推式膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)

伊蘭特1.6標(biāo)準(zhǔn)型離合器設(shè)計(jì)TOC\o"1-4"\h\z\u目錄第1章 概述 2第2章離合器的結(jié)構(gòu)和基本參數(shù)的確定 32.1離合器結(jié)構(gòu)型式的確定 32.2離合器基本參數(shù)的確定 3第3章離合器的設(shè)計(jì) 53.1從動(dòng)盤總成 53.1.1從動(dòng)盤轂 63.1.2從動(dòng)片設(shè)計(jì) 63.1.3從動(dòng)盤摩擦片 73.1.4波形片和減振彈簧 73.2膜片彈簧設(shè)計(jì) 73.2.1膜片彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算的基本公式 83.2.2膜片彈簧基本參數(shù)的確定 83.2.3強(qiáng)度校核 113.3離合器蓋及壓盤總成的設(shè)計(jì) 123.3.1離合器蓋設(shè)計(jì) 123.4壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 123.4.1壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 133.4.2壓盤幾何尺寸的確定 133.4.3傳力方式的選擇 133.5分離軸承總成 133.6操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14參考文獻(xiàn) 14伊蘭特1.6標(biāo)準(zhǔn)型離合器設(shè)計(jì)概述離合器位于發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間的飛輪殼內(nèi)，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平面上，離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。在汽車行駛過(guò)程中，駕駛員可根據(jù)需要踩下或松開(kāi)離合器踏板，使發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱暫時(shí)分離和逐漸接合，以切斷或傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)向變速器輸入的動(dòng)力。目前，各種汽車廣泛采用的摩擦離合器是一種依靠主從動(dòng)部分之間的摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力且能分離的裝置。它主要包括主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)、和操縱機(jī)構(gòu)等四部分。離合器的功用主要的功用是切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞，保證汽車起步時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順地接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換檔時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系分離，減少變速器中換檔齒輪之間的沖擊；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)系各零件因過(guò)載而損壞；有效地降低傳動(dòng)系中的振動(dòng)和噪聲。膜片彈簧離合器是近年來(lái)在轎車和輕型汽車上廣泛采用的一種離合器，它的轉(zhuǎn)矩容量大而且較穩(wěn)定，操作輕便，高速是平衡性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且較緊湊、散熱通風(fēng)性能好、使用壽命長(zhǎng)，也能大量生產(chǎn)。此設(shè)計(jì)說(shuō)明書詳細(xì)的說(shuō)明了轎車膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)形式，參數(shù)選擇以及計(jì)算過(guò)程。第2章離合器的結(jié)構(gòu)和基本參數(shù)的確定2.1離合器結(jié)構(gòu)型式的確定本車設(shè)計(jì)采用單片膜片彈簧離合器。本車采用的摩擦式離合器是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，維修方便，目前大多數(shù)汽車都采用這種形式的離合器。采用膜片彈簧離合器是因?yàn)槟て瑥椈呻x合器具有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此可設(shè)計(jì)成摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎可以保持不變，且可減輕分離離合器時(shí)的踏板力，是操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對(duì)離合器軸的中心線是對(duì)的，因此其壓力實(shí)際上不受離心力的影響，性能穩(wěn)定，平衡性也好；再者，膜片彈簧本身兼其壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，零件數(shù)目減少，質(zhì)量減小并顯著的縮短了其軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤是以整個(gè)圓周接觸，是壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，磨損均勻，也易于實(shí)現(xiàn)良好的散熱通風(fēng)等。由于膜片彈簧離合器具有上述一系列的優(yōu)點(diǎn)，并且制造膜片彈簧的工藝水平也在不斷的提高，因而這種離合器在轎車及微型輕型客車上得到了廣泛的應(yīng)用，而且逐漸擴(kuò)展到了載貨汽車上。從動(dòng)盤選擇單片式從動(dòng)盤是一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。綜上本次設(shè)計(jì)選擇單片推式膜片彈簧離合器。2.2離合器基本參數(shù)的確定離合器傳遞的扭矩與摩擦系數(shù)、彈簧壓緊力、摩擦片的摩擦面數(shù)、摩擦片的平均摩擦半徑等因素有關(guān)。并且離合器所能傳遞的最大扭矩應(yīng)適當(dāng)?shù)母哂诎l(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Temax，其間的關(guān)系為：TeTe式中：f為摩擦因數(shù)；Z為摩擦面數(shù)；為單位壓力；D為摩擦片外半徑；c為摩擦片內(nèi)、外徑之比;β為后備系數(shù)。離合器的基本參數(shù)主要有性能參數(shù)有后備系數(shù)β和單位壓力參數(shù)P0，尺寸參數(shù)D和d及摩擦片厚度。1.后備系數(shù)各類汽車β值的選取范圍通常為：轎車和微型車、輕型貨車β=1.20～1.75中型和重型貨車β=1.50～2.25越野車、帶拖掛的重型汽車和牽引汽車β=1.80～4.00根據(jù)上述原因及所選車型，選取β=1.25。2.單位壓力p0當(dāng)摩擦片采用不同材料時(shí)，和f的取值范圍見(jiàn)下表：表2-1和f的取值范圍摩擦片材料單位壓力p摩擦因數(shù)f石棉基材料模壓0.15-0.250.20-0.25編織0.25-0.350.25-0.35粉末冶金材料銅基0.35-0.500.25-0.35鐵基0.35-0.50金屬陶瓷材料0.70-1.500.4選用粉末冶金材料銅基，單位壓力0.35-0.50MPa,摩擦因數(shù)0.25-0.35.f取0.25.3.摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度h的確定離合器應(yīng)按轉(zhuǎn)矩容量或熱容量設(shè)計(jì)，摩擦片或從動(dòng)片外徑D是基本尺寸。它關(guān)系到結(jié)構(gòu)尺寸及質(zhì)量的大小和使用壽命的長(zhǎng)短設(shè)計(jì)是通常首先確定D的值。由以下公式計(jì)算D的值：D=Temax發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩；Temax對(duì)于轎車，KD=14.6，求得D=175表2-2離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)外徑D(mm）內(nèi)徑d(mm)厚度h(mm）內(nèi)外徑之比d/D單位面積F(mm2）160180200225250280300325350110125140150155165175190193.53.540.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.557106001320016000221003020040200466005460067800根據(jù)表2-2摩擦片的尺寸見(jiàn)表2-3：表2-3選定的摩擦片的尺寸外徑D（mm）內(nèi)徑d(mm)厚度h(mm)C=1-單位面積F（mm）1801253.50.6940.66513200用公式（2-1）和（2-2）驗(yàn)算單位壓力P0p得到=0.35MPa，單位壓力P0在容許范圍內(nèi)，認(rèn)為所選離合器的尺寸、參數(shù)合適。第3章離合器的設(shè)計(jì)3.1從動(dòng)盤總成從動(dòng)盤總成主要由從動(dòng)盤轂、摩擦片、從動(dòng)片、扭轉(zhuǎn)減震器等組成。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)齒輪間的沖擊；2.從動(dòng)盤應(yīng)具有軸向彈性，使離合器接合平順，便于起步，而且使摩擦面壓力均勻，以減少磨損；3.應(yīng)安裝扭轉(zhuǎn)減震器，以避免傳動(dòng)系共振，并緩和沖擊。3.1.1從動(dòng)盤轂從動(dòng)盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受發(fā)動(dòng)機(jī)傳來(lái)的全部轉(zhuǎn)矩。它一般采用齒側(cè)對(duì)的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上，花鍵的尺寸可根據(jù)摩擦片的外徑D與發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Temax按國(guó)標(biāo)GB1144－74選?。ㄒ?jiàn)表3-1）。表3-1離合器從動(dòng)盤轂花鍵尺寸系列摩擦片外徑D/mm發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Temax/N·m花鍵尺寸擠壓應(yīng)力σj/Mpa齒數(shù)n外徑D′/mm內(nèi)徑d′/mm齒厚b/mm有效齒長(zhǎng)l/mm16050102318320101807010262132011.820011010292342511.322515010322643011.525020010352843510.428028010353244012.730031010403254010.732538010403254511.635048010403255013.2根據(jù)摩擦片的外徑D=180mm與發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Temax=139.2N·m，由表3-1查得n=10，D′=26mm，d′=21mm，b=3mm，l=20mm，σj=11.8Mpa3.1.2從動(dòng)片設(shè)計(jì)從動(dòng)片通常用1.3～2.0mm厚的鋼板沖壓而成。有時(shí)將其外緣的盤形部分磨薄至0.65～1.0mm，以減小其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。從動(dòng)片的材料與其結(jié)構(gòu)型式有關(guān)，整體式即不帶波形彈簧片的從動(dòng)片，一般用高碳鋼(50或85號(hào)鋼)或65Mn鋼板，熱處理硬度HRC38～48；采用波形彈簧片的分開(kāi)式(或組合式)從動(dòng)片，從動(dòng)片采用08鋼板，氰化表面硬度HRC45，層深0.2～0.3mm；波形彈簧片采用65Mn鋼板，熱處理硬度HRC43～51。3.1.3從動(dòng)盤摩擦片在離合器接合、分離過(guò)程中，它將遭到嚴(yán)重的滑磨，在相對(duì)很短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱，因此，要求摩擦面片應(yīng)有以下一些綜合性能：在工作時(shí)有相對(duì)較高且穩(wěn)定的摩擦系數(shù)；具有小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，材料加工性能良好；在短時(shí)間內(nèi)能吸收相對(duì)高的能量，且有良好的熱穩(wěn)定性；能承受較高的壓盤作用載荷；承受相對(duì)較大的離心載荷而不破壞；具有足夠的剪切強(qiáng)度；摩擦副有高度的容污性能，不影響它們的摩擦特性；具有優(yōu)良的性價(jià)比，不污染環(huán)境。對(duì)于摩擦面片來(lái)說(shuō)，有兩個(gè)方面要求選擇確定，一是結(jié)構(gòu)尺寸，內(nèi)、外直徑已在前面選定，厚度可根據(jù)使用壽命確定。二是材料，近年來(lái)，摩擦材料的種類增加極快，常用的有石棉基、有機(jī)摩擦材料、金屬陶瓷摩擦材料等。這里選擇粉末冶金材料銅基，單位壓力0.35-0.50MPa,摩擦因數(shù)0.25-.4波形片和減振彈簧波形片一般采用65Mn，厚度小于1mm，硬度為40~46HRC，并經(jīng)過(guò)表面發(fā)藍(lán)處理。減振彈簧常采用60Si2MnA、50CrVA、65Mn等彈簧鋼絲。3.2膜片彈簧設(shè)計(jì)膜片彈簧的大端處為一完整的截錐，類似無(wú)底的碟子，和一般機(jī)械上用的碟形彈簧一樣，故稱作碟簧部分。膜片彈簧起彈性作用的正是其碟簧部分。與碟形彈簧不同的是在膜片彈簧上還有徑向開(kāi)槽部分，形成許多稱為分離指、起分離杠桿作用的彈性杠桿。分離指與碟簧部分小端交接處的徑向槽較寬且呈長(zhǎng)方孔，分離指根部的過(guò)渡圓角半徑應(yīng)大于4.5mm，以減少分離指根部的應(yīng)力集中，長(zhǎng)方孔又可用來(lái)安置銷釘固定膜片彈簧。3.2.1膜片彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算的基本公式假設(shè)膜片彈簧在承載過(guò)程中，其子午斷面剛性地繞過(guò)斷面上的某中性點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)支承環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的載荷F1（N）集中在支承點(diǎn)處，加載點(diǎn)間的相對(duì)軸向變形為λ1（mm），則膜片彈簧彈簧特性如下式表示：F（3-1）式中：E為材料的彈性模量（MPa），對(duì)于鋼：E=2.1×105Mpa；μ為材料的泊松比，對(duì)于鋼：μ=0.3；H為膜片彈簧自由狀態(tài)下碟簧部分的內(nèi)截錐高度（mm）；h為膜片彈簧鋼板厚度（mm）；R，r分別為膜片彈簧的大端半徑（mm）；R1，r1分別為壓盤加載點(diǎn)和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑（mm）。3.2.2膜片彈簧基本參數(shù)的確定1.比值H/h的選擇該比值對(duì)膜片彈簧的彈性特性影響極大，因此，要利用H/h對(duì)彈簧特性的影響，正確地選擇該比值，以得到理想的特性曲線及獲得最佳的使用性能。為保證離合器壓緊力變化不大和操縱輕便，汽車的膜片彈簧離合器的H/h一般?。喊搴褚话銥?～4mm，本設(shè)計(jì)取：h=2mm則取H/h=1.7，代入h=2得到：H=3.4mm2．R及R/r的選擇膜片彈簧的大端半徑R應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)要求和摩擦片的尺寸來(lái)確定。比值R/r的選定影響到材料的利用效率。R/r越小，則彈簧材料的利用效率越好。碟形彈簧儲(chǔ)存彈簧性能的能力在R/r=1.8～2.0為最大，用于緩沖沖擊、吸收振動(dòng)等需要儲(chǔ)存大量彈性能的碟簧最佳。但對(duì)汽車離合器膜片彈簧來(lái)說(shuō)，并不要求儲(chǔ)存大量的彈性能，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)布置及壓緊力的需要，通常R/r=1.2～1.3（即1.25左右）。根據(jù)本設(shè)計(jì)所選車型，選取R/r=1.27。根據(jù)R≥RC=(D+d)/4=76.25mm（RC為膜片彈簧的平均半徑），取R=90mm，則r=71mm。3．膜片彈簧起始圓錐底角膜片彈簧在自由狀態(tài)下的圓錐底角α與內(nèi)截錐高度H關(guān)系密切，α=arctan[H/(R-r)]≈H/(R-r),一般在10°～15°范圍內(nèi)選擇。本設(shè)計(jì)之錐角為：α≈3.4/（90-71）≈10.3°。落在10°～15°的范圍內(nèi)，因此設(shè)計(jì)合理。4．支承圈平均半徑r1和和膜片彈簧與壓盤的接觸半徑R1r1與R1的取值將影響膜片彈簧的剛度。r1應(yīng)略大于r且盡量接近r；R1應(yīng)略小于且盡量接近R。根據(jù)以上所述及已知R和r的值，本設(shè)計(jì)選取r1=75mm，R1=88mm。5．膜片彈簧小端半徑ri及分離軸承作用半徑rfri由離合器的結(jié)構(gòu)決定，其最小值應(yīng)大于變速器第一軸的花鍵外徑。rf應(yīng)大于ri。rf與ri之差在一定的范圍內(nèi)，0≤≤4。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:推式：2.3≤≤4.5取，得=30mm。根據(jù)折中原則得：=26mm。圖3-1膜片彈簧尺寸簡(jiǎn)圖6．分離指的數(shù)目n和切槽寬δ1窗孔槽寬δ2及窗孔內(nèi)半徑re的確定。n多取為18；δ1=3.2～3.5mm；δ2=9～10mm；re的取值應(yīng)滿足（r-re）>δ2。本設(shè)計(jì)選取δ1=3.3，δ2=9.3，則：re≤70-9.3=60.7。本設(shè)計(jì)取re=60mm。7．膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇圖3-2膜片彈簧工作點(diǎn)位置汽車離合器膜片彈簧特性曲線的形狀如圖3-2所示。選擇好曲線上的幾個(gè)特定工作點(diǎn)的位置很重要。拐點(diǎn)T對(duì)應(yīng)著膜片彈簧的壓平位置，而λ1T為曲線凸點(diǎn)M和凹點(diǎn)N的橫坐標(biāo)平均值。B點(diǎn)為新離合器（摩擦片無(wú)磨損）在接合狀態(tài)時(shí)的工作點(diǎn)，通常取在使其橫坐標(biāo)為λ1B=（0.8～1.0）λ1T的位置，以保證摩擦片在最大磨損△λ后的工作點(diǎn)A處壓緊力變化不大。摩擦片總的最大允許磨損量△λ可按上圖求得：上圖中：ZC—離合器的摩擦片工作表面數(shù)目，本設(shè)計(jì)為單片則ZC=2；△SO—每個(gè)摩擦工作表面的最大允許磨損量，一般為△SO=0.5～1mm。λ1BC點(diǎn)為離合器徹底分離時(shí)的工作點(diǎn)。它以靠近N點(diǎn)為好，以減少分離軸承的推力使操縱輕便。本設(shè)計(jì)取△SO=0.9mm，則△λ=1.80mm。因M、N為拐點(diǎn)，對(duì)式（3-1）求一次導(dǎo)數(shù)并令其導(dǎo)數(shù)值為零，即：，經(jīng)簡(jiǎn)化后得到：由于=2.5≥0，因此有兩個(gè)實(shí)根，從而求得：=0.28=4.38這兩值即是F1達(dá)到極值時(shí)的橫坐標(biāo)，即分別為點(diǎn)M和點(diǎn)N的橫坐標(biāo)。則：=2.33圖3-2中，B點(diǎn)：取=2.10A點(diǎn)：=0.3C點(diǎn)：取=4.403.2.3強(qiáng)度校核推式膜片彈簧小端分離軸承載荷計(jì)算，公式如下由λ1=4.40mm，計(jì)算得F膜片彈簧的應(yīng)力計(jì)算公式如下式中,為寬度系數(shù)，。膜片彈簧選用材料彈簧鋼，許用應(yīng)力1600~1700Mpa。膜片彈簧分離時(shí)最大變形量λ1=4.40mm，由上述公式算σB=1653Mpa3.3離合器蓋及壓盤總成的設(shè)計(jì)3.3.1離合器蓋設(shè)計(jì)離合器蓋與飛輪固定在一起，通過(guò)它傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的部分扭矩。此外它還是離合器壓緊彈簧和分離桿的支承殼體。在離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)達(dá)到以下幾個(gè)要求：1．應(yīng)具有足夠的剛度，以免影響離合器的工作特性，增大操縱時(shí)的分離行程，減小壓盤升程，嚴(yán)重時(shí)摩擦面不能徹底分離。為此可采取如下措施：適當(dāng)增大蓋的板厚，一般為2.5~4.0mm；在蓋上沖制加強(qiáng)肋或在蓋內(nèi)圓周處翻邊；尺寸大的離合器蓋可改用鑄鐵鑄造。2．應(yīng)與飛輪保持良好的對(duì)中，一面影響總成的平衡和正常的工作。對(duì)中方式采用定位銷或定位螺栓，也采用止口對(duì)中。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)口，將離合器制成特殊的葉輪形狀?；蛟谏w上下班加設(shè)通風(fēng)扇片等，用以鼓風(fēng)。乘用車和載質(zhì)量較小的商用車的離合器一般用08、10鋼等低碳鋼板，載質(zhì)量較大的商用車則常用鑄件或鋁合金壓鑄件。本設(shè)計(jì)采用厚3mm的08鋼板沖壓而成。3.4壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壓盤設(shè)計(jì)主要包括幾何尺寸的選擇和傳力方式的確定兩個(gè)方面。3.4.1壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1．壓盤應(yīng)具有較大的質(zhì)量以增大熱容量、減小溫升，防止其產(chǎn)生裂紋和破碎，有時(shí)可設(shè)置各種形狀的散熱肋或鼓風(fēng)肋，以幫助散熱通風(fēng)。中間壓盤可鑄出通風(fēng)槽，也可采用傳熱系數(shù)較大的鋁合