汽车设计课程设计-05富康8V离合器设计【全套图纸】 .pdf

武汉理工大学汽车设计课程设计说明书 1 05 富康 8v 离合器设计 1 离合器的概述 离合器安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能逐渐接合，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档时的冲击。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。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，其组成如下： 为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足如下基本要求： 1）在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备， 又能防止传动系过载； 2）接合时要完全、平顺、柔和，保证起初起步时没有抖动和冲击； 3）分离时要迅速、彻底； 4）从动部分转动惯量要小，以减轻换档时变速器齿轮间的冲击，便于换档和减小同 步器的磨损； 5）应有足够的吸热能力和良好的通风效果，以保证工作温度不致过高，延长其寿命； 6）操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳； 7）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； 8）能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力； 9）结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。 离 合 器 主动部分 从动部分 压紧机构 操纵机构 飞 轮 离 合 器 盘 压 盘 从 动 盘 压 紧 弹 簧 分 离 叉 分 离 轴 承 离 合 器 踏 板 传 动 部 件 武汉理工大学汽车设计课程设计说明书 2 2 结构方案的选择 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，可按从动盘数目不同、 压紧弹簧布置形式不同、压紧弹簧结构形式不同和分离时作用力方向不同分类如下： 对乘用车和最大总质量小于 6t 的商用车而言，发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， 散热性良好，维修调整方便，从动部分转惯量小，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。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 膜片弹簧是一种由弹簧钢制成的具有特殊结构的碟形弹簧，主要由碟簧部分和分离指 部分组成。膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比，有一系列优点：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磨损范围内基本保持不变；兼起压紧 摩 擦 离 合 器 按从动盘数 按弹簧布置形式 按弹簧形式 按作用力方向 单 片 双 片 多 片 圆 周 布 置 圆 柱 螺 旋 弹 簧 推 式 拉 式 中 央 布 置 斜 向 布 置 圆 锥 螺 旋 弹 簧 膜 片 弹 簧 武汉理工大学汽车设计课程设计说明书 3 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；高速旋 转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；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；易于实现良好的通风散热，使用寿命长；膜片弹簧中心 与离合器中心线重合，平衡性好。 与推式相比，拉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，质量更小等。 3 离合器主要参数的确定 摩擦离合器是靠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根 据摩擦定律可表示为 cc tffzr= 式中， c t 为静摩擦力矩；f为摩擦面间的静摩擦因数，计算时一般取0.250.30；f 为压 盘施加在摩擦面上的工作压力；r 为摩擦片的平均摩擦半径；z 为摩擦面数，是从动盘数 的两倍。 设 0 p 为摩擦面承受的单位压力，且压力分布均匀，则单元摩擦面积ds上产生的单元 摩擦力矩为 2 00 dtfp dsfpd d = 整个摩擦面上产生的摩擦力矩为 2 33 2 00 0 2 3 r r rr tfpd dfp = 式中，r 为摩擦片外半径；r 为摩擦片内半径。 摩擦面承受的单位压力 0 p 为 0 2222 4 ()() ff p ddrr = 式中，d 为摩擦片外径，d=2r；d 为摩擦片内径，d=2r. 对于具有 z 个摩擦面的离合器，其摩擦力矩为 33 0 2 3 c rr tztfp z = 将式代入式得 武汉理工大学汽车设计课程设计说明书 4 33 22 2 () 3 c rr tfzf rr = 比较式和式，可得摩擦片平均摩擦半径 c r 为 33 22 2 3 c rr r rr = 当/0.6dd 时， c r 可由正式相当准确地计算 42 c ddrr r + = 将式与式代入式得 33 0 (1) 12 c tfzp dc = 式中，c 为摩擦片内、外径之比，/cdd=，一般在 0.530.70 之间。 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 c t 应大于发 动机最大转矩，即 maxce tt= 式中， maxe t为发动机最大转矩； 为离合器后备系数，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. 离合器的基本参数主要有性能参数 和 0 p ，尺寸参数 d、d 和摩擦片厚度 b 以及结构 参数摩擦面数 z 和离合器间隙t，最后还有摩擦因数f。 3.1 后备系数 后备系数 是离合器设计时用到的一个重要参数，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，应考虑以下几点： 1)摩擦片在使用中磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩。 2)要防止离合器滑磨过大。 3)要能防止传动系过载。 显然，为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大， 不宜选取太小；为使离 合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便， 又不宜选取太大；当发动机后备 功率较大、使用条件较好时， 可选取小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高 起步能力、减少离合器滑磨， 应选取大些；货车总质量越大， 也应选得越大；采用柴 油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的 值应比汽油机大些；发动机缸数越 武汉理工大学汽车设计课程设计说明书 5 多，转矩波动越小， 可选取小些；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定， 选取的 值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的 值应大于单片离合器。 在此设计中，05 富康 8v 的 值查表取 1.20。 3.2 单位压力 0 p 单位压力 0 p 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、发动机后备功率大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。离合器使用频 繁、发动机后备系数较小时， 0 p 应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处 的热负荷， 0 p 应取小些；后备系数较大时，可适当增大 0 p 。 当摩擦片采用不同的材料时， 0 p 取值范围见表 1。 摩擦材料 单位压力 p0/mpa 石棉基材料 模压 0.150.25 编织 0.250.35 粉末冶金材料 铜基 0.350.50 铁基 金属陶瓷材料 0.701.50 本次设计 0 p 取 0.3 mpa。 3.3 摩擦因数f、摩擦面数 z 和离合器间隙t 摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等 因素。摩擦因数f的取值范围见表 2。 摩擦材料 单位压力 p0/mpa 石棉基材料 模压 0.200.25 编织 0.250.35 粉末冶金材料 铜基 0.250.35 铁基 0.350.50 金属陶瓷材料 0.4 本次设计f取 0.3. 3.4 摩擦片外径 d、内径 d 和厚度 b 表 1 摩擦片单位压力 0 p的取值范围 表 2 摩擦材料的摩擦因数f的取值范围 武汉理工大学汽车设计课程设计说明书 6 当离合器结构形式及摩擦片材料已选定， 发动机最大转矩 maxe t已知， 结合式和式， 适当选取后备系数 和单位压力 0 p ，即可估算出摩擦片外径，即 max 3 3 0 12 (1) e t d fzpc = 摩擦片外径 d 也可根据发动机最大转矩 maxe t按如下经验公式选用 maxde dkt= 式中， d k 为走私系数，取值范围可在相关资料上查询。 按以上两式计算可得 d 约等于 170mm。 因为摩擦片内径 d 可根据 d/d 在 0.530.70 之 间来确定，故可选取内径为 100mm。 4 离合器的基本参数的优化 4.1 设计变量 后备系数取决于离合器工作压力 f 和离合器的主要尺寸参数 d 和 d。单位压力 p 也 取决于离合器工作压力 f 和离合器的主要尺寸参数 d 和 d。因此，离合器基本参数的优化 设计变量选为： 123 tt xx x xfdd= 4.2 目标函数 离合器基本参数优化设计追求的目标，是在保证离合器性能要求的条件下使其结构尺 寸尽可能小，即目标函数为： 22 ( )min() 4 f xdd = 4.3 约束条件 1）摩擦片外径 d 的选取应使最大圆周速度 d v 不超过 6570m/s，即 3 max 1065 70/ 60 de vndm s = 式中， d v 为摩擦片最大圆周速度； maxe n为发动机最高转速。 2）摩擦片的内、外径比 c 应在 0.530.70 范围内，即 0.530.70c 武汉理工大学汽车设计课程设计说明书 7 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 应一定的范围内，最大范围为 1.24.0，即 1.24.0 4）为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器弹簧位置直径 0 2r约 50mm， 即 0 250drmm+f 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 0 22 4 () c tc t z dd 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 0 p根 据所用的摩擦材料在一定范围内选取， 0 p的最大范围为 0.101.05mpa，即 0 0.101.50mpapmpa 5 膜片弹簧的优化设计 膜片弹簧的优化设计就是要确定一组弹簧的基本参数，使其弹性特性满足离合器的使 用性能要求，而且弹簧强度也满足设计要求，以达到最佳的综合效果。 5.1 设计变量 应选取 11 hr、h、r、r、r 、 这六个尺寸参数以及在接合工作点相应于弹簧工作压紧力 1b f 的大端变形量 1b 为优化设计变量，即 12345671 1 1 tt b xx x x x x x xhr=hrrr 5.2 目标函数 目前，国内关于膜片弹簧优化设计的目标函数主要有以下几种： 1) 弹簧工作时的最大应力为最小； 2) 在从动盘摩擦片磨损前后，弹簧压紧力之差的绝对值为最小； 武汉理工大学汽车设计课程设计说明书 8 3) 在分离行程中，驾驶员作用在分离轴承上的分离操纵力的平均值为最小； 4) 在摩擦片磨损极限范围内，弹簧压紧力变化的绝对值的平均值为最小； 5) 选 3）和 4)两个目标函数为双目标。 为了保证离合器使用过程中传递转矩的稳定性， 又不致严重过载， 且能保证操纵省力， 选取 5）作为目标函数，通过两个目标函数分配不同的权重来协调它们之间的矛盾，并用 转换函数将两个目标合成一个目标，构成统一的总目标函数，则 1 122 ()( )( )f xw f xw fx=+ 式中， 1 w 和 2 w 分别为两个目标函数 1( ) f x 和 2( ) fx 的加权因子，视设计要求选定。 5.3 约束条件 1）为了满足离合器使用性能的要求，弹簧的/hh 与初始底锥角()h rr 应在一 定范围内； 2）为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，拉式膜片弹簧的压盘加载点半径 r1 应位 于摩擦片的平均半径与外半径之间； 3）膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用，因此其杠杆比应在一定范围内选取，即 1 11 3.59.0 f rr rr 6 压盘的设计 1）离合器盖应具有足够的刚度，板厚取 4mm，乘用车离合器盖一般用 08、10 钢等低 碳钢板。 2）压盘传动方式的选择 由于传统的凸台式连接方式、键式连接方式、销式连接方式存在传力处之间有间隙的 缺点，故选择已被广泛采用的传动片传动方式。 3）传动片 由于各传动片沿圆周均匀分布，它们的变形不会影响到压盘的对中性和离合器的平衡 性。传动片可选为 3 组，每组 4 片，每片厚度为 1.2mm，一般由弹簧钢带 65mn 制成。 4）分离轴承 由于 maxe n=4000r/min， 离心力造成的径向力很大， 因此采用角接触式径向推力球轴承。 武汉理工大学汽车设计课程设计说明书 9 7 总结体会 这次汽车设计课程设计，我们通过对知识的综合利用，进行必要的分析，比较，从而 检验了我们平时的学习效果，对相关知识有了更深了理解。虽然此次课程设计与实际操作 分析还有很大的差距，但是它提高了我们综合解决问题的能力，为我们以后的学习打下了 基础。 因为平时都是在老师的带领下的习，在此次课程设计中，真正做到了自己查阅资料、 自己解决问题。这次课程设计使我离合器有了更深的了解。在课程设计的过程中，我也遇 到了很多的困难。通过解决课程设计的这些难点，与其说是增加了的知识，不如说培养了 我们一个积极的心态。当遇到困难时，端正态度，认真地查资料，跟老师和同学讨论，以 一个最积极的充满信心的态度，最终总会解决问题。 这次课程设计， 使我懂得了只有课堂知识是远远不够的， 只有把所学的知识综合起来， 从理论中得出结论，提高自己独立思考的能力，才会对自己的将来有帮助。在设计的过程 中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过 这次课程设计，把以前所学过的知识重新温故，巩固了所学的知识。 我们的汽车设计这本书虽然看起来很薄，但里面的包含的知识很多，同时有些地 方讲的较简略，在自己独立学习时会遇到很大的困难。因此这本书在一个学期内讲完，学 时太少，感觉学的太急，没有能力消化。若在平时的教学过程中同时融入实际的训练，必 将获得更好的效果。 武汉理工大学汽车设计课程设计说明书 10 文献检索 1.徐石安，江发潮.汽车离合器.北京:清华大学出版社,2005 本书从分析汽车传动系的发展状况为起端，系统叙述汽车离合器结构的发展及其未来 的趋向，指出离合器产品应具有的功能和对产品设计的基本要求。 本书着力于介绍为培 养和提高离合器产品自主开发能力所必备的基本知识和技能，包括： 离合器及其操纵系 统的结构知识、设计理论、设计理念及方法，有关离合器试验和离合器的故障分析及排除 等。 本书对离合器及其操纵系统主要零部件的设计计算都做了较详细的叙述，其中重点 介绍有一定难度的膜片弹簧和扭转减振器的设计计算理论、方法和思路，并附有算例，对 近年来发展起来的新技术双质量飞轮及电控离合器也有较详细的说明。 本书写作力 求说理清楚，适合从事离合器产品开发和应用的工程技术人员、相关专业的大学生阅读， 对研究生也有一定的参考意义。广大汽车爱好者如果想了解汽车传动系及离合器本身，阅 读本书也会有所裨益。 2.王望予.汽车设计.北京：机械工业出版社,2006 年 本书从分析汽车传动系的发展状况为起端，体系叙述汽车离合器结构的发展及其未 来的趋向，指出离合器产品应具有的功能和对产品设计的基本要求。本书出力于介绍为培 养和提高离合器产品自主开发能力所必须具备的基本知识和技能，包括：离合器及其操纵 体系的结构知识、设计理论、设计理念及方法，关于离合器试验和离合器的故障分析及排 除等。本书对离合器及其操纵体系主要零部件的设计计较都做了较详细的叙述，其中重点 介绍有一定难度的膜片弹簧和扭转减振器的设计计较理论、方法和思路，并附有算例，对 武汉理工大学汽车设计课程设计说明书 11 近年来发展起来的新技术双质量飞轮及电控离合器也有较详细的说明。 3.刘涛.汽车设计.北京:北京大学出版社,2008 本书全面系统地介绍了汽车设计理论与设计方法，包括整车及底盘各主要总成所需要 的基本知识。其内容有汽车总体设计、离合器设计、变速器设计、万向传动轴设计、驱动 桥设计、从动桥设计、车架设计、悬架设计、转向系设计和制动系设计等各总成设计应满 足的要求、结构方案分类与分析、主要参数及零部件载荷的确定、强度计算方法以及部分 总成的设计实例。对近年来汽车设计中应用的新技术，如数字汽车车身设