輕型貨車離合器的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、汽車設(shè)計(jì)第二章 離合器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)車 型： 輕型貨車整車質(zhì)量 Kg：3830發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩/轉(zhuǎn)速Nm/rpm：220/2100最大功率 /轉(zhuǎn)速 Kw/rpm:67/3000 車輪滾動(dòng)半徑： mm：340一、離合器的設(shè)計(jì)目的及原理概述離合器的設(shè)計(jì)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(dòng)盤總成的結(jié) 構(gòu)，掌握從動(dòng)盤總成的設(shè)計(jì)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(jì)方法，通過(guò)對(duì)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(huì)如何查找文獻(xiàn)資料、 相關(guān)書(shū)籍，培養(yǎng)自己的動(dòng)手設(shè)計(jì)工程、 自學(xué)的能力， 掌握單獨(dú)設(shè)計(jì)課題和工程的方法， 設(shè)計(jì)出滿足整車要求并符合相關(guān)

2、標(biāo)準(zhǔn)、 具有良 好的制造工藝性且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 便于維護(hù)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(jì)其它工程奠定良好的根底。1.2 離合器的工作原理離合器通常裝在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間， 其主動(dòng)局部與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪相連， 從動(dòng) 局部與變速器相連。 為各類型汽車所廣泛采用的摩擦離合器， 實(shí)際上是一種依靠 其主、從動(dòng)局部間的摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力且能別離的機(jī)構(gòu)。離合器的主要功用是切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順的接合， 確保汽車平穩(wěn) 起步；在換擋時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系別離， 減少變速器中換檔齒輪間的沖擊； 在工 作中受到較大的動(dòng)載荷時(shí)， 能限制傳動(dòng)系所承受的最大轉(zhuǎn)矩， 以防止傳動(dòng)系個(gè)零 部件因過(guò)載而損壞；有效地降低

3、傳動(dòng)系中的振動(dòng)和噪音。1.3 離合器的設(shè)計(jì)要求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) 別離時(shí)要迅速、徹底。4) 從動(dòng)局部轉(zhuǎn)動(dòng)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(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)。二、離合器的結(jié)構(gòu)方案分析2.1 車型、技術(shù)參數(shù)車 型： 輕型載貨汽車整車質(zhì)量 Kg：3830發(fā)動(dòng)機(jī)

4、最大扭矩/轉(zhuǎn)速Nm/rpm：220/2100最大功率 /轉(zhuǎn)速 Kw/rpm:67/3000車輪滾動(dòng)半徑： mm：3402.2 從動(dòng)盤數(shù)的選擇對(duì)乘用車和最大質(zhì)量小于 6t 的商用車而言，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩一般不大， 離合器通常只設(shè)一片從動(dòng)盤。2.3 壓緊彈簧和布置形式的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別離杠桿。膜片彈簧與其他幾類相比又有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：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)離合器別離時(shí)，彈簧壓力不

5、像圓柱彈簧那樣升高，而是降低，從而降低踏板力；2膜片彈簧兼起壓緊彈簧和別離杠桿的作用，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺 寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量小；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)，降低制造本錢。但膜片彈簧的制造較復(fù)雜，其精度要求高，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)，由于材料性能提高，制造工藝和 設(shè)計(jì)方法逐步完善，膜片彈簧的制造已日趨成熟。因此，選用膜片彈簧式離合器。 2.4

6、膜片彈簧的支承形式我們選用了拉式膜片彈簧，圖為拉式膜片彈簧的支承形式一單支承環(huán)形式， 將膜片彈簧大端支承在離合器蓋中的支承環(huán)上。2.5壓盤的驅(qū)動(dòng)方式在膜片彈簧離合器中，扭矩從離合器蓋傳遞到壓盤的方法有三種：1丨凸臺(tái)一窗孔式：它是將壓盤的反面凸起局部嵌入在離合器蓋上的窗孔內(nèi),通過(guò)二者的配合，將扭矩從離合器蓋傳到壓盤上，此方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多； 缺點(diǎn)：壓盤上凸臺(tái)在傳動(dòng)過(guò)程中存在滑動(dòng)摩擦，因而接觸局部容易產(chǎn)生別離不徹底。2徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)式：這種方式使用彈簧剛制的徑向片將離合器蓋和壓盤連 接在一起，此傳動(dòng)的方式較上一種在結(jié)構(gòu)上稍顯復(fù)雜一些， 但它沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)部 分，因而不存在磨損，同時(shí)踏板力也需要的小

7、一些，操縱方便；另外，工作時(shí)壓 盤和離合器蓋徑向相對(duì)位置不發(fā)生變化，因此離合器蓋等旋轉(zhuǎn)物件不會(huì)失去平衡 而產(chǎn)生異常振動(dòng)和噪聲。3徑向傳動(dòng)片驅(qū)動(dòng)方式：它用彈簧鋼制的傳動(dòng)片將壓盤與離合器蓋連接在 一起，除傳動(dòng)片的布置方向是沿壓盤的弦向布置外，其他的結(jié)構(gòu)特征都與徑向傳 動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式相同。經(jīng)比擬，我選擇徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。三、離合器主要參數(shù)的選擇3.1后備系數(shù)B后備系數(shù)保證了離合器能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，同時(shí)它有助于減少汽車起 步時(shí)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(guò)大，減少傳 遞系的過(guò)載，使操縱輕便等，后備系數(shù)又不宜過(guò)大。由于所設(shè)計(jì)的離合器為膜片 彈簧離合器，在使用過(guò)程中其摩擦片的磨

8、損工作壓力幾乎不會(huì)變小開(kāi)始時(shí)還有些增加，輕型貨車是在城鄉(xiāng)間公路運(yùn)輸，使用條件較好，宜取小值，由?汽車 設(shè)計(jì)?書(shū)表2-1，初取B =1.4。1車型P轎、微r輕型貨車L20L75中、亜貨車L50-225扱牽引車LSiM.OOPo單位壓力Po決定了摩擦外表的耐磨性，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。Po取值范圍見(jiàn)表：摩擦片材料單位壓力p0/Mpa石棉基材料模壓編織粉末冶金材料銅基鐵基金屬陶瓷材料摩擦片材料選擇石棉基材料，模壓制造取 Po摩擦片外徑Dmri可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩TemaxN.mS按如下經(jīng)驗(yàn)

9、公式 選用D KD、T；max 16.5 220245mmKd為直徑系數(shù)由?汽車設(shè)計(jì)?書(shū)表 2-3選取為1Temax為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax 220N m離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)表 1外徑D/mm160180200225250280300325350380405430內(nèi)徑d/mm110125140150155165175190195205220230厚度b/mm4444c=d/D1- c 3單位面積1061321602213024024665466787299081037Po驗(yàn)算T T 1 4 cemaxTcfp°ZD3(11212220308 N m%)Tc73P°

10、f ZD3(1 d%3)12 30830.19Mpa0.262 2503(1 155彳503)式中,為摩擦因數(shù)取0.26 ； Po為單位壓力MPaZ為摩擦面數(shù)取2； D為摩擦片外徑取250mm; d為摩擦片內(nèi)徑取155mm；計(jì)算結(jié)果與前面所選擇的單位壓力P0相差不大，選擇合理。摩擦片的工作條件比擬惡劣，為了保證它能長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作，根據(jù)汽車的的 使用條件，摩擦片的性能應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求：應(yīng)具有較穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，溫度，單位壓力和滑磨速度的變化對(duì)摩擦系數(shù) 的影響小。要有足夠的耐磨性，尤其在高溫時(shí)應(yīng)耐磨。要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，尤其在高溫時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)較好熱穩(wěn)定性要好，要求在高溫時(shí)別離出的粘合劑較少

11、，無(wú)味，不易燒焦磨合性能要好，不致刮傷飛輪及壓盤等零件的外表油水對(duì)摩擦性能的影響應(yīng)最小結(jié)合時(shí)應(yīng)平順而無(wú)“咬住和“抖動(dòng)現(xiàn)象由以上的要求，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)定性能比擬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,在該設(shè)計(jì)中選取的是石棉合成物制成的摩擦片。VdvDnemaxD 10 33000 250 10 3 45m/s 65 70m/s60 60式中，Vd為摩擦片最大圓周速度m/S；門emax為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速取3000r/min ； D為摩擦片外徑徑取250mm;故符合條件。Tc0Tco =4Tc22Z(D d )4 1.4 22

12、20 20.0029 (N- m/ mm2)2 (2502 1552)式中，Tc為離合器傳 遞的最大靜摩擦力矩220 N m ；當(dāng)摩擦片外徑D 210 250時(shí)，Tc0 =0.0030 N - m/ mm2 29 N - m/ mm2，故符合要求。為了減少汽車起步過(guò)程中離合器的滑磨，防止摩擦片外表溫度過(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。汽車起步時(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功 J為：n ne 口玄1800 心2根據(jù)公式Ua0.377r nig i。汽車的最大爬坡度為i=16.7，將爬坡度帶入公式Pe3；盟S需誥 豁，式中，忽略空氣阻力,dU=0dt將Pe

13、67Kw，G38309.837534 N ua18km/hig i。r n0.377-Uaig i。21.362 2W =e( =31415001800 i°ig2 maG18003830 0.342(二U = 11960 (J)式中，W為汽車起步時(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功J; ma為汽車總質(zhì)量取3830kg； rr為輪胎滾動(dòng)半徑，約等于靜負(fù)荷半徑 4m； n°為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min),商用車 ne取 1500 r/min;w=4W2 2 n Z(D d )4 119603.14 2(2502 1552)2=0.197J/mm式中，W為汽車起步時(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生

14、的總滑磨功取11960J滿足 w < w = 0.33J/mm 2 要求。摩擦片的相關(guān)參數(shù)表摩擦片外徑D摩擦片內(nèi)徑d后備系數(shù)B厚度b單位壓力Po250mm155mm1.40MPa四、膜片彈簧的設(shè)計(jì)截錐高度H與板厚h比值和板厚h的選擇hH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一般為1.52.0，板厚h為24mm故初選 h=2mm, h =1.7 那么 H=1.6h=3.4mm.R自由狀態(tài)下碟簧局部大端 R、小端r的選擇和一比值r當(dāng)-0.6時(shí)，摩擦片平均半徑Rc=250 155101.25(mm),D44對(duì)于拉式膜片彈簧的R值，應(yīng)滿足關(guān)系R Rc=mm故取R=105

15、,再結(jié)合實(shí)際情況取 R/r=1.25,那么 r=84m4 的選擇=arctanH/(R-r)=arctan3.4心05-84)1°，滿足 9° 15° 的范圍。別離指數(shù)目n的選取別離指數(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。 取別離之?dāng)?shù)目n =18 o膜片彈簧最小端內(nèi)半徑ro及別離軸承作用半徑rfro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。rf應(yīng)該大于r0 o切槽寬度S 1、S 2及半徑re取 S 1 = 3.4mm, S 2=10mm, re 滿足 r- re>= S 2,那么 re <=r- S 2=84-

16、10=74mm故取 re = 74mm壓盤加載點(diǎn)半徑R1和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑r1確實(shí)定R1和r1需滿足以下條件：1 R R1 7, 0 r1 r 6應(yīng)選擇 R1= 100mm r1 = 88mm.制造膜片彈簧用的材料，應(yīng)具有高的彈性極限和屈服極限，高的靜力強(qiáng)度及 疲勞強(qiáng)度，高的沖擊強(qiáng)度，同時(shí)應(yīng)具有足夠大的塑性變形性能。按上述要求，國(guó) 內(nèi)常用的膜片彈簧材料為硅錳鋼 60Si2MnA或50CrVA假設(shè)膜片彈簧在承載過(guò)程中，其子午線剛性地繞上地某中性點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)通過(guò)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(diǎn)處，加載點(diǎn)間的相對(duì)軸向變形為x1(mm),那么膜片彈簧的彈性特性如下式表示：P1 f(

17、x1)Ehx1In (R/r)小2 2 ( H 6(1 b2) (R1 r1)2x1RR(hx1 R r2 R1 r1mm；H自由狀態(tài)下碟簧局部?jī)?nèi)截錐咼度, h膜片彈簧鋼板厚度，mm。彈性特性曲線圖:0053N/lr力壓作工/J/廠、/膜片彈簧彈性特性1234變形入1/mm560030000520020000500O005膜片彈簧的相關(guān)參表截錐高度H板厚h別離指數(shù)n圓底錐角五、扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)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)系的首端扭轉(zhuǎn)剛度，改變系統(tǒng)的固有振型， 盡可能避開(kāi)由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量鼓勵(lì)引起的共振。阻尼元件的主要作用是有效地

18、耗散振動(dòng)能量。目前，在柴油機(jī)汽車中廣泛采用具有怠速級(jí)的兩級(jí)或三級(jí)非線性扭轉(zhuǎn)減振 器。三級(jí)非線性減振器的扭轉(zhuǎn)特性如以下列圖所示。極限轉(zhuǎn)矩Tj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(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩有關(guān),可取Tj (1.5 2.0)Temax對(duì)于商用車，系數(shù)取1.5，計(jì)算得Tj1.5Temax 1.5 220 330N m扭轉(zhuǎn)角剛度K由經(jīng)驗(yàn)公式初選 K13TjK13Tj 13 330 4290N m/rad阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T可按公式初選T(0.06 0.17)Temax取 T0.1Temax 0.1 220 22N m預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn減振彈簧在安裝時(shí)都有一定的預(yù)緊。Tn滿足以下關(guān)系：而Tn (0.050.

19、15) Temax 11 33N m那么初選 Tn 17.6N m5.1.5 減振彈簧的位置半徑 R0Ro的尺寸應(yīng)盡可能大些，一般取Ro =(0.60 0.75)d/2那么取 R x 155/2=54.25(mm),可取為 55mm.5.1.6 減振彈簧個(gè)數(shù) Zj當(dāng)摩擦片外徑D 250mm寸，Zj =4 6故取 Zj =65.1.7 減振彈簧總壓力 F當(dāng)減振彈簧傳遞的轉(zhuǎn)矩到達(dá)最大值 Tj 時(shí)，減振彈簧受到的壓力 F 為F Tj/R0 330/(55 10-3) 6082.9N5.2 減振彈簧的計(jì)算 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(lái)確定和減振器 設(shè)計(jì)相關(guān)的尺寸。5.2.1

20、 減振彈簧的分布半徑 R1R1 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R x 155/2=54.25(mm)，即為減振器根本參數(shù)中的 農(nóng)5P F /z 6082.9/6 1013.8N 5.2.3 減振彈簧尺寸1丨彈簧中徑De其一般由布置結(jié)構(gòu)來(lái)決定，通常De=11 15mm故取 De=12mm2彈簧鋼絲直徑d3 ：8PDc 3：8 776.6 12d=Q 二*580式中，扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力可取550600Mpa,故取為580Mpa d 取 3.5 mm3減振彈簧剛度k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k21000R, n

21、42901000 0.054252 6 242.94N m4減振彈簧有效圈數(shù)iGd48.3 104 (3.5 10 3)48De3k 8 (12 10 3)3 242.94 1035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=66減振彈簧最小咼度Imin n(d )1.1dn 1.1 3 3.1 10.23mm 7彈簧總變形量4.17mm.P 1013.8Ik 242.948減振彈簧總變形量l09減振彈簧預(yù)變形量l丄kZR17.6242.94 6 54.25 10-30.2mm10減振彈簧安裝工作高度1l l0 l'14.4-0.2 14.2mm11

22、從動(dòng)片相對(duì)從動(dòng)盤轂的最大轉(zhuǎn)角最大轉(zhuǎn)角和減振彈簧的工作變形量'(丨"1)有關(guān)，其值為2arcsin( l"/2R)4.1912限位銷與從動(dòng)盤轂缺口側(cè)邊的間隙 11 R2sin ，式中，r2為限位銷的安裝尺寸。1值一般為2.54mm 所以可取1為3mm, R?為41mm13限位銷直徑d'd按結(jié)構(gòu)布置選定，一般d = 9.512mm可取d為10mm扭轉(zhuǎn)減振器相關(guān)參數(shù)表極限轉(zhuǎn)矩Tj阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩Ty預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn減振彈簧的位置半徑R0減振彈簧個(gè)數(shù)Zj330 N m22 N m1 N m55mm6六、離合器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)從動(dòng)盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它

23、幾乎承受由發(fā)動(dòng)機(jī)傳來(lái)的全部轉(zhuǎn)矩。它一般采用齒側(cè)對(duì)中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Temax來(lái)選擇摩擦片發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)花鍵尺寸擠壓應(yīng)力外徑矩齒數(shù)n外徑內(nèi)徑齒厚有效尺c/MPaD/mmT emax/(N m)D 'mmd 7mmt/mm長(zhǎng) l/mm從動(dòng)盤對(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：1從動(dòng)盤的轉(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，以防止傳動(dòng)系共振，并緩和沖擊。本次設(shè)計(jì)初選從動(dòng)片厚度為2mm1應(yīng)具有足夠的剛度，否那么影響離合器的工作特性，增大操縱時(shí)的別離行程， 減小壓盤升程，嚴(yán)重時(shí)使摩擦面不能徹底別離。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