汽車起步 時的滑磨，提高了離合器的使用壽命。但為了離合器的尺寸不致過大，減少傳遞系的 過載，使操縱輕便等，后備系數(shù)又不宜過大。在開始設(shè)計離合器時一般是參照統(tǒng)計質(zhì) 料，并根據(jù)汽車的使用條件，離合器結(jié)構(gòu)形式等特點，初步選定后備系數(shù) 。? 表 3.2 離合器后備系數(shù) β 的取值范圍 車 型 后備系數(shù) 乘用車及最大總質(zhì)量小于 6t 的商用車 1.20～1.75 最大總質(zhì)量為 6～14t 的商用車 1.50～2.25 掛車 1.80～4.00 本設(shè)計的是轎車用離合器，因為小轎車的離合器都采用膜片彈簧離合器，在使 用過程中其摩擦片的磨損工作壓力幾乎不會變小，再加上小轎車的后備功率比較大， 使用條件好故宜取小值，選定其后備系數(shù) =1.2。? 3.3 單位壓力 P 的確定 摩擦面上的單位壓力 P 的值和離合器本身的工作條件,摩擦片的直徑大小,后備系 數(shù),摩擦片材料及質(zhì)量等有關(guān). 離合器使用頻繁,工作條件比較惡劣(如城市用的公共汽車和礦用載重車),單位壓 力 P 較小為好 [2]。當摩擦片的外徑較大時也要適當降低摩擦片摩擦面上的單位壓力 P。因為在其它條件不變的情況下，由于摩擦片外徑的增加，摩擦片外緣的線速度大， 滑磨時發(fā)熱厲害，再加上因整個零件較大，零件的溫度梯度也大，零件受熱不均勻， 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 為了避免這些不利因素，單位壓力 P 應(yīng)隨摩擦片外徑的增加而降低。 前面已經(jīng)初步確定了摩擦片的基本尺寸： 外徑 D=200mm 內(nèi)徑 d=140mm，厚度 h=3.5mm，內(nèi)徑與外徑比值 C′=0.70 。 又初選 =1.20 運用公式（3.2）可以校核單位壓力 [4]P：? βTemax= fZp0D3(1－c 3) （3.2）12? 1.2×155= ×0.3×2×p0×0.203×0.66712? 則 p0=0.23MPa 式中：Z 對單片離合器取 2C f 為摩擦系數(shù)，可取 f=0.3 又由表 3.2[1]中的查得：石棉基材料（在后面設(shè)計中，摩擦片材料選擇石棉基材料） 單位壓力[p]=0.15~0.35Mpa，也即是摩擦面上的單位壓力 P＜[P],沒有超出允許范圍. 因此上述各基本結(jié)構(gòu)參數(shù)合適。 表 3.3 摩擦片單位壓力 的取值范圍0p 摩擦片材料 單位壓力 /Mpa0p 模壓 0.15~0.25石棉基材料 編織 0.25~0.35 銅基粉末冶金材料 鐵基 0.35~0.50 金屬陶瓷 0.70~1.50 3.4 離合器基本參數(shù)的優(yōu)化 （1）摩擦片外 D(mm)的選擇應(yīng)使最大圓周速度 vD 不超過 65～70m/s： (3.3) 3max1060DeVn???? 352 4.3/~70/ss? 式中： —摩擦片最大圓周速度DV nemax—發(fā)動機的最高轉(zhuǎn)速（r/min） ； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 故所選摩擦片符合要求 （2）摩擦片的內(nèi)外徑比 c 應(yīng)在 0.53～0.70 范圍內(nèi)：0.53.70142?? 故所選摩擦片符合要求 （3）為了保證離合器可靠地傳遞發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩，并防止傳動系過載，β 應(yīng)在 1.2～1.75 之間。 β= Tc/ Temax=1.2 故所選摩擦片符合要求 （4）為了保證扭轉(zhuǎn)減震器的安裝，摩擦片內(nèi)徑 d 必須大于減震彈簧位置直徑 2 約 50mm，即0R 02514dR?? 故所選摩擦片符合要求 （5）為反映離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩并保護過載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng) 小于其許用值，即 002max0 024[]()1.5.58[].283.4()cc cec cTZDdT????????? 故所選摩擦片符合要求 3.5 本章小結(jié) 本章首先根據(jù)經(jīng)驗公式計算出摩擦片的內(nèi)外徑尺寸，再由標準尺寸表中選出合適 的尺寸。后備系數(shù)的選擇是根據(jù)車型的不同選擇出一個范圍，在選定范圍內(nèi)，根據(jù)車 的使用情況，車的配置等選擇出合適的后備系數(shù)。單位壓力是根據(jù)摩擦片的尺寸、后 備系數(shù)計算出來的，最后看單位壓力是否在允許范圍內(nèi)，本設(shè)計的數(shù)據(jù)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計， 選擇的都比較合適，單位壓力合適。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 第 4 章 離合器從動盤總成設(shè)計 離合器從動盤是離合器的從動部分，與變速器輸入軸相連，動力最終經(jīng)過從動盤 傳到變速器輸入軸上。從動盤對離合器的工作性能有著很重要的作用，是離合器不能 缺少的一部分。 4.1 從動盤結(jié)構(gòu)介紹 在現(xiàn)代汽車上一般都采用帶有扭轉(zhuǎn)減振的從動盤,用以避免汽車傳動系統(tǒng)的共振, 緩和沖擊,減少噪聲,提高傳動系統(tǒng)零件的壽命,改善汽車行使的舒適性,并使汽車平穩(wěn)起 步。圖 4.1[1]說明了離合器從動盤的結(jié)構(gòu)，從動盤主要由從動片，從動盤轂， ，摩擦片 等組成，由下圖 4.1 可以看出，摩擦片 1，10 分別用鉚釘鉚在波形彈簧片上，而后者 又和從動片鉚在一起。從動片 3 用限位銷 5 和減振盤 9 鉚在一起。這樣，摩擦片，從 動片和減振盤三者就被連在一起了。在從動片 3 和減振盤 9 上圓周切線方向開有 6 個 均布的長方形窗孔，在在從動片和減振盤之間的從動盤轂 6 法蘭上也開有同樣數(shù)目的 從動片窗孔，在這些窗孔中裝有減振彈簧 8，以便三者彈性的連接起來。在從動片和 減振盤的窗孔上都制有翻邊，這樣可以防止彈簧滑脫出來。在從動片和從動盤轂之間 還裝有減振摩擦片 4。當系統(tǒng)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動時，從動片及減振盤相對從動盤轂發(fā)生來 回轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)能量會很快被減振摩擦片的摩擦所吸收。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 1，10—摩擦片；2 波形彈簧片；3—從動盤鋼片；4—摩擦阻尼片； 5—鉚釘；6 從動盤轂；7—調(diào)整墊片；8—減震彈簧；9—減震盤； 圖 4.1 帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動盤 設(shè)計從動盤時一般應(yīng)滿足以下幾個方面的要求: 1、為了減少變速器換檔時齒輪間的沖擊，從動盤的轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)盡可能小； 2、為了保證汽車平穩(wěn)起步、摩擦面片上的壓力分布均勻等從動盤應(yīng)具有軸向彈性； 3、為了避免傳動系的扭轉(zhuǎn)共振以及緩和沖擊載荷，從動盤中應(yīng)裝有扭轉(zhuǎn)減振器； 4、要有足夠的抗爆裂強度 4.2 摩擦片的材料選取及固緊方式 離合器表面片在離合器接合過程中將遭到嚴重的滑磨，在相對很短的時間內(nèi)產(chǎn)生 大量的熱，因此，要求面片應(yīng)有下列一些綜合性能： （1）在工作時有相對較高的摩擦系數(shù)； （2）在整個工作壽命期內(nèi)應(yīng)維持其摩擦特性，不希望出現(xiàn)，摩擦系數(shù)衰退現(xiàn)象； （3）在短時間內(nèi)能吸收相對高的能量，且有好的耐磨性能； （4）能承受較高的壓盤作用載荷，在離合器接合過程中表現(xiàn)出良好的性能； （5）能抵抗高轉(zhuǎn)速下大的離心力載荷而不破壞； （6）在傳遞發(fā)動機轉(zhuǎn)矩時，有足夠的剪切強度； （7）具有小的轉(zhuǎn)動慣量，材料加工性能良好； （8）在整個正常工作溫度范圍內(nèi)，和對偶材料壓盤、飛輪等有良好的兼容摩擦 性能； （9）摩擦副對偶面有高度的溶污性能，不易影響它們的摩擦作用； （10）具有良好的性能/價格比，不會污染環(huán)境 [3]。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 鑒于以上各點，近年來，摩擦材料的種類增長極快。挑選摩擦材料的基本原則是： （1）滿足較高性能標準； （2）成本最?。?（3）考慮用石棉。 由以上的要求,目前車用離合器上廣泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐熱和化學(xué)穩(wěn) 定性能比較好的石棉和粘合劑及其它輔助材料混合熱壓而成，其摩擦系數(shù)大約在 0.3 左右。這種摩擦片的缺點是材料的性能不穩(wěn)定，溫度，滑磨速度及單位壓力的增加都 將摩擦系數(shù)的下降和磨損的加劇。 所以目前正在研制具有傳熱性好、強度高、耐高 溫、耐磨和較高摩擦系數(shù)（可達 0.5 左右）的粉末冶金摩擦片和陶瓷摩擦材料等。在 該設(shè)計中汽車使用條件良好，所以仍選取的是石棉合成物制成的摩擦材料。 固緊摩擦片的方法采用較軟的黃銅鉚釘直接鉚接，采用這種方法后，當在高溫條 件下工作時，黃銅鉚接有較高的強度，同時，當釘頭直接與主動盤表面接觸時，黃銅 鉚釘不致像鋁鉚釘那樣會加劇主動盤工作表面的局部磨損，磨損后的生成物附在工作 表面上對摩擦系數(shù)的影響也較小。這種鉚接法還有固緊可靠和磨損后換裝摩擦片方便 等優(yōu)點。 4.3 從動盤轂的設(shè)計 從動盤轂的結(jié)構(gòu)由兩部分組成：盤轂和法蘭，如圖 4.2[1]所描述。詳細尺寸見設(shè) 計圖紙。 圖 4.2 從動盤轂 從動盤轂在變速器第一軸前端的花鍵上，目前一般都采用齒側(cè)定心的矩形花鍵， 花鍵之間為動配合，以便在離合器分離和結(jié)合時從動盤轂?zāi)軌蛟谳S上自由移動。 本離合器設(shè)計中的從動盤轂花鍵也用齒側(cè)定心的矩形花鍵。在設(shè)計從動盤轂花鍵 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 時，可以根據(jù)從動盤外徑和發(fā)動機的扭矩來選取。 圖 4.3 花鍵結(jié)構(gòu)示意圖 根據(jù)從動盤外徑和發(fā)動機扭矩來選取從動盤花鍵轂花鍵的有關(guān)尺寸，表 4.1[1]闡 述了摩擦片外徑、發(fā)動機轉(zhuǎn)矩與從動盤轂尺寸之間的關(guān)系，可以根據(jù)表 4.1 確定花鍵 轂的尺寸： 表4.1 所選從動盤轂花鍵參數(shù) 從動盤外徑 D/mm 花鍵齒數(shù) n 花鍵外徑 D′/mm 花鍵內(nèi)徑 d′/mm 齒厚 b/mm 有效齒長 l/mm 擠壓應(yīng)力 ? 200 10 29 23 4 25 11.3 從動盤轂一般用中碳鋼鍛造而成，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，擠壓應(yīng)力不應(yīng)超過[ ]? =20MP，本從動盤轂材料選用 40Cr。 為了保證從動盤轂在變速器第一軸上滑動時不產(chǎn)生偏斜，而影響離合器的徹底分 離，從動盤轂的軸向尺寸不應(yīng)過小，一般取其尺寸與花鍵外徑大小相同，對在嚴重情 況下工作的離合器，其長度更大，可達到花鍵外徑的 1.4 倍。 花鍵的尺寸選定后應(yīng)進行強度校核。由于花鍵的損壞形式主要是表面受力過大而 破壞，所以花鍵要進行擠壓應(yīng)力校核，如果應(yīng)力偏大可以適當增加花鍵轂的軸向長度。 花鍵擠壓應(yīng)力校核公式如下： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 擠壓應(yīng)力計算公式： 擠壓 = （MPa） （4.1）?Pnhl 式中，P為花鍵的齒側(cè)面壓力，N。它由下式確定： 花鍵的齒側(cè)面壓力 max4(D')eTPdZ?? 式中，d′，D′分別為花鍵的內(nèi)外徑，m； Z為從動盤轂的數(shù)目； Temax為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩， N·m； n為花鍵齒數(shù)； h為花鍵齒工作高度，m； 1()2hDd??? l為花鍵有效長度，m。 則 ax445193(')(0.9.)eTPNDdZ???? 故 擠壓 = MPa<[ 擠壓 ]=20MPa?28.41[(..)/]0.5nhl ???? 該花鍵轂花鍵的 =18.34MP﹤[ ]=20MP，所以該花鍵轂花鍵的尺寸合適,花鍵的? 結(jié)構(gòu)簡圖見圖 4.3[1],從動盤轂見零件圖紙。 表 4.2 從動盤轂花鍵尺寸系列 從動盤外 徑 D/㎜ 發(fā)動機轉(zhuǎn) 矩 /N.meT 花鍵齒數(shù) n 花鍵外徑 /㎜D? 花鍵內(nèi)徑 /㎜d? 齒厚/㎜ 有效齒 長 l/㎜ 擠壓應(yīng)力 /M?aP 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 20 160 180 200 225 250 280 300 325 350 380 410 430 450 50 70 110 150 200 280 310 380 480 600 720 800 950 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 23 26 29 32 35 35 40 40 40 40 45 45 52 18 21 23 26 28 32 32 32 32 32 36 36 41 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 6 20 20 25 30 35 40 40 45 50 55 60 65 65 10 10．8 11．3 11．5 10．4 12．7 10．7 11．6 13．2 15．2 13．1 13．5 12．5 4.4 從動片的設(shè)計 設(shè)計從動片時要盡量減輕質(zhì)量，并使質(zhì)量的分布盡可能靠近旋轉(zhuǎn)中心，以獲得 小的轉(zhuǎn)動慣量。這是因為汽車在行駛中進行換檔時，首先要分離離合器，從動盤的轉(zhuǎn) 速必然要在離合器換檔的過程中發(fā)生變化，或是增速（由高檔換為低檔）或是降速 （由低檔換為高檔） 。離合器的從動盤轉(zhuǎn)速的變化將引起慣性力，而使變速器換檔齒 輪之間產(chǎn)生沖擊或使變速器中的同步裝置加速磨損。慣性力的大小與沖動盤的轉(zhuǎn)動慣 量成正比，因此為了減小轉(zhuǎn)動慣量，從動片都做的比較薄，通常是用 1.3~2.0㎜厚的 薄鋼板沖壓而成,為了進一步減小從