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重型卡车
膜片弹簧
离合器
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重型卡车膜片弹簧离合器,重型卡车,膜片弹簧,离合器
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专业课程设计1车辆与交通工程学院课程设计说明书设计类型专业课程设计设计题目离合器设计（采用膜片弹簧）姓名学号院系车辆与交通工程学院专业车辆工程指导教师2018年3月18日专业课程设计2目录第一章绪论211前言212选题的目的213设计要求214设计步骤3第2章离合器的结构设计421车型分析422方案选择4第3章离合器的基本参数的确定631后备系数632单位压力P0634摩擦片外径、内径和厚度7第四章离合器基本参数的优化9第五章离合器零件的结构选型及设计计算1151膜片弹簧主要参数的选择1152膜片弹簧的优化设计1253膜片弹簧的载荷与变形关系1354扭转减振器设计1855减振弹簧的设计1861从动盘毂21表61花健的的选取22第七章参考资料23致谢24专业课程设计3第一章绪论11前言按动力传递顺序来说，离合器应是传动系中的第一个总成。顾名思义，离合器是“离”与“合”矛盾的统一体。离合器的工作，就是受驾驶员操纵，或者分离，或者接合，以完成其本身的任务。离合器是设置在发动机与变速器之间的动力传递机构，其功用是能够在必要时中断动力的传递，保证汽车平稳地起步；保证传动系换档时工作平稳；限制传动系所能承受的最大扭矩，防止传动系过载。为使离合器起到以上几个作用，目前汽车上广泛采用弹簧压紧的摩擦式离合器，摩擦离合器所能传递的最大扭矩取决于摩擦面间的工作压紧力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面状况等。即主要取决于离合器基本参数和主要尺寸。膜片弹簧离合器在技术上比较先进，经济性合理，同时其性能良好，使用可靠性高寿命长，结构简单、紧凑，操作轻便。12选题的目的本次设计，我将取得如下成果1、设计说明书（1）离合器各零件的结构；（2）离合器主要参数的选择与优化；（3）膜片弹簧的计算与优化；（4）扭转减振器的设计；（5）离合器操纵机构的设计计算。2、图纸有扭转减振器、摩擦片、膜片弹簧、离合器总成。13设计要求根据离合器的功用，它应满足下列主要要求1能在任何行驶情况下，可靠地传递发动机的最大扭矩。为此，离合器的摩擦力矩（）应大于发动机最大扭矩（）；CTMAXET2接合平顺、柔和。即要求离合器所传递的扭矩能缓和地增加，以免汽车起步冲撞或抖动；3分离迅速、彻底。换档时若离合器分离不彻底，则飞轮上的力矩继续有一部份传入变速器，会使换档困难，引起齿轮的冲击响声；专业课程设计44从动盘的转动惯量小。离合器分离时，和变速器主动齿轮相连接的质量就只有离合器的从动盘。减小从动盘的转动惯量，换档时的冲击即降低；5具有吸收振动、噪声和冲击的能力；6散热良好，以免摩擦零件因温度过高而烧裂或因摩擦系数下降而打滑；14设计步骤1熟悉离合器结构及相关理论知识。2根据所给题目进行车型分析，道路情况分析，所设计部件型式分析，进行主要参考型选择以及设计计算。3绘制离合器总成装配图。4绘制主要零件图。5编写设计说明书。6答辩。专业课程设计5第2章离合器的结构设计为了达到计划书所给的数据要求，设计时应根据车型的类别、使用要求、制造条件，以及“系列化、通用化、标准化”的要求等，合理选择离合器结构。21车型分析表21发动机原始数据发动机型号YC6112LQ汽车最大总质量15500KG发动机最大功率199KW发动机最大扭矩1080NM22方案选择221压紧弹簧布置形式的选择离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。膜片弹簧与其他几类相比又有以下几个优点9（1）由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。当离合器分离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力；（2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；（3）高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显下降；（4）由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，可提高使用寿命；（5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长；（6）平衡性好；（7）有利于大批量生产，降低制造成本。专业课程设计6但膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材料质量和尺寸精度要求高，其非线性特性在生产中不易控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。近年来，由于材料性能的提高，制造工艺和设计方法的逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。因此，我选用膜片弹簧式离合器。专业课程设计7第3章离合器的基本参数的确定摩擦离合器是靠主、从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TC为TCFFZRC式中，F为摩擦面间的静摩擦因数，计算式一般取025030；F为压盘施加在摩擦面上的工作压力；RC为摩擦片的平均摩擦半径；Z为摩擦面数，单片离合器的Z2，双片离合器的Z4。为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时TC应大于发动机最大转矩，即TCTEMAX式中，TEMAX为发动机最大转矩；为离合器的后备系数，定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，必须大于1。31后备系数后备系数是离合器设计中的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时，应考虑到摩擦片在使用中磨损后离合器仍能可靠地传递发动机最大转矩、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系统过载以及操纵轻便等因素各类汽车离合器的取值范围见表31。表31离合器后备系数的取值范围车型后备系数乘用车及最大总质量小于6T的商用车120175最大总质量为614T的商用车150225挂车180400通常货车12175。结合设计实际情况，故选择2。专业课程设计832单位压力P0单位压力P0决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。当摩擦片采用不用的材料时，P0取值范围见表32。表32摩擦片单位压力的取值范围摩擦材料摩擦因数F模压020025石棉基材料编织025035铜基025035粉末冶金材料铁基030050金属陶瓷材料04P0选择010P0150MPA,本次设计选取P0025MPA。石棉基材料，编织。33摩擦片的摩擦因数F摩擦片的摩擦因数F取决于摩擦片所用的材料及基工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。可由表33查得表33摩擦材料的摩擦因数的取值范围摩擦材料摩擦因数F模压020025石棉基材料编织025035铜基025035粉末冶金材料铁基030050金属陶瓷材料04F选择010F150MPA,本次设计选取F025MPA，石棉基材料，编织。摩擦面数Z为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸。本题目设计三片离合器，因此Z6。专业课程设计9离合器间隙T是指离合器处于正常接合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全接合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。该间隙T一般为34MM。取T4MM。34摩擦片外径、内径和厚度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TEMAX已知，适当选取后备系数和单位压力P0，可估算出摩擦片的外径，即33MAX12CFZDTE代入数据计算得，D382MM，由下表34将离合器摩擦片外径标准化。表34离合器摩擦片尺寸系列和参数外径DMM160180200225250280300325350380405内径DMM110125140150155165175190195205220厚度/MM323535353535353544431C06870694070006670620058905830585055705400543DD06760667065707030762079608020800082708430840单面面积CM21061321602213024024665466787299085430420405CMBDM、专业课程设计10第四章离合器基本参数的优化设计离合器要确定离合器的性能和参数和尺寸参数，这些参数的变化直接影响离合器的工作性能和结构尺寸。这些参数的确定在前面是采用先初选、后校核的方法。下面采用优化的方法来确定这些参数。（1）摩擦片外径D（MM）的选取应使最大圆周速度不超过6570M/S，即0V（41）SMSNVED/765/41052610633MAX式中，为摩擦片最大圆周速度（M/S）；为发动机最高转速R/MIN。MAXEN（2）摩擦片的内、外径比应在053070范围内，即C706530（3）为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，不同车型的值应在一定范围内，最大范围为1240。（4）为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径D必须大于减振器振器弹簧位置直径约50MM，即02RMM502RD（5）为反映离合器传递的转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即（42）020394CCCTDDZT式中，为单位摩擦面积传递的转矩NM/MM2，可按表41选取0CT经检查,合格。表41单位摩擦面积传递转矩的许用值离合器规格210250325201/CT028030035040（6）为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，对于不同车型，单位压力的最大范围为011150MPA,即0PMPAMPAMPA10250P01专业课程设计11（7）为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤,离合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值,即（43）24DDZW式中,为单位摩擦面积滑磨J/MM2；为其许用值J/MM2，对于最大总质量大于60T商用车J/MM2W为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨50功（J），可根据下式计算（44）20218GRAEIMN式中，为汽车总质量KG；为轮胎滚动半径（M）；为汽车起步时所用变速器AMRGI挡位的传动比；为主减速器传动比；为发动机转速R/MIN，计算时商用车取0IENR/MIN。其中MKG代入式（44）得1501769135GI60R4325AJ，代入式（43）得，合格。2743W27专业课程设计12第五章离合器零件的结构选型及设计计算51膜片弹簧主要参数的选择511比较H/H的选择此值对膜片弹簧的弹性特性影响极大，分析载荷与变形1之间的函数关系可知，当时，F2为增函数；时，F1有一极值，而该极值点又恰为拐点；HH2HH时，F1有一极大值和极小值；当时，F1极小值在横坐标上，见图51。1232/HH2/H2/HH45/图51膜片弹簧的弹性特性曲线为保证离合器压紧力变化不大和操纵方便，汽车离合器用膜片弹簧的H/H通常在152范围内选取。常用的膜片弹簧板厚为24MM，本设计，H4MM，2HH则H8MM。512R/R选择通过分析表明，R/R越小，应力越高，弹簧越硬，弹性曲线受直径误差影响越大。汽车离合器膜片弹簧根据结构布置和压紧力的要求，R/R常在1213的范围内取值。本设计中取，摩擦片的平均半径MM，取251RR25164DDRCCRR专业课程设计13MM则MM取整MM则。157R25196R197R251R513圆锥底角汽车膜片弹簧在自由状态时，圆锥底角一般在范围内，本设计中159得在之间，合格。分离指数常取为RRHRARCTN3118，大尺寸膜片弹簧有取24的，对于小尺寸膜片弹簧，也有取12的，本设计所取分离指数为18。514切槽宽度MM，MM，取MM，MM，应满足53211092531102ER的要求。ER515压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定1R1R应略大于且尽量接近R，应略小于R且尽量接近R。本设计取MM，1R1195MM。膜片弹簧应用优质高精度钢板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。国内60常用的碟簧材料的为60SIZMNA，当量应力可取为16001700N/MM2。516公差与精度离合器盖的膜片弹簧支承处，要具有大的刚度和高的尺寸精度，压力盘高度（从承压点到摩擦面的距离）公差要小，支承环和支承铆钉安装尺寸精度要高，耐磨性要好。52膜片弹簧的优化设计（1）为了满足离合器使用性能的要求，弹簧的与初始锥角应在HHRRH一定范围内，即专业课程设计14261HH1539RR（2）弹簧各部分有关尺寸的比值应符合一定的范围，即201R105987HR（3）为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，推式膜片弹簧的压盘加载点半径（或拉式膜片弹簧的压盘加载点半径）应位于摩擦片的平均半径与外半径之间，1R1R即推式24/1DRD拉式520/6591R（4）根据弹簧结构布置要求，与，与之差应在一定范围内选取，即1F021R630R0F（5）膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用，因此杠杆比应在一定范围内选取，即推式54321RRF拉式0951F由（4）和（5）得MM，MM。6FR640R53膜片弹簧的载荷与变形关系碟形弹簧的形状如以锥型垫片，见图52，它具有独特的弹性特征，广泛应用于机械制造业中。膜片弹簧是具有特殊结构的碟形弹簧，在碟簧的小端伸出许多由径向专业课程设计15槽隔开的挂状部分分离指。膜片弹簧的弹性特性与尺寸如其碟簧部分的碟形弹簧完全相同（当加载点相同时）。因此，碟形弹簧有关设计公式对膜片弹簧也适用。通过支承环和压盘加在膜片弹簧上的沿圆周分布的载荷，假象集中在支承点处，用F1表示，加载点间的相对变形（轴向）为1，则压紧力F1与变形1之间的关系式为（51）21121211HRR2HRRR/IN6EHF图52膜片弹簧的尺寸简图表51膜片弹簧弹性特性所用到的系数RRR1R1HH19715719516084代入（51）得（52）1213117690528FF对（52）式求一次导数，可解出1F1的凹凸点，求二次导数可得拐点。凸点MM时，N541476凹点MM时，N829301F拐点MM时，N7152、当离合器分离时，膜片弹簧加载点发生变化。设分离轴承对膜片弹簧指所加的载荷为F2，对应此载荷作用点的变形为2。由（53）1112370FRRFF专业课程设计16（54）1127RRF列出表52表52膜片弹簧工作点的数据141598272112126511891F127683473014410035342472429270153371308膜片弹簧工作点位置的选择。从膜片弹簧的弹性特性曲线图分析出，该曲线的拐点H对应着膜片弹簧压平位置，而。新离合器在接合状态时，膜211NMH片弹簧工作点B一般取在凸点M和拐点H之间，且靠近或在H点处，一般,以保证摩擦片在最大磨损限度范围内压紧力从F1B到F1A变H1B108化不大。当分离时，膜片弹簧工作点从B变到C，为最大限度地减小踏板力，C点应尽量靠近N点。为了保证摩擦片磨损后仍能可靠的传递传矩，并考虑摩擦因数的下降，摩擦片磨损后弹簧工作压紧力应大于或等于新摩擦片时的压紧力，见图53AF1B1。37膜片弹簧的应力计算假定膜片弹簧在承载过程中其子午断面刚性地绕此断面上的某中性点O转动（图34）。断面在O点沿圆周方向的切向应变为零，故该点的切向应力为零，O点以外的点均存在切向应变和切向应力。现选定坐标于子午断面，使坐标原点位于中性点O。令X轴平行于子午断面的上下边，其方向如上图所示，则断面上任意点的切向应力为（55）XEY2/1E2T专业课程设计17图53膜片弹簧工作点位置式中碟簧部分子午断面的转角（从自由状态算起）碟簧部分子有状态时的圆锥底角E碟簧部分子午断面内中性点的半径E（RR）/INR/R（56）为了分析断面中断向应力的分布规律，将（314）式写成Y与X轴的关系式（57）EE1XE12YT2T2T图54切向应力在子午断面的分布由上式可知，当膜片弹簧变形位置一定时，一定的切向应力T在XY坐标系里呈线性分布。当时，因为的值很小，我们可以将看成0TX2Y22专业课程设计18，由上式可写成。此式表明，对于一定的零应力分布在中性2TGX2TGY点O而与X轴承角的直线上。从式（316）可以看出当时无论取任何2EX值，都有。显然，零应力直线为K点与O点的连线，在零应力直线内E侧为压应力区，外侧位拉应力区，等应力直线离应力直线越远，其应力越高。由此可知，碟簧部分内缘点B处切向压应力最大，A处切向拉应力最大，分析表明，B点的切向应力最大，计算膜片弹簧的应力只需校核B处应力就可以了，将B点的坐标X（ER）和YH/2代入（317）式有（58）2212HDRERETB令可以求出切向压应力达极大值的转角0DTREP由于MM241765/9LN1LRRE所以，N/MM220P473TBB点作为分离指根部的一点，在分离轴承推力F2作用下还受有弯曲应力（59）RFRBHBN6式中N分离指数目N18BR单个分离指的根部宽MM82617820因此N/MM209RB由于RB是与切向压应力TB垂直的拉应力，所以根据最大剪应力强度理论，B点的当量应力为N/MM259137204869TBRBJN/MM27JJ膜片弹簧的设计应力一般都稍高于材料的局限，为提高膜片弹簧的承载能力，一般要经过以下工艺先对其进行调质处理，得到具有较高抗疲劳能力的回火索氏体，对膜片弹簧进行强压处理（将弹簧压平并保持1214H），使其高应力区产生塑性变专业课程设计19形以产生残余反向应力，对膜片弹簧的凹表面进行喷丸处理，提高弹簧疲劳寿命，对分离指进行局部高频淬火或镀铝，以提高其耐磨性。故膜片弹簧和当量应力不超出允许应力范围，所以用设数据合适。54扭转减振器设计减震器极转矩NM2160MAXEJT摩擦转矩NM8370U预紧转矩NM5MAXEN极限转角12J扭转角刚度NM/RAD803JTK55减振弹簧的设计551减振弹簧的安装位置，275060DR结合MM，得取77MM，则。502RD0552全部减振弹簧总的工作负荷ZPN28051RTJ553单个减振弹簧的工作负荷PN723Z式中Z为减振弹簧的个数，按表53选择取Z12专业课程设计20表53减振弹簧个数的选取摩擦片的外径D/MM225250250325325350350Z466881010图55扭转减振器554减振弹簧尺寸（1）选择材料，计算许用应力根据机械原理与设计机械工业出版社采用65MN弹簧钢丝，设弹簧丝直径MM,MPA,MPA。8536D1620B8105B（2）选择旋绕比，计算曲度系数根据下表选择旋绕比表54旋绕比的荐用范围D/MM4021526517428C17209446确定旋绕比，曲度系数04CCK（3）强度计算专业课程设计21MM，与原来的D接近，合格。782CKFDJ中径MM；外径MM2D352D（4）极限转角取，则MM1ARCSIN20RLJ8J74210L（5）刚度计算弹簧刚度MM463521LFK其中，为最小工作力，2F10弹簧的切变模量MPA，则弹簧的工作圈数8G3504831KCGDFNL取，总圈数为4N61N（6）弹簧的最小高度MM28MINDL（7）减振弹簧的总变形量MM96KPL（8）减振弹簧的自由高度MM5387MIN0LL（9）减振弹簧预紧变形量MM01KZRTL（10）减振弹簧的安装高度MM3710L（11）定位铆钉的安装位置取MM，则，MM，MM，合格。102R8J42L46351K124N专业课程设计22第六章离合器输出轴的设计61从动盘毂从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受由发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对中的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的尺寸可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩由表61选取MAXET表61花健的的选取花健尺寸摩擦片的外径/MMD/NMMAXET齿数N外径/MMD内径/MMD齿厚/MMT有效齿长L/MM挤压应力/MPAC160491023183209818069102621320116200108102923425111225147103226430113250196103528435102280275103532
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