轎車膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)與仿真

轎車膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)與仿真摘要我此次設(shè)計(jì)的最初的目標(biāo)是掌握離合器設(shè)計(jì)流程、對離合器的構(gòu)造有更加深入地了解，從而對離合器擁有了不同于書本的認(rèn)知。通過完成設(shè)計(jì)對離合器的組成結(jié)構(gòu)、工作原理有深入地了解。本設(shè)計(jì)選取轎車膜片彈簧離合器的基本參數(shù),進(jìn)行汽車膜片彈簧離合器的扭轉(zhuǎn)減振器、膜片彈簧等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并對必要的零部件進(jìn)行校核；還對傳動片、從動片等進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。使用三維軟件先對離合器的摩擦片進(jìn)行建模，然后完成從動片的建模，接下來對從動盤轂、減振器盤進(jìn)行建模，根據(jù)所得參數(shù)繪制出膜片彈簧、壓盤，最后繪制出離合器蓋。進(jìn)入裝配模塊使用裝配約束將這些零部件裝配成一個完整的離合器。然后用二維繪圖軟件繪制了膜片彈簧和從動盤轂零件圖和離合器總裝圖。最后從經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性兩方面分析本設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)滿足基本的設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：離合器；膜片彈簧；三維建模AbstractTheoriginalgoalofmydesignwastomasterthedesignprocessoftheclutchandtoknowmoredeeplyaboutthestructureoftheclutch,sothattheclutchhadadifferentknowledgeofthebook.Throughthecompletionofthedesign,thestructureandworkingprincipleoftheclutcharewellunderstood.Thisdesignselectsthebasicparametersofthediaphragmspringclutchofthecar,carriesoutthestructuraldesignofthetorsiondamperanddiaphragmspringofthediaphragmspringclutchoftheautomobileandchecksthenecessaryparts,anddesignsthetypeselectionofthetransmissionpieceandthefollowerpiece.Threedimensionalsoftwareisusedtomodelthefrictiondiscoftheclutch,thenthemodelingofthedrivendisciscompleted.Next,thedrivendischubandthedamperdiskaremodeled.Thediaphragmspringsandpressureplatesaredrawnaccordingtotheparameters.Finally,theclutchcoverisdrawn.Entertheassemblymoduleanduseassemblyconstraintstoassemblethesecomponentsintoacompleteclutch.Thenthedrawingpartsofthediaphragmspringanddrivendiskhubandtheclutchassemblydiagramareplottedwithtwodimensionaldrawingsoftware.Finally,thedesignisanalyzedfromtwoaspects:economyandtechnology.Thisdesignmeetsthebasicdesignrequirements.Keywords:Clutch;diaphragmspring;three-dimensionalmodeling目II目錄引言(1)1緒論(2)2離合器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(4)2.1離合器結(jié)構(gòu)方案選取(4)2.1.1從動盤數(shù)的選擇(4)2.1.2壓緊彈簧和布置形式的選取(4)2.1.3壓盤的驅(qū)動形式(4)2.2離合器主要參數(shù)的選取(4)2.2.1后備系數(shù)β(4)2.2.2單位壓力p(4)2.2.3離合器靜摩擦力矩T(5)c2.2.4摩擦因數(shù)f、摩擦面數(shù)Z和離合器間隙t(5)3離合器設(shè)計(jì)與計(jì)算(6)3.1從動盤設(shè)計(jì)(6)3.1.1從動盤轂的設(shè)計(jì)(6)3.1.2摩擦片的設(shè)計(jì)(6)3.1.3從動片(9)3.2壓盤總成設(shè)計(jì)(9)3.2.1壓盤設(shè)計(jì)(9)3.2.2傳動片的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核(10)3.3膜片彈簧設(shè)計(jì)(10)3.3.1膜片彈簧的基本參數(shù)的選擇(10)3.4扭轉(zhuǎn)減震器設(shè)計(jì)(12)3.4.1扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù)(12)3.4.2減振彈簧的計(jì)算(14)3.5離合器的操縱機(jī)構(gòu)(15)3.5.1操縱機(jī)構(gòu)公用和設(shè)計(jì)要求(15)3.5.2離合器踏板行程計(jì)算(16)4離合器建模(17)4.1從動盤建模(17)4.1.1從動片建模(17)4.1.2從動盤轂建模(22)4.2壓盤建模(23)4.3離合器蓋建模(27)4.4膜片彈簧建模(30)4.5飛輪建模(31)4.6裝配過程(32)5離合器仿真分析(34)6技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析(36)7結(jié)論(37)引言離合器是直接連接發(fā)動機(jī)且存在于汽車傳動系的獨(dú)立總成。離合器是一種由四大基本部分組成的機(jī)械結(jié)構(gòu)。從設(shè)計(jì)出來到目前為止，離合器已經(jīng)經(jīng)歷了一百二十多年，離合器的結(jié)構(gòu)、材料不斷被改進(jìn)，直至今日它的作用依然無法被完成取代。近年來，膜片彈簧離合器是一種利用來自主動、從動部位之間的摩擦力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳導(dǎo)，且被大范圍運(yùn)用在各類汽車上有分離功能的裝置。隨著新材料的發(fā)現(xiàn)、研究、運(yùn)用，無人駕駛技術(shù)的改進(jìn)和不斷完善，這使提高離合器轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速有了更高的可能性，人們對離合器有越來越高的要求，對汽車發(fā)動機(jī)性能方面的要求更加嚴(yán)謹(jǐn)。從離合器近年來的發(fā)展?fàn)顩r來看，推式結(jié)構(gòu)被拉式結(jié)構(gòu)取代，手動操縱方式被無人駕駛所替代。如何讓離合器更加可靠的進(jìn)行工作，如何延長離合器各零部件的使用壽命，這些都是離合器未來的發(fā)展趨勢。我想在最近的一段時間內(nèi)，離合器不會被其他總成所取代，它還會承擔(dān)著無法取代的作用。11緒論因?yàn)槲耶呍O(shè)的選題是轎車膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)與仿真，所以接下來對膜片彈簧離合器進(jìn)行基礎(chǔ)的、簡單的介紹。1）主動部分離合器主動部分由飛輪、離合器蓋和壓盤三部分組成。2）壓緊裝置與分離機(jī)構(gòu)離合器壓實(shí)裝置和分離機(jī)構(gòu)由膜片彈簧、支承環(huán)、壓力板、力傳遞板和分離彈簧板等組成。壓緊彈簧和分離杠桿被膜片彈簧取代并兼?zhèn)鋬烧吖δ堋?-軸承2-飛輪3-從動盤4-壓盤5-離合器蓋螺釘6-離合器蓋7-膜片彈簧8-分離軸承9-軸圖1-1離合器總成Fig.1-1Clutchassembly3）從動部分從動盤總成由摩擦片，從動片，減振器和從動盤轂等組成。摩擦片功能是在離合器接合過程中代替其他部件磨損。減振器主要作用是減輕離合器工作過程中受到的沖擊和振動。從動盤轂作用是將飛輪傳來的轉(zhuǎn)矩傳遞到變速箱。21-從動片；2-摩擦片；3-鉚釘圖1-2開有T形槽的整體式彈性從動片F(xiàn)ig.1-2IntegralelasticfollowerwithTshapedgroove4）操縱機(jī)構(gòu)操縱機(jī)構(gòu)有分離叉、分離軸承、離合器踏板、傳動部件。在駕駛員踩下離合器踏板時，通過一系列力的傳遞，致使分離軸承壓迫膜片彈簧小端，膜片彈簧以固定在離合器蓋上的鉚釘使大端產(chǎn)生與小端相反的作用力，帶動壓盤移動，導(dǎo)致從動盤與飛輪之間存在間隙，離合器的分離過程得以完成?？偟膩碚f，離合器就是一個用來斷開傳向變速器的動力的機(jī)構(gòu)，而不用讓引擎熄火。離合器最主要的部件就是一個兩面有著高摩擦力材料的摩擦碟片，摩擦碟片安裝在飛輪上，如果有一個外力壓在碟片上，那么因?yàn)槟Σ亮Φ脑?，離合片就會和分離一起轉(zhuǎn)動。變速器的輸入軸是和離合片連接的，因此當(dāng)外力作用在離合片上的時候，引擎的動力就能傳導(dǎo)到變速器上了。這種外力就是由壓盤上的彈簧系統(tǒng)提供的，這個系統(tǒng)的外殼是和飛輪固定連接的。當(dāng)壓盤一直壓在離合片上時，引擎動力就會傳導(dǎo)到變速器上，這是我們平時車子開動的情況。斷開發(fā)動機(jī)動力的原理，為了起到斷開動力的作用，壓盤在組裝的時候運(yùn)用了一種特殊的彈簧，這種彈簧叫做膜片彈簧，如果壓迫彈簧中間，彈簧外面會向相反方向移動。膜片彈簧安裝在外殼與壓盤之間，膜片彈簧和壓盤通過分離鉤相連接，按壓彈簧內(nèi)徑部分，壓盤就會從離合片上移開，就此傳向變速器的動力就斷開了。一套液壓系統(tǒng)將離合器踏板的動作傳導(dǎo)到膜片彈簧的中間，當(dāng)膜片彈簧壓下來的時候，動力就斷開了。32離合器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.1離合器結(jié)構(gòu)方案選取2.1.1從動盤數(shù)的選擇此次設(shè)計(jì)所選用的車型是轎車，對乘用車和最大總質(zhì)量小于6t的商用車選取單片離合器。2.1.2壓緊彈簧和布置形式的選取與其他形式的離合器相比，膜片彈簧離合器具有其他類型的離合器不具備的優(yōu)點(diǎn)，所以選取膜片彈簧離合器。2.1.3壓盤的驅(qū)動形式本次設(shè)計(jì)壓盤的驅(qū)動方式選用彈性傳動片傳動驅(qū)動方式。2.2離合器主要參數(shù)的選取2.2.1后備系數(shù)β后備系數(shù)β選取自表2-1。表2-1離合器后備系數(shù)β的取值范圍Tablet.2-1Therangeofthevalueoftheclutchreservecoefficientbeta車型后備系數(shù)β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由于所設(shè)計(jì)的離合器為膜片彈簧離合器，又因?yàn)檗I車的后備功率比較大，有較好的使用條件，宜取較小值，故初取β=1.6。2.2.2單位壓力pp取值與摩擦片材料的關(guān)系見表2-2。單位壓力45表2-2摩擦片單位壓力0p的取值范圍Tablet.2-2Valuerangeofunitpressureoffrictionplate0p摩擦片材料單位壓力0p/MPa石棉基材料模壓0.15～0.25編織0.25～0.35粉末冶金材料銅基0.35～0.50鐵基金屬陶瓷材料0.70～1.50選擇石棉基材料作為摩擦片的材料，為單位壓力0P。離合器滑磨時會產(chǎn)生熱負(fù)荷，熱負(fù)荷必須要降低，防止摩擦片損傷，單位壓力0P的最大范圍為0.15～0.35Mpa，由于已確定單位壓力0P＝0.10Mpa，在規(guī)定范圍內(nèi)，故滿足要求。2.2.3離合器靜摩擦力矩cT為了保證發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩在任何工況下都會被離合器傳導(dǎo)過來，設(shè)計(jì)時cT應(yīng)大于發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，即mNTβTec?400=250×6.1==max2.2.4摩擦因數(shù)f、摩擦面數(shù)Z和離合器間隙t摩擦因數(shù)f的取值與各種摩擦材料的關(guān)系見表2-3。表2-3摩擦材料的摩擦因數(shù)f的取值范圍Tablet.2-3Therangeoffrictionfactorfoffrictionmaterial摩擦片材料摩擦因數(shù)f石棉基材料模壓0.20～0.25編織0.25～0.35粉末冶金材料銅基0.25～0.35鐵基0.35～0.50金屬陶瓷材料0.40摩擦面數(shù)Z的數(shù)量是離合器從動件數(shù)目的兩倍，Z=2。6離合器間隙t?普遍為3～4mm，t?取為3.5mm。3離合器設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1從動盤設(shè)計(jì)3.1.1從動盤轂的設(shè)計(jì)從動盤轂一般選取齒側(cè)對中的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上，花鍵尺寸可按照摩擦片的外徑D與emaxT發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩由表3-1選取。表3-1從動盤轂花鍵的尺寸Tablet.3-1Thesizeofthedrivendischub摩擦片的外徑D/mm發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩maxTe/(N·m)花鍵尺寸擠壓應(yīng)力cσ/MPa齒數(shù)n外徑D'/mm內(nèi)徑d'/mm齒厚t/mm有效齒長L/mm1806910262132011.620010810292342511.122514710322643011.325019610352843510.228027510353244012.530030410403254010.532537310403254511.435047110403255013.0根據(jù)表（3-1）花鍵尺寸取10=n齒數(shù)，外徑D'=35mm,內(nèi)徑d′=28mm，齒厚t=4mm，有效齒長L=35mm，擠壓應(yīng)力cσ=10.2MPa。從動盤轂材料選取鍛鋼（40Cr），同時進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，其擠壓應(yīng)力不應(yīng)大于30MPa，表面和心部硬度在26～32HRC。3.1.2摩擦片的設(shè)計(jì)1）摩擦片基本尺寸的確定7當(dāng)離合器結(jié)構(gòu)形式及摩擦片材料已選定，maxTe發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，β后備系數(shù)和0P單位壓力已知，結(jié)合)1(12330cDfZpTc-=π和maxcTeTβ=，可估算出摩擦片外徑，即D=330emax)-1(fZpT12cπβ（3-1）)(摩擦片外徑mmD也可根據(jù)maxTe發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（m?N）按如下經(jīng)驗(yàn)公式選D=mm8.2302506.14TKmaxD=?=e（3-2）式中，為直徑系數(shù)DK，取值范圍見表3-2。表3-2直徑系數(shù)DK的取值范圍Tablet.3-2TherangeofthevalueofthediametercoefficientDK車型直徑系數(shù)DK乘用車14.6最大總質(zhì)量為1.8～14.0t的商用車16.0～18.5（單片離合器）13.5～15.0（雙片離合器）最大總質(zhì)量大于14t的商用車22.5～24.08表3-3離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)Tablet.3-3Sizeseriesandparametersofclutchfrictionplate外徑D/mm內(nèi)徑d/mm厚度b/mmc=d/D3-1c單位面積1601103.20.6870.6671061801253.50.6940.6671322001403.50.