重型自卸汽车离合器设计【优秀机械毕业设计论文】
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重型
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离合器
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机械
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论文
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文档包括:
说明书一份。45页，15400字。
开题报告一份。
外文翻译一份。
图纸共3张，如下所示
A0-离合器总成.dwg
A0-离合器踏板.dwg
A1-传动轴.dwg
- 内容简介：
-
1 外文资料翻译 F is to of In is It of to is of AD is of it AD is AD is in AP is to to to us to a a of be to to to of it be to 2 of So it a is DB to an In to in DB as to a At of DB to DB DB is up to of of of of In in of be by of is so it be as t be to by -P or by of of so it in to up if it it of of At of of is DT is In to to is to to to on AD is a of At of of is 3 of is DT by of of of is to to of At of of is of of of by -L of by in of be to to of of to in of by So s be It of AD of to a of of of is to in + to it to 4 to of it O NC of is so NC no in in to as as in of is is by of of is In of in in a of a As an MT by of is in on of of in 5 in as in of of A is of MT on of be in of A is on of is to by to of in as as of of to It by of is to be in In of is as a as a be A is in of is a is to By of a of be It be by of a is to of an is of to of of a of of is a 6 a to be by It is by of is of In in of In z by is as an In in of in a is to in by of in of in of is to to of is to MC a of It is of MC in ID of an be in a of in As an of 7 is by of of of C in on X is to as It is by By in is be of of In a on of MT is a 8 汽车离合器 统的研究与设计 离合器是用来传递和切断从发动机传来的动力的一种机构。在汽车上， 它和发动机的飞轮相连接，切断和平稳地实现发动机和变速器之间的动力传递。如何合理、高效、快捷地设计离合器一直是国内外离合器厂家追求的目标， 诞生将此希望变为可能。汽车 直是 术的先驱， 术最先是应用在汽车工业上，而且与 来越不可分割，集成化正成为现实。研究如何应用计算机来辅助设计汽车离合器，以及如何设计开发出一个实 用的、先进的汽车离合器 统 简称 为实现汽车离合器集成设计制造系统打下一个坚实的系统框架，正是本文的目的。 汽车离合器 统首先必须能够辅助工程设计人员设计离合器、其次能够辅助设计人员分析设计的离合器、最后还能够很好的组织和管理设计过程中的数据。从长远考虑它还应该能够辅助生产车间制造新产品、管理人员管理整个产品的生命周期，所以必须有一个核心能够将这些子系统集成在一起。工程数据库正是在这种需求下诞生的，以工程数据库为核心构建 成 了必然的趋势。为今后汽车离合器 统的扩充和发展，以及逐步实现建一个坚实的框架， 统同样也需要以工程数据库为核心将个设计和管理子系统集成为一个整体。本文第三章对工程数据库技术进行研究，并对汽车离合器 统的工程数据库设计进行了讨论，按全局库、项目库和设计库的组织结构创建了汽车离合器工程数据库。 传统的汽车离合器设计基本上是选择后备系数、离合器型式、设计摩擦片、设计草图、设计装配总成、设计各零件。在国内，这些过程基本上都是 9 人工进行的，但近些年来，随着计算机辅助绘图软件如 司的应用，工程图的绘制基本上可在计算机上进行。用这种二维工程图的模型，计算机只能辅助工程设计人员绘制工程图纸，无法对零部件进行分析，这种模型描述能力低下。随着线框建模技术、基于曲面或实体建模技术的出现，零部件在计算机中将以三维的方式表示，它能够很好地辅助工程设计人员设计和分析零部件。但这种模型缺乏对产品零部件信息的完整描述， 从而导致计算机辅助设计系统、制造系统和分析系统集成困难。特征建模技术正好能够弥补这种缺陷，而将特征建模技术和参数化建模技术结合起来则 既能提高产品模型的描述能力 又能够提高产品模型的快速修改能力。本文第 四章对参数化特征建模技术进行研究，并用参数化特征建模技术在 公司的 称 件上对汽车离合器零部件建立了产品模型。 为使汽车离合器 统辅助设计人员更快地开发离合器新产品，让计算机模拟工程设计人员根据原有的产品模型进行变型设计是 统智能化的一个表现。智能 一个发展方向。本文的第五章对变型设计技术进行了研究，并应用参数表驱动和特征抑制技术在 实现了汽车离合器零部件的智能化变型设 计。 汽车离合器 统除了具有一定的集成化和智能化之外还应该具有一定的自动化，也就是说系统能够根据设计要求自动地设计离合器、并对离合器的一些基本参数和零部件进行校核分析和优化。本文的第六章对离合器的结合模型进行了分析，推导出了一些基本参数设计计算公式 ;对膜片弹簧的工作情况进行了分析，运用当前国际上比较认可的 对膜片弹簧的载荷变形特性和应力应变特性进行了仿真计算。汽车离合器基本参数优化和膜片 弹簧的优化均采用复合形优化算法，其中设计目标、设计约束和设计变量的初始值，设计人员可以根据实际要求改变。根据设计和优化了的离合器的基本参数、离合器的型式、初始条件，采用实例推理法和设计模板法初步设计离合器的各零部件，并自动将其装配起来，形成离合器零部件及装配模型的设计模板。设计模板是通过智能化实例推理技术从现有的实例中推理而来， 然后用户则在此基础上采用交互的方式逐步改进、往复设计，直到满足设计要求为止。因此这样既发挥了计算机的辅助作用，也充分地扩展了人的主动地位，真正地实现了自动化设计和交互式设计相结合。 10 如何真正地实现如此复杂和先进的汽车离合器 统，这不仅需要许多的汽车离合器设计和 面的专业知识，更需要很高的计算机软件设计和计算机应用水平。本人还对面向对象的程序设计方法和当前的 作系统进行了研究，学习了多种程序设计语言和一些软件开发工具。运用软件工程的理论对 统进行了需求分析、功能结构分析、流程图分析、方案设计、模块设计。运用面向对象的程序设计方法、多种程序设计语言，用 +开发工具设计并实现了汽车离合器 统。一汽东光离合 器厂已经大量应用该系统，实践证明 统能够很好的辅助设计人员设计离合器、能显著地提高离合器产品的设计能力、大大缩短离合器产品的开发周期，而且系统具有很高的稳定性和可扩充性。 汽车 动离合器接合过程的动力学与控制研究 随着中国加入 国汽车零部件企业面临着越来越大的压力和挑战， 全球性的跨国汽车及零部件公司正逐渐地入侵中国这一个世界上最大也是最后一个潜在汽车市场。国内汽车行业尤其是汽车零部件与跨国公司相比，无论是从规模、资金实力、研发能力、还是管理水平上看，都不在一个数量级上。国内零 部件企业为了生存下去，必须从某个方面有所突破，形成一定的竞争优势。过去，一直在国家关税政策保护卜生存的中国汽车这一竞争行业的企业， 面临着生存的危机，竞争力弱的很重要的一个原因就是产品开发速度慢，水平低。究其原因，有的是开发手段落后，有的是经验不足，有的是开发人员素质达不到客观要求，还有一个重要的原因，就是我们产品开发的方式的落后。 与液力自动变速器 (无级变速器 (比，机械自动变速器 ( 的制造成本要低得多，且结构简单，安装方便，市场潜力巨大。作为 系统中的一个重要功能模块，当前 自动离合器在技术开发中存在的主要问题包括 :复杂工况下起步失败、冲击剧烈、换档不平稳、摩擦片寿命缩短和响应迟滞过大等。本文围绕问题的关键，即离合器接合过程瞬态响应作了深入的理论分析和试验研究 发动机、膜片弹簧、伺服执行机构等具有强非线性特性，这给自动离合器系统最佳瞬态响应的控制设计带来困难。本文提出以系统综合的方法来研 11 究 动离合器的非线性动力学与控制。根据汽车传动系统动力学原理，被控主系统可以分统和传动系统。本文首次将 稳定性理论和参考模型自适应控制结合并应用于发动机的状态监测。发动机监测 器以精确的转速预测为前提，通过构建扁平化神经网络预测模型，并根据遗忘因子思想改进快速递推算法，既减少网络权矩阵的计算量，又充分发挥神经网络算法对非线性和非平稳系统的自学习能力。比较分析表明，改进算法可以确保发动机状态监测是可靠和有效的。在建模过程中，膜片弹簧的载荷变形关系通常作为“黑箱”问题，使得许多精确控制策略无法应用。为此，本文进一步发展了 ，推导出离合器接合过程中膜片弹簧的载荷变形非线性数学模型，解决了“黑箱”的精确建模问题。通过协调二个子系统的控制量，可以得到一个综合最优 动态响应。系统综合为直接根据整车性能设计反馈控制器提供了方便，而且为解决“分层”控制思路带来的响应延迟和不精确性开辟了一条有效的途径。 冲击度和滑摩功这两个与传动系统状态有关的性能指标相互制约。本文采用最小值原理进行多目标最优控制，首次得到以解析式表达的多目标综合最优轨线。综合最优控制的真实意义在于给出了系统的最优性能。为使控制系统不受系统不确定性因素和外界千扰的影响，设计了鲁棒性强的滑模控制器，保证系统能够跟踪综合最优轨线。数值仿真表明，当高速开关阀的节流孔流量系数、摩擦片的磨损量、摩擦系数、传动系的弹 性系数等因素在允许范围内变化时，滑模控制器的跟踪误差远低于一般的 制器。 微分几何理论为非线性动力系统的分析提供了有力的工具。针对这一典型的仿射非线性系统，通过反馈线性化方法构建微分流形，得到原系统的相伴形。仿真和试验结果表明，该方法能简化控制系统的设计，对工程应用具有实际意义。在实施非线性控制中，本文首次将 算子及其在频域上对应的变换引入到汽车电子控制领域。与常规的之算子相比，当采样周期趋于无穷小时， 算子的数字迭代格式精度更高，稳定性更好。本文以非线性滑模控制器为实例，从理论和工程应用两个方面探讨 了 算子离散化控制的实现格式、误差分析、以及稳定性。这种方法在高频采样系统中具有工业应用优势，丰富了其新的应用领域。 作为本项工作的重点之一，本文分别对自动离合器系统的虚拟样机仿真和实车试验。利用大型系统动力学分析软件 发出自动离合器系 12 统的虚拟样机模型，通过虚拟试验分析离合器接合过程瞬态响应的理论预测结果，为实车试验所需的液压执行器和计算机控制器的设计提供了可靠而有效的依据。自动离合器控制器包括传感器、微处理器及其接口 ;执行器为液压机构。所有试验都在 X 轿车上实车进行，重点考 察小油门、大载荷、高档位、上坡等高难度工况。试验结果表明，本文实施的控制策略使自动离合器的接合过程具有良好的动态特性，对人的主观意图、汽车多变的工况和复杂的行驶环境具有自适应能力，能够保证发动机不熄火，车辆平稳起步和换档，滑磨过程缩短，执行机构响应迅速。仿真和实验结果均表明，本文提出的分析方法和控制技术能够显著提高 动离合器的工作性能，为该技术的进一步产品化开发奠定了基础。 河南科技大学毕业设计（论文）开题报告 （学生填表） 院系： 车辆与动力工程学院 2013 年 4 月 15 日 课题名称 重型自卸汽车设计（离合器设计） 学生姓名 耿忠忠 专业班级 车辆 093 课题类型 工程设计 指导教师 曹艳玲 薛运起 职 称 副 教授 高工 课题来源 结合生产 1. 设计（或研究）的依据与意义 选题依据：随着科技的飞速发展，特别是液压技术、电子技术在汽车领域的广泛应用，汽车传东西发生了巨大的变化。作为传动系重要组成部 件之一的离合器总成，担负着传力、减震和防止系统过载等重要作用。伴随着自动变速器技术及与之相匹配的离合器技术的完善，离合器产品不论是性能结构方面还是生产制造方面都发生了很大变化。 研究意义：随着汽车运输业的发展，离合器还在原有的基础上不断提高改进，以适应新的私用条件。随着汽车发动机转速功率的不断提高和汽车电子技术的告诉发展，让你们对离合器的要求越来越高，离合器的使用条件也越来越苛刻。从提高离合器性能的角度出发，传统的操纵形式正在向自动曹总形式发展。因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动 机的高转速，增加离合器传递转矩的能力和简化操作，已成为离合器目前发展趋势。 2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 国内：我国汽车离合器企业与国外企业相比处于明显劣势。在劳动力成本、售价、守候服务、客户关系和供应商关系等方面，我国企业处于明显优势；在市场营销能力、采购成本和交货期方面，我企业与国外竞争者基本持平；在品牌价值、产品技术含量、产品质量、规模效应、生产效率、技术水品、研发能力和员工素质方面，我国企业和国际同类先进企业相比差距较大。在产品技术方面、国内汽车离合器企业经过不断地产品结构调整 ，国产 膜片 弹簧 离合器 的品种 已经能全面覆盖国内重、中、轻、轿、微及农用等车型的需求，跟踪国内外动力传动系统技术，研发洗衣袋产品也取得了可喜成果，如双质量飞轮、液力变矩器、适用于 300 马力以上动力配备的由 430 拉式膜片弹簧离合器都获得了成功。 国外：从国外的发展动向看，今年来汽车的性能在向高速发展，发动机的功率和转速不断提高，载重汽车趋向大型化，国内也有类似的情况。 3. 课题设计（或研究）的内容 （ 这一部分只要 将 任务书电子文档 的“主要研究内容”那一栏 复制过来即可） （ 1）设计内容： 参考 同类重型 货车，完成所要求条件的 重型汽车离合器 总成设计。绘制 离合器 的总装配图、部件图和部分零件图；装配图及主要零部件工作图不少于 3 张零号图纸 ，其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的 1 号图纸，同时至少折合 1 号图幅以上的图纸用手工绘制。 （ 2）计算内容：进行 离合器 设计的方案分析论证，并完成 离合器 的设计计算（应有必要的数据和图标）。 （ 3）设计说明书：不少于 12000 字，阅读参考文献不少于 15 篇；撰写中英文摘要，中文摘要 400，英文摘要 300实词，关键词一般 4，设计说明书全部用计算机打印。 （ 4）外文翻译：完成不少于 10000 印刷字符的外文翻译（并附原文）。 4. 设计（或研究）方法 （ 1）调研，搜集、分析资料，确立并论证方案； （ 2）类比法，参照同类车型，初选 后桥 设计基本参数； （ 3）实物参观，测量； （ 4） 进行 后桥设计 的方案分析论证，并完成 后桥的主减速器、差速器、半轴等 设计计算 ； （ 5）计算，校核设计零件，使设计满足使用要求； （ 6）计算机主要零部件图纸设计。 5. 实施计划 5 周： 调研、收集、分析资料； 6 周： 全组集体讨论，制定、确定总体方案； 79 周： 完成主要总图设计； 1012 周：完成零件图、部件图、设计说明书等； 13 周： 整理图纸及全部设计资料，上交所有设计资料； 14 周： 审核、互审评阅设计； 15 周： 答辩，评定成绩。 指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 研究所（教研室）意见 教研室主任签字： 年 月 日 1 重型自卸汽车设计（离合器设计） 离合器装在发动机与变速器之间，汽车从启动到行驶的整个过程中，经常需要使用离合器。它的作用是使发动机与变速器之间逐渐接合，从而保证汽车平稳起步；暂时切断发动机与变速器之间的联系，以便于换档和减少换挡时的冲击；当汽车紧急制动时能起分离作用，防止变速器等传动系统过载，起到一定的保护作用。离合器类似开关，接合或断离动力传递作用，因此，任何形式的汽车都有离合装置，只是形式不同而已。其结构是否合理，性能是否与整车匹配，直接关系到汽车的操纵性、动力性及经济性。本说明书主要研究离合器与整车的 匹配性设计，具体内容做了以下几个方面 ： （ 1） 根据设计的要求完成了汽车的总体设计，并且对汽车的结构型式和主要参数进行了选择。 （ 2） 对离合器的结构方案进行了分析对比，选择离合器形式。 （ 3） 根据前面的汽车总体设计，对离合器基本尺寸、参数进行了选择。 （ 4） 对离合器零部件进行选型、匹配性设计和校核计算。 （ 5） 对离合器操纵系统的设计。通过对机械式操纵系统和液压式操纵系统特点的分析，并选取了液压式操纵系统，对其进行了设计和尺寸计算。 关键词 ：离合器，螺旋弹簧，匹配 2 he to to is s is so on to s is is is or to is to of of of on of to of to of to of of a to of A to s, on 3 t ey 4 目 录 第一章 前言 .二章 离合器主要参数的选择 . 离合器的静摩擦力矩 . 离合器的静摩擦力矩与发动机最大转矩的基本性能关 离合器基本结构尺寸和参数的选择 . 合器后备系数 的确定 . 5 擦系数 的确定 .。 . 擦片半径 D 的确定 . 位压力的确 定 . . 8 第三章 离合器的结构设计与计算 . 从动盘总成 . 从动盘总成设计 . 动盘钢片 . 动盘毂 . 动盘摩擦片 . 压盘和离合器盖 . 压盘设计 . 压盘传力机构的设计 . 离合器盖的设计 . 圆柱螺旋弹簧的设计 . 扭转减振器的设计 .四章 操纵机构的设计计算 . 离合器操纵机构的基本要求与常用结构类型 . 对离合器操纵机构的基本要求 . 常用离合器操纵机构的类型 . 离合器操纵机构主要的参数的确定与设计 .五章 传动轴的设计与计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 第六章 结论 .5 参考文献 .谢 .文 资料译文 .一章 前 言 汽车诞生之前马车是人类最好的陆上交通工具。 1770 年法国人尼古拉斯古诺（ 1725 1804）将蒸汽机装在板车上，制造出第一辆蒸汽板车，这是世界上第一辆利用机器为动力的车辆。 1769 年，瑞士军官普兰捷尔也造出一辆以蒸汽机为动力的额自由行驶的板车，于是有人将普兰捷尔也认定为汽车的始祖之一。 1860 年，法国人艾蒂勒努瓦发明了一种内部燃烧的汽油发动 机。 6 1885 年德国工程师卡尔奔驰（ 1844 1929）在曼海姆制成一部装有 力汽油机的三轮车。德国另一位工程师戈特利布戴姆勒（ 1834 1900）也同时造出了一辆用 力汽油机作动力的三轮车。他们俩被公认为以内燃机为动力的现代汽车的发明者， 1886 年 1 月 29 日也被公认为汽车的诞生日。 汽车从无到有并迅猛发展。从 20 世纪初至 20 世纪 50 年代，汽车产量大幅增加，汽车技术也有很大进步，相继出现了高速汽油机、柴油机；弧齿锥齿轮和准双面锥齿轮传动、带同步器的齿轮变速器；化油器；差速器；摩擦片式离合器；等速 万向节；荻第安后桥半独立悬架；液压减振器；艾克曼式转向结构；石棉制动片；充气式橡胶轮胎等。 20 世纪 50 年代至 70 年代，汽车的主要技术是高速、方便、舒适。流线型车身、前轮独立悬架、液力自动变速器、动力转向、全轮驱动、低压轮胎、子午线轮胎都相继出现。 20 世纪 70 年代至今，汽车技术的主要发展是提高安全性、降低排放污染。由此各种保障安全、减少排放污染的新技术、新车型相继出现，如各种防抱死系统、电子控制喷油、电子点火、三元催化转化系统、电动汽车等。 现代汽车技术发展的方向主要表现在以下几个方面： (1) 安全可靠 应用汽车防抱死制动系统 (汽车驱动防滑系统(电控稳定程序 (电子巡航控制系统 (安全带、安全气囊 (。 (2) 环境保护 采用电控燃油喷射 (无分电器点火 (废气再循环控制系统、燃油蒸发排放控制系统、气门升程与配气相位可变控制系统、断油控制、进气压力波增压及废气涡轮增压控制、共轨电控柴油喷射系统等技术。 (3) 节约能源 1) 整车轻量化。美国专家认为今后轻量化的途径主要是将目前占汽车质量 70的钢铁材料换成轻的其它材料，特别是塑料和铝。 2) 降低轮胎的滚动阻力。采用子午线轮胎、高性能专用轮胎。 3) 降低空气阻力。汽车造型更加光顺圆滑。 4) 变速器多挡化。 5) 代用材料。采用合成燃料、液化石油气、压缩天然气、醇类燃料等代用燃料。 7 (4) 操纵轻便、乘坐舒适 采用自动变速器、电控动力转向、电控悬架、汽车空调、全球卫星定位系统、不停车收费系统、自动避撞系统等技术。 摩擦离合器是应用得最广也是历史最久的一类离合器，它基本上是由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传动动力的基本结构，而 离合器的操纵机构主要是使离合器分离的装置。 离合器大都根据摩擦原理设计。摩擦离合器的工作表面形有盘形，锥形，鼓形三种。后两种虽有较大的传递扭矩能力，但从动部分的转动惯量太大，换挡困难，结合不够平顺，长度达，同心度不好时以卡住，因此已被淘汰。 离合器按从动盘的数目可分为单片，双片和多片三类。多片离合器多为湿式，在汽车上应用较少。单片和双片离合器一般为干式，应用较为广泛。 经阅读收集材料，最后本人觉得选膜片弹簧离合器比较合适。 8 第二章离合器主要参数的选择 汽车上所 用的摩擦离合器，既要可靠传递发动机转矩，又要靠它的滑磨来使汽车平稳起步，工作条件甚为恶劣。因此，要合理地选择离合器的设计参数和基本结构尺寸。 合器转矩容量 离合器转矩容量 据对压盘压力分布的两种假设，有两种计算公式： （ 1） 假设压盘压力均匀分布 332 02230e Z （ 2） 假设压盘压力从 0递减 ()02e Z F 式中： 半径， m； N； 盘为 2，双盘为 4 两种不同的假设，产生了上述两种的计算公式，它们是把复杂的现象作一系列简化后得出的，只能起到对离合器的转矩容量作估算的作用。要精确地计算出离合器转矩容量 相当复杂的，因为实用工况中，、 F、 擦盘上摩擦力等效作用半径）都不是一简单的常数。 合器的转矩容量与发动机最大转矩的基本性能关系 为了保证离合器能可靠地传递发动机的转矩，将离合器转矩容量 发动机最大转矩 关系式： 写成 9 式中： 为离合器的后备系数， 1； 同的模型有不同的取值。 当引入单位压力 p(p=F/A)这一参数时，就可把面积因素引入。可把式改写成 式中 。 合器基本结构尺寸和参数的选择 首先要确定离合器的结构型式（如单片、多片等），而后就要确定其基本结构尺寸和参数，它们是：摩擦片外径 D；单位压力 p；后备系数 。 在选定这些尺寸和参数时，发动机最大转矩 车总质量 动系总的速比（变速器传动比主减速器速比） i ；车轮滚动半径 合器后备系数 的确定 后备系数 是离合器很重要的参数，它保证离合器能可靠传递发动机转矩的同时，还有助于减少汽车起步时的滑磨，提高离合器的使用寿命。 在开始设计离合器时，一般是参照已有的经验和统计资料，并根据汽车的使用条件、离合器结构型式的特点等，初步选定后备系数。汽车离合器的后备系数 推荐如下（供参考）： 小轿车： 载货车： 带拖挂的重型车或牵引车： =2. 0 在同类型汽车中，其后备系数也可不完全一样。例如采用压簧工作压力可以调正的离合器时， 值就可以取小一些。否则，像一般螺旋弹簧离合器，摩擦片磨损后工作压力要减小，就要适当加大后备系数。 檫系 数 的确定 摩擦系数 的大小与选取的摩擦材料有直接的关系，常用摩擦材料的摩擦系数见表 2 10 表 2用摩表擦材料的摩擦系数、许用应力和许用温度 摩擦副 摩擦系数 许用压强 p/用温度/ 摩擦材料 对偶材料 干式 湿式 干式 湿式 干式 湿式 淬火钢 淬火钢 260 120 铸铁 铸铁、钢 250 青铜 铸铁、钢、青铜 150 钢基粉末冶金 铸铁、钢 560 铁基粉末冶金 铸铁、钢 680 石棉基摩擦材料 铸铁、钢 260 120 纸基 摩擦材料 铸铁、钢 石墨基摩擦材料 钢 半金属基摩擦材料 钢 350 120 夹布胶木 铸铁、钢 150 皮革 11 110 软木 110 檫片外径 D 的确定 摩擦片外径是离合器的重要尺寸之一，它直接影响离合器所能传递的转矩大小，也关系到离合器的结构重量和使用寿命。在确定尺寸 D 时，发动机最大转矩参数必须是已知的。 在结构空间允许的情况下，尽量选用比较大的 D 尺寸，这样既可保证使用性能，也可提高离合器的使用寿命。初步确定 D 的方法有两种： 1）用公式（ 3算参数 A，再通过 A 和离合器的实际结构空间尺寸确定 D。 2）按发动机的最大转矩 N m）来初选 D，可参考下列公式： e m a x 根据所选发动机飞轮尺寸 475选磨擦片外径为 430中，系数 A 反映了不同结构和使用条件对 D 的影响，可参考下列范围选取： 小轿车 A=47； 一般载货汽车 A 36（单片）或 A=50（双片）； 自卸车或使用条件恶劣的载货汽车 A=19. 无论用哪种方法初选 D 以后，还需注意摩擦片尺寸的系列化和标准化，就近套用标准尺寸。表 2我国摩擦片尺寸的标准。 表 2合器摩擦片尺寸系列和参数 外径D/ 160 180 200 225 250 280 300 325 350 380 405 430 内径d/ 110 125 140 150 155 165 175 190 195 205 220 230 厚度/ 3 4 4 4 C=d 2 /D 87 94 00 67 20 89 83 85 57 40 43 35 1- C3 面面积/ 2 106 132 160 221 302 402 466 546 678 729 908 1037 摩擦片内径 d 不作为一个独立的参数，它和外径 D 有一定关系，用比值C来反映，定义为 C d/D 比值 C关系到从动盘钢片总成的结构设计和使用性能。具体来说，由于现在广泛采用扭转减振器，所以布置扭转减振器时要求加大内径 d，从而 C要变大；但过分加大 C值会使摩擦面积变小，这也是不利的。按照目前的设计经验，推荐 C 般来说，发动机转速越高， C取值越大 对摩擦片的厚度 h，我国已规定了 3 种规格： ， 和 4 ，无更多选择余地。 由上表得外径为 430径选为 230 0 0Rc dD 233 ）（ 位压力的确定 确定单位压力 p 的时候，应从两个方面考虑。一是摩擦材料的耐压强度（可从表 3查到）；二是摩擦材料的耐磨性，影响摩擦片磨损的直接物理量是面上看，单独考虑 p 的大小对摩擦片耐磨性的影响是没有直接意义的，但是对同一转矩容量的离合器来说，降 低 p 值就意味着要增加摩擦片面积，这样就增大了摩擦材料的可磨损体积，直接意义是提高了摩擦离合器的使用寿命。因此，在一定意义上来说， p 的大小反映了离合器的使用寿命， p 值小，寿命长； p 值大，寿命短。这样，在确定摩擦片上的单位压力 p 值时，在保证离合器的可靠使用性能的前提下，应尽可能选择小的 p 值，以利于提高离合器的寿命。 13 如果知道离合器的工作条件，选择 p 的原则是：当离合器使用频繁（如城市公共汽车和矿用载重车）时，相对滑磨的时间就长，单位压力 p 取较小的值为好。因为只有降低单位压力 p，增大摩擦面积，加大容许的磨耗的体积， 才能延长使用时间。 对于采用有机材料作为基础的摩擦面片，下列一些数据可以作为参考： 对于小轿车， D 230 时， p 约为 0. 25D230 时， p 可由下式选取： p=D ， 对于载货车， D=230 时， p 约为 0. 2D=380480 时， p 对于城市公共汽车，一般单片离合器 p 约为 的双片离合器p 约为 虑中间的散热困难）。 由上表的摩檫片的选材和单位压力摩檫因素 ，选用石棉基，其单位压力 0 0p M 我选的是双片离合器。 静摩檫力 02 3 3333330a x c 选 4b 檫片的约束条件 （ 1） 摩檫片的外径 D 应满足： 70010 33m a x 所以符合条件 （ 2）摩檫片的内外径应满 足 0 0 c 14 c 符合条件 （ 3）后备系数 应满足 所以 符合条件。 （ 4）摩檫片内径 d 必须大于减 震器弹簧直径的 2002 500 230d , 所以符合条件。 （ 5） 为反映离合器传递转矩并保护过载的能力。 单位摩檫面积传递的转矩应小于其许用值 离合器规格 210 210250 250325 325 T 22220 /30430 TT 0 所以符合条件。 （ 6） 为了降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩檫片受损。 0 . 1 1 . 50M P P M 7） 为了减少汽车起 程中离合器每次接合的单位摩檫面积滑磨功应小于许用值 4 22 d 对于重型货车 20 . 2 5w j m m 15 222 2 21 3 0 0 1 5 0 3 0 0 . 5 0 32 5 4 6 3 . 71 8 0 0 2 2 1 8 0 0 24 . 8 8 6 7 . 6 4024 1 0 1 7 4 6 . 8 0 . 0 7 9 210237522n m re a m j m m 所以符合条件。 16 第三章 离合器的结构设计与计 离合器的结构类型很多，以下主要以单片干式摩擦离合器为主，详细介绍其主要零件的结构选型及设计计算。 动盘总成 从动盘有两种结构型式：不带扭转减振器的和带扭转减振器的 。 不带扭转减振器的从动盘结构简单，重量较轻，转动惯量小，主要使用在早期和多片离合器的载货汽车上。带扭转减振器的从动盘，可以避免汽车传动系的共振，缓和冲击，减少噪声，提高传动系零件的寿命，改善汽车行驶的舒适性，并使汽车起步平稳，已被现代 汽车广泛采用。 不论从动盘是否带有减振器，它们都有从动盘钢片、摩擦片和从动盘毂等 3 个基本组成部分。两者不同之处在于，不带扭转减振器的从动盘中从动盘钢片直接铆在从动盘毂上；而在带扭转减振器的从动盘中，其从动盘钢片和从动盘毂之间是通过减振弹簧弹性地连接在一起。 无论选择什么类型的从动盘，它都应该满足以下要求： （ 1）为了减少变速器换挡时轮齿间的冲击，从动盘的转动惯量应尽可能小。 （ 2）为了保证汽车平稳起步、摩擦面片上的压力分布更均匀等，从动盘应具有轴向弹性。 （ 3）要有足 够的抗爆裂强度。 （ 4）为了避免传动系的扭转共振以及缓和冲击载荷，从动盘中应尽量选装扭转减振器。 根据上述分析，结合所设计离合器的使用情况，确定从动盘总成的结构。 动盘总成设计 下面分别叙述从动盘钢片、从动盘毂和摩擦片等零件的结构选型和设计： 17 动盘钢片 从动盘钢片应达到以下几个方面的要求： 1） 尽量小的转动惯量 设计从动盘钢片时，要尽量减轻其重量，并应使其质量的分布尽可能地靠近旋转中心，以获得最小的转动惯量。从动盘钢片一般都比较薄，通常是用 厚的钢板 冲制而成。为了进一步减小从动盘钢片的转动惯量，有时将从动盘钢片外缘的盘形部分磨薄至 ，使其质量分布更加靠近旋转中心。 2） 具有轴向弹性结构 为了使离合器接合平顺，保证汽车平稳起步，单片离合器的从动盘钢片一般都做成具有轴向弹性的结构。这样，在离合器盘接合过程中，主动盘和从动盘之间的压力是逐渐增加的。 现代常用的具有轴向弹性的从动盘钢片，主要有以下 3 种结构类型。 整体式弹性从动盘钢片 整体式弹性从动盘钢片的结构如图 3示。为使具有轴向弹性，将钢片沿半径方向开槽，将钢片外缘 部分分割成许多扇形，并将扇形部分冲压成依次向不同方向弯曲的波浪形，两边的摩擦片则分别铆在扇形片上。在离合器接合时，从动盘钢片被压紧，弯曲的波浪形扇形部分逐渐被压平，从动盘摩擦面片所传递的转矩逐渐增大，使接合过程（即转矩增长过程）较平顺、柔和。 图 3体式弹性从动盘钢片 123根据从动盘钢片尺寸的大小可制成 6 12 个切槽。这种切槽还有利于减少从动盘钢片的翘曲。为了进一步减小从动盘钢片的刚度，增加其弹性，减 18 少应力集中，常常将切槽的跟部切成 T 形。 分开 式弹性从动盘钢片 它是将刚片沿半径尺寸方向分开，装配后才能达到刚片的使用尺寸，结构组成见图 3点是具有更小的转动惯量，因为波形弹簧片较薄，且位于从动盘钢片的最大半径上，从动盘钢片的尺寸较大，但它在旋转中心。图3的从动盘刚片也是这种结构。 图 3开式弹性从动盘钢片 （ a） （ b） 12、 6345组合式弹性从动盘钢片 前面两种结构的从动盘钢片都属于双向轴向弹性，在传动负荷不太 大的小型车上广泛采用，它们工作的特点是，在离合器分离与结合的过程当中，两边的摩擦片都要产生变形，引起从动盘毂沿变速器第一轴轴向移动，有可能造成从动盘在飞轮一侧分离不彻底（从动盘毂花键滑动阻力较大时），影响变速器挂挡性能。因此在载货汽车上常采用另一种所谓组合式的从动盘钢片（图 3所谓组合式弹性从动盘钢片，就是将从动盘钢片沿轴向分开，在从动盘钢片上附加一些波形弹簧片。设计和装配时一定要注意使靠近飞轮的一侧无波形弹簧片，否则，这种结构失去它的意义。显然，这种组合式从动盘钢片的转动惯量比前两种的大，但对于要求 刚度较高、传动负荷比较大的大型从动盘钢片来说，这个缺点是可以容忍的。图 3从动盘钢片结构也属于此类。 19 图 3合式弹性从动盘钢片 12345在设计时，为了保证从动盘钢片的弹性作用，波形弹簧片的压缩行程可取为 之间，至少不应小于 。从动盘钢片轴向弹性变化规律（即轴向加载与其变形的关系）的大致趋势是抛物线形，即在开始变形时力较小，而后随着变形的增加，力的增长很快，最后被压平。 采用具有轴向弹性的从动盘钢片结构 将比较复杂，此外由于轴向弹性需要增加分离行程才能保证离合器的彻底分离。因此某些特殊情况下（如双片离合器），从动盘钢片采用刚性的更有利。 从动盘钢片的材料与所采用的结构型式有关，不带波形弹簧片的从动盘钢片（即整体式）一般用高碳钢板或弹簧钢板冲压而成，经热处理后达到所要求的硬度。采用波形弹簧片时（即分开式或组合式），从动盘钢片可用低碳钢板，波形弹簧片用弹簧钢板。 无论何种从动盘钢片都要保证其结构形状的热稳定性，防止翘曲变形，以免摩擦面片压力不匀。 动盘毂 从动盘毂结构形状如图 3要确定的主要 参数有：扭转减振器弹簧装配窗孔半径；花键相关尺寸等。扭转减振器弹簧装配窗孔半径尺寸受到摩擦片内径的限制，在结构条件允许的情况下，该尺寸尽可能大一点。从动盘毂的花键孔与变速器第 1 轴的花键轴配合，目前大都采用齿侧定心的矩形花键，花键副之间为动配合，目的是在离合器分离和接合过程中，从动盘毂能在花键轴上自由滑动。花键相关尺寸包含两个方面： 20 1） 花键形状尺寸 花键形状尺寸可以采用两种结构形式： 采用 国汽车工程师学会）标准，结构见图 3关尺寸见表3 图 3动盘毂结构 1 图 3动盘毂花键结构 （ a） b） 表 3形花键尺寸系列 记 D 1 3 1087 0 1 1 0 23 0 21 1 1 0 1 3 0 1 1 0 1 5 0 1 3 0 1 3 0 2 按表 3取花键结构参数，花键结构尺寸的选择依据是从动盘外径和发动机转矩，更详细的内容请参阅 表 3动盘毂花键尺寸系列 从动盘外径 D/ 发动机转矩 N m 花键齿数n: 花键外径D/ 花键内径 d/ 齿厚 b/ 有效齿长 l / 挤压应力 /60 180 200 225 250 280 300 325 350 50 70 110 150 200 280 310 380 480 10 10 10 10 10 10 10 10 10 23 26 29 32 35 35 40 40 40 18 21 23 26 28 32 32 32 32 3 3 4 4 4 4 5 5 5 20 20 25 30 35 40 40 45 50 10 22 380 410 430 450 600 720 800 950 10 10 10 10 40 45 45 52 32 36 36 41 5 5 5 6 55 60 65 65 ） 花键毂轴向工作长度 应满足以下两个方面的要求： 导向要求 为了保证从动盘毂在变速器第 1 轴上滑动时不产生自锁，花键毂的轴向长度不宜过小，一般应与花键外径大小相同，对于工作条件恶劣的离合器，其盘毂的长度更大，可达花键外径的 。 强度要求 花键尺寸选定后应进行强度校核。由于花键损坏的主要形式是由于表面受挤压过大而破坏，所以花键要进行挤压应力计算，当应力偏大时可适当增加花键毂的轴向长度。 从上节由表 3 5 表查得 从动盘的外径 发动机转矩 M 430 所以我选用花键齿 10n 花键的外径 40D 花键内径 32d 齿厚 5b 有效齿长 55l 挤压应力1 5 . 2 挤压应力的计算公式如下： 压 式中， P 花键的齿侧面压力， N。它由下式确定： P e )( 2 m d， D 分别为花键的内外直径， m； Z 从动盘毂的数目； 发动机最大转炬， N m； n 花键齿数； h 花键齿工作高度， m； h=（ D- d） /2； 23 l 花键有效长度， m。 从动盘毂一般都由中碳钢锻造而成，并经调质处理，其挤压应力不应超过20 2 m a x 2 1 . 8 4 7 8 6 2 0 0 8 6 . 7 0 . 0 4 0 0 . 0 3 2 2T d z 2 0 0 8 6 . 7 9 . 1 31 0 0 . 0 0 4 0 . 0 5 5P 挤 压 所以符合条件。 动盘摩檫片 在离合器接合、分离过程中，它将遭到严重的滑磨，在相对很短的时间内产生大量的热，因此，要求摩擦面片应有下列一些综合性能： 1）在工作时有相对较高且稳定的摩擦系数； 2）具有小的转动惯量，材料加工性能良好； 3）在短时间内能吸收相对高的能量，且有好的热稳定性能； 4）能承受较高的压盘作用载荷； 5）能抵 抗高转速下，相对较大的离心力载荷而不破坏； 6）有足够的剪切强度； 7）摩擦副对偶面有高度的容污性能，不易影响它们的摩擦作用； 8）具有优良的性能价格比，不会污染环境。 摩擦面片来说，有两个方面要选择确定，一是结构尺寸，内、外直径已在前面选定，厚度可根据使用寿命确定。二是材料，近年来，摩擦材料的种类增长极快，常用的摩擦材料有： 1）石棉基摩擦材料 石棉基摩擦材料是由石棉纤维和铜丝或锌丝绕制成石棉线绳制成。它的特点是，石棉有良好的耐热性能，而铜丝或锌丝有相对高的强度。是一种性能比较良好的摩擦材料。但它的粉尘对环境有污染，国外已经淘汰。 它的摩擦系数大约在 右（即在 间），其允许的单位压力在 0. 2右，详见表 3 2）替代石棉的有机摩擦材料 24 美国杜邦公司曾开发出一种由芳香族聚酰胺纤维派生出来的摩擦材料，属于高分子尼龙家族，商业名称为芳纶（ 它相对石棉基的面片有如下一些工作特性： 1）在正常工作压力和温度范围内有较高的耐磨性能，在高的工作温度下有稳定的摩擦特性，温度达到 425以后才开始烧裂（而不是变软、 熔化），这种状况持续到 500。 2）重量比石棉材料轻，因而从动盘的转动惯量小，其抗拉强度是钢的 5 倍。 3）有较高的抗离心力强度，能有效抵抗摩擦面片的飞裂。 用有机材料代替石棉材料时，离合器的结构等完全相同。 3）金属陶瓷摩擦材料 离合器面片所用的金属陶瓷摩擦材料是由金属基体、陶瓷成分和润滑剂组成的一种多元复合材料。金属基体的主要作用是以机械结合方式将陶瓷成分和润滑剂保持其中，形成具有一定机械强度的整体；陶瓷组分主要起摩擦剂的作用；而润滑剂组分则主要起提高材料抗咬合性和抗粘接性的润滑作用，特 别有利于降低对偶件材料的磨损，并使摩擦副工作平稳。润滑剂组分和陶瓷组分一起共同形成金属陶瓷摩擦磨损性能的调节剂。金属陶瓷面片的单位面积允许压力通常为 擦系数在 间。 盘和离合器盖 盘设计 压盘的设计主要包括几何尺寸的选择和传力方式的确定两个方面。 （ 1）压盘几何尺寸的确定 压盘的结构形状与传力、压紧和分离方式有关。当采用周布圆柱螺旋弹簧压紧时，压盘上应铸有圆柱形凸台作为弹簧的导向座。当采用膜片弹簧或中央弹簧时，则在压盘上铸有一圈凸起以供支承 膜片弹簧或弹性压杆之用。 前面已经分析了如何确定摩擦片的内、外径尺寸。当摩擦片的尺寸确定后，与它配合工作的压盘内、外径尺寸也就基本确定下来了。这样，压盘几何尺寸最后归结为如何确定它的厚度。 压盘厚度的确定主要依据以下两点。 25 压盘应具有足够的质量 由离合器工作原理可知，在离合器的接合和分离过程中都要产生大量的热，而每次接合和分离的时间很短（大约 3s 左右），因此热量根本来不及全部散发出去，大部分热量滞留在摩擦副中，必然导致摩擦副的温升。为了使每次接合和分离时的温升不致过高， 故要求压盘具有足够大的质量来吸收热量。 压盘应具有较大的刚度 要使压盘在正常工作的情况下，不产生翘曲变形，则压盘必须具有较大的刚度。 为满足上述要求，压盘应做得厚些（一般不小于 ）。此外，还应注意加强通风冷却，如双片离合器的中间压盘体内开有许多径向通风孔，见图3年来这种结构也开始在单片离合器的压盘中采用。 压盘形状一般都比较复杂，而且还要求耐磨、传热性好和具有较理想的摩擦性能，通常由灰铸铁铸成（注意：不能用低碳钢来代替铸铁，因为在低碳钢表面容易引成擦痕），其金 相组织呈珠光体结构，硬度为 227，为了增加其机械强度，可另外增添少量合金元素（
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