2T载货汽车离合器的设计

黑龙江工程学院本科生毕业设计离合器是汽车机械传动系统中不可或缺的一个部件，离合器的质量直接关系着车辆的动力性、平顺性、经济性等多方面的设计要求。2计出结构简单、工作可靠、造价低廉的离合器，能大大降低整车生产的总成本，推动汽车经济的发展。膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型汽车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平衡性好。本文主要是对载重2吨轻型汽车的拉式膜片弹簧离合器进行设计。根据车辆使用条件和车辆参数，按照离合器系统的设计步骤和要求。设计主要内容为：离合器结构方案选择，确定车型及其基本参数；离合器摩擦片基本参数确定以及材料的选择；从动盘毂、从动片、传力片结构参数设计计算以及材料的选择；扭转减震器的参数计算，减震弹簧的设计以及确定扭转减震器的材料；离合器盖、压盘尺寸参数设计计算及其材料的选取；分离轴承总成的设计、计算；离合器膜片弹簧的参数设计计算，材料及制造工艺的选择，强度校核关键词:离合器；膜片弹簧；从动盘；压盘；摩擦片黑龙江工程学院本科生毕业设计is an of a is to of of 2T is in a of of in in as of is a 2T to in as he of of of of of to of he he of 摘要. . .选题目的、意义.离合器研究现状.离合器概述.合器主要功能.膜片弹簧离合器优点.拉式膜片弹簧离合器优点.本设计基本内容. .离合器结构方案选择.动盘数的选择.本章小结.摩擦片尺寸及其他参数选择.离合器后备系数的选择.单位压力. 擦片材料选取.摩擦片基本参数优化.本章小结. 能及设计要求.从动盘毂的设计.从动片和波形片的设计.摩擦片与从动片连接方式.本章小结. .扭转减振器的扭转特性.扭转减振器的基本参数确定.减振弹簧参数设计计算.本章小结. .离合器盖设计.离合器压盘结构设计.传动片材料选择与参数设计计算.分离轴承总成组成.分离轴承参数设计计算.本章小结.膜片弹簧的结构特点.膜片弹簧的弹性特征.膜片弹簧的设计及计算.的选择.选择. 、 2 及半径 . 盘加载点半径 1.膜片弹簧的参数计算.膜片弹簧工作点位置的选择.膜片弹簧的强度校核.膜片弹簧材料及制造工艺.本章小结. 35参考文献. 36致谢. 37黑龙江工程学院本科生毕业设计1第1章绪 科学技术发展水平的标志，随着现代生活的节奏越来越快，人们对交通工具的要求也越来越高。汽车作为最普通的交通工具，在日常的生活和工作中起了重要的作用。因此，汽车工业的规模及产品的质量就成为衡量一个国家技术的重要标志之一。对于汽车来说，由于它要求具有自重轻、行驶速度高、加速性好、适于各种路面上甚至无路地区行驶及机动灵活等特点，长期以来，它的发动机都采用内燃机。但是，由内燃机的扭矩转速特性曲线可知，在其整个工作转速范围内扭矩变化小，最低稳定转速较高，不能适应汽车可能遇到的各种行驶条件：如起步、爬坡、通过各种路面和无路地区等。因此，在汽车上需要有一套复杂的传动系统，以使内燃机能适应汽车行驶的需要。现代汽车上常用的是机械传动系统，它是由离合器及变速器、万向节传动轴、主减速器、差速器和驱动车轮的传动装置等部件组成。在上述机械式传动系统中，离合器作为一个独立的部件而存在。它实际上是一种是一种依靠其主、从动件之间的摩擦来传递动力且能分离的机构，它是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成。它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构等四部分组成。义2离合器是2设计的成功与否决定着车辆的动力性、平顺性、经济性等多方面的设计要求。设计出结构简单、工作可靠、造价低廉的离合器，能大大降低整车生产的总成本，推动汽车经济的发展。所以本题设计一款结构优良的2它们的诞生最早可以追溯到1897年。那一年, 20岁的法国人路易 雷诺把并在车上安装了一台他发明的直接传动装置变速箱, 而这就是汽车史上第一台变速箱和离合器。黑龙江工程学院本科生毕业设计2现代汽车工业具有世界性，是开发型的综合工业，竞争也越来越激烈。我国自1953年创建第一汽车制造厂至今，已有130多家汽车制造厂，700多家汽车改装厂。随着我国国民经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，对汽车的使用功能不断提出新的要求。现代汽车上最常用的是机械式传动系统，它是由发动机以及离合器、变速器、万向节传动轴、主减速器、差速器和驱动车轮的传动装置（如半轴）等部件组成。其中离合器是作为一个独立的部件而存在的。离合器是一种分离，接合装置，它在传动系统中起着传扭、分离传动、减振和过载保护多重功用，其品质攸关汽车的性能，对于使用工况复杂、超载严重的中国汽车更是如此。在采用离合器的传动系统中，早期离合器的结果形式是锥形摩擦离合器。虽然其传递扭矩的能力，比相同直径的其他结构形式的摩擦离合器要大。但是，其最大的缺点是从动部分的转动惯量太大，引起变速器换挡困难。而且这种离合器在接合时也不够柔和，容易卡住。其后，在油中工作的所谓湿式的多片离合器逐渐取代了锥形摩擦离合器。但是多片湿式摩擦离合器的片与片之间容易被油粘住（尤其是在冷天油液变浓时更容易发生），导致分离不彻底，造成换挡困难。所以它又被干式所取代。多片干式摩擦离合器的主要优点是接合平顺柔和，保证了汽车的平稳起步。但因片数较多，从动部分的转动惯量较大，还是感到换挡不够容易。同时中间压盘的通风散热不良，易引起过热，加快了摩擦片的磨损甚至烧伤和破裂。如果调整不当还可能引起离合器分离不彻底。多年的实践经验使人们逐渐趋向于采用单片干式摩擦离合器。它具有从动部分转动惯量小，散热性好，结构简单，调整方便，尺寸紧凑，分离彻底等优点。而且只要在结构上采取一定措施，也能使其接合平顺。因此，它得到了极为广泛的应用。如今，单片干式摩擦离合器在结构设计方面也相当完善：采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的接合平顺性；离合器中装有扭转减振器，防止了传动系统的共振，减少了噪音；以及采用了摩擦较小的分离杆机构等。另外，采用了膜片弹簧作为压簧，可同时兼起到分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。膜片弹簧和压盘的环行接触，可保证压盘上的压力均匀。由于膜片弹簧本身的特性，当摩擦片磨损时，弹簧的压力几乎没有改变，且可减轻分离离合器时所需要的踏板力。另外，近年来由于多片湿式离合器在技术上的不段改善，在国外的某些重型牵引汽车和自卸车上又开始采用多片湿式离合器，并有不断增加的倾向。与干式离合器相比，由于用油泵进行强制制冷黑龙江工程学院本科生毕业设计3的结果，摩擦表面的温度较低（不超过 93）。因此，允许起步时长时间地打滑或用高档起步而不致烧损摩擦片，具有良好的起步能力。为了实现离合器的自动操纵，又有自动离合器。采用自动离合器时可以省去离合器踏板，实现汽车的“双踏板”操纵。与其他自动传动系统（如液力传动）相比，它具有结构简单，成本低廉及传动效率高的优点。因此，在欧洲小排量汽车上曾得到广泛的应用。但是在现有自动离合器的各种结构中，离合器的摩擦力矩的力矩调节特性还不够理想，使用性能不尽完善。例如，汽车以高档低速上坡时，离合器往往容易打滑。因此必须提前换如低档以防止摩擦片的早期磨损以至烧坏。这些都需要进一步改善。随着汽车发动机转速和功率的不断提高、汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器结果正逐步地向拉式结果发展，传统的操作形式正向自动操作形式发展。因此，提高离合器的可靠性和使用寿命，适应高转速，增加传递转矩的能力和简化操作，已成为离合器的发展趋势。现代各类汽车上应用最广泛的离合器是干式盘形摩擦离合器。从从动盘数的选择可分为：单片离合器、双片离合器和多片离合器。对于乘用车和总质量小于6动机最大转矩一般不大，在布置条件允许下，离合器通常只设有一片从动盘。从压紧弹簧和布置形式的选择可分为：周置弹簧离合器、中央弹簧离合器、斜置弹簧离合器和膜片弹簧离合器 2 。压盘的驱动方式主要有凸块窗孔式、传力销式、键块式和弹性传动片式等。弹性传动片式是近年来广泛采用的驱动方式，沿圆周切向布置的三四组薄弹簧钢带传动片两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联接。合器在机械传动系中是作为一个独立的总成而存在，它是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成。目前，各种汽车广泛采用的摩擦离合器是一种依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构等四部分组成。合器主要功能离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的部件，用来分离或给发动机与变速器之间的动力传递。其基本功用有三 5 ：黑龙江工程学院本科生毕业设计4第一：在汽车起步时，通过离合器主动部分（和发动机曲轴相连）和从动部分（与变速器第一轴相接）之间的滑磨、转速的逐渐接近，使旋转着的发动机和原来静止的传动系平稳地联接起来，以保证汽车平稳起步。第二：当变速器换档时，通过离合器主从动部分的迅速分离来切断动力传递，以减轻换档时齿轮间的冲击，便于换档。第三：当传给离合器的扭矩超过其所能传递的最大力矩（即离合器的最大摩擦力矩）时，其主从动部分将产生相对滑磨。这样离合器就起着保护传动系防止其过载的作。由于离合器上述三方面的功用，使离合器在汽车结构上有着举足轻重的地位。然而早期的离合器结构尺寸大，从动部分转动惯量大，引起变速器换档困难，而且这种离合器在结合时也不够柔和，容易卡住，散热性差，操纵也不方便，平衡性能也欠佳。因此为了克服上述困难，可以选择膜片弹簧离合器，它的转矩容量大且较稳定，操纵轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。本设计就是设计传动装置中的离合器在设计中对各种离合器类型进行分析，探讨，最后设计出使用于载重量为2 离合器应满足基本要求1）在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载2）结合时要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击3）分离是要迅速、彻底4）从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮件的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损5）应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命6）应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收震动、缓和冲击和降低噪声的能力7）操纵轻便、准确、以减轻驾驶员的疲劳8）作用在从动盘上的总压力和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能9）具有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长10）结构简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等 片弹簧具有较理想的非线性弹性特性，弹簧压力在摩擦片的允许范围内基本保持不变，因为离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；相对圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降，离合器分离时，弹簧压力有所下降，从而降低了踏板力。对于圆柱螺旋弹簧，其压力则大大增加2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小3）高速旋转时，弹簧压力降低很少，性能较稳定；而圆柱螺旋弹簧压紧力则明显下降4）膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长6）膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好 式膜片弹簧离合器具有许多优点：取消了中间支承各零件，并不用支承环或只用一个支承环，使其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更小；拉式膜片弹簧是中部与压盘相压，在同样压盘尺寸的条件下可采用直径较大的膜片弹簧，提高了压紧力与传递转矩的能力，且并不增大踏板力，在传递相同的转矩时，可采用尺寸较小的结构；在接合或分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，分离效率更高；拉式的杠杆比大于推式的杠杆比，且中间支承少，减少了摩擦损失，传动效率较高，踏板操纵更轻便，拉式的踏板力比推式的一般可减少约 %30%25 ；无论在接合状态或分离状态，拉式结构的膜片弹簧大端与离合器盖支承始终保持接触，在支承环磨损后不会形成间隙而增大踏板自由行程，不会产生冲击和噪声；使用寿命更长 2 。过比对各种离合器优缺点，本设计选择单片膜片弹簧离合器。本次设计主要研究内容：以沈阳金杯汽车制造的金麒2汽车最大载质量 1990 车的质量 4350 置发动机最大功率 60动机最大转速 3200 r/大扭矩转速 20002200 r/械、干式、单片、膜片弹簧（拉式）摩擦片最大外径 D=2501 合器设计基本要求在设计离合器时，应根据车型的类别，使用要求制造条件以及“三化”（系列化，通用化，标准化）要求等，合理选择离合器的结构。在离合器的结构设计时必须综合考虑以下几点：1、保证离合器结合平顺和分离彻底。2、离合器从动部分和主动部分各自的连接形式和支承。3、离合器轴的轴向定位和轴承润滑4、运动零件的限位5、离合器的调整。动盘数的选择根据已知条件知道2为对于乘用车和最大总质量小于6动机的最大转矩一般不大，在布置尺寸容许条件下，离合器通常只设有一片从动盘。单片离合器结构简单，轴向尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底，采用轴向有弹性的从动盘可保证接合平顺。设计以沈阳金杯汽车制造的金骐定黑龙江工程学院本科生毕业设计7汽车发动机最大转矩为206 。因此该离合器选取单片干式膜片弹簧离合器。紧弹簧和布置形式的选择离合器的压紧弹簧的结构形式有：圆柱螺旋弹簧、矩形断面的圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧等。可采用沿圆周布置、中央布置、和斜置等布置形式 2 。其中膜片弹簧离合器作为压紧弹簧的膜片弹簧，是由弹簧钢冲压成的，具有“无底碟子”形状的截锥形薄壁膜片，且自其小端在锥面上开有许多径向切槽，以形成弹性杠杆，而其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。膜片弹簧的两侧有支承圈，而后者借助于固定在离合器盖上的一些（为径向切槽数目的一半）铆钉来安装定位。当离合器盖用螺栓固定到飞轮上时，由于离合器盖靠向飞轮，后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形，锥顶角变大，甚至膜片弹簧几乎变平（6 ）。同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。当离合器分离时，分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变，使膜片弹簧大端后移，并通过分离钩拉动压盘移到膜后移使离合器分离。膜片弹簧离合器具有很多优点：1）膜片弹簧具有较理想的非线性弹性特性，弹簧压力在摩擦片的允许范围内基本保持不变，因为离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；相对圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降，离合器分离时，弹簧压力有所下降，从而降低了踏板力。对于圆柱螺旋弹簧，其压力则大大增加。2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小。3）高速旋转时，弹簧压力降低很少，性能较稳定；而圆柱螺旋弹簧压紧力则明显下降。4）膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀。5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长。6）膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点，并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平在不断提高，因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用，而且正大力扩展到载货汽车和重型汽车上，国外已经设计出了传递转矩为80大摩擦片外径达420的膜片弹簧离合器系列，广泛用于轿车、客车、轻型和中型货车上。甚至某些总质量达2832膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高。膜片弹簧离合器的操纵曾经都采用压式机构，即离合器分离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分离指处是承受压力。当前膜片弹簧离合器的操纵机构已经为拉式操纵机构所取代。后者的膜片弹簧为反装，并将支承圈片弹簧的大端附近，使结构简化，零件减少、装拆方便；膜片弹簧的应力分布也得到改善，最大应力下降；支承圈磨损后仍保持黑龙江工程学院本科生毕业设计8与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响。而在压式结构中支承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自由行程。综合各种离合器优缺点，所以选择具有零件数目少，重量轻，非线性特性好，操纵轻便等优点的膜片弹簧离合器，对比两种安装方式选择优点更多，且应用日趋广泛的拉式膜片弹簧离合器。a）自由状态； （b）压紧状态； （c）片弹簧支承形式(a)一般压式操纵 (b)盘的驱动方式压盘的驱动方式主要有凸块窗孔式、传力销式、键块式和弹性传动片式等多种。前三种的共同缺点是在连接件之间都有间隙，在传动中将产生冲击和噪声，而且在零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低了离合器的传动效率。弹性传动片式是近年来广泛采用的驱动方式，沿圆周切向布置的三组或四组薄弹簧钢带传动片两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联结，传动片的弹性允许其作轴向移动。当发动机驱动时，传动片受拉，当拖动发动机时，传动片受压。弹性传动片驱动方式的结构简单，压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，工作可靠，寿命长。但反向承载能力差，汽车反拖时易折断传动片，故对材料要求较高，一般黑龙江工程学院本科生毕业设计9采用高碳钢 2 。经过比对各种驱动方式优缺点本设计选用弹性传动片式。离轴承总成选择分离轴承总成由分离轴承、分离套筒等组成。分离轴承在工作中主要承受轴向分离力，同时还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。以前主要采用推力球轴承或向心球轴承，但其润滑条件差，磨损严重、噪声大、可靠性差、使用寿命低。目前国外已采用角接触推力球轴承，采用全密封结构和高温锂基润滑脂，其端部形状与分离指舌尖部形状相配合，舌尖部为平面时采用球形端面，舌尖部为弧形面时采用平端面或凹弧形断面。轴承外圈与分离套筒外凸缘和外罩壳之间以及内圈与分离套筒内凸缘之间都留有径向间隙，这些间隙保证了分离轴承相对于分离套筒可径向移动1外圈与套筒的断面之间装有波形弹簧，用以将外圈紧紧顶在分离套筒土元的断面上，使轴承在不工作时不会发生晃动。当膜片弹簧旋转轴线与轴承不同心时，分离轴承便会自动镜像浮动到期同心的位置，以保证分离轴承能均匀压紧各分离指舌尖部。这样可减小振动和噪声，减小分离指与分离轴承断面的磨损，是轴承不会出现过热而造成润滑脂的流失分解，延长轴承寿命。另外，分离轴承由传统的外圈转动改为内圈转动、外圈固定不转，有内圈来推动分离指的结构，适适当的增大了膜片弹簧的杠杆比，且由于内圈转动，在离心力的作用下。润滑脂在内、外圈间的循环得到改善，提高了轴承的使用寿命。经比对以及经验选取拉式自动调心式分离轴承装置，所选轴承为7010C。合器的通风散热提高离合器工作性能的有效措施是借助于其通风散热系统降低其摩擦表面的温度。试验表明：在正常使用条件下，摩擦片的磨损随压盘温度的升高而增大，离合器的压盘工作表面的温度一般均在180以下，当压盘工作表面的温度超过180200时，摩擦片的磨损速度将急剧升高。在特别严酷的使用条件下，该温度有可能达到1000。在高温下压盘会翘曲变形甚至产生裂纹和碎裂；由石棉摩擦材料制成的摩擦片也会烧裂和破坏。为防止摩擦表面的温度过高，除压盘应具有足够的质量以保证有足够的热容量外，还应使其散热通风良好。为此，可在压盘上设置散热筋或鼓风筋；在双片离合器中间压盘体内铸出足够多的导风槽，这种结构措施在单片离合器压盘上也开始应用；将离合器盖和压盘设计成带有鼓风叶片的结构；在保证有足够刚度的前提下在离合器盖上开出较多或较大的通风口，以加强离合器表面的通风散热和清除摩擦产生的材料粉末，在离合器壳黑龙江工程学院本科生毕业设计10上设置离合器冷却气流的入口和出口等所谓通风窗，在离合器壳内装设冷却气流的导罩，以实现对摩擦表面有较强定向气流通过的通风散热等。为防止压盘 的受热翘曲变形，压盘应有足够大的刚度。不过膜片弹簧离合器本身构造能良好实现通风散热效果，故不需作另外设置。过确定所选沈阳金杯汽车制造的金骐下面各部件的参数选择与计算打下基础。动部分摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器的静摩擦力矩 12/1 33 （中：合器静摩擦力矩；后备系数；f摩擦因数；Z：摩擦面数；位压力；D摩擦片外径；C内外径之比。通过这个关系式可判断所设计离合器是否合适。摩擦片外径是离合器的重要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命都有决定性的影响。当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩知适当选取后备系数和单位压力估算出摩擦片外径，即 30 12 D e （样也可以根据发动机最大转矩 如下经验公式选用（中： D摩擦片外径，T 发动机最大扭矩，和车型及使用 条件有关的常数设计原始数据：T 片摩擦离合器 A=36由公式（入相关数据，则得： D=239根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，6 “离合器摩擦片尺寸系列和参数”（即4） 160 180 200 225 250 280 300 325 350 380 405 430黑龙江工程学院本科生毕业设计12内径 d/ 110 125 140 150 155 165 175 190 195 205 220 230厚度/ 4 4 4C=d/D 3C 206 132 160 221 302 402 466 546 678 729 908 1037可取：摩擦片有关标准尺寸：外径D=250；内径d=155；厚度h=内径与外径比值C=选择后备系数是离合器设计中的一个重要