桑塔纳轿车离合器设计

摘 要离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；在工作中受到大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。本文通过对桑塔纳在拆装桑塔纳轿车离合器进行重新设计，使得轿车离合器更耐用。首先对轿车离合器的结构型式进行合理选择，主要是对从动盘数及干湿式的选择、压紧弹簧的结构型式及布置和从动盘的结构型式选择，再进行离合器的基本结构尺寸和参数的选择及计算；最后进行离合器零件的结构选型及设计计算，主要是对从动盘总成设计，压盘、传力片的设计校核，膜片弹簧主要参数的选择、设计和强度校核，并绘制离合器零件图。关键词：桑塔纳离合器；志俊；膜片弹簧；离合器设计；校核is is in up of to of to It on of on to it of we be of It of or of of I on It is of 摘要.第1章绪论. 研究目的. 研究背景. 研究现状. 研究内容. 设计参数. 离合器形式的选择. 压紧弹簧和布置形式的选择. 压盘的驱动方式. 离合器的通风散热措施. 分离轴承类型. 本章小结.摩擦片尺寸的确定. 离合器后备系数的. 单位压力. 离合器基本参数的优化. 本章小结. 从动盘结构介绍. 摩擦片的材料选取及固紧方式. 从动盘毂的设计. 从动片的设计. 扭转减振器的设计.转减振器的功能.转减振器的结构类型的选择. 减振弹簧设计. 本章小结. 压盘传力方式的选择. 压盘几何尺寸的确定. 压盘材料的选择. 传动片片几何尺寸的确定及材料选择. 离合器盖的设计. 支撑环的设计. 离合器分离套筒和分离轴承的设计. 本章小结. 膜片弹簧的结构特点. 膜片弹簧的变形特性. 膜片弹簧的弹性变形特性. 膜片弹簧的参数尺寸确定.片弹簧起始圆锥底角 .片弹簧小端半径r f 及分离轴承的作用半径r p .离指数目n、切槽宽 1 、窗孔槽宽 2 、及半径.承环的作用半径.片弹簧材料选择. 膜片弹簧的计算与强度校核. 本章小结. 操纵机构踏板力和行程. 操纵机构的结构形式. 操纵机构的设计计算. 本章小结.握轿车离合器的工作原理。了解从动盘总成的结构，掌握从动盘总成的设计方法，了解压盘和膜片弹簧的结构，掌握压盘和膜片弹簧的设计方法，通过对以上几方面的了解，从而熟悉轿车离合器的工作原理。学会如何查找文献资料、相关书藉，培养学生动手设计项目、自学的能力，掌握单独设计课题和项目的方法，设计出满足整车要求并符合相关标准、具有良好的制造工艺性且结构简单、便于维护的轿车离合器，为以后从事汽车方面的工作或工作中设计其它项目奠定良好的基础。通过这次的毕业设计，使学生充分地认识到设计一个工程项目所需经历的步骤，以及身为一个工程技术人员所需具备的素质和所应当完成的工作，为即将进入社会提供了一个良好的学习机会，对于由学生向工程技术人员转变有着重大的实际意义。主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；在工作中受到大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。随着汽车发动机转速、功率的不断提高和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构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。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纵，已成为离合器的发展趋势。汽车传动系的设计对汽车的动力学和燃油经济性有着重大影响，而离合器又是汽车传动系中的重要部件。在离合器设计中，合理地选择离合器的结构型式和设计参数不仅保证了其在任何情况下都能可靠地传递发动机转矩，还使其有足够的使用寿命。究现状膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型载货汽车上广泛采用的一种离合器2。因其作为压簧，可以同时兼起分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，质量减少，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。其次，由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀。另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性，故能在从动盘摩擦片磨损后，弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩，而不致产生滑离。离合器分离时，使离合器踏板操纵轻便，减轻驾驶员的劳动强度。此外，因膜片弹簧是一种对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很少，而周布置弹簧离合器在高速时，因受离心力作用会产生横向挠曲，弹簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力，从而引起离合器传递转矩能力下降3。那么可以看出，对于膜片弹簧离合器的设计研究在改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义。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1。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，并将支承圈移到膜片弹簧的大端附近，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2。近年来湿式离合器在技术上不断改进，在国外某些重型车上又开始采用多片湿式离合器。与干式离合器相比，由于用油泵进行强制冷却的结果，摩擦表面温度较低(不超过93)，因此，起步时长时间打滑也不致烧损摩擦片。查阅国内外资料获知，这种离合器的使用寿命可达干式离合器的5湿式离合器优点的发挥是一定要在某温度范围内才能实现的，超过这一温度范围将起负面效应。目前此技术尚不够完善。轿车离合器的结构、从动盘总成、压盘和离合器盖总成及膜片弹簧的设计有比较深入的熟悉并掌握。首先通过查阅文献、上网查阅资料，了解汽车离合器的基本工作原理，结构组成及功能；通过自己动手拆装桑塔纳其有进一步的了解，并在指导老师的帮助下完成膜片弹簧离合器设计。为了保证离合器具有良好的工作性能，对汽车离合器设计提出如下基本要求：1)在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备。2)接合时要平顺柔和，以保证汽车起步时没有抖动和冲击。3)分离时要迅速、彻底。4)离合器从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，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)应使传动系避免扭转共振，并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。7)操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。8)作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。9)应有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、寿命长。10)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。第2章离合器结构方案选取汽车离合器广泛采用摩擦离合器，本次设计也是采用摩擦式，要根据选定车型的参数进行机构方案的选择。 塔纳数汽车的驱动形式 42最高车速 187km/74KW 5200r/155Nm 3100r/i =95/60=m=1220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，离合器的调整。合器形式的选择选取单片干式摩擦离合器，因为这种结构的离合器结构简单，调整方便，轴向尺寸紧凑，分离彻底，从动件转动惯量小，散热性好，采用轴向有弹性的从动盘结合平顺，广泛用于轿车及微、中型客车和货车上，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。根据本所设计的离合器的已知系数和使用条件选取膜片弹簧离合器比较合适。作为压紧弹簧的所谓膜片弹簧，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，描述了膜片弹簧离合器的工作原理，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：首先，由于膜片弹簧具有非线性特性，因此设计摩擦片磨损后，弹簧压力几乎不变，且可以减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便；其次，膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对称的，因此其压紧力实际上不受离心力的影响，性能稳定，平衡性也好；再者，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著缩短了轴向尺寸；另外，由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片的接触良好，摩擦均匀，也易于实现良好的通风散热等。 （a）自由状态； （b）结合； （c）式膜片弹簧离合器的工作原理图膜片弹簧的安装有正装和反装。正装应用于压式操纵机构，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。反装应用于拉式操纵机构，将支承圈在膜片弹簧的大端附近，b,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，计选用压式操纵机构，即膜片弹簧正装。(a) 一般压式操纵 (b) 传递发动机转矩时它和飞轮一起带动从动盘转动，在不传递扭矩时，又应能够与从动盘脱离接触，所以这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由的作轴向移动。压盘与飞轮的连接方式或驱动方式有：凸块窗孔式、传力销式、,近年来广泛采用弹性传动片式。因为另外几种方式有一个共同的缺点，即连接之间有间隙（这样在传动时将产生冲击和噪声，甚至可能导致凸块根部产生裂纹而造成零件的早期破坏。另外，在离合器分离时，由于零件间的摩擦将降低离合器操纵部分的传动效率。弹性传动片是由薄弹簧钢冲压而成（其一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上，且一般用34组（每组23片）沿圆周切向布置以改善传动片的受力状况，这时，当发动机传动片时受拉，当由车轮滑行时反转受压。这种利用传动片驱动压盘的方式不紧消除了上述缺点，而且简化了结构，降低了对装配精度的要求且有利于压盘的定中。所以该离合器采用弹性传动片。a凸块窗孔式；b传力销式；c键槽指销式；d键齿式；e正常使用条件下，离合器的压盘工作表面的温度一般均在180以下，随着其温度的升高，摩擦片的磨损将加快。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。鉴于以上对质量和刚度的要求，一般压盘都设计得比较厚，一般不小于10。分离离合器时由于分离轴承旋转产生离心力，形成其径向力。故离合器的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承两种。前者适合于高速低轴向负荷，型车有时采用含油石墨止推滑动轴承。分离轴承与膜片弹簧之间有沿圆周方向的滑磨，当两者旋转中不同心时也伴有径向滑磨。为了消除因不同心导致的磨损并使分离轴承与膜片弹簧内端接触均匀，。分离器结合后，分离轴承与分离杠杆之间一般有34免在摩擦片磨损后引起压盘压力不足而导致离合器打滑使摩擦片以及分离轴承烧坏。此间隙使踏板有段自由行程。有的轿车采用无此间隙的内圈恒转式结构，用轻微的油压或弹簧力使分离轴承与杠杆端（多为膜片弹簧）经常贴合，以减轻磨损和减少踏板行程。本设计采用拉式自动调心分离轴承，轴承内圈；2州城外圈；3外罩壳；4波形弹簧；5分离套筒；6蝶形弹簧；7挡环；8章小结本章根据选定车型的参数，为满足汽车要求，对离合器的结构方案进行选择，包括从动盘干湿的选择，压紧弹簧的类型选择，压盘的驱动方式分离轴承的类型，离合器通风散热措施等。第3章离合器主要参数的确定在初步确定了离合器的结构形式之后，就要根据其结构形式确定其需要确定的结构参数，如摩擦片内外径、后备系数单位工作压力等。擦片尺寸的确定摩擦片的外径关系到离合器的结构重量和使用寿命，所以应先确定摩擦片的外径以根据以下经验公式（）计算出：D= 100 中:D摩擦片外径， 发动机最大扭矩，和车型及使用条件有关的常数。将数据：T 车单片摩擦离合器A=47,代入式（则得：D=据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，“离合器摩片尺寸系列和参数”（即4）可取摩擦片有关标准尺寸：外径D=200，径d=140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/ 4 4 4C=d/D 3C306 132 160 221 302 402 466 546 678 729 908 定后备系数 保证了离合器能可靠地传递发动机扭矩，同时它有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器的使用寿命。但为了离合器的尺寸不致过大，减少传递系的过载，使操纵轻便等，后备系数又不宜过大。在开始设计离合器时一般是参照统计质料，并根据汽车的使用条件，离合器结构形式等特点，初步选定后备系数。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64为小轿车的离合器都采用膜片弹簧离合器，在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小，再加上小轿车的后备功率比较大，使用条件好故宜取小值，选定其后备系数 =擦片的直径大小,后备系数,作条件比较恶劣(如城市用的公共汽车和矿用载重车),单位压力。当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力P。因为在其它条件不变的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘的线速度大，滑磨时发热厉害，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力面已经初步确定了摩擦片的基本尺寸：外径D=20040度h=径与外径比值C=又初选 =以校核单位压力4P：2 （55=12 取f=中的查得：石棉基材料（在后面设计中，摩擦片材料选择石棉基材料）单位压力p=即是摩擦面上的单位压力PP,擦片单位压力 0p 的取值范围摩擦片材料 单位压力 0p /压 基 离合器基本参数的优化（1）摩擦片外D(选择应使最大圆周速度0m/s：3060D eV n D (5200 200 1060 6570 /m s m s 式中： 摩擦片最大圆周速度动机的最高转速（r/故所选摩擦片符合要求（2）围内： 故所选摩擦片符合要求（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，=）为了保证扭转减震器的安装，摩擦片内径02 50140 2 45 50140 140d R 故所选摩擦片符合要求（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 02 22 24 ( )4 55 (200 140 )cc cc ec Z D T T 故所选摩擦片符合要求 章小结本章首先根据经验公式计算出摩擦片的内外径尺寸，再由标准尺寸表中选出合适的尺寸。后备系数的选择是根据车型的不同选择出一个范围，在选定范围内，根据车的使用情况，车的配置等选择出合适的后备系数。单位压力是根据摩擦片的尺寸、后备系数计算出来的，最后看单位压力是否在允许范围内，本设计的数据经过优化设计，选择的都比较合适，单位压力合适。第4章离合器从动盘总成设计离合器从动盘是离合器的从动部分，与变速器输入轴相连，动力最终经过从动盘传到变速器输入轴上。从动盘对离合器的工作性能有着很重要的作用，是离合器不能缺少的一部分。 以避免汽车传动系统的共振,缓和冲击,减少噪声,提高传动系统零件的寿命,改善汽车行使的舒适性,并使汽车平稳起步。说明了离合器从动盘的结构，从动盘主要由从动片，从动盘毂，摩擦片等组成，擦片1，10分别用铆钉铆在波形弹簧片上，而后者又和从动片铆在一起。从动片3用限位销5和减振盘9铆在一起。这样，摩擦片，从动片和减振盘三者就被连在一起了。在从动片3和减振盘9上圆周切线方向开有6个均布的长方形窗孔，在在从动片和减振盘之间的从动盘毂6法兰上也开有同样数目的从动片窗孔，在这些窗孔中装有减振弹簧8，以便三者弹性的连接起来。在从动片和减振盘的窗孔上都制有翻边，这样可以防止弹簧滑脱出来。在从动片和从动盘毂之间还装有减振摩擦片4。当系统发生扭转振动时，从动片及减振盘相对从动盘毂发生来回转动，系统的扭转能量会很快被减振摩擦片的摩擦所吸收。1，10摩擦片；2波形弹簧片；3从动盘钢片；4摩擦阻尼片；5铆钉；6从动盘毂；7调整垫片；8减震弹簧；9减震盘；扭转减振器的从动盘设计从动盘时一般应满足以下几个方面的要求:1、为了减少变速器换档时齿轮间的冲击，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均匀等从动盘应具有轴向弹性；3、为了避免传动系的扭转共振以及缓和冲击载荷，从动盘中应装有扭转减振器；4、相对很短的时间内产生大量