毕业设计（论文）-起亚远航GL手动豪华型离合器设计.docx

目录1 概述11.1 离合器的组成与工作原理11.2 离合器的功用11.3 汽车离合器设计的基本要求22 结构方案选择32.1从动盘数及干、湿式的选择32.2 压紧弹簧的结构型式及布置的选择32.3 操纵机构的选择42.4 离合器的通风散热42.5 膜片弹簧的支承形式42.6 压盘的驱动方式42.7 分离轴承的类型的选择53 离合器主要参数的选择63.1 初选摩擦片外径D、内径d、厚度b63.2 后备系数63.3 摩擦因数f、离合器间隙t63.4 单位压力P063.5 主要参数校核73.5.1最大圆周速度73.5.2 摩擦片内、外径之比c73.5.3 后备系数73.5.4 扭转减振器的优化73.5.5 单位压力P073.5.6总摩擦功w73.5.7 单位摩擦面积传递的转矩Tc084 离合器盖总成设计94.1 膜片弹簧的设计94.2 膜片弹簧弹性特性分析104.3 强度校核104.4 膜片弹簧材料及制造工艺114.5 压盘设计114.5.1 压盘传动方式的选择124.5.2 压盘几何尺寸的确定124.5.3 压盘温升的校核124.6 传动片135从动盘总成设计145.1 扭转减振器的设计145.1.1 扭转减振器主要参数145.1.2 极限转矩Tj145.1.3 扭转刚度k145.1.4 阻尼摩擦转矩T155.1.5 预紧转矩Tn155.1.6 减振弹簧的位置半径R0155.1.7 减振弹簧个数Zj155.1.8 减振弹簧总压力F155.2 减振弹簧的计算155.2.1 减振弹簧的分布半径R1165.2.2 单个减振器的工作压力P165.2.3 减振弹簧尺寸166 从动盘总成的设计186.1 从动盘毂186.2 从动片186.3 离合器盖197 离合器的操纵系统设计207.1 离合器操纵机构的基本要求207.2 踏板位置207.3 踏板行程20总结22参考文献231 概述1.1 离合器的组成与工作原理摩擦离合器一般是有主动部分、从动部分组成、压紧机构和操纵机构四部分组成。离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮1和压盘借摩擦作用传给从动盘2，在通过从动轴传给变速器。当驾驶员踩下踏板时，通过拉杆，分离叉、分离套筒和分离轴承，将分离杠杆的内端推向右方，由于分离杠杆的中间是以离合器盖上的支柱为支点，而外端与压盘连接，所以能克服压紧弹簧的力量拉动压盘向左，这样，从动盘2两面的压力消失，因而摩擦力消失，发动机的扭矩就不再传入变速器，离合器处于分离状态。当放开踏板，回位弹簧克服各拉杆接头和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。此时压紧弹簧就推动压盘向右，仍将从动盘2压紧在飞轮上1，这样发动机的扭矩又传入变速器.图1.1 离合器工作原理图1飞轮；2从动盘；3离合器踏板；4压紧弹簧；5变速器第一轴；6从动盘毂1.2 离合器的功用离合器的主要功能是切断和实现对传动系的动力传递。其主要作用：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。1.3 汽车离合器设计的基本要求在设计离合器时，应根据车型的类别，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）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，延长寿命。6）避免传动系产生扭转共振，具有吸收振动、缓和冲击的能力。7）操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。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，保证有稳定的工作性能。9）具有足够的强度和良好的动平衡，一保证其工作可靠、使用寿命长。10）结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。 2 结构方案选择2.1从动盘数及干、湿式的选择单片干式摩擦离合器其结构简单，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时也能结合平顺。因此，广泛用于各级轿车及微、轻、中型客车与货车，在发动机转矩不大于1000牛/米的大型客车和重型货车上也有所推广。当转矩更大时可采用双片干式或双片湿式摩擦离合器。因本设计的离合器是用于微型货车上的，选用单片干式摩擦离合器。2.2 压紧弹簧的结构型式及布置的选择周置弹簧离合器的压价弹簧均采用圆柱螺旋弹簧并均匀布置在同一个圆周上。有的重型汽车将压紧弹簧布置在同心的两个圆周上。其结构简单制造容易，因此用比较广泛。在高转速离心力的作用下，周置弹簧易歪斜甚至严重弯曲鼓出而显著降低压紧力：另外，压紧弹簧直接与压盘接触，易受热退火，且当发动机最大转速很高时周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲，是弹簧压紧力下降，离合器传递转矩的能力随之降低。此外，弹簧靠到它的定为面上，造成接触部位严重磨损，甚至出现弹簧断裂的现象。中央弹簧离合器采用一至两个圆柱螺旋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，这是压紧弹簧不与压盘直接接触，因此压盘由于摩擦而长生的热量不会直接传给弹簧而使其回火失效。压簧的压紧力是经杠杆系统作用于压盘，并按杠杆比放大，因此可用力量较小的弹簧得到足够的压盘压紧力，使操纵轻便。采用中央圆柱螺旋弹簧是离合器的轴向尺寸较大，而矩形断面的锥形弹簧则可明显缩小轴向尺寸，但其制造却比较困难，故中央弹簧离合器多用在重型汽车上以减轻其操纵力。根据国外的统计资料：挡在货汽车的发动机转矩大于400450牛/米时，常常采用中央弹簧离合器。斜置弹簧离合器是重型汽车采用的一种新型结构。以数目较多的一组圆柱螺旋弹簧为压紧弹簧，分别以倾角斜向作用于传力套上，跟着在推动压杆并按杠杆比放大后作用与压盘上。因此，斜置弹簧离合器与前两种离合器相比，其突出优点是工作性能十分稳定。与周置弹簧离合器比较，其踏板力可降低35%左右。膜片弹簧离合器的结构主要特点是采用一个膜片代替传统的螺旋弹簧和分离杠杆。其结构特点如下：1）膜片弹簧的轴向尺寸较小而径向尺寸很大，这有利于在提高离合器传递转矩能力的情况下离合器的轴向尺寸。2）膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用，故不需专门的分离杠杆，使离合器结构大大简化，零件数目少，质量轻。3）由于膜片弹簧轴向尺寸小，所以可以适当增加压盘的厚度，提高热容量；而且还可以在压盘上增设散热筋及在离合器盖上开设较大的通风孔来改善散热条件。4）膜片弹簧离合器的主要部件形状简单，可以采用冲压加工，大批量生产时可以降低生产成本。由于膜片弹簧离合器具有上述一系列的优点，并且制造膜片弹簧的工艺水平也在不断地提高，因而这种离合器在轿车及微型和中型客车、货车上得到广泛的应用，而且逐渐扩展到大型货车上。综上所述：本设计采用膜片弹簧。2.3 操纵机构的选择由于机械式结构简单，制造容易，工作可靠多应用于货车，但该装置质量大，杠杆之间饺点多，因而摩擦损失较大，传动效率低，其工作受到发动机震动以及车身或车架变形的影响，不采用那种吊挂式的踏板结构。在平头汽车上杆系的结构复杂，合理布置杆系也较困难，踏板的自由行程将加大，刚度也变差。然而，液力操纵机构具有摩擦阻力小，转动效率高，质量小，布置方便，便于采用吊挂踏板，驾驶室容易密封，发动机的振动和车架或驾驶室的变形不会影响其正常工作，离合器接合柔和等优点。综上所述，本次设计选用液压式操纵机构。2.4 离合器的通风散热实验表明，离合器的磨损是随温度的升高而增大的，当压盘工作表面温度超过一定温度时，摩擦片磨损急剧增加。在正常使用条件下的离合器压盘工作表面温度在180。在特别严酷的使用条件下，压盘表面的瞬时温度有可能高达1000。过高的温度能使压盘受热变形产生裂纹。为了使摩擦表面温度不致过高，除要求压盘有足够的重量以保证足够的热容量外，还要求通风散热性良好。改善离合器的通风措施有：1）在压盘上设置散热筋；2）在离合器盖上开较大的通风口，在离合器外壳上设有通风窗；2.5 膜片弹簧的支承形式推式膜片弹簧支承结构按支承环数目不同可分三种：1）双支承环形式 用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；2）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，使架构简单，或在铆钉前侧以弹性当环代替前支承环，以消除膜片弹簧与支承环之间的轴向间隙；3）无支承环形式 利用斜头铆钉的头部与冲压离合器盖上冲出的环形凸台将膜片弹簧铆合在一起，取消前后支承环，或在铆钉前侧以弹性当环代替前支承环，离合器盖上的环形凸台代替后支承环，使结构更简化或取消铆钉，离合器盖内边缘处伸出的许多舌片将膜片弹簧与弹性挡环和离合器盖上的环形凸台弯合在一起，结构最为简单。本次设计选用双支承环式。2.6 压盘的驱动方式压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时它和飞轮一同带动从动盘转动，所以他应与飞轮连接在一起，但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由作轴向移动。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。前三种的共同缺点是在连接件之间有间隙，在传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，降低了离合器的传动效率。弹性传动片式是最近广泛采用的驱动方式，沿圆周切向布置的三组或四组薄弹簧钢带传动片两端分别于离合器盖和压盘以铆钉或螺栓连接，传动片的弹性允许压盘做轴向移动。弹性传动片驱动方式简单，压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，工作可靠，寿命长。故本次选用弹性传动片式。2.7 分离轴承的类型的选择分离轴承和支持总成由分离轴承、分离套筒等组成。分离轴承在工作中主要承受轴向分离时，他那个是还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。以前主要采用推力球轴承或向心球轴承，但其润滑条件差，磨损严重、噪声大、可靠性差、使用寿命低。目前国外以采用角接触推力轴承，采用全密封结构和高温锂基润滑脂，其端部形状与分离指舌尖部形状相配合，舌尖部为平面时采用球形端面，舌尖部为弧形面时采用平断面或凹弧形端面。本次设计选用推力球轴承。3 离合器主要参数的选择3.1 初选摩擦片外径D、内径d、厚度b摩擦片外径是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和使用寿命。它和离合器所需传递的转矩大小有一定的关系。显然，传递大的转矩，就需要大的尺寸。发动机转矩是重要的参数，当按发动机最大转矩（N m）来选定时，根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）式2-9，有公式式中摩擦片外径，mm发动机最大转矩，178N m为直径系数，乘用车取14.6则 =194.79mm，根据汽车离合器（徐石安，江发潮编著，清华大学出版社出版）表3.2.1可知，取D=200mm,d=140mm, b=3.5mm。3.2 后备系数由于所设计的离合器为膜片弹簧离合器，在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小（开始时还有些增加），再加上车用车的后备功率比较大，使用条件较好，故取1.3。3.3 摩擦因数f、离合器间隙t摩擦因数f=0.25 离合器间隙t=3mm摩擦面数 Z=23.4 单位压力P0根据汽车离合器（徐石安，江发潮编著，清华大学出版社出版）表3.2.1可知 由Tc=Tc=得=0.34Mpa故根据根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）表22可知当0.25Mpa2R0+50mm 故取R0为45mm。3.5.5 单位压力P0为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，选取单位压力的最大范围为0.1Mpa1.5Mpa由公式 Tc=Tc= 得=0.34Mpa 在规定范围内，故满足要求3.5.6总摩擦功w根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）式（213）为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面过高而发生烧伤，离合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值，即：，其中W=为轮胎轨动半径0.314m，为一档传动比3.836,为主减速比4.55,汽车满载总质量约=1800kgW=17982.4J 符合要求。3.5.7 单位摩擦面积传递的转矩Tc0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，即式中，为单位摩擦面积传递的转矩；为其允许值，按表3-1选取。表3-1 单位摩擦面积传递转矩的允许值离合器规D/mm0.280.300.350.40其中 Tc=1.3x178=231.4代入数据=0.00722R0+50mm 故取R0为45mm。5.1.7 减振弹簧个数Zj根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）表（26）知，Zj=46故取Zj=45.1.8 减振弹簧总压力F当减振弹簧传递的转矩达到最大值Tj时，减振弹簧受到的压力F为Tj/R0356/(45) 7.911（kN)5.2 减振弹簧的计算在初步选定减振器的主要参数以后，即可根据布置上的可能来确定和减振器设计相关的尺寸。5.2.1 减振弹簧的分布半径R1根据根据汽车离合器（徐石安，江发潮编著，清华大学出版社出版）知，R1的尺寸应尽可能大些，一般取R1=(0.600.75)d/2，式中，d为离合器摩擦片内径故R1取45mm，即为减振器基本参数中的R05.2.2 单个减振器的工作压力PP= /Z=7911/4=1977.75 (N)5.2.3 减振弹簧尺寸1）弹簧中径Dc根据根据汽车离合器（徐石安，江发潮编著，清华大学出版社出版）知，其一般由布置结构来决定，通常Dc=1115mm故取Dc=12mm2）弹簧钢丝直径dd=式中，扭转许用应力可取550600Mpa,故取为600Mpa所以d=4.7mm符合d=353）减振弹簧刚度k根据根据汽车离合器（徐石安，江发潮编著，清华大学出版社出版）式4.7.13知，应根据已选定的减振器扭转刚度值k及其布置尺寸R1确定，即k=则K=571.4N/mm4）减振弹簧有效圈数根据根据汽车离合器（徐石安，江发潮编著，清华大学出版社出版）知，i=5.135）减振弹簧总圈数n其一般在6圈左右，与有效圈数之间的关系为n=+(1.52)=6.5减振弹簧最小高度=28.6mm弹簧总变形量=P/K=1977.75/571.4=3.5mm减振弹簧总变形量=32.1mm减振弹簧预变形量=21.36/(571.4x4x4510-3)=0.21mm减振弹簧安装工作高度=32.1-0.21=31.89mm 6 从动盘总成的设计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）要有足够的抗爆裂强度。6.1 从动盘毂根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版），从动盘毂轴向长度不宜过小，以免再花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底，一般取1.01.4倍的花键轴直径。从动盘毂的材料选取45锻钢，并经调质处理，表面和心部硬度一般2632HRC。根据摩擦片的外径D的尺寸以及根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）表27查出从动盘毂花键的尺寸。由于D=200mm,而最大转矩为178，则查表可得，花键尺寸：齿数n=10， 外径=35mm, 内径28mm 齿厚b=4mm,有效齿长l=35mm, 挤压应力=10.4Mpa花键齿的侧面压力：代入数据得P=11.3MPa20MPa，符合要求。挤压应力：，其中代入数据=9.23MP10.4Mpa,符合要求。6.2 从动片从动盘对离合器工作性能影响很大，设计时应满足如下要求：1)从动盘的转动惯量应尽可能小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。2) 从动盘应具有轴向弹性，使离合器结合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，以减小磨损。3)应安装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。从动片要求质量轻，具有轴向弹性，硬度和平面度要求高。材料选用中碳钢板（50号），厚度为取为2mm,表面硬度为3540HRC。6.3 离合器盖 离合器盖结构设计的要求：1)应具有足够的刚度，否则影响离合器的工作特性，增大操纵时的分离行程，减小压盘升程，严重时使摩擦面不能彻底分离。2)应与飞轮保持良好的对中，以免影响总成的平衡和正常的工作。3)盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度。4)为了便于通风散热，防止摩擦表面温度过高，可在离合器盖上开较大的通风窗孔，或在盖上加设通风扇片等。板厚取2mm,乘用车离合器盖一般用08、10钢等低碳钢板。应具有足够的刚度，板厚取3mm,乘用车离合器盖一般用08、10钢等低碳钢板。 7 离合器的操纵系统设计7.1 离合器操纵机构的基本要求1）踏板力要尽可能小，2）踏板行程一般在80150mm内，最大不要超过180mm。3）应有踏板行程调整装置，以保证摩擦片磨损后，分离轴承的自由行程可以复原。4）应有踏板行程限位装置，以防止操纵机构的零件因受力过大而损坏。5）应有足够的刚度，传动效率要高，工作可靠，寿命长，维修保养方便。7.2 踏板位置离合器踏板位置以人体左右对称中心向左移动80100mm，作为离合器踏板中心线的位置。7.3 踏板行程踏板行程S由自由行程和工作行程两部分组成，即S=+= （7-1）式中为分离轴承的自由行程，一般为1.53.0mm，反映到踏板上的自由行程一般为2030mm；本次取2mm。、分别为主缸和工作缸的直径；Z为摩擦片面数；为离合器分离时对偶摩擦面间的间隙，单片：=0.851.30mm，本次取1mm。=320mm、a=60mm、=80mm、=70mm、=71mm、=18mm为杠杆尺寸。图7-1液力操纵机构示意图踏板力，且踏板力不得大于300N。本次设计取踏板力180N，=320mm，=60mm，踏板传动比i=5.333。则主缸所受的力为FF=Fi （7-2）代入数据得F=1805.333=960N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58MP则P= 4F(d) （7-3）代入数据得d最小