车辆工程毕业设计（论文）-轻型货车螺旋弹簧离合器设计.doc

西 南 交 通 大 学 本科毕业设计（论文） 轻型货车螺旋弹簧离合器设计 Light Vehicle spring clutch design 年 级：2007 学 号：2007XXXX 姓 名： 专 业：车辆工程 指导老师：XXX 年 月 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页 院 系 机械工程学院 专 业 车辆工程 年 级 2007 级 姓 名 XXX 题 目 轻型货车螺旋弹簧离合器设计 指导教师 XXX 评 语 指导教师 (签章) 评 阅 人 评 语 评 阅 人 (签章) 成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 班 级 车辆工程一班 学生姓名 XXX 学 号 2007XXXX 发题日期： 年 月 日 完成日期： 月 日 题 目 轻型货车螺旋弹簧离合器设计 1、本论文的目的、意义 （1）根据汽车总体设计要求对离合器进行匹配设计； （2）掌握汽车离合器、操纵机构及扭转减振器的设计方法； （3） 进一步培养学生计算及制图等基本技能，进一步提高计算机知识的能力； （4）树立正确的设计思想和工作作风。 2、学生应完成的任务 （1）参加毕业实习，完成对设计题目的调研工作； （2）收集资料，并完成外文资料翻译约 3000 字（10000 英文字符） ； （3）完成约 2 万字毕业设计论文； （4）完成图纸工作量 0#图纸两张或相当于两张的两张的 0#图纸 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页 3、论文各部分内容及时间分配：（共 10 周） 第一部分收集资料，方案确定； (1 周) 第二部分主要参数及尺寸确定、有关计算和校核； (2 周) 第三部分按照图纸要求工作量，用计算机绘图（包括离合器总成图一张 0 号 或 1 号；扭转减振器部件图 1 号；离合器的操纵机构图 1 号或螺旋弹簧 零件图一张 (3 周) 第四部分 撰写毕业设计论文 (2 周) 第五部分 论文修改及正式论文、论文打印和图纸绘制。 ( 1 周) 评阅及答辩指导教师评阅及答辩 ( 1 周) 备 注 给定参数为：汽车最高车速 110km/h；装载质量 2.5 吨；最小转弯直径为 14m；最大 爬坡度 0.32。 指导教师： 年 月 日 审 批 人： 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页 摘 要 汽车工业随着时间的推移有了长足的发展，汽车的结构也日益完善。离合器作 为汽车六大系统之一传动系的主要部件之一，其结构合理性，整车匹配性，直接关 系到汽车的使用方便性、动力性及经济性。本论文主要研究离合器与整车的匹配性 设计。 本论文主要做了以下方面的研究： （1）对汽车离合器中的摩擦式离合器进行了简略介绍。 （2）对不同的离合器进行了分析对比，最终确定并选择了周置螺旋弹簧离合器 作为设计目标。 （3）根据轻型货车螺旋弹簧离合器设计任务书所给设计参数进行了汽车的总体 设计，并且确定了汽车的结构型式和主要参数。 （4）由总体设计中部分参数，完成了离合器的基本设计。 （5）进行了目标离合器所用零部件的选型、匹配性设计和校核计算。 （6）设计离合器操纵系统。分析比较了机械式和液压式两种不同的操纵系统的 优缺点。并确定了液压式式操纵系统作为设计目标，完成其设计和尺寸计算。 关键词：离合器，螺旋弹簧，匹配 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页 Abstract Auto industry has achieved great development as time goes,as well as the structure of automobile has improved steadily. Clutch acts as one of the main part of power trains, which is one of the biggest six system parts of automobile, its reasonable structure and carload matching property has direct relationship with the convenience, dynamic property as well as economy of automobile.This paper studies the clutch and matching to the vehicle design. This paper mainly do the following research: （1）To introduce friction clutch briefly which is one type of the automobile clutch. （2）Compared to the different structure of the Clutch , and chose the Weeks for the spiral spring clutch as the design objective. （3）According to design parameters of the design requirements of the light vehicle spring clutch design to complete the total design, and chose the structure type and the main parameters of the vehicle. （4）According to some parameters of the total design to complete basic design of the clutch. （5）Made the target clutchs useing parts selection、 matchs design and check calculation. （6）Design clutch control system. Analysis and comparison the advantages and disadvantages of the two different control systems, mechanical control system and hydraulic control system. Choose the hydraulic control system as design objective, and complete its design and size calculation. Keywords : Clutch, spiral spring, matching 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页 目 录 第第 1 章章 离合器离合器.1 1.1 简述.1 1.2 离合器的发展历程.1 1.3 离合器的分类.3 1.4 离合器的作用.4 1.5 摩擦式离合器结构原理.4 1.6 小结.6 第第 2 章章 摩擦式离合器的结构型式及工作特性摩擦式离合器的结构型式及工作特性.7 2.1 单片离合器、双片离合器及多片离合器.7 2.2 中央弹簧离合器.8 2.3 周置弹簧离合器.8 2.4 斜置弹簧离合器.10 2.5 膜片弹簧离合器.11 2.6 小结.11 第第 3 章章 汽车的总体设计汽车的总体设计.12 3.1 毕业设计任务中已知相关参数.12 3.2 汽车形式的选择.12 3.2.1 驱动形式.12 3.2.2 轴数.12 3.2.3 布置形式.13 3.3 汽车总体参数的确定.13 3.3.1 汽车质量参数的确定.13 3.3.2 汽车主要尺寸的确定.15 3.3.3 汽车主要性能参数的选择.16 3.4 汽车发动机的选择.18 3.4.1 发动机形式的选择.18 3.4.2 发动机主要性能指标的选择.20 3.5 轮胎选择及主减速器传动比的确定.22 3.6 本章小结.23 第第 4 章章 摩擦式离合器基本结构尺寸、参数的选择摩擦式离合器基本结构尺寸、参数的选择.24 4.1 离合器转矩容量.24 4.2 摩擦片外径、内径及厚度的确定.26 4.3 摩擦片后备系数的确定.28 4.4 单位压力的确定.29 4.5 摩擦片的一些约束条件.30 4.5.1 最大圆周速度的约束.30 4.5.2 扭转减振器布置半径的约束.30 4.5.3 单位摩擦面积传递的转矩的约束.30 4.5.4 单次接合的单位摩擦面积滑磨功的约束.31 4.6 小结.32 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页 第第 5 章章 离合器零部件的结构选型及设计计算离合器零部件的结构选型及设计计算.33 5.1 从动盘选型.33 5.1.1 从动盘设计.34 5.1.2 从动盘毂设计.36 5.1.3 从动盘摩擦材料.39 5.2 压盘和离合器盖.40 5.2.1 压盘设计.40 5.2.2 离合器盖设计.43 5.3 离合器的分离装置.44 5.3.1 分离杆设计.44 5.3.2 分离轴承及分离套筒.47 5.4 圆柱螺旋弹簧设计.47 5.4.1 结构设计要点.47 5.4.2 弹簧的计算公式、材料及需用应力.49 5.5 扭转减振器的设计.52 5.5.1 扭转减振器的功用、一般结构和工作原理.52 5.5.2 扭转减振器的主要参数及相关计算.54 5.5.3 减震弹簧的设计.57 5.5.4 目前通用从动盘减振器的局限性.58 5.6 小结.59 第第 6 章章 离合器操纵系统设计计算离合器操纵系统设计计算.60 6.1 离合器踏板位置、行程和踏板力.60 6.1.1 踏板位置.60 6.1.2 踏板行程.61 6.1.3 踏板力.62 6.2 操纵系统周边工作环境和时间因素的影响.63 6.3 离合器操纵机构.63 6.3.1 机械式传动.63 6.3.2 液压式传动.66 6.4 操纵机构的设计计算.67 6.4.1 操作系统传动比的计算.67 6.4.2 液压传动各主要尺寸的确定.68 6.4.3 油管设计.69 6.5 小结.70 结论结论.71 致谢致谢.72 参考文献参考文献.73 附录附录.74 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 1 页 第第 1 章章 离合器离合器 1.1 简述简述 以内燃机为动力源的机械传动汽车中，离合器都是一个独立的部件。虽然自动 传动系统是汽车传动系的发展趋势，但也有人指出：德国出版的 2003 年汽车世界汽 车年鉴中介绍，2002 年世界上 114 家汽车公司所生产的 1864 款乘用车中，手动机 械式车款数为 1337：而在我国，自动档车款式只占全国平均数的 26.53，手动挡 汽车仍是世界上车款的主流（当然并不能排除一些国家和地区仍然以自动挡式汽车 为主流） 。在未来的发展中，考虑到传动系由 MT 向 AT 过渡，采用 AMT 技术的产 品在改造中也较为容易，因此 AMT 技术是 AT 的有利竞争者。 可以说，离合器和汽车的动力源一样，在未来的机械时代是不可能从汽车上消 失的。 1.2 离合器的发展离合器的发展历程历程 早期研发中最为成功的离合器是锥形离合器。它的原型出现在 1889 年德国戴姆 勒公司生产的钢质车轮的小汽车上，是将发动机飞轮的内孔做成锥体做为离合器的 主动件。直到 20 世纪 20 年代中期锥型离合器仍然在使用，就当时来说，锥型离合 器的制造较容易，摩擦面较容易修复。它的摩擦材料使用过驼毛带，皮带等。不过 那时也曾出现过蹄-鼓式离合器来替代锥型离合器。 锥式离合器和蹄-鼓式离合器，都容易造成分离不彻底，严重时出现主、从动件 根本无法分离的自锁现象（当时所能提供的材料复合体的摩擦系数变化很大，容易 引起自锁） 。 现今使用的单盘式离合器的先驱是多片盘离合器，是直到 1925 年以后才出现的。 多片盘式离合器的优点是：在汽车起步时离合器的结合较平顺，无冲击。早期的是 多片按成对布置设计，一个钢盘片对一青铜盘片。采用金属对金属的摩擦副，把他 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页 们浸在油中工作，能达到更接近预期的性能。 浸在油中的盘片式离合器，盘子直径不能过大，这样可以避免在高速时把油甩 掉。另外，油也容易把金属盘片粘住，不易分离。总体来说优点大于缺点，是因为 在当时，离合器还在原创阶段，性能不稳定。 石棉基摩擦材料的引入和和结构上的部分改进，使单片式离合器可以传递更大 的转矩，能承受更高的温度。另外，采用石棉基摩擦材料后可减小摩擦面积，进而 可以减少摩擦面的数量，多片离合器走向单片离合器的关键也在于此。20 世纪 20 年代末开始，直到进入 30 年代时也仅仅有工程车辆，赛车和大功率的轿车上才使用 多片离合器了。 早期的单片干式离合器有与锥式离合器相雷同的问题：离合器结合时不够平顺。 由于单片干式离合器结构紧凑，散热性好，转动惯量较小，导致以内燃机为动力的 汽车以它作为主流离合器。在成功开发了冲压件离合器盖以后其使用频率更是扩大。 多年的经验的和技术上的改进使汽车逐渐趋向于首选单片干式离合器，因为它 具有从动部分转动惯量较小、散热性好、结构紧凑、调整方便和分离彻底等优点， 结构上进行了改进后，已能做到结合平顺，所以广泛应用于大、中、小型各类车型 中。 如今单片干式离合器在结构设计方面相当完善。具有轴向弹性的从动盘的采用 提高了离合器的结合平顺性。扭转减振器在离合器从动盘总成中应用，更是防止扭 转系统的扭转共振，有效地控制了传动系的噪声和动载荷。 后来又出现的双质量飞 轮扭转减振器，更能有效控制传动系的噪声和动载荷。 对于重型离合器，由于现代商用车的发展趋于大型化，发动机功率也在不断加 大，但离合器允许加大尺寸的空间一定（现在离合器从动盘的直径已达到 430mm） ， 离合器的使用条件越来越差，所以增加离合器传扭能力，提高其使用寿命，简化操 作，已成为重型离合器当前及今后的发展趋势。为了增大离合器的传扭能力，在重 型汽车上可采用双片干式离合器。从理论上说，在相同的径向尺寸下，双面离合器 的传扭能力和使用寿命是单片的 1 倍。但受到其他客观因素的影响（如散热等） ，实 际的效果达不到原来效果的一倍。 拉式膜片弹簧的离合器，其允许的传扭能力要比其他的结构形式大。从动盘采 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页 用金属陶瓷的离合器比采用一般有机片摩擦材料的离合器传扭能力可提高 30%，而 使用寿命要提高 70%以上。 近年，湿式离合器在技术上得到不断改进，湿式离合器又开始广泛应用在国外 某些重型牵引汽车和自卸汽车上。和干式离合器相比，由于采用了油泵进行强制冷 却，摩擦表面温度一般都比较低（不超过 93C） ，所以，起步时长时间的打滑也不 至于将摩擦片烧损。据相关报道，这种离合器有着非常好的起步能力，其使用寿命 一般情况下可以达到干式离合器的 56 倍。 1.3 离合器的分类离合器的分类 图 1-1 汽车摩擦式离合器分类图 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页 离合器分类较多，本设计只研究摩擦式离合器，摩擦式离合器分类也较繁杂， 并且可以有多种组合。为了表达清晰，用图 1-1 显示离合器的相互关系。 1.4 离合器的作用离合器的作用 离合器是汽车传动系统中一个非常重要的部件，其主要作用是接合或切断动力 传递，以满足汽车在起步、行驶、制动等不同情况下的需要，汽车在启动时如果没 有采用离合器，变速器中的一些齿轮及轴就会参与到工作中来，这样就会使发动机 的启动负荷增加；使用离合器后，在汽车启动时变速器不参与工作，这样发动机启 动负荷就有所减小也便于启动，对于较大功率的发动机或蓄电池存电不足的发动机 来说非常重要。 汽车离合器的使用还可以减轻换挡时变速器的打齿现象。一方面减小换挡时将 进入啮合的齿轮的转速差，使换挡更为轻便，另外，让发动机逐步承受载荷的同时 通过油门的控制来加大牵引力，以克服汽车的全部阻力，使汽车平稳地进入运行状 态，保证了乘坐的舒适性，还可以使发动机机件逐步参与到工作中来，从而延长使 用寿命。 离合器不但有以上这些作用，它还可以防止汽车过载，当车速急剧变化时，在 行驶惯性力的作用下，负荷将大大增加，这时负荷已经远超过离合器所传递的扭矩， 离合器通过打滑对这种超负荷加以限制，使发动机机件免遭损坏。 1.5 摩擦式离合器结构原理摩擦式离合器结构原理 离合器觉体来说应该由两部分组成：离合器和离合器操纵机构 就摩擦式离合器本身而言，按其功能要求，结结构上应有下列几部分：主动件、 从动件、压紧弹簧和分离杠杆。结构原理如下图： 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页 图 1-2 汽车摩擦式离合器结构简图 （a） 接合； （b） 分离 1-飞轮；2-从动盘总成；3-压盘；4-分离杆；5-分离套筒；6-离合器制动；7-离合器踏板； 8-压紧弹簧；9-离合器盖；10-变速器第一轴（离合器输出轴） ；11-分离拨叉及操纵连接杆 图中可以看到，压盘 3、分离杆 4 和压紧弹簧 8 一起组装在离合器盖 9 内，俗 称为离合器盖总成。盖总成通过螺栓安装到发动机飞轮上。飞轮 1 和压盘 3 为主动 件，发动机的转矩通过这两个主动件输入。飞轮 1 和压盘 3 之间为从动盘总成 2， 它作为从动件通过摩擦接受由主动件传来的输入转矩，并通过其中间的从动盘毂花 键输出转矩（由变速器第一轴 10 接受） 。压紧弹簧 8 通过压盘 3 把从动盘总成紧紧 压在飞轮上，形成工作压力。当发动机工作带动飞轮 1 和压盘 3 一道旋转时，通过 压盘上压紧弹簧产生的工作压力所形成的摩擦力，带动从动盘总成旋转