毕业设计（论文）-轻型货车离合器及操纵机构与传动轴设计（全套图纸） .pdf

1 轻型货车设计（离合器及操纵机构与传动轴设计）轻型货车设计（离合器及操纵机构与传动轴设计） 摘要摘要 在这三个月的时间里 ， 我的最重要的任务之一就是设计汽车离合 器 、 其操纵机构，以及传动轴的设计。 众所周知汽车底盘包 括传动系、行驶系和转向系，传动系部件包 括 离 合器、变速器、传动轴 、驱动桥、半轴及驱动轮。在传动系的这 些 部 件中，离合器和变速器无疑是两个最为重要的部件。驾驶员通过 操 纵 离合器既可以在变速器换档时使发动机与离合器暂时分离， 也可 以 在 汽车起步时使发动机与离合器平稳接合。 离合器的设计采用膜片 弹 簧 压紧机构，液压式操纵机构。在 国外，常采用液压操纵机构的离 合 器 以减轻 驾驶员的 疲劳， 通 过 对 传 动 轴 的 传 动 类 型 分 析 ， 对 传 动 方 式 和 传 动 轴 进 行 了 选 型；通过 对传动轴的 类型与结构分析，选择了 传动轴的 十字轴滚针轴 承 的 密封形 式盖板 式密封。通过 对万向节的十字轴、滚针轴承、 万 向 节 叉 的 设 计 计 算 ， 确 定 了 所 设 计 车 辆 使 用 的 这 些 部 件 的 具 体 尺 寸 。 综合各部分的设计及 校核结果 ，所设计的离合器、传动轴 能满足 所 设 计的轻型货 车的传动要 求。 关 键 词：离合器，传动轴， 十字轴，操纵机构 2 the desing of a light truck (the clutckand the manipulation of institutions and shaft design) abstract in these two month- long time, one of my most vital duties is designs the automobile clutch ,its control mechanism, as well as drive shaft design. 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 the well known motor car chassis including the power transmission, the travel is and the steering system, the power transmission part including the meeting and parting transmission gearbox, drive shaft, driving axle, rear axle and driving gear. in power transmission these parts, to gathering and the transmission gearbox are two most important parts without doubt. the pilot through operates the 3 coupling already to be possible in the transmission gearbox shifts gears when causes the engine and the coupling separates temporarily, also may starts when the automobile cause the engine and coupling steady joint. the coupling design used the disk spring to contract the organization, hydraulic control organization. in overseas, often uses the hydraulic control organization the coupling by to reduce pilots weariness. through to the drive shaft transmission type analysis, has carried on the shaping to the type of drive and the drive shaft; through to the drive shaft type and the structure analysis, chose the drive shaft cross axle needle bearing seal form to cover the board style seal. through to the universal joint cross axle, the needle bearing, the universal joint sliding yoke design calculation, had determined designs these parts concrete sizes which the vehicles uses. synthesizes each part of designs and the check result, designs the coupling, the drive shaft can satisfy skin truck which designs to use the transport vehicle the transmission request. key words: coupling drive shaft cross axle control mechanism 4 目 录 前 言 1 第一章 离合器设计分析与方案选择3 1.1 概述3 1.2 离合器结构方案分析4 1.2.1 从动盘数的选择 5 1.2.2 压紧弹簧和布置形式的选择 6 1.2.3 膜片弹簧支承形式 7 1.2.4 压盘驱动方式的选择 8 第二章 离合器基本参数和主要尺寸选择8 2.1 离合器基本参数计算10 2.2 膜片弹簧主要参数的选择12 2.3 扭转减震器的设计13 2.4 离合器压盘的设计18 2.5 离合器从动盘毂花键的强度校核19 2.6 离合器操纵机构的设计计算20 第三章 传动轴的设计与计算23 3.1 概 述23 3.2 万向节结构方案分析24 3.3 万向节的设计计算24 3.3.1 万向节设计 24 3.3.2 传动轴的设计 27 第四章 结 论 30 参考文献 31 致 谢 32 5 前 言 自 从 十 九 世 纪 末 期 诞 生 第 一 辆 汽 车 以 来 ， 汽 车 工 业 经 历 了100 年 的 发展过程。由于社会需求的不断增长和科学技术 发展的推动，汽 车 设 计日臻精巧 ，其运输生产率和各项性能都有很大提高 。因此，现 在 汽 车 已 成 为 世 界 各 国 国 民 经 济 和 社 会 生 活 中 不 可 缺 少 的 的 一 种 运 输 工 具。 汽车 工业 规模 和其 产品的质量也成为衡量一个国家技术水 平 的 重 要标志 之一。 50 年代以来，由于 高速公路的发展， 促使汽车的 运输能 力和载 货 量 逐渐加大 。目 前，国 外公路用牵 引 半挂式汽车的 总 质量 可达 40 吨 ，车 速可 达 100km/h 以上，每年平均行驶里 程约 15 万 km。一些工 业 发 达国家的汽车 货运量在总货运量的比例高达 80之多。60 年代 以 来 ，载货汽车向 大型化发展，是汽车在 矿山、钢铁、建筑、石油开 发 等 部门运输量 的比重也逐渐上升 ， 各国还采用变 型和集装箱运输 方 式 来 扩大 汽车的用 途和降低汽车运输成 本。在农业部门生产过程中， 汽 车 运输 也占有很 重要的地位。由此可见，汽车 已渗透到 国民经济的 各 个 部门中了。除载货汽车 外，不少国家每年还要生产数量众多的供 私 人 用的 各种形式的 轿车 （在有些国家中轿车产量占 整个汽车产量的 80 ） ，车 主用以 上 下班 、采购、旅游 和出差时代步。在 这里汽车起 到 了 节省时间、加快生活节奏和使生活现代化 的作用。因此在有些国 家 中 ，轿车就成为人们 生活中十分需要的工具，非常普及。正是由于 汽 车 的用 途日 益广 阔，所以 近20 年来汽车的 产量不断 增加。据 80 年 代 初统 计， 全世界汽车年产量已达 4000 万辆，保有量达 4 亿辆以 上 。 汽车作为路上运输 工具在社会中发挥的作用已经接近甚至超 过了 铁 路 车辆。但它 也给社会带来了许多新问题。在车 辆多的国家中造成 车 流 密度 大，交通拥挤 和频繁的交通事故；废气和噪声对环境造 成了 污 染，这些 已形成了社会公害。这些 都严重影响了社会 的治安和人民 的 生 活。所以 许多国家制定了各 种法规来加以防治，并对汽车设计 提 出 了 很严格 的要 求。综上所述，今天的汽车，其 作用不仅深入到 国民 经 济 的各个部 门， 还与社会和人民生活息息相关 ， 因此在汽车设计时 ， 6 必 须考虑到 这些 因素而 形成自己的特点。 汽车设计的 特点 之一 是要考虑其使用 条件的复杂多变， 同一辆汽 车 在 各种地 区所面临 的使用条件，如道路、气候、维修能力和燃料供 应 等 就有很大 的不同。以我国为例，南北之间跨越纬 度很大，南部进 入 热 带，北部接 近寒带，因此南北温 差悬殊；在辽阔的国土上，地形 十 分 复杂 ，西部有雄伟 的高原，东部为辽阔的平原和起伏的丘陵，西 南 多 山地 ， 各种地形互相交错， 不同的气候和地理条件对汽车的 结构、 材 料 和汽车的设计 都有 特殊的要求。 例如： 高原地区要求发动机 增压 ； 寒 冷 地区要求考虑 冷启 动 ； 热带地区希望 驾驶室有良好的通风和隔热 设 备 等。因此，汽车设计人员一定要仔细调查研究 汽车的 各种使用条 件 ，精心设计，才能确定合理的方案，使汽车 能对复杂的使用条件有 良 好 的适应 性，并保 证可靠的动作。这是 对汽车设计的 第一个要求 。 大多 数汽车是以 大量生产和大批生产为主，这是它第二个特点。 由 于 汽车 产量大 ，品种 形式多，所以设计中必须尽可能采用部件 专业 化 生 产和实行“三化” ，以达到简化生产、提高工效和改进产品质量、 降 低 成本的目的。所 谓“三化”是指产品系列化、零部件通用化和零 件 设 计的标准化而言，它在国外设计中 得到广泛应用。国外常由各 专 业 化 工厂分担各种零部件生产， 然后由汽车装配厂加以选用和进行总 装 以 完成整车的 生产。 各专业厂为了即能供应各种型号汽车所需的部 件 ，又 能进 行大量 生产，常把产品合理分档，组成系列，并考虑 各种 变 形 。如发动机可 按缸 数分为 4 缸、6 缸、v6 缸、v8 缸、自然吸气 、 增 压、增压中 冷等几个品种，这样就可以 较少的基本型满足 广泛的要 求 。 随着 汽车工业 的不断 壮大和发展， 汽车设计技术在近百年中也不 断 的 更新，总的来说经历了三个阶段：最早是经验设计阶段；到第二 次 世 界大 战后的 50 年代，逐步发展到以科学实验和技术分析为基础 的 设 计阶段 ；从 60 年代中期在设计中 引入电子计算机后，就逐步形 成 了 新的设计 技术 计算机辅助设 计 （cad） ，70 年代以后，计算 机 功 能逐步完善，使设计过程逐步走向半自动和自动的新阶段。正是 由 于 设计 技术 的不断 发展，才使得产品的功能不断 提高。 7 第一章第一章 离合器设计分析与方案选择离合器设计分析与方案选择 1.1 概述概述 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， 以保证汽车起步时 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 。 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 。 摩擦 离合器 主要由主动部分(发动机 飞轮、离合器 盖和压盘 等)、 从 动 部分 (从动盘)、压紧机构 (压紧弹簧)和操纵机构 (分离叉、分离 轴 承 、离合器 踏板 及传动 部件等)四部分组成。主、从动 部分和压紧 8 机 构是保证离合器 处于接合状态并能传递动力的基本结 构， 操纵机构 是 使 离合器 主、从动部分分离的 装置。 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 构 正 逐 步 地 向 拉 式 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 使 用 寿 命 ， 适 应 高 转 速 ， 增 加 传 递 转 矩 的 能 力 和 简 化 操 纵 ， 已 成 为 离合器的发 展趋势 。 1.2 离合器结构方案分离合器结构方案分 析析 我 们 小 组 本 次 的 设 计 任 务 是 设 计 一 辆 皮 卡 车 ， 可 乘 坐 人 ， 而我个 人的设计任务是离合 图 单 片 离 合 器 器 和 传动轴的设计。以 下对离合器的 功用和方案进 行分析。 在设计离合器时，主要 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 。 汽车离合器 大多 是盘 形摩擦离合器， 按其从动盘的 数目可分为单 片 、 双片和 多片三 类； 根据压紧弹簧 布置形 式不同，可分为 圆周布置、中央布置和斜向 布 置 等形式；根据使用的压紧弹簧 不同，可分为 圆柱螺旋 弹簧、圆锥 螺 旋 弹簧和膜片弹簧离合器 ；根据分离时所受作用力的方向不同，又 可 分 为拉式和 推式两 种形式。 9 1.2.1、从动盘数的选择 对轿车和 轻型 、微型货车而言，发动机的最大转矩一般不大。在 布 置 尺寸允许的条件下，离合器通常只设有一片从动盘。单片离合器 (图 1-1)结构简单，尺寸 紧凑，散热良好 ，用时能保证分离彻底、接 合 平 顺。 双 片 离 合 器 (图1-2)与 单 片 离 合 器 相 比 ， 由 于 摩 擦 面 数 增 加 一 倍 ，因而传递转矩的能力较大；在传递相同转矩的情况下，径向尺寸 较 小 ，踏板力较小，另外接合较为平顺但中间压盘通 风散热不良，两 图 1- 双 片 离 合 器 片起步负载不均，因而容易烧 坏摩擦 片，分离也 不够彻底。设计 时 在 结构上必须 采取相应的措施。 这种结构一般用在传 递转矩较大且 径 向 尺寸 受到限制的场合。 多片离合器 多为湿式，它有分离不彻底、轴向尺寸和质量大等缺 点，以往主要用 于行星齿轮变速器换 挡机构中。但它具有接合平 顺柔 和 、摩 擦表面温 度较低、磨损较小、使用寿命长等优点，主要应用于 重 型 牵引 车和 自卸车上。 由于 皮卡车属于轿车类型，所以我 选用了单片离合器。 10 1.2.2 压紧弹簧和布置形式 的选择 周 置 弹 簧 离 合 器 的 压 紧 弹 簧 均 采 用圆柱螺旋 弹簧(图 11)， 其 特 点 是 结 构 简 单 、 制 造 容 易 ， 因 此 应 用 较 为 广 泛 。 中 央 弹 簧 离 合 器 采 用 一 至 两 个 圆 柱 螺 旋 弹 簧 或 用 一 个 圆 锥 弹 簧 作 为 压 紧 弹 簧 ， 并 且 布 置 在 离 合 器 的 中 心 ， 此 结 构 轴 向 尺 寸 较 大 。 由 于 可 选 较 大 的 杠 杆 比 ， 因 此 可 得 到 足 够 的 压 紧力，且有利于减 小踏 板力， 使 操 纵 轻 便 。 斜 置 弹 簧 离 合 器 的 弹 簧 压 力 斜 向 作 用 在 传 力 盘 上 ， 并 通 过 压 杆 作 用 在 压 盘 上 。 这 种 结 构 的 显 著 优 点 是 在 摩 擦 片 磨 损 或 分 离 离 合 器 时 ， 压 盘 所 受 的 压 紧 力 几 乎 保 持 不 变 。 而 膜 片 弹 簧 离 合 器(图 1-3)中的膜片弹簧是 一 种 具有特殊结构的 碟形弹簧， 图 1- 膜 片 弹 簧 离 合 器 主 要 由碟簧部分和分离 指组成， 它与其它形式的离合器 相比具有如下 一 系 列优点： 1)膜 片弹簧 具有较理 想的非线性特性 如图 2-1 所示，弹簧 压力在摩擦片允许磨损范围内 基本不 变(从 安 装 时工作点 b 变化到 a 点)，因而离合器 工作中能保持传递的转矩 大 致 不变；对于 圆 柱螺旋 弹簧，其压 力大大 下降(从月点变化到 a， 点)。离合器分离时，弹簧压 力有所下降(从 b 点变化到 c 点)，从而 降 低 了踏板力；对 于圆柱螺旋 弹簧， 压 力则大大增加 (从月点变化到 c， 点)。 11 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，弹簧压紧力降低很少 ，性能较稳定；而圆柱螺旋 弹 簧 压紧力则明显 下降。 4)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。 但膜片弹簧的 制造 工 艺较复杂，对材质和尺寸精度要求高，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，膜片弹簧离合器 不仅在轿车上被大 量 采 用， 而且在轻、中、重 型货车以及 客车上也被广泛采用。 1.2.3 膜片弹簧支承形式 推式膜片弹簧 支承结 构按支承环数目不同分为三 种。 图 1-4 为双 支 承 环形式，其中 图 1-4a 用台肩式铆钉将膜片弹簧、两个 支承，图 1-4b 在铆钉 上装 硬 化衬套 和刚性挡环 ，可提高耐磨性和 使用 寿命， 但 结 构较复杂 ；图 1-4c 取消了铆钉，在离合器 盖内边缘 上伸出许多 舌 片 ，将膜片弹簧、两个 支承环与离合器 盖弯合在一起，使 结构紧凑、 简 化 、耐久 性良好 ，因此其应用日益广泛。 图 1-5 为单支承 环形式。 在冲压离合器 盖上冲出一个环形凸台来 代 替 后支承 环(图 1-5a)使 结构简化， 或在铆钉前侧以弹 性挡环代替 前 支 承环(图 1-5b)，以 消除膜片弹簧 与 支承环之间的轴 向间 隙。经 过 比 较我选用了推式膜片弹簧。 12 图 - 推 式 膜 片 弹 簧 图 - 推 式 膜 片 弹 簧 双 支 撑 形 式 单 支 撑 形 式 1.2.4 压盘驱动方式的选择 压盘的驱动 方式主要有凸块一窗孔式、销钉式、键块式和传动片 式 多 种。前三种的共同缺点是在联接件之间都有间隙，在驱动中 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 传 动 效率。传动片式是 近年来广泛采用的 结构，沿周向布置的三组或 四 组 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(图 1 2)，传动片的弹 性允许其作轴向移动。当发动机驱动时，钢带受拉 ； 当 拖 动发动机时，钢带受压。此结构中压盘与 飞轮对中性能好，使用 平 衡 性好，使用可 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 般采用高碳钢。因此我采用了传动 片 式 驱动方式。 13 第二章第二章 离合器基本参数和主要尺寸选择离合器基本参数和主要尺寸选择 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。 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 te m a x，即： maxec tt= (2-1) 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。 离合器的 静摩擦 力矩 根据摩擦定律可表示为： cc ffzrt = (2-2) 式中， t，为 静摩擦 力矩；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。 当摩擦片上的压 力均匀分布时，则： 4 )( 22 00 dd papf = (2-3) )(3 22 33 dd dd rc = (2-4) 式中，p0为摩擦面单位压力，a 为一个 摩擦面的面积；d 为摩擦 片 外 径；d 为摩擦 片内径。当 dd0.6 时，r 可相当准确地由下式 计 算 ： 4 dd rc + = (2-5) 把公式(2-3)与(2-4)带入式 cc ffzrt = 可 得 ： )1 ( 12 33 0 cdfzptc= (2-6) 式中，c 为摩擦片内外径之比，c=dd，一般在 0.530.70 之 间 。 14 2.1 离合器基本参数计算离合器基本参数计算 离合器的 基本参数主 要有性能参数 和 p0。 ，尺寸参数 d 和 d 及 摩 擦 片厚度 b。 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。在选择后备系数时，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。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。 各类汽车后备系数推荐如下： 轿车和微型、轻型货 车 =1.201.75 中型和重型货 车 =1.502.25 越野车、带拖挂的重型汽车和 牵引汽车 =1.804.00 结合我们设计的车 型我选取=1.6；所以 tc=2966 . 1185=(nm) z=2 f=0.27 c=0.6 2.单 位压力 p0。 单位压力 po 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 ，加应取小些；当摩擦片 外径较大时，为 了降低摩擦片外缘处的热 负 荷 ，po 应取小些；后备系数较大时，可 适当增大 po。 当摩擦片采用 不同材料 时，po 按下列范围选取： 15 石棉基材料 po=0.100.35mpa 粉末冶金 材料 po=0.350.60mpa 金属陶瓷 材料 po=0.701.50mpa 当 d d 0.6 时， 由式（2-5）知 25.101 4 dd rc= + = tc=296(nm) 由式（2-2）知 = fzrc tc f5414 p0=4f/3.14(d 2-d2)=0.179 所以通过计 算，我采用 石棉基材料，并且取 p00.25mpa 摩擦 片外径 d，内径 d 和厚度 b 摩擦 片外径 d 可以 根 据发动机最 大转矩 temax(nm)依照经验公 式 ： maxed tkd = （2-7） 由式知 )mm(22.23118517=d kd为直径 系数 轿车： kd=14.5； 轻、中型货 车： 单片 kd=16.018.5， 双片 kd=13.515.0； 重型货车： kd=22.524.0。 圆整后得：外 径 d=250(mm) 内径 d=155(mm) 厚度 b=3.5(mm) 内外径比值 d/d=0.62 摩擦 片的外径 d（mm）的选取应使最大圆周速度 vd 不超过 65 70ms，即： 16 3 max 10 60 =dnv ed （2-8） 可 知 smsmv v d d /7065/50 102503800 60 3 = = 故不会分离，又有 d/d=0.62 350 减 震 弹 簧 数 目 4-6 6-8 8-10 10 取 z=6 7.减振弹簧 总压力 f 当限位销与从动盘毂之间的间 隙1 或2 被消除， 减振弹簧 传 递 转矩达到最大值时 j t ，减振弹簧受到的压力 f 为 1 / rtf j = (2-14) 得 ； nf5873 10 4 . 50 296 3 = = 由上表可知，所以 每个弹簧所 承受的工作压力为： n n f f 8 . 978 6 5873 = (2-15) 得 ； nf 8 . 978 6 5873 = 8.减 震弹簧 尺寸 的确定 1）弹簧钢丝的参考尺寸： 3 2 8 fd d = (2-16) 20 )( 1 . 3mmd = d2=20 p=1000 通过 多方面考虑 选取 d=3.6(mm) 减震 器弹簧中 径 d2=20(mm) 减震 器弹簧 内径 d1=20-3.6=16.4(mm) 减震 器弹簧 外径 d3=20+3.6=23.6(mm) 9.减 震弹簧 刚度的确定 11 1000rknrt= (2-17) 得 ： )/(250 6)0504 . 0 (1000 13 2 mmn t k j = = 10.减震弹簧的 工作圈数 kd dg i 3 4 8 = (2-18) 得 ： 圈4 250128 6 . 3103 . 8 8 3 44 3 4 = = kd dg i g:材料的扭转弹 性模 量 钢 g=8.310 4 11.减震弹簧的 总圈数 2+= in (2-19) 得 ： 圈62 =+= in 12.极限负荷下的弹簧 长度 lmin=n(d+s) (2-20) 得 ： lmin= 1.1dn=23.76(mm) s=0.1d=0.36 （弹簧圈间隙） 13.减 震弹簧 总变形量 k f l = (2-21) 得 ： 21 9 . 3=l（mm） 14.减 震弹簧 自由 高度 min0 llh+= (2-22) 得 ： )(66.2776.239 . 3 0 mmh=+= 15.减 震弹簧 预变形量 1 kzr t f y = (2-23) 得 ： )(245 . 0 0504 . 0 6250 5 . 18 1 mm kzr t f y = = 因此 可得安装后的高度为： fhh= 0 （2-24） )(355.27245 . 0 6 . 27 0 mmfhh= 2.4 离合器压盘的设计离合器压盘的设计 1.对 压盘结构设计的要 求： 1)压盘应具有较大的质量以增大热容量、减小温升，防止其产生 裂 纹 和破碎 ，有时可设 置各 种形状的散热肋或鼓风肋，以帮助散热通 风 。 中间压盘可 铸出通风槽，也可采用传 热系数较大的铝合金压盘 。 2)压盘应具有较大的刚度， 使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀 并 减 小受 热后 的翘曲 变形， 以免影响摩擦片的均匀压紧以及与离合器 的 彻 底分离。 3)与飞轮应保持良好 的对中，并要进行静平衡。 4)压盘高度尺寸(从承压点到摩擦面的距离)公差要小。 2.离 合器压盘的 主要计 算 压 盘 形 状 比 较 复 杂 ,要 求 传 热 性 能 要 好 ,具 有 较 高 的 摩 擦 系 数 及 耐 磨.故压盘通 常都 是由灰铸铁ht200 铸造而成的,金相组织呈珠光 体 结 构 ,硬 度hb170-227.另 外 可 添 加 少 量 金 属 元 素 用 以 增 强 其 机 械 强 度 .压 盘 的 外 径 可 以 根 据 摩 擦 片 的 外 径 由 结 构 确 定 .应 比 摩 擦 片 的 22 外 径 稍 微 大 些 ,而 压 盘 的 内 径 则 要 比 摩 擦 片 的 内 径 要 稍 微 小 些 .所 以 我 确 定压盘的 外观尺寸 为: d=250+5=255(mm) d=155-5=150(mm) 1)压 盘工作压力 m c rf t f = （2-25） 得 ： n rf t f m c 11008 09375 . 0 27 . 0 296 = = = 2)压 盘的 滑磨功 2 1 2 0 2 2 max 1800 g rae ii rmn = （2-26） 得 ： )( 9 . 54982 06 . 5 83 . 5 1800 3775 . 0 4245380014 . 3 1800 22 222 2 1 2 0 2 2 max j ii rmn g rae = = 3)压 盘的 质量 由于 离合器一 次结合的温升不应超过 10 0,所以取压盘温升为 80c 即: tc m mc t = （2-27） 得 ： )(14 . 7 4 . 4818 9 . 549825 . 0 kg tc m= = c:比热容 铸铁 c=481.4j/kg 0c 由此可知压盘 质量 必须大于 7.14kg 4)压 盘的 厚度计算 33 /108 . 7mkg= 铸铁 )d 14 . 7 22 = d h （ 铸铁 （2-28） 23 得 ： mmmh22022 . 0 )150 . 0 255 . 0 108 . 7 14 . 7 223 = = （ 由式（2-27）得： )(14 . 7 4 . 4818 9 . 549825 . 0 kg tc m mc t= = 既:压 盘厚度不 应小于 22 毫米 2.5 离合器从动盘毂花键的强度校核离合器从动盘毂花键的强度校核 从动盘毂花键 的内径 为 28 毫米,外径为 35 毫米,花键的有效长度 为 35 毫米,键齿宽 4 毫米. 对花键的挤压应力进行强度校核: znldd te j )( 8 22 max = （2-29） 得 mpampa znldd t j e j 30055 . 0 035 . 0 21010)155250( 1858 )( 8 62222 max = = = 对花键的剪切应力进 行强度校核: znlbdd te j )( 4 max + = （2-30） 得 mpampa znlbdd t j e j 1565. 0 004. 0035. 010210)155250( 4185 )( 4 3 max = + = + = 由以上两个 公式可 得设计中 选用的花键能满足 要求. 2.6 离合器操纵机构的设计计算离合器操纵机构的设计计算 离合器操纵系 统得功能是， 把驾驶员 对离合器踏板得输入变成在 分 离 轴承上得输出，来控制 离合器 得分离和接合，从而完成对汽车传 动 系 统得动力切断或传递 。因此，离合器 踏板得布置位置、相关尺寸 、 24 作 用 力以及行 程大小都要符合人体工程 学的要求。 综合起来，设计离合器操纵系 统时要考虑如下一些因素； 1 对操纵机构的要 求 (1)踏板力要小， 轿车 一般在 80150n 范围内 ， 货车不大于 150 200n。 (2)踏板行程对 轿车一般在 80150mm 范围内，对货车最大不超 过 180mm。 (3)踏板行程应能调 整，以保证摩擦片 磨损后分离轴 承的 自由行 程 可 以复原。 (4)应有对踏板行程 进行限位的装置， 以 防止操纵机构 因 受力过 大 而 损坏 。 (5)应具有足够的刚度 。 (6)传动效率要高。 (7)发动机 振动及车 架和驾驶室的变形不会 影响其正常工作。 2 操纵机构 结构形式选择 常用的离合器操纵机构 主要有机械式、液压式 等。 机械式操纵机构 有杆系和绳索两种 形式。杆系传动机 构 结构 简 单、工作可靠，广泛应 用于各种汽车中。但其质量大 ，机械效率低 ， 车 架 和 驾 驶 室 的 变 形 会 影 响 其 正 常 工 作 ， 在 远 距 离 操 纵 时 布 置 较 困 难。绳索 传动机构可 克服上述缺点，且可采用适宜驾驶员操纵的 吊挂 式 踏 板结 构。但其寿命 较短，机械效率仍不高。此形式多用于轻型轿 车 中 。 液压式操纵机构 主要由主缸、工作缸和管路等部分组成，具有传 动 效 率高 、质量 小、布置方便、便于采用吊挂踏板、驾驶室容易密封、 驾 驶 室和车 架变形不会 影响其正常工作、离合器接合 较柔和等优点 。 此 形 式广泛应 用于各 种形式的汽车中。 工作缸直径 d2的确定与液压系 统所允许的最大油压有关。考虑 到 橡 胶软管 及其 管接头的密封要求，最大允许油压一般为 58mpa 3 离合器操纵机构的 主要计算液压式操纵机构。 如图 2.6 踏板行程 s 由自由 行程 sl和工作行程 s2两部分 组成： 25 2 111 2 222 1 2 021 )( dba dba c c szssss f +=+= （2-31） 式中， sof 为分离轴 承自由 行程， 一 般 为 1530mm， 本设计 sof=3.0mm 反映到 踏 板 上的自由 行程 sl 一般为 2030mm； d d2分 别为主缸和工作缸的直径； 图 2.6 液 压 式 操 纵 机 构 示 意 图 本设计 主缸直径 为 28mm,工作缸直径为 30mm. z 为摩擦面面 数； s 为离合器分离时 对偶摩擦面间的间 隙，单片： s =085130mm，双片： s =075090mm。 a1、a2、bl、b2、c1、c2为杠杆尺寸。 其取值分别为 a1=50mm、 a2=260mm、 b1=80mm、 b2=90mm、 c1=60mm、 c2=305mm. 把以上的数据代入式 ）2-31）, 可得到离合器 踏板行 程 s=91.3mm. 满足踏板行程小于 180mm 的 设 计 要求. 踏板力 ff 可按下式计 算 fs i f ff+= (2-32） 式 中 ， f 为离合器分离时，压紧弹簧 对压盘的 总压力； 本设计中压紧弹簧 对压盘的 总压力为 1860n i 为操纵机构 总传动 比 ， i = 2 111 2 222 dba dba ； (2-33) 代 入 数据得: i =20.07. 26 为机 械效率，液压式 ： =8090 机械式： =7080 本设计中采用液压式操纵机构,=85%. 把数据代入公式(2-32), 可得 ff=109n. 满足 踏板力小于 180n 的设计要 求. fs为克服回 位弹簧 1、2 的拉力所需的踏板力，在初步设计时， 可 忽 略之。 通 过 以 上 对 液 压 式 离 合 器 操 纵 机 构 的 工 作 原 理 的 阐 述 及 各 构 件 的 计 算,可以 看出,对离合器操纵机构 的设计要 作综合考 虑,根据驾驶 员 操 作空间选取各 构件,使操纵 轻便,结构合理,使汽车的离合器的分 离 与 接合可以 控制,保证汽车平稳起步,传动系中变速器换档平 顺。 27 第三章第三章 传动轴的设计与计算传动轴的设计与计算 3.1 概概 述述 万向传动轴 由万 向节 和传动轴 组成，有时还加装 中间支承。它主 要 用 来 在 工 作 过 程 中 相 对 位 置 不 断 改 变 的 两 根 轴 间 传 递 转 矩 和 旋 转 运 动 。 万向传动轴设计 应满 足如下基本要求： 1)保证所连接的两轴 相对位置在预计范围内变动时， 能可靠地传 递 动 力。 2)保证所连接两轴 尽可能等速运转。 由于万向节夹角而产生的附 加 载 荷、振动和 噪声 应在允许范围内 。 3)传动效率高 ，使用 寿 命长，结构简单，制造方便，维修容易等。 万向传动轴在汽车 上应用比较广泛。 在发动机前置后轮或全轮驱 动 的 汽车上，由于 弹性悬架的变形，变速器或分动器 输出轴与驱动桥 输 入 轴的轴 线相对位置经常 变化，所以 普遍采用十字轴万向传动轴 。 在 转 向驱动桥中，内、外半轴之间的 夹角随行驶需要而变，这时 多采 用 等 速万向传动轴。当后驱动桥为 独立悬架时，也必须采用万向传动 轴 。 万向节按扭转方向是 否有明显的弹性， 可分为刚性万向节和挠性 万 向 节。刚性万向节是靠零件的铰链式连接传递动力的，可分成不等 速 万 向节(如十字 轴式)、准等速万向节 (如双联式、凸块式 、三 销轴 式 等)和等速万向节 (如球叉式、球笼式 等)。挠性万向节是 靠弹性零 件 传 递动力的， 具有缓冲减振作用。 不等速万向节是指万 向节连接的两轴 夹角大于零时， 输出轴和输 入 轴 之间以变 化的瞬时角速度比传递运动， 但平均角速度比为 1 的万 向 节 。 准等速万向节是指在设计 角度下工作时以等于 1 的瞬时角速度 比 传 递运动， 而在其 它角度下工作时瞬时角速度比近似等于 1 的万向 节。输出轴和 输入轴以 等于 1 的瞬时角速度比传递运动的万向节，称 之 为 等速万向节。 28 3.2 万向节结构方案分析万向节结构方案分析 1.十字轴万向节 典型的十字 轴万向节 主要由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承 及 其 轴向定位件和 橡胶 密封件等组成。十字轴万向节结构简单，强度 高 ，耐 久性好，传动 效率高，生产成本低。但所连接的两轴 夹角不宜 过 大 ，当夹角由 4增至 16时，十字轴万向节滚针 轴承寿命约下降 至 原 来的 14。 2.双联式万向节 双联式万向节(图 43)是由两个十字 轴万向节组合而成 。为了 保 证 两万向节连接的轴 工作转速趋于相等，可设有分度机构。由于双 联 式 万向节轴向 尺寸 较大 ， 为使主销轴线的延长线与地面交点到轮胎 的 接 地印迹 中心偏离不大，就必须用较大的主销内倾角。 3.球笼式万向节 球笼 式万向节是目前 应用最为 广泛的等速万向节。 这种等速万向 节 无 论转动 方向如何，六个钢球全都传递转矩，它可在两轴之间的 夹 角 达3537的 情 况 下 工 作。 由 于 传 递 转 矩 时六 个 钢 球 均 同 时参 加 工 作，其 承载能力和耐冲 击能力强，效率高，结构紧凑，安装方便 。 但 是 滚道的制造 精度高，成本较高。 我通过对以上三个 不 同的万向节进行比较， 确定采用结构相对简 单 的 十字 轴万向节，虽然不能够进行等速传递转矩，但已经可以满足 本 次 设计的动 力传递要求。 3.3 万向节的设计计算万向节的设计计算 3.3.1 万向节设计 1.万 向传动的计 算载荷 万向传动轴 因布置 位 置不同，计算载荷是不同的。 = 1maxgde iktt (3-1) 得 ： 38.91798. 006. 51185=t 29 其 中 ： temax=185nm kd=1 =98% ig 1=5.06 2.十 字轴结构尺寸 的确定 十字 轴万向节的尺寸主 要决定于十字 轴的尺寸， 根据实际情况参 照 参 考车辆从 下表中选出适合本次设计的 十字轴尺寸。 表 3 1 序 号 最大 扭矩 t 十字轴总成 花 键 十字 轴及其 轴承 滚 针 * * nd1d1b d d h h d0 l z* 1 55 25 14.8 60 67 2.0 14 26 1030264 2 90 28 17.6 76 83 2.5 14 25 1032264 3 135 32 20.0 80 89 2.5 16 28 16