汽車離合器設(shè)計(jì)說明書(共16頁)

1、目 錄1 汽車離合器簡介 11.1離合器的工作原理1.2離合器的分類及功用1.3汽車離合器設(shè)計(jì)的基本要求2 離合器設(shè)計(jì)及計(jì)算 31.1摩擦片主要參數(shù)的選擇1.2摩擦片基本參數(shù)的優(yōu)化3機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì) 73.1從動盤數(shù)選擇3.2壓緊彈簧的選擇3.3膜片彈簧支撐形式選擇4 扭轉(zhuǎn)減振器設(shè)計(jì) 84.1減振彈簧的設(shè)計(jì)5.膜片彈簧設(shè)計(jì)與計(jì)算115.1 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇5.2 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)6.從動盤總成的設(shè)計(jì)126.1 從動盤轂6.2 從動片6.3 波形片和減振彈簧7 壓盤設(shè)計(jì)147.1 離合器蓋7.2 壓盤7.3 傳動片7.4 分離軸承8 小結(jié)151 汽車離合器簡介1.1 離合器的工作原理摩擦離

2、合器一般是有主動部分、從動部分組成、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)動機(jī)扭矩自曲軸傳出，通過飛輪1和壓盤借摩擦作用傳給從動盤2，在通過從動軸傳給變速器。當(dāng)駕駛員踩下踏板時(shí)，通過拉桿，分離叉、分離套筒和分離軸承，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上的支柱為支點(diǎn)，而外端與壓盤連接，所以能克服壓緊彈簧的力量拉動壓盤向左，這樣，從動盤2兩面的壓力消失，因而摩擦力消失，發(fā)動機(jī)的扭矩就不再傳入變速器，離合器處于分離狀態(tài)。當(dāng)放開踏板，回位彈簧克服各拉桿接頭和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。此時(shí)壓緊彈簧就推動壓盤向右，仍將從動盤2壓緊在飛輪上1，這樣發(fā)動機(jī)的扭矩又傳入

3、變速器。1.2 離合器的分類及功用離合器分有電磁離合器和磁粉離合器，摩擦式離合器、液力偶合器。能按工作需要隨時(shí)將主動軸與從動軸接合或分離的機(jī)械零件。可用來操縱機(jī)器傳動系統(tǒng)的起動、停止、變速及換向等。離合器種類繁多，根據(jù)工作性質(zhì)可分為：操縱式離合器。其操縱方法有機(jī)械的、電磁的、氣動的和液力的等，如嵌入離合器（通過牙、齒或鍵的嵌合傳遞扭矩）、摩擦離合器（利用摩擦力傳遞扭矩）、空氣柔性離合器（用壓縮空氣胎脹縮以操縱摩擦件接合或分離的離合器）、電磁轉(zhuǎn)差離合器（用激磁電流產(chǎn)生磁力來傳遞扭矩）、磁粉離合器（用激磁線圈使磁粉磁化，形成磁粉鏈以傳遞扭矩）。自動式離合器。用簡單的機(jī)械方法自動完成接合或分開動作，

4、又分為安全離合器（當(dāng)傳遞扭矩達(dá)到一定值時(shí)傳動軸能自動分離，從而防止過載 ，避免機(jī)器中重要零件損壞）、離心離合器（當(dāng)主動軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，由于離心力的作用能使傳動軸間自行聯(lián)接或超過某一轉(zhuǎn)速后能自行分離）、定向離合器（又叫超越離合器，利用棘輪-棘爪的嚙合或滾柱、楔塊的楔緊作用單向傳遞運(yùn)動或扭矩，當(dāng)主動軸反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速低于從動軸時(shí)離合器就自動分開）。目前在汽車上廣泛采用的是用彈簧壓緊的摩擦離合器(簡稱為摩擦離合器)。與手動變速器相配合的絕大多數(shù)離合器為干式摩擦式離合器，按其從動盤的數(shù)目，又分為單盤式、雙盤式和多盤式等幾種。按其他標(biāo)準(zhǔn)，摩擦式離合器又分為濕式和干式兩種。濕式摩擦式離合器一般為多盤式的，

5、浸在油中以便于散熱。采用若干個(gè)螺旋彈簧作為壓緊彈簧，并將這些彈簧沿壓盤圓周分布的離合器稱為周布彈簧離合器。采用膜片彈簧作為壓緊彈簧的離合器稱為膜片彈簧離合器。離合器的主要功能是切斷和實(shí)現(xiàn)對傳動系的動力傳遞。其主要作用：1.汽車起步時(shí)將發(fā)動機(jī)與傳動系平順地接合，確保汽車平穩(wěn)起步；2.在換擋時(shí)將發(fā)動機(jī)與傳動系分離，減少變速器中換擋齒輪之間的沖擊；3.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；4.有效地降低傳動系中的振動和噪聲。1.3汽車離合器設(shè)計(jì)的基本要求 在設(shè)計(jì)離合器時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)化）要求等，合理選擇離合器的結(jié)構(gòu)。在離合器

6、的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮以下幾點(diǎn)：1.在任何行駛條件下，既能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲備，又能防止過載。2.接合時(shí)要完全、平順、柔和，保證起初起步時(shí)沒有抖動和沖擊。3.分離時(shí)要迅速、徹底。4.從動部分轉(zhuǎn)動慣量要小，以減輕換檔時(shí)變速器齒輪間的沖擊，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高，延長壽命。6.避免傳動系產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振，具有吸收振動、緩和沖擊的能力。7.操縱方便、準(zhǔn)確，以減少駕駛員的疲勞。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，保證有穩(wěn)定的工作性能。9.具有足夠的強(qiáng)度和良好的動平衡，一保證其

7、工作可靠、使用壽命長。10.結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、緊湊，制造工藝性好，維修、調(diào)整方便等。2離合器設(shè)計(jì)及計(jì)算2.1摩擦片主要參數(shù)的選擇采用單片摩擦離合器是利用摩擦來傳遞發(fā)動機(jī)扭矩的，為保證可靠度，離合器靜摩擦力矩應(yīng)大于發(fā)動機(jī)最大扭矩摩擦片的靜壓力： （1.1） 式中：離合器后備系數(shù)（） （1）后備系數(shù)是離合器的重要參數(shù)，反映離合器傳遞發(fā)動機(jī)最大扭矩的可靠程度，選擇時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：a. 摩擦片在使用中有一定磨損后，離合器還能確保傳遞發(fā)動機(jī)最大扭矩；b. 防止離合器本身滑磨程度過大；c. 要求能夠防止傳動系過載。通常轎車和輕型貨車=1.21.75。結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)際情況，故選擇=1.4。則有可有表1.1查

8、得 1.36。表1.1離合器后備系數(shù)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的商用車最大總質(zhì)量為614t的商用車掛車1.201.751.502.251.804.00 得 （1.2） 摩擦片的外徑可有式: （1.3） 為直徑系數(shù)，取值見表1.2 取=14.6 得D=209.1mm。表1.2直徑系數(shù)的取值范圍車型直徑系數(shù)乘用車最大總質(zhì)量為1.814.0t的商用車最大總質(zhì)量大于14.0t的商用車14.616.018.5(單片離合器)13.515.0(雙片離合器)22.524.0摩擦片的尺寸已系列化和標(biāo)準(zhǔn)化,標(biāo)準(zhǔn)如下表(部分):表1.3離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)外徑Dmm16018020022

9、5250280300325內(nèi)徑dmm110125140150155165175190厚度/mm3.23.53.53.53.53.53.53.50.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.800單面面積cm2106132160221302402466546取外徑D=250mm，內(nèi)徑d=155mm，厚度3.5mm，=0.762，=0.62，摩擦片的摩擦因數(shù)取決于摩擦片所用的材料及基工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素?？捎杀?.4查得：取f=0.3，粉末冶金材料。摩擦面數(shù)Z為離合器從動盤數(shù)的

10、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。本題目設(shè)計(jì)單片離合器，因此Z=2。離合器間隙t是指離合器處于正常接合狀態(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程中離合器仍能完全接合，在分離軸承和分離杠桿內(nèi)端之間留有的間隙。該間隙t一般為34mm。取t=4mm。表1.4摩擦材料的摩擦因數(shù)的取值范圍摩擦材料摩擦因數(shù)石棉基材料模壓0.200.25編織0.250.35粉末冶金材料銅基0.250.35鐵基0.300.50金屬陶瓷材料0.4離合器的靜摩擦力矩為: 與1.1式聯(lián)立得 代入數(shù)據(jù)得：單位壓力MPa。表1.5摩擦片單位壓力的取值范圍摩擦片材料單位壓力/MPa石棉基材料模壓0

11、.150.25編織0.250.35粉末冶金材料模壓0.350.50編織金屬陶瓷材料0.701.502.2摩擦片基本參數(shù)的優(yōu)化（1）摩擦片外徑D（mm）的選取應(yīng)使最大圓周速度不超過6570m/s，即 m/sm/s 式中，為摩擦片最大圓周速度（m/s）；為發(fā)動機(jī)最高轉(zhuǎn)速(r/min)。（2）摩擦片的內(nèi)、外徑比應(yīng)在0.530.70范圍內(nèi)，即（3）為了保證離合器可靠地傳遞發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，并防止傳動系過載，不同車型的值應(yīng)在一定范圍內(nèi)，最大范圍為1.24.0。（4）為了保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝，摩擦片內(nèi)徑d必須大于減振器振器彈簧位置直徑約50mm，即mm 即（5）為反映離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩并保護(hù)過載的能力，單位摩擦

12、面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于其許用值，即 （1.7）為單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩(N.m/mm2)，可按表1.6選取經(jīng)檢查,合格。表1.6單位摩擦面積傳遞轉(zhuǎn)矩的許用值離合器規(guī)格028030035040 （6）為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，對于不同車型，單位壓力的最大范圍為0.111.50MPa,即MPaMPaMPa（7）為了減少汽車起步過程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過高而發(fā)生燒傷,離合器每一次接合的單位摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其許用值,即 （1.8）式中,為單位摩擦面積滑磨(J/mm2)；為其許用值(J/mm2)，對于乘用車：J/mm2，對于最大總質(zhì)量小于6.0t的商用車：J/mm2，對

13、于最大總質(zhì)量大于6.0t商用車：J/mm2：W為汽車起步時(shí)離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功（J），可根據(jù)下式計(jì)算 （1.9）式中，為汽車總質(zhì)量(Kg)；為輪胎滾動半徑（m）；為汽車起步時(shí)所用變速器擋位的傳動比；為主減速器傳動比；為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速r/min，計(jì)算時(shí)乘用車取r/min。其中： m Kg代入式（1.9）得J，代入式（3.8）得，合格。3機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)3.1從動盤數(shù)選擇選擇單片離合器本車型為馬自達(dá)，汽車總質(zhì)量為1335kg，發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為205N·m。對于乘用車，發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩一般不大，在布置尺寸允許條件下，通常離合器只設(shè)有一片從動盤。盤片離合器結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸緊湊，散熱良好

14、，維修調(diào)整方便，從動部分轉(zhuǎn)動慣量小，在使用時(shí)能保證分離徹底，采用軸向有彈性的從動盤可保證結(jié)合平順。3.2壓緊彈簧的選擇選擇拉式膜片彈簧離合器選擇膜片彈簧的原因：1） 膜片彈簧的軸向尺寸小而徑向尺寸很大，有利于提高離合器傳遞轉(zhuǎn)矩能力的情況下減小離合器軸向尺寸。2） 不需要專門的分離杠桿，使離合器結(jié)構(gòu)簡化，零件數(shù)目少，質(zhì)量輕。3） 可適當(dāng)增加壓盤厚度提高熱容量；還可以在壓盤上增設(shè)散熱筋及離合器蓋上開設(shè)較大的通風(fēng)孔來改善散熱條件。4） 主要部件形狀簡單，大批量生產(chǎn)可降低生產(chǎn)成本。選擇拉式膜片彈簧的原因：1）由于拉式膜片彈簧是以其中部壓緊壓盤，在壓盤大小相同的條件下課使用直徑相對較大的膜片彈簧，從而實(shí)

15、現(xiàn)在不增加分離時(shí)的操縱力的前提下，提高壓盤的壓緊力和傳遞轉(zhuǎn)矩的能力；或在傳遞轉(zhuǎn)矩相同的條件，減小壓盤的尺寸。2）零件數(shù)目少，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量輕。3）拉式膜片彈簧的杠桿比大于推式膜片彈簧的杠桿比，且中間支承少，減小了摩擦損失，傳動效率高，使分離的踏板力更小。4）無論在接合或分離狀態(tài)下，拉式結(jié)構(gòu)的膜片彈簧的大端始終與離合器蓋支承保持接觸，在支承環(huán)磨損后，不會產(chǎn)生沖擊和噪聲。5）在接合或分離狀態(tài)下，離合器蓋的變形量小，剛度大，使分離效率更高。6）使用壽命長。3.3膜片彈簧支撐形式選擇選擇單支承環(huán)式中的DT/DTP型，如圖2.1，將膜片彈簧的大端支承在沖壓離合器蓋的支承環(huán)上，主要用于轎車和貨車上

16、。4 扭轉(zhuǎn)減振器設(shè)計(jì)減震器極轉(zhuǎn)矩 N·m 摩擦轉(zhuǎn)矩 N·m預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 N·m極限轉(zhuǎn)角 ° 扭轉(zhuǎn)角剛度 N·m/rad 4.1減振彈簧的設(shè)計(jì)1減振彈簧的安裝位置，結(jié)合mm，得取50mm，則。 2全部減振彈簧總的工作負(fù)荷N3單個(gè)減振彈簧的工作負(fù)荷N式中Z為減振彈簧的個(gè)數(shù)，按表3.1選擇：取Z=6表3.1減振彈簧個(gè)數(shù)的選取 摩擦片的外徑D/mm225250250325325350350Z4668810104減振彈簧尺寸（1）選擇材料，計(jì)算許用應(yīng)力根據(jù)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)(機(jī)械工業(yè)出版社)采用65Mn彈簧鋼絲， 設(shè)彈簧絲直徑mm,MPa,MPa。（2）選擇旋繞

17、比，計(jì)算曲度系數(shù)根據(jù)下表選擇旋繞比表3.8旋繞比的薦用范圍d/mmC確定旋繞比，曲度系數(shù)（3）強(qiáng)度計(jì)算mm，與原來的d接近，合格。中徑 mm；外徑 mm（4）極限轉(zhuǎn)角°取 °，則mm（5）剛度計(jì)算彈簧剛度 mm其中，為最小工作力，彈簧的切變模量MPa，則彈簧的工作圈數(shù)取，總?cè)?shù)為（6）彈簧的最小高度mm（7）減振彈簧的總變形量mm（8）減振彈簧的自由高度mm（9）減振彈簧預(yù)緊變形量mm（10）減振彈簧的安裝高度mm（11）定位鉚釘?shù)陌惭b位置取mm，則°，mm，mm，合格。5.膜片彈簧設(shè)計(jì)與計(jì)算5.1 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇1. 比較H/h的選擇此值對膜片彈簧的彈性

18、特性影響極大，分析式（4.10）中載荷與變形1之間的函數(shù)關(guān)系可知，當(dāng)時(shí)，F(xiàn)2為增函數(shù)；時(shí)，F(xiàn)1有一極值，而該極值點(diǎn)又恰為拐點(diǎn)；時(shí)，F(xiàn)1有一極大值和極小值；當(dāng)時(shí)，F(xiàn)1極小值在橫坐標(biāo)上。為保證離合器壓緊力變化不大和操縱方便，汽車離合器用膜片彈簧的H/h通常在1.52范圍內(nèi)選取。常用的膜片彈簧板厚為24mm，本設(shè)計(jì) ，h=3mm ，則H=6mm 。2. R/r選擇通過分析表明，R/r越小，應(yīng)力越高，彈簧越硬，彈性曲線受直徑誤差影響越大。汽車離合器膜片彈簧根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求，R/r常在1.21.3 的范圍內(nèi)取值。本設(shè)計(jì)中取，摩擦片的平均半徑mm， 取mm則mm取整mm 則。3.圓錐底角 汽車膜

19、片彈簧在自由狀態(tài)時(shí)，圓錐底角一般在°范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)中 得°在°之間，合格。分離指數(shù)常取為18，大尺寸膜片彈簧有取24的，對于小尺寸膜片彈簧，也有取12的，本設(shè)計(jì)所取分離指數(shù)為18。4.切槽寬度mm，mm，取mm，mm，應(yīng)滿足的要求。5. 壓盤加載點(diǎn)半徑和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑的確定應(yīng)略大于且盡量接近r，應(yīng)略小于R且盡量接近R。本設(shè)計(jì)取mm，mm。膜片彈簧應(yīng)用優(yōu)質(zhì)高精度鋼板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。國內(nèi)常用的碟簧材料的為60SizMnA，當(dāng)量應(yīng)力可取為16001700N/mm2。5.2 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)（1）為了滿足離合器使用性能的要求，彈簧的與初始錐角應(yīng)在一定范

20、圍內(nèi)，即（2）彈簧各部分有關(guān)尺寸的比值應(yīng)符合一定的范圍，即（3）為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，推式膜片彈簧的壓盤加載點(diǎn)半徑（或拉式膜片彈簧的壓盤加載點(diǎn)半徑）應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，即拉式： （4）根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求，與，與之差應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即（5）膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用，因此杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即拉式： 由（4）和（5）得mm，mm。6.從動盤總成的設(shè)計(jì)6.1 從動盤轂根據(jù)汽車設(shè)計(jì)，從動盤轂軸向長度不宜過小，以免再花鍵軸上滑動時(shí)產(chǎn)生偏斜而使分離不徹底，一般取1.01.4倍的花鍵軸直徑。故取從動盤轂軸向長度取為1.2d=1.2×26=31.2m

21、m。從動盤轂的材料選取45鍛鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，表面和心部硬度一般2632HRC。根據(jù)摩擦片的外徑D的尺寸以及表5.1查出從動盤轂花鍵的尺寸。 由于D=250mm,則查表可得花鍵尺寸：齒數(shù)n=10,外徑=35mm,內(nèi)徑28mm,齒厚t=4mm,有效齒長l=35mm,擠壓應(yīng)力=10.2Mpa。表5.1花健的的選取摩擦片的外徑/mm/N.m花健尺寸齒數(shù)n外徑/mm內(nèi)徑/mm齒厚/mm有效齒長/mm1601802002252502803003253504969108147196275304373471101010101010101010232629323535404040182123262832323

22、23233444455520202530354040455098116111113102125105114130花鍵尺寸選定后應(yīng)進(jìn)行擠壓應(yīng)力j和剪切應(yīng)力校核： 6.2 從動片從動片要求質(zhì)量輕，具有軸向彈性，硬度和平面度要求高。材料選用中碳鋼板（50號），厚度為取為2mm,表面硬度為3540HRC6.3 波形片和減振彈簧波形片一般采用65Mn,厚度取為0.8mm,硬度為4046HRC，并經(jīng)過表面發(fā)藍(lán)處理。減振彈簧用60Si2MnA鋼絲。7 壓盤設(shè)計(jì)7.1 離合器蓋應(yīng)具有足夠的剛度，板厚取9mm,乘用車離合器蓋一般用08、10鋼等低碳鋼板。7.2 壓盤7.2.1 壓盤傳動方式的選擇由于傳統(tǒng)的凸臺式連接方式、鍵式連接方式、銷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動片傳動方式。另選用膜片彈簧作為壓力彈簧時(shí)，則在壓盤上鑄有一圈凸起以供支承膜片彈簧或彈性壓桿之間。7.2.2 壓盤幾何尺寸的確定傳動片采用3組，每組3片的形式，具體尺寸為，寬b=22mm，厚b=16mm，孔直徑為d=10mm，傳動片彈性模量E=2M Pa。7.3 傳動片由于各傳動片沿圓周均勻分布，它們的變形不會影響到壓盤的對中性和離合器的平衡性。傳動片可選為3組，每片厚度為1mm，一般由彈簧鋼帶65Mn制成。7.4 分離