商用車膜片彈簧離合器設(shè)計說明書

1、1離合器概述目錄錯.誤!未定義書簽。1.1 離合器的簡介錯誤.!.未定義書簽。1.2 汽車離合器的主要功用2膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)分析與計算 32.1 膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)32.2 設(shè)計變量42.3目標(biāo)函數(shù)錯.誤！1未定義書簽2.4 約束條件63膜片彈簧的設(shè)計83.1膜片彈簧的基本參數(shù)的選擇錯.S!未定義書簽3.2 膜片彈簧的彈性特性曲線 153.3 強度校核154扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計 154.1 扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù) 154.2 減振彈簧的計算 155從動盤總成的設(shè)計165.1 盤總成零件功能介紹 175.2 從動盤轂185.3 從動片185.4 波形片和減振彈簧 186壓盤設(shè)計19資料6.1 離合器

2、蓋196.2 壓盤206.3 傳動片186.4 分離軸承197總結(jié)20參考文獻(xiàn)21資料1離合器概述1.1 離合器的簡介：聯(lián)軸器、離合器和制動器是機械傳動系統(tǒng)中重要的組成部分，共同被稱為機械傳動中的三大器。它們涉及到了機械行業(yè)的各個領(lǐng)域。廣泛用于礦山、冶金、航空、兵器、水電、化工、輕紡和交通運 輸各部門。離合器是一種可以通過各種操作方式，在機器運行過程中，根據(jù)工作的需要使兩軸分離或結(jié)合的 裝置。對于以內(nèi)燃機為動力的汽車，離合器在機械傳動系中是作為一個獨立的總成而存在的，它是汽車 傳動系中直接與發(fā)動機相連的總成。目前，各種汽車廣泛采用的摩擦離合器是一種依靠主從動部分之 間的摩擦來傳遞動力且能分離的

3、裝置。它主要包括主動部分、從動部分、壓緊機構(gòu)、和操縱機構(gòu)等四 部分。離合器作為一個獨立的部件而存在。它實際上是一種依靠其主、從動件之間的摩擦來傳遞動力且能分離的機構(gòu)，見圖1-1離合器工作原理圖圖1-1離合器工作原理圖資料1飛輪；2從動盤；3一離合器踏板；4一壓緊彈簧；5變速器第一軸；6從動盤轂1.2 汽車離合器的主要的功用：1 .保證汽車平穩(wěn)起步：起步前汽車處于靜止?fàn)顟B(tài)，如果發(fā)動機與變速箱是剛性連接的， 一旦掛上檔，汽車將由于突然接 上動力突然前沖，不但會造成機件的損傷，而且驅(qū)動力也不足以克服汽車前沖產(chǎn)生的巨大慣性力，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速急劇下降而熄火。如果在起步時利用離合器暫時將發(fā)動機和變速箱分離，

4、然后離合器逐漸 接合，由于離合器的主動部分與從動部分之間存在著滑動磨擦的現(xiàn)象，可以使離合器傳出的扭矩由零逐漸增大，而汽車的驅(qū)動力也逐漸增大，從而讓汽車平穩(wěn)地起步。2 .便于換檔：汽車行駛過程中，經(jīng)常換用不同的變速箱檔位，以適應(yīng)不斷變化的行駛條件。如果沒有離合器將 發(fā)動機與變速箱暫時分離，那么變速箱中嚙合的傳動力齒輪會因載荷沒有卸除， 具嚙合齒面間的壓力 很大而難于分開。另一對待嚙合齒輪會因二者圓周速度不等而難于嚙合。即使強行進(jìn)入嚙合也會產(chǎn)生 很大的齒端沖擊，容易損壞機件。利用離合器使發(fā)動機和變速箱暫時分離后進(jìn)行換檔，則原來嚙合的一對齒輪因載荷卸除，嚙合面間的壓力大大減小，就容易分開。而待嚙合的

5、另一對齒輪，由于主動齒 輪與發(fā)動機分開后轉(zhuǎn)動慣量很小，采用合適的換檔動作就能使待嚙合的齒輪圓周速度相等或接近相 等，從而避免或減輕齒輪間的沖擊。3 .防止傳動系過載：汽車緊急制動時，車輪突然急劇降速，而與發(fā)動機相連的傳動系由于旋轉(zhuǎn)的慣性， 仍保持原有轉(zhuǎn) 速，這往往會在傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生遠(yuǎn)大于發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的慣性矩， 使傳動系的零件容易損壞。由于離合器 是靠摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩的，所以當(dāng)傳動系內(nèi)載荷超過摩擦力所能傳遞的轉(zhuǎn)矩時， 離合器的主、從動部 分就會自動打滑，因而起到了防止傳動系過載的作用。資料膜片彈簧離合器的優(yōu)點:(1)、彈簧壓緊力均勻，受離心力影響小(2)、即使摩擦片磨損，壓緊負(fù)荷也不減小(3)、離

6、合器結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸小，動平衡性能好由于離合器上述三方面的功用，使離合器在汽車結(jié)構(gòu)上有著舉足輕重的地位。然而早期的離合器結(jié)構(gòu) 尺寸大，從動部分轉(zhuǎn)動慣量大，引起變速器換檔困難，而且這種離合器在結(jié)合時也不夠柔和，容易卡 住，散熱性差，操縱也不方便，平衡性能也欠佳。因此為了克服上述困難，可以選擇膜片彈簧離合器, 它的轉(zhuǎn)矩容量大且較穩(wěn)定，操縱輕便，平衡性好，也能大量生產(chǎn)，對于它的研究已經(jīng)變得越來越重要。2膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)分析與計算資料2.1膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu):府合器殼分制套筒和分 /離軸承總成資料從動盤壓盤捏片彈簧外鋼絲支承固鹿合器善北京吉普切諾基汽車膜片彈簧需合器圖2-1膜片彈簧離合器（剖視圖

7、1）離合矗工作缸總成球頭蝴柱圖2-2膜片彈簧離合器(剖視圖2)bj圖2-3膜片彈簧離合器的工作原理圖資料(a) 自由狀態(tài)；(b)壓緊狀態(tài);(c)分離狀態(tài)圖2-42.2 設(shè)計變量：后備系數(shù)B取決于離合器工作壓力F和離合器的主要尺寸參數(shù)D和d。單位壓力P也取決于離合器工作壓力F和離合器的主要尺寸參數(shù) D和d。因此，離合器基本參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計變量選為：X X1X2X3T FDd T2.3 目標(biāo)函數(shù)：離合器基本參數(shù)優(yōu)化設(shè)計追求的目標(biāo)，是在保證離合器性能要求的條件下使其結(jié)構(gòu)尺寸盡可能小，即目標(biāo)函數(shù)為： -_ 22f（x） min （D d ） 42.4 約束條件1 .最大圓周速度：根據(jù)汽車設(shè)計（王望予編著

8、，機械工業(yè)出版社出版）式（210）知：3 一 一 , vD 一 nemaxD 1065 70m/s60式中，vD為摩擦片最大圓周速度（m/s） ; nemax為發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速（r/min）所以：_3 _3 一一 .一 .vd-nemaxD10- 4000 300 1062.8m/s70m/s6060故符合條件。2 .摩擦片內(nèi)、外徑之比c.資料d 300 0.583c= D 175 ，滿足0.53 c 0.70的條件范圍。3 .后備系數(shù)B= 1.7對于最大質(zhì)量為6t-14t的貨車，6=1.5-2.25,初選后備系數(shù)B4 .扭轉(zhuǎn)減振器的優(yōu)化對于摩擦片內(nèi)徑d=175mm,而減振器彈簧位置半徑 R0=

9、 （0.60.75）d/2 ,故取:1 3003 300或 121 49175(mm),取:R0 為 122mm5 .單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩TcTc fFzRc根據(jù)汽車設(shè)計（王望予編著，機械工業(yè)出版社出版）式（2 7）知，TcTemax 1.7 >25.58 = 553.468（N. m）4 553.468故:Tc0 =一2 （3002 1752）2 0.005937（n m/ mm ）根據(jù)根據(jù)汽車設(shè)計（王望予編著，機械工業(yè)出版社出版）表（25）知，當(dāng)摩擦片外徑 D>210-225mm 時，Tc0=0.30 N m/mm2 >0.005937 N m/mm2,故符合要求6 .

10、單位壓力P0為降低離合器滑磨時的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，選取單位壓力Po的最大范圍為0.15.35Mpa,FTC553.486嬴 0.25 23075F=9321.874由于已確定單位壓力P°=0.19Mpa,在規(guī)定范圍內(nèi)，故滿足要求資料3膜片彈簧的設(shè)計3.1膜片彈簧的基本參數(shù)的選擇HHh 一般為1.52.0,板厚1比值h和h的選擇：為了保證離合器壓緊力變化不大和操縱輕便，汽車離合器用膜片彈簧的h為24mm故初：Hh=2.6mm, h =1.54 則 H=1.54h=4.3mm.R2 . r比值和R、r的選擇：由于摩擦片平均半徑：D dRc= 4300 1754118.75(mm)對

11、于推式膜片彈簧的R值，應(yīng)滿足關(guān)系R Rc=118.75mm.故取R=120mm,再結(jié)合實際情況取 R/r=1.257，則r=95.5mm 。3 . a的選擇a =rctanH/(R-r)=arctan4.3/(120-95.5) =9.95° ,滿足9° 75° 的范圍。4 .分離指數(shù)目n的選取資料?。簄=18o5 .膜片彈簧小端內(nèi)半徑r0及分離軸承作用半徑rf的確定r0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。由機械設(shè)計d=Kd Temax公式，可求得d=28.89mm,則取r0 =29mm,再取分離軸承rf = 32mm.6 .切槽寬度61、&

12、#167;2及半徑re?。?rrrS1=3.2mm, S2=10mm, e?兩足 r- e>= §2,則 e<=r- §2=95.5-10=85.5mmr 一 故取：e = 85mm.7 .壓盤加載點半徑R1和支承環(huán)加載點半徑r1的確定根據(jù)汽車設(shè)計(王望予編著，機械工業(yè)出版社出版)知， R1和r1需滿足下列條件：1 R R1 70 r1 r 6故選擇 R1= 103mm, r1=84mm.3.2 膜片彈簧的彈性特性曲線假設(shè)膜片彈簧在承載過程中，其子午線剛性地繞上地某中性點轉(zhuǎn)動。設(shè)通過支承環(huán)和壓盤加載膜片彈簧上地載荷P1(N)集中在支承點處，加載點間的相對軸向變形

13、為x1(mm),則膜片彈簧的彈性特性如下式表示：P1 f(x1) 嗎1n(R/r)2 (H x1 R r )(H x1 R r ) h26(1 b ) (R1 r1)R1 r1 2 R1 r1ri支承環(huán)加載點半徑，mm ；mm ；H自由狀態(tài)下碟簧部分內(nèi)截錐高度，h膜片彈簧鋼板厚度，mm。利用Matlab軟件進(jìn)行Pi x1特性曲線的繪制，程序和圖形如下：程序如下：x1=0:0.2:7;%x1為膜片彈簧在壓盤接觸點處的軸向變形E=2.0*10A5;%彈性模量(Mpa)b=0.3;跑白松比R=105;%1由狀態(tài)下碟簧部分大端半徑(mm)r=83.5;%自由狀態(tài)下碟簧部分小端半徑(mm)H=4.3;%

14、|由狀態(tài)下碟簧部分內(nèi)截錐高度(mm)h=2.6;%膜片彈簧鋼板厚度(mm)R1=103;%EE盤加載點半徑(mm)r1=84;%支承環(huán)加載點半徑(mm)P1=(pi*E*h*x1/(6*(1-bA2)*log(R/r)/(R1-r1)A2).*(H-x1*(R-r)/(R1-r1).*(H-(x1/2)*(R-r)/(R1-r1)+hA2)以下用于繪圖clfplot(x1,P1,'-b');axis(0,7,0,8000);喊置坐標(biāo)hold onhold off,grid on資料xlabel（'變形 x1/mm'）ylabel（'工作壓力 P1/N&#

15、39;）title（'P1-x1 特性曲線'）圖形如下：o o o o o n o n- o u o D Q 5Jl 3 2 t h 二a,£eH 口 o u D D Hu D D 日 才 6圖3-2 P1 x1特性曲線確定膜片彈簧的工作點位置：可以利用Matlab軟件尋找P1 x1特性曲線中M,N的位置坐標(biāo)，具體程序如下x1=0:0.2:7;%x1為膜片彈簧在壓盤接觸點處的軸向變形E=2.0*10A5;%彈性模量（Mpa）b=0.3;跑白松比R=105;%1由狀態(tài)下碟簧部分大端半徑（mm）r=83.5;%自由狀態(tài)下碟簧部分小端半徑（mm）H=4.3;%|由狀態(tài)下碟簧

16、部分內(nèi)截錐高度（mm）h=2.6;%膜片彈簧鋼板厚度（mm）R1=103;%EE盤加載點半徑（mm）資料r1=84;%支承環(huán)加載點半徑(mm)P1=(pi*E*h*x1/(6*(1-bA2)*log(R/r)/(R1-r1)A2).*(H-x1*(R-r)/(R1-r1).*(H-(x1/2)*(R-r)/(R1-r1) +hA2);以下用于繪圖clfplot(x1,P1,'-b');axis(0,7,0,8000);喊置坐標(biāo)hold onhold off,grid onxlabel('變形 x1/mm')ylabel('工作壓力 P1/N')t

17、itle('P1-x1 特性曲線')zoom outx,y=ginput(1)x =2.6694y =5.2515e+003x,y=ginput(1)x =4.9767y =4.5195e+003則可知：1M 2.6694 mm Rm 5.2515e 003N ,1N 4.9767mm,RN 4.5195e 003N資料上述曲線的拐點H對應(yīng)著膜片彈簧的壓平位置，而且 1H ( 1M 1n)/2則:為694 4.97673.8230 mm1H 二新離合器在接合狀態(tài)時,膜片彈簧工作點B一般取在凸點M和拐點M之間，且靠近或在H點處,股 1B (0.81.0) ih則取:1B 0.9

18、1H 0.9 3.823.44mm則此時校核后備系數(shù)P RcZc 5252 0.25 93.75 2 , “Temax195000-c- 1.26滿足要求離合器徹底分離時，膜片彈簧大端的變形量為:1N 1M 1f ( 1f即為壓盤的行程 f )故:f 1N 1M 4.9767 2.6694 2.3073mm壓盤剛開始分離時，壓盤的行程： f 1H 1M 3.8230 2.6694 1.1536mm3.3 強度校核膜片彈簧大端的最大變形量1N 4.9767 mm由公式：資料3 rrfb 1626MPaPL2h2rlnRrH 1 1N1N h 1NR r 2 Rir1Rir12r Rr14扭轉(zhuǎn)減振

19、器的設(shè)計4.1 扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù)：1 .極限轉(zhuǎn)矩Tj根據(jù)汽車設(shè)計（王望予編著，機械工業(yè)出版社出版）式（231）知，極限轉(zhuǎn)矩受限于減振彈簧的許用應(yīng)力等因素，與發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩有關(guān)，一般可取:Tj = （1.5 2.0） Temax對于商用車，系數(shù)取1.5則：Tj=2.0XTemax=1.5><325.58 = 488.37 （N m）2 .扭轉(zhuǎn)剛度k根據(jù)汽車設(shè)計（王望予編著，機械工業(yè)出版社出版）式（235）可知，由經(jīng)驗公式初選k 13 Tj即：k = 13Tj= 13 W88.37 = 6348.81 （Nm/rad）3 .阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩丁小根據(jù)汽車設(shè)計（王望予編著，機械工業(yè)出版社出版

20、）式（236）可知，可按公式初選丁仙丁以=（0.060.17） Temax ?。篢 k0.1 Temax=0.1 X325.58=32.558 （N m）4 .預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn資料減振彈簧在安裝時都有一定的預(yù)緊。根據(jù)汽車設(shè)計（王望予編著，機械工業(yè)出版社出版）式（237）知,Tn滿足以下關(guān)系：Tn= （0.050.15） Temax 且：Tn T 3 322.558 N m 而：（0.050.15） Temax = 16.279-48.837 N m則初選Tn = 30N m5 .減振彈簧的位置半徑R0根據(jù)汽車設(shè)計（王望予編著，機械工業(yè)出版社出版）式（238）知,R0的尺寸應(yīng)盡可能大些，一般?。篟0

21、=（0.600.75）d/2則?。篟0=0.65d/2=0.65 Xl75/2=56.873（mm）,可取為 67mm.6 .減振彈簧個數(shù)Zj根據(jù)汽車設(shè)計（王望予編著，機械工業(yè)出版社出版）表（26）知，當(dāng)摩擦片外徑D 250mm時：Zj=4 6故?。篫j=67 .減振彈簧總壓力F當(dāng)減振彈簧傳遞的轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值 Tj時，減振彈簧受到的壓力F為8 = Tj/R0= 488.37/（57 X10 3）資料= 8.568(kN)4.2 減振彈簧的計算:減振彈簧（減振元件）從動盤毅阻用元件）減振襯套（阻尼元件）圖4-2盤總成的減振機構(gòu)1 .減振彈簧：減振彈簧的作用在于減小振動的振幅，阻尼的作用在于讓振動

22、迅速停止。兩者組合形成一階阻尼系統(tǒng)，具有良好的減振效果在初步選定減振器的主要參數(shù)以后，即可根據(jù)布置上的可能來確定和減振器設(shè)計相關(guān)的尺寸。2 .減振彈簧的分布半徑R1根據(jù)根據(jù)汽車離合器（徐石安，江發(fā)潮編著，清華大學(xué)出版社出版）知，R1的尺寸應(yīng)盡可能大些，一般取R1=（0.60 0.75）d/2式中，d為離合器摩擦片內(nèi)徑故：R1=0.65d/2=0.65 X175/2=56（mm）,即為減振器基本參數(shù)中的 R03 .單個減振器的工作壓力PP= F /Z=8586/6=1428（N）4 .減振彈簧尺寸1）彈簧中徑Dc根據(jù)根據(jù)汽車離合器（徐石安，江發(fā)潮編著，清華大學(xué)出版社出版）知，其一般由布置結(jié)構(gòu)來決

23、定，通常 Dc=1115mm資料故取:Dc=12mm2）彈簧鋼絲直徑d, 8PDcd= 3 .式中，扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力可取550600Mpa,故取為550Mpa所以:8 1428 12 10一 550 1063=4.29mm3）減振彈簧剛度k根據(jù)汽車離合器（徐石安，江發(fā)潮編著，清華大學(xué)出版社出版）式 4.7.13知，應(yīng)根據(jù)已選定的減振器扭轉(zhuǎn)剛度值k及其布置尺寸R1確定，即:資料kk=(N / mm)1000Ri n則:6344K=3- 0.337( N / mm)1000 (56 10 )64）減振彈簧有效圈數(shù)i根據(jù)汽車離合器（徐石安，江發(fā)潮編著，清華大學(xué)出版社出版）知,Gd48.3 104 106

24、 (4.29 10 3)4 ,i 3-3- 4.68Dc k 8 (12 10 )0.337 105）減振彈簧總?cè)?shù)n其一般在6圈左右，與有效圈數(shù)i之間的關(guān)系為:n= i+（1.5 2）=6減振彈簧最小高度:lmin n(d ) 1.1dn=28.31mm彈簧總變形量:l P,儂 4.237mm K 337減振彈簧總變形量10：10= 1min 1 =28.31+4.237=32.58mm減振彈簧預(yù)變形量：I 'Tn321- 30.283kZRi 337 6 56 10 3減振彈簧安裝工作高度1 :_ _ _ » _ _ _ _ _ _ _1 101 -32.58-0.283

25、-32.297mm6)從動片相對從動盤轂的最大轉(zhuǎn)角最大轉(zhuǎn)角和減振彈簧的工作變形量1''( 1''11')有關(guān)，其值為:"C2arcsin( 1 /2R1) -4.057)限位銷與從動盤轂缺口側(cè)邊的間隙ii R2 sin式中，R2為限位銷的安裝尺寸。值一般為：2.54mm。所以可取i為4mm, R2為57mm. 8)限位銷直徑dd按結(jié)構(gòu)布置選止：一般 d =9.512mm。可取d為11mm5從動盤總成的設(shè)計5.1 盤總成零件功能介紹:資料零件名稱零件功能一般選取材廉從動盤把扭矩從波簧片相遞到盤轂1減振彈簧的安裝位置之一St12, 08F, 08A

26、l減振盤減振彈簧的安裝位置之一S112, 08F, 08AI盤毅將飛輪測的扭矩傳遞給變速箱；減振彈簧的安裝位置之 一：決定扭轉(zhuǎn)角度'保持產(chǎn)生滯后的零件35MOVA, 35, 45摩擦片與壓盤和飛輪接觸，使其產(chǎn)生摩擦力B-1675, B-8805波形黃片緩沖，保證接合的平順性SK5, 65Mn碟形簧片吸收嗦聲和振動：為滯后扭矩提供壓緊力SK5, 65Mn減振襯套與盤轂及減振盤之間的摩擦力是產(chǎn)生滯后扭矩的主因PA66減振墊圈吸收振動和噪聲.傳遞形成滯后的壓緊力SK5, 65Mn限位銷連接從動相:和減振盤SWRAM2G, 20減振彈簧吸收旋轉(zhuǎn)方向的沖擊；防止噪聲和振動55CrSi摩擦片鐘釘連

27、接摩擦片及波簧片SWRM10-12, 10阻尼片波形片 Cusliion disc 減振彈簧Spring盤轂芯Hub盤轂盤 Drive plate夾持盤 Retainer plate限位銷Stop pin摩擦片摩擦片鉀釘Rivet圖5-2盤總成的典型結(jié)構(gòu)表5-1零件與材料5.2 從動盤轂：根據(jù)汽車設(shè)計（王望予編著，機械工業(yè)出版社出版），從動盤轂軸向長度不宜過小，以免再花鍵軸上滑動時產(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.資料為1.2d=1.2 X24=34.8mm。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

28、的外徑D的尺寸以及根據(jù)汽車設(shè)計（王望予編著，機械工業(yè)出版社出版）表2 7查出從動盤轂花鍵的尺寸。由于D=300mm,則查表可得：花鍵尺寸：齒數(shù) n=10 , 外徑D =32mm, 內(nèi)徑d =26mm 齒厚t=4mm,有效齒長l=30mm, 積壓應(yīng)力 c=11.3Mpa5.3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3540HRC5.4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。資料6壓盤設(shè)計6.1離合器蓋Cover- 壓盤蓋Rivet即釘Strap傳動片Diap