实用微型客车设计-离合器及操纵机构设计（全套含CAD图纸）
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外文资料译文 1 英文翻译 图 在侧面深度为 8轮胎摩擦系数取决于不同水平面上的车速。在车速小于 km/h 时，几乎所有的有影响都无法测试出来；在高速或 3的水面时，摩擦系数很小，这就是所谓的滑水现象。 对于不同的路面，水面是一个至关重要的因素（图 滑水现象随着水面的上升变化就会非常明显。当水面低时，路面仍然起到主导作用，因为粗糙的路面将会在路的边缘处存大量的水。降雨时，路面的水深一般能达到2长时间下雨或者暴风雨或水坑中，水面深度更深 。 对于轮胎来 说，轮胎花纹的深度对此影响最大（图 不同的车速达到 25km/h 时，在胎面全接触和最小胎面深度为 小的滚动半径的轮胎将会导致滑水现象的增强，当对地面压力较大时，这种现象就会更加明显（图 轮廓半径较大的低压轮胎几乎不会发生滑水现象，这也于轮胎的宽度有关，尤其是在胎面深度较小时（图 然而很显然最大的 影响因素是速度，尤其是在水层上和胎面花纹深度 较低时，这就是降低车速可以 减小 滑水现象的有效方法，驾驶员通过降低车速避免此中现象的发生。 雪路面 类似于滑水现 象，冰滑路面上的附着系数较低，尽管它很大程度上取决于冰雪的冰面的温度，尤其在接近 0 此种特殊情况 发生；在此路况下，轮胎压 图 季冰面温度和车速对 82 系列轮胎摩擦系数的关系图，在 0时摩擦系数变化非常明显。 缩冰面会形成水，这将导致滑水现象的发生和降低地面附着系数至 在零下 25时， 这是 在北欧国家中一点也不少见的温度。摩擦系数最大可达到 擦系数和活动摩擦系数相差很大： 0, 2 向力和摩擦系数 向力，侧偏角和摩擦系数 滚动车轮受到的侧向力是引起轮胎发生沿斜向方向发生移动的主要原因（所外文资料译文 2 谓的滑移），侧向力有使轮胎在路面垂线方向产生位置偏移的倾向， 产生弧形或锥形效果。由侧向力引起的侧滑将在经后章节讨论。 如果外力用于车辆的中心位置（例如风或侧向举升起力），车轮的侧向力,，,，,和,需要取平衡受力（图 为消除这些力的影响，车辆必须改变其行使方向的角度 即为侧偏角，侧偏角改变的大小主要依据轮胎传力特性和外界干扰力（图 当车轮转弯时， 干涉阻力应该与车辆的指向车辆中心的力等（离心力）。等式中车速 v 单位为 m/s,转弯半径 为 R m,沿车辆中心位置发生偏移。（图 与车辆质量之间的关系为 （ 离心力或干扰阻力正好与作用在车轮上的侧向力相等。（图 （ 和 联立上面两等式可得 （ 2 图 7 轮胎转移车辆受到得侧向力车轮绕其轴线发生一个角度得偏转。在车辆转弯时，不管是轮胎 是否 受到的力离心力它的侧 向力，它的侧向力总是垂直与车轮的中心平面。 图 向力大，轮胎的侧偏角度 越大。 图 弯时，随着由离 心力起的侧偏力大大，轮胎的侧偏滑移角度也随着增大。 式中 侧向附着系数不仅取决与转弯半径和车速，而且更适合于计算车轮的转向方式。（见式子 当车辆转弯时，转向速度越快，侧向附着系数越大，侧偏角也越大。（ 辆的自动 回转 特性 车辆的自动转向特性描述了在稳定转向时，侧向力和因其所产生的侧偏角比率之间的关系（转弯半径和行使车速；不包含外力的干扰）。在车辆不足转向的情况下，要求前轮轴线的 侧偏角大于后轮轴线的侧偏角（ 图 侧向力加速转弯时，驾驶员需要通过迅速增大方向盘的转角达到转弯的目外文资料译文 3 的。（见图 果前轮的侧偏角和后轮的侧偏角相等时， （ ），这是中性转向的特性。如果车轮的尾部在转弯时向外侧移动，且后轮的侧偏角度大于后轮的侧偏角度（ 图 将会发生过多转向。此时，驾驶员必须通过减小方向盘转角来防 止过多转向。 操纵良好的汽车应具备 适度的不足转向 特性，它具有一定的预期性，不足转向也我们所要追求的。 在正常的行驶工况下 图 果在转弯时 车辆的转向方式为中性转向 。 图 果前轮的侧偏角大于后轮的侧偏角 ，车辆为不足转向 。 图 果前轮的侧偏角度小于后轮的侧偏角度，车辆为过多转向。在车轮的纵向位置和车速方向产生的角度用来描述过多转向。 （双向车道，侧向加速速度应低于 6m/s） ,因此现在对于所有的车辆一般设计成不足转向。 随着侧向车速的增加，不足转向 应尽可能呈线性变化，提醒驾驶员转弯时降低车速来稳定实现转弯。 如果在过多转向时，在很高的侧向速度下，车辆的行驶稳定性下降，行驶位置是不可预料的，缺乏经验的驾驶员很 难 控制好转向 。为了提高乘座的舒适性，在不同的行驶路况下，车辆的自动回转特性是非常重要的（四驱车中，车辆将行驶扭距分配给四个驱动轮，在不同的附着系数，加速度和制动过程中，以及轮胎气压的改变等等）。 对于典型的关系描述，一般使用车轮转向模 型车轮被绘制在车辆的中心位置， 此时不考虑车辆的中心位置（平面模型）。 对于较大的转弯半径，车轮的方向盘平均转角m不大于 5，它可以被假定为其正弦值与弧度角相等。 且此角度与0和i相等 由式 以推出上面参数与转向角之间的关系式，汽车的转弯半径 侧偏 角为一定的转向车速时： （ 2 主销偏移半径以忽略不计。 动摩擦系数 为确定车辆的转弯方式，底盘工程师需要计算侧向附着力（或附着系数），主要依据侧偏角度和下列限定要素： 在轮胎承载中心的径向力 外文资料译文 4 轮胎压力 车轮外倾 轮胎型号 这些因素的测量主要是通过操纵试 验来确定，在此 将侧偏角达到 10时，轮胎凸面的摩擦系数0=计成最小限定值，更大的角度很难提高其侧向附着系数 （ 2 要进行各种不同路况下的试验，在这里路况起主导作用。见图 凹不平的路面，干燥的混凝土路面地面附着系数较大，侧偏角度可以达到 20 ，使用此种方法进行精确计算时，应该把在纵向力（侧偏 方向）下的滑移率虑进去，它是一个用侧偏角的正弦值来表示的百分比数。 （ 2 当侧偏角 =10时，对应的滑移率为17%，在街道上当 =20时滑移率可以达到 34%。如果轮胎的侧偏角 =90时，它将沿 90发生滑移，滑移率100%， 实际上 侧向附着系数,一般低于 30% （ 2 将干燥的混凝土路面和沥青路面（图 尤其是在潮湿路面和冰雪路面上，侧偏角不得大于 10（17%）。 干燥，粗糙的路面 干燥，平滑的路面 雪覆盖路面 结冰路面 图 向附着系数在侧滑角度和不同路况下起主要作用，如 82 系列的轮胎，其 轮廓 深度 大约 为 90%，冰的温度大约为零下 4，径向力持不断的变化，测量出一个大约的值。在最大侧偏角度为 =20， 在侧滑路 面上将会很直观的看出来，随着摩擦系数的下降，侧偏角也应随之减小。 弯时的侧向力特性 图表 示了在一般情况下 82 系列轮胎的受力特性关系曲线。在图中横向力单位为千牛顿，侧偏角度是一个主要的影响因素。第二的对应关系大致如图 示。这和 72 系列的轮胎大致相似，F , /关系图象以 和纵向力为主要限定因素。图表中不同的 曲线反映了在任意点，的关系。的最大值是在当侧偏角最大，径向力最小时。低压轮胎受承载量的影响，因此在满载时，具有较大的摩擦系数，允许有较大的侧偏角度和转向 速度。 外文资料译文 5 根据上述结论，低压胎曾长期应用在赛车和越野车上，在现代轿车上应用也很普及，例如，一些中档轿车。专门的轿车制造商采用的前后轮胎型号为 185/65 R 15 88H,承载压力为 大气压。 在此压力下，承载能力可由图 图 得 前轮为 505轮 560表 出了前后轴载荷及车轮载荷的分配 的推荐值 。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 1 实用微型客车设计 离合器及操纵机构设计 摘 要 在传动系中，离合器位于发动机与变速器之间，其作用是使驾驶员可以把 发 动 机 与 变 速 器 结 合 或 脱离。汽车离合器看似简单、工作原理浅薄，但是其结构的发展却经历了上百年，融入了几代人的智慧和心血才达到现今的地步。其设计理论也从传统的机械、力学领域深入到热、电、材料、控制等众多学科领域。今天技术已发展到电子化 、信息化，离合器的发展也面临着用新的技术进行改造和提高。从微型客车的经济性和其操纵的稳定性方面来考虑，本次设计采用膜片弹簧式离合器，拉锁式操纵机构，设计中注重理论计算，使离合器的各项指标均达到要求。 通过离合器膜片弹簧参数优化设计，扭转减震器以及操纵机构的设计计算，使其结构简单，操纵轻便。 随着汽车发动机的转速和功率不断提高，汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求也越来越高， 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。 开发出适用于微型 客车且性能高，成本低，便于维修的离合器是本次设计的核心部分 。 关键词： 离合器，从动盘，膜片弹簧，压盘 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 2 F he is in is to to or s of is ts of It a s up to Its of to of to on s of a In of to a of of s of of to is s to is to be to to of is at 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 3 目 录 第一章 前言 . 述 . 合器设计的原则 . 合器的组成 .二章 离合器的方案选择 . 合器的分类 . 4 动盘数的选择 . 片离合器 . 片离合器 . 片离合器 . 紧弹簧及其布置形式的选择 . 周布置弹簧离合器 . 央布置弹簧离合器 . 布置弹簧离合器 . 片弹簧离合器 . 片弹簧的支承形式 . 盘的驱动方式 .三章 离合器主要参数的选择与计算 . 合器主要参数的选择依据 . 合器主要参数的计算 . . 合器基本参数的优化 .四章 膜片弹簧的设计与计算 . 片弹簧的尺寸选择 . 片弹簧的尺寸选择依据 . 片弹簧基本尺寸的选择 . 片弹簧的优化设计 . 片弹簧的工作点选择及计算 . 片弹簧工作点的选择 .买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 4 片弹簧的强度校核 .五章 扭转减振器的设计 . 转减振器线性和非线性特性 . 转减振器的主要参数 . 振弹簧的计算 .六章 离合器操纵系统设计 . 离合器操纵机构的要求 . 纵机构结构的选择 . 合器操纵机构的设计计算 .七章 离合器主要零部件的结构设计 . 动盘总成 . 动盘毂 . 擦片 . 合器盖总成 . 合器盖 . 盘 . 动片 . 离杠杆装置 . 承环 . 离轴承总成 .八章 结论 .考文献 .谢 .买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 5 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 6 第一章 前言 概述 对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动中是作为一个独立的总成而存在的，它是汽车传动系直接与发动机相连接的总成。目前，各种汽车广泛使用摩擦离合器是一种依靠主、从动部分之间 的摩擦来传递动力且能分离的装置。离合器的主要功能是切断和实现对传动系的动力传递。主要功用： (1) 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； (2) 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； (3) 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； (4) 有效地降低传动系中的振动和噪声。 合器设计的原则 有适当的转矩储备； 保证汽车起步时没有抖动和冲击； 迅速、彻底； 减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减少同步器的磨损； 保证工作温度不致过高，延长其使用寿命； 具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力； 保证有稳定的工作性能； 确，以减轻驾驶员的疲劳； 保证其工作可靠、寿命长； 凑、质量小，制造工艺性好 ，拆装、维修、调整方便等。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 7 合器的组成 1. 主动部分 主动部分包括飞轮、离合器盖、压盘等机件组成。这部分与发动机曲轴连在一起。离合器盖与飞轮靠螺栓连接，压盘与离合器盖之间是靠 3 4 个传动片传递转矩的 2. 从动部分 从动部分是由单片、双片或多片从动盘所组成，它将主动部分通过摩擦传来的动力传给变速器的输入轴。从动盘由从动盘本体，摩擦片和从动盘毂三个基本部分组成。为了避免转动方向的共振，缓和传动系受到的冲击载荷，大多数汽车都在离合器的从动盘上附装有扭转减震器。 3. 扭 转减振器 离合器接合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘传给了从动盘两侧的摩擦片，带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减振器盘转动。从动盘本体和减振器盘又通过六个减振器弹簧把转矩传给了从动盘毂。因为有弹性环节的作用，所以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。传动系中的扭转振动会使从动盘毂相对于从动盘本体和减振器盘来回转动，夹在它们之间的阻尼片靠摩擦消耗扭转振动的能量，将扭转振动衰减下来。 为了使汽车能平稳起步，离合器应能柔和接合，这就需要从动盘在轴向具有一定弹性。为此，往往在动盘本体圆周部分，沿径向和周向 切槽。再将分割形成的扇形部分沿周向翘曲成波浪形，两侧的两片摩擦片分别与其对应的凸起部分相铆接，这样从动盘被压缩时，压紧力随翘曲的扇形部分被压平而逐渐增大，从而达到接合柔和的效果。 4. 压紧机构 压紧机构主要由螺旋弹簧或膜片弹簧组成，与主动部分一起旋转，它以离合器盖为依托，将压盘压向飞轮，从而将处于飞轮和压盘间的从动盘压紧。 5. 操纵机构 操纵机构是为驾驶员控制离合器分离与接合程度的一套专设机构，它是由位于离合器壳内的分离杠杆（在膜片弹簧离合器中，膜片弹簧兼起分离杠杆的作用）、分离轴承、分离套筒、分离叉、回位弹簧等机件组成的分离机构和位于离合器壳外的离合器踏板及传动机构、助力机构等组成。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 8 发动机飞轮是离合器的主动件，带有摩擦片的从动盘和从动毂借滑动花键与从动轴（即变速器的主动轴）相连。压紧弹簧则将从动盘压紧在飞轮端面上。发动机转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上，再由此经过从动轴和传动系中一系列部件传给驱动轮。压紧弹簧的压紧力越大，则离合器所能传递的转矩也越大。 图 1合器工作 原理图 由于汽车在行驶过程中，需经常保持动力传递，而中断传动只是暂时的需要，因此汽车离合器的主动部分和从动部分是经常处于接合状态的。摩擦副采用弹簧压紧装置即是为了适应这一要求。当希望离合器分离时，只要踩下离合器操纵机构中的踏板，套在从动盘毂的环槽中的拨叉便推动从动盘克服压紧弹簧的压力向松开的方向移动，而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力的传递。 当需要重新恢复动力传递时，为使汽车速度和发动机转速变化比较平稳，应该适当控制离合器踏板回升的速度，使从动盘在压紧弹簧压力作用下，向接合的方向移动与飞轮 恢复接触。二者接触面间的压力逐渐增加，相应的摩擦力矩也逐渐增加。当飞轮和从动盘接合还不紧密，二者之间摩擦力矩比较小时，二者可以不同步旋转，即离合器处于打滑状态。随着飞轮和从动盘接合紧密程度的逐步增大，二者转速也渐趋相等。直到离合器完全接合而停止打滑时，汽车速度方能与发动机转速成正比。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 9 第二章 离合器的方案选择 合器的分类 汽车离合器大多是盘式摩擦离合器，按其从动盘数目可分为：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可分为：拉式和推式两种形式。 动盘数的选择 片离合器 单片离合器（图 2构简单，尺寸紧奏，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，能保证分离彻底，接合平顺。适用于轿车和轻型、微型车。 片离合器 双片离合器（图 2擦面数是单片离合器的两倍，传递转矩能力较大，但是中间压盘通风散热性不好，两片起步负载不均，因而容易烧坏摩擦片，分离不够彻底。此结构一般用于传递转矩较大的场合。 图 2片离合器 图 2片离合器 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 10 片离合器 多片离合器主要用于行星齿轮变速器换挡机构中。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。 通过以上分析比较，微型客车选用单片干式离合器。 紧弹簧及其布置形式的选择 周布置弹簧离合器 圆周布置弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧，其特点是结构简单、制造容易。为了保证摩擦片上压力均匀，压紧弹簧数目不 应太少，要随摩擦片直径的增大而增大，而且应当是分离杠杆的倍数。其缺点是压紧弹簧直接与压盘接触，易受热退火，且当发动机转速很高时，圆周布置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲，使弹簧压紧力下降，离合器传递转矩能力也随之降低；弹簧靠到它的定位面上，造成接触部位严重磨损，甚至会出现断裂现象。 央布置弹簧离合器 中央弹簧离合器采用一到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。由于可选用较大的杠杆比，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。此外 ，压紧弹簧不与压盘直接接触，不会使弹簧退火，通过调整垫片或螺纹容易实现对压紧力的调整。这种结构多用于重型汽车上。 斜布置弹簧离合器 斜布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，压盘所受的力几乎保持不变。与上述两种离合器相比，具有工作性能稳定、踏板力较小的突出优点。此结构在重型汽车上已有采用。 膜片弹簧离合器 膜片弹簧离合器（图 2的膜片弹簧是一种具有特殊结构的碟形弹购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 11 簧，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以下一系列优点： 1）弹簧具有较理想的非线性特性（如图 2弹簧压力在摩擦片允许磨损范围内基本不变（从安装工作点 B 变化到 A 点），因而离合器工作时能保持传递转矩大致不变；对于圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降（从 B 点变化到 C 点）。离合器分离时，弹簧压力有所降（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 B 点变化到 C 点）。 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，性能稳定；而圆柱螺旋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，使用寿命长。 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。 1）制造工艺复杂，对材质和尺寸精度要求高。 2）非线性特性不易控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。 图 2片弹簧离合器 图 2片弹簧工作点位置 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 12 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。 膜片弹簧的支承形式 图 2式膜片弹簧双支承环形式 本次设计采用的是推式膜片弹簧，（图 2推式膜片弹簧的三种支承形式，图 2台肩式铆钉将膜片弹簧、两个支承环与离合器盖定位铆合在一起，结构简单；图 2-5 b)在铆钉上装硬化衬套和刚性档环，提高了耐磨性，延长了使用寿命，但结构较复杂；（图 2-5 c)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，应用日益广泛。设计中采用了图 2-5 a)支承形式。 压盘的驱动方式 压盘的驱动方式主要有凸块 窗孔式、传力销式、键块式和弹性传动片式等多种。前三种的缺点是在连接件之间都有间隙，在传动过程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，降低了离合器的传动效率。弹性传动片式是近年来广泛采用的驱动方式，沿圆周切向布置三组或四组薄弹簧钢片两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联结。（图 2传动片的弹性允许其做轴向移 动。当发动机驱动时，传动片受拉，当拖动发动机时，传动片受压。弹性传动片驱动方式结构简单，压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，工作可靠，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。 综上所述，本次设计的微型客车的离合器为推式膜片弹簧离合器。力求结构简单，工作可靠，降低成本。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 13 第三章 离合器主要参数的选择与计算 合器主要参数的选择 摩擦离合器是靠存在于主、从动部分摩擦表面之间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器的静摩擦力矩 (3式中， f 为摩擦面间的静摩擦因数，计算时一般取 F 为压盘施加在摩擦面上的工作压力； Z 为摩擦面数，是从动盘数的两倍。 假设摩擦片上工作压力均匀，则有 (3式中， 0p 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 . 摩擦 片的平均摩擦半径 据压力均匀的假设，可表示为 (3当 d D 0 6时， 4 (3 将式 （ 3与式 （ 3代 入式 （ 3得 )1(12 330 z pT c (3式中， c 为摩擦片内外径之比， ，一般在 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 cc 4 )(2200 )(3 2233购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 14 T (3式中 , 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。 离合器的基本参数主要有性能参数 和 0p ,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 ，最后还有摩擦系数 f 。 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。各类汽车离合器的 值见表 3 3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 6大总质量为 6 14车 单位压力 0p 单位压力 0p 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， 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， 取小些；后备系数较大时，购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 15 当摩擦片采用不同的材料时，取值范围见表 3 3擦片单位压力 取值范围 摩 擦片材料 单位压力 石棉基材料 模压 织 末冶金材料 铜基 基 金属陶瓷材料 . 摩擦片外径 D 、内径 d 和厚度 b 当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩 知，结合式 (3式 (3适当选取后备系数 和单位压力 0p ，即可估算出摩擦片外径。 3 30m a x )1(12 cf D e (3 摩擦片外径 D (可根据发动机最大转矩 N m)按如下经验公式选用 (3 式中： 直径系数，取值范围见表 3 3径 系数 取值范围 车型 直径系数 乘用车 大总质量为 商用车 片离合器） 片离合器） 最大总质量大于 商用车 同样外径 D 时，选用较小的内径 d 虽可增大摩擦面积，提高传递转矩的能 力，但会使摩擦面上的压力分布不均匀，使内外缘圆周的相对滑磨速度差别太大而造成摩擦面磨损不均匀，且不利于散热和扭转减振器的安装。摩擦片尺寸应符合尺寸系列标准 86汽车用离合器面片，所选的 5 70m s，以免摩擦片发生飞离。 m 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 16 摩擦片的厚度 b 主要有 种。 f 、摩擦面 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。摩擦片的材料主要有石棉基材料、粉末冶金材料和金属陶瓷材料等。石棉基材料的摩擦因数 f 受工作温度、单位压力和滑磨速度影响较大，而粉末冶金材料和金属陶瓷材料的摩擦因数 f 较大且稳定。各种摩擦材料的摩擦因数 f 的取值范围见表 3 3擦材料的摩擦因数 f 的取值范围 摩擦片材料 摩擦因数 f 石棉基材料 模压 织 末冶金材料 铜基 基 属陶瓷材料 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。 离合器的间隙 t 是指离合器处于正常结 合状态、分离套筒被回位弹簧拉到极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全结合，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 3 合器主要参数的计算 合器主要参数的选择与计算 根据以上离合器主要参数的选择的依据的条件，本设计离合器采用模压石棉基材料初选取各参数为： f =0p =106 =2, b = 由已知条件：2 N m, m i n/5 5 0 0,0 2 7 4 0 0,98.5 m a 1摩擦片外径 D、内径 d 由式 (3 8)知： 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 17 m in = 于摩擦片的外径 D(选取应使最大圆周速度 5 70m/s，即 /70651060 3m a x (3010706010D 3m a a x 则 2R+40 可得 0250 250 320 325 20 10 ) 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，每一次接 合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值。 )( 4 22 (3式中， 为单位摩擦面积滑磨功 (J 为其许用值 (J 对于轿车： =于轻型货车 =于重型货车： =由下式： 1 8 0 0 220222 (3可算出，式中， J)， 400kg r 为轮胎滚动半径 (m)； r =270mm 0i=r 计算时轿车取 2000r 车取 1500r 则由式（ 3： 2222220222 由式（ 3： 3 2 51 8 0( 6 44)( 4 22222 =买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 20 第四章 膜片弹簧的设计与计算 片弹簧的尺寸选择 片弹簧的尺寸选择依据 图 4片弹簧的尺寸简图 膜片弹簧的主要参数： 膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度 H； 膜片弹簧钢板厚度 h ； 自由状态下碟簧部分大端半径 R； 自由状态下碟簧部分小端半径 r ； 自由状态时碟簧部分的圆锥底角 ； 分离指数目 n 等，见图 4 1。 。由图 4知，当 H h 2 时， ( 1)有一极大值和一极小值；当 H h = 22 时，( 1)的极小值落在横坐标上。为保证离合器的压紧力变化不大和操纵方便，离合器膜片弹簧的 H/h 一般为 厚为 2 4 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 21 图 4片弹簧的弹性特性曲线 r 和 R 、 r 的选择 研究表明， R/r 越大，弹簧材料利用率越低，弹簧越硬，弹性特性曲线受直径误差的影响较大，且应力越高。根据结构布置和压紧力的要求， R 使摩擦片上压力分布较均匀，推式膜片弹簧的 R 值应取为大于或等于摩擦片的平均半径式膜片弹簧的 r 值宜取为大于或等于 选择 膜片弹簧自由状态下圆锥底角 与内截锥高度 H 关系 密切， =( H/(一般在 9 15范围内。 膜片弹簧的弹性特性曲线，如图 2示。该曲线的拐点 H 对应着膜片弹簧的压平位置，而且 =( + )/2。新离合器在接合状态时，膜片弹簧工作点 B 一般取在凸点 M 和拐点 H 之间，且靠近或 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 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， 点。 n 的选取 分离指数目 n 常取为 18，大尺寸膜片弹簧可取 24，小尺寸膜片弹簧可取12。 0最小值应大于花键的外径， 、 2 及半径 1 =2 =9 10取值应满足 2 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 22 片弹簧基本尺寸的选择 根据上述依据，选择膜片弹簧的基本尺寸如下表所示： 表 4片弹簧的基本参数 膜片弹簧碟簧大端半径 R 87 膜片弹簧碟簧部支承外径 6 膜片弹簧碟簧部分内截锥高 H 膜片弹簧碟簧部分内径 r 66 膜片弹簧碟簧部分支承内径 7 膜片弹簧板厚 h 2 膜片弹簧小端半径0 分离指数 n 18 切槽宽 1 分离轴承作用半径 窗孔槽距膜片弹簧中心半径 窗孔槽宽 2 10 片弹簧的优化设计 通过确定一组弹簧的基本参数，使其载荷变形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。 1. 目标函数 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) 从动盘摩擦片磨损前后弹簧压紧力之差的绝对值为最小。 3) 在分离行程中，驾驶员作用在分离轴承装置上的分离操纵力平均值为最小。 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。 选取 5)作为目标函数，通过两个目标函数分 配不同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。 )()()( 2211 (4式中， 1 和 2 分别为两个目标函数 )(1 )(2 加权因子，视设计要求选定。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 23 2. 设计变量 通过支承和压盘加在膜片弹簧上的载荷 中在支承点处，加载点间的相对轴向变形为 l(图 4 3b)，则有关系式 (4式中， E 为材料的弹性模量，对于钢 E =06 ； 为材料的泊松比；对于钢 = H 为膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度（ h 弹簧钢板厚度（ R、 r 为碟簧部分大、小端半径（ 从膜片弹簧载荷变形特性公式 (4以看出，应选取 H、 h、 R、 r、 R1、六个尺寸参数以及在接合工作点相应于弹簧工作压紧力 大端变形量 1B (图 2优化设计变量，即 : X = x1 x 2 x3 x4 x5 x6 T= H h R r R1 1BT (4a)自由状态 b)压紧状态 C)分离状态 图 4膜片弹簧在不同工作状态时的变形 当离合器分离时，膜片弹簧的分离点将发生变化（图 4-3 c） 2(N)，相应的作用点变形为 2（ 另外在分离与压紧状态下，只要膜片弹簧变形到相同的位置，其子午断面从自由状态转过相同的转角，则有下列关系： 11112 f (4 11 112 (4上式中为 21111112112111 2/购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 24 将式（ 4（ 4入式（ 4： (4如果不计分离指在 2F 作用下的变形，则分离轴承推分离指的移动行程 图 4-3 c)为： (4式中压盘的分离行程（图 4-3 b、 c）。 由式（ 4 表 4出膜片弹簧的工作弹性曲线如图 4示，计算数据如下表 4示。 表 4片弹簧的基本参数 u H h R r R1 r1 ) 1 212112122222/购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 25 l 5 1 4片弹簧工作特性曲线 3. 约束条件 1) 应保证所设计的弹簧工作压紧力 要求压紧力 F 相等，即 F 2) 为了保证各工作点 A、 B、 C 有较合适的位置 (A 点在凸点 M 左边， 附近， C 点在凹点 N 附近，如图 2示 )，应正确选择对于拐点 的位置，一般 1 / = (4 3) 保证摩擦片磨损后仍能可靠地传递转矩，摩擦片磨损后弹簧工作压紧力 大于或等于新摩擦片时的压紧力 即 F 11 膜片弹簧工作特性曲线0500100015002000250030000 1 2 3 4 5 6变形量 1)系列1购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 26 4) 为了满足离合器使用性能的要求，膜片弹簧的 H h 与初始底锥角 应在一定范围内，即 H h 9 15 设计膜片弹簧的 H h = = 5) 弹簧各部分有关尺寸比值应符合一定的范围，即 R r 70 2R h 100 R (4R r= 2R h=87 R 在此范围内。 6) 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 拉式膜片弹簧的压盘加载点半径 位于摩擦片的平均半径与外半径之间，即 推式： (D+d) 4 D 2 拉式： (D+d) 4 D 2 本设计采用的为推式： 7D=180d=12590 7) 根据弹簧结构布置的要求， R、 r、 17 76 74 3) 膜片弹簧的杠杆比应在一定范围内选取，即 推式： ( ( 式： ( ( 设计的推式膜片弹簧 ( (67(8644/19=足优化条件。 9) 弹簧在工作过程中 B 点的最大压应力不超过其许用值，即 0) 弹簧在工作过程中 A点 (或 A 点 )的最大拉应力或应购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 27 不超过其相应许用值，即 或 11) 由主要尺寸参数 H、 h、 R 和 r 制造误差引起的弹簧压紧力的相对偏差不超过某一范围，即 (4式中 别为 H、 h、 R、 r 的制造误差引起的弹簧压紧力的偏差值。 12) 由离合器装配误差引起的弹簧压紧力的相对偏差也不得超过某一范围，即 (4式中， 片弹簧的工作点选择及计算 片弹簧工作点的选择 1. 结合膜片弹簧工作点位置图（图 2膜片弹簧工作特性曲线图（图4工作点位 置 B 的变形量 =时 1 F 为压盘作用在摩擦片上的作用力 F = 校核后备系数 0 7 6 2 8 8m a 合要求。 离合器彻底分离时 ，工作点由 B 毕 业 设 计（论 文） 题目 实用微型客车 设计 离合器及 操纵机构设计 姓 名 院 系 专 业 指导教师 毕业设计（论文）包含内容及装订顺序 1. 毕业设计（论文）任务书 2. 中英文摘要（含关键词） 3. 目录 4. 前言 5. 正文 6. 结论 7. 参考文献 8. 致谢 9. 附录 10. 外文资料译文 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 课题名称 实用微型客车设计 离合器及操纵机构设计 学生姓名 专业班级 课题类型 工程设计 指导教师 职称 课题来源 生产 1. 设计（或研究）的依据与意义 以内燃机 作 为动力的机械传动汽车中，无论 T，离合器都 作 为一个独立的部件而存在。虽然发展自动传动系统是汽车传动系的发展趋势，但有人指出，根据德国出版社的 2003 年世界汽车年鉴， 2002 年世界各国 114 家汽车公司所生产 的 1864款乘用车中，手动机械变速器的款数为 1337款；在我国，乘用车中自动档车款式只占到全国平均数的 若考虑到商用车中更是多数采用手动变速器，手
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