汽车设计课程设计-北汽B40 2.4L SUV 离合器设计.doc

哈尔滨工业大学（威海）课程设计用纸 第 1页 （威海） “汽车设计”课程设计基本信息学 生 姓 名： 学号： 院 系 名 称： 汽车工程学院车辆工程系 课程设计名称： 北汽B40 2.4L SUV 离合器设计 课程设计地点： 课程设计时间：2014年12月1日至12月18日 同组人姓名： 课程设计内容目录 页码1、 课程设计题目与任务书.22、 课程设计过程. 3、 课程设计心得、建议等. 4、 参考文献. 教师评语及课程设计成绩 评语： 成绩： 教师签字：年 月 日（威海） “汽车设计”课程设计任务书题 目： 北汽B40 2.4L SUV离合器设计 技术参数：轴距2450,整备质量1830,轮距1530/1530 ；217Nm/4000rpm； 轮胎：235/75 R16。设计内容：1、 装配图一张 2、 零件图一张 3、 说明书一份 4、 5、 班 级 学 生 指导教师 教研室主任 2014 年 12 月 15 日 一、概述离合器的基本功用 离合器的主要功用是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车启动时将发动机与传动系平顺的结合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器换挡齿轮之间的冲击；在工作红受到较大载荷时，能限制传动系所受到的最大转矩，以防止传动系各零部件因过载而损坏；有效降低传动系中的振动和噪声。离合器设计的基本要求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) 操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。7) 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。8） 应避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力。9） 作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中的变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。10） 结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺好，拆装、维修、调整方便等。 二、离合器的结构方案分析从动盘数的选择对乘用车和总质量小于6t的商用车而言，发动机的转矩一般不大，在布置尺寸允许的条件下，离合器通常只设有一片从动盘。单片离合器结构简单，轴向尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证彻底分离，采用轴向有弹性的从动盘可保证顺利结合。北汽B40 2.4L SUV属于乘用车且装备质量为1.83t，所以采用单片离合器。压紧弹簧和布置形式的选择离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。膜片弹簧与其他几类相比又有以下几个优点：（1）由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。当离合器分离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力；（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，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱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，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。但膜片弹簧的制造较复杂，其精度要求高，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，由于材料性能提高，制造工艺和设计方法逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。因此，选用膜片弹簧式离合器。膜片弹簧离合器结构形式的选择膜片弹簧离合器根据分离时分离指内端受推力还是拉力，可分为推式膜片弹簧离合器和拉式膜片弹簧离合器。与推式膜片弹簧离合器相比，拉式膜片弹簧离合器具有如下优点：1） 由于拉式膜片弹簧是以其中部压紧压盘，在压盘大小相同的条件下可使用直径相对较大的膜片弹簧，从而实现在分离时不增加操纵力的前提下。提高压盘的压紧力和传递转矩的能力；或在传递转矩相同的条件下，减小压盘的尺寸。2） 由于减少或取消了中间支撑，零件数目少，使其结构简单、紧凑、质量更轻。3） 拉式膜片弹簧的杠杆比大于推式膜片弹簧的杠杆比，且中间支撑少，减少了摩擦损失，传动效率高，使分离时的踏板力更小。4） 无论在分离状态下或结合状态下，拉式膜片弹簧的大端始终与离合器盖的支承保持接触，因而在支撑环磨损后不会产生冲击噪声。5） 在结合状态下或分离状态下，离合器盖的变形量小、刚度大、使分离效率更高。6） 使用寿命更长。因此选用拉式膜片弹簧离合器。膜片弹簧支撑形式的选择根据支承环数目的不同，拉式膜片弹簧离合器可以分为无支承环形式和但支撑环形式。1） 无支承环式 MFZ型 直接在离合器盖上冲出一个环形凸台来支承膜片弹簧，不用支承环。它主要用于轿车和轻型货车上。2） 单支承环式 DT/DBP型 将膜片弹簧的大端支承在冲压离合器盖中的支承环上，主要用于轿车和货车上。3） 单支承环式 GMFZ型 将膜片弹簧的大端支承在铸造离合器盖凹槽中的支承环上，主要用于中重型汽车上。根据本次离合器设计的车型，选用了单支承环式 DT/DTP型拉式膜片弹簧离合器。 压盘的驱动方式 在膜片弹簧离合器中，扭矩从离合器盖传递到压盘的方法有三种： 1）凸台窗孔式：它是将压盘的背面凸起部分嵌入在离合器盖上的窗孔内，通过二者的配合，将扭矩从离合器盖传到压盘上，此方式结构简单，应用较多；缺点：压盘上凸台在传动过程中存在滑动摩擦，因而接触部分容易产生分离不彻底。2）径向传动驱动式：这种方式使用弹簧刚制的径向片将离合器盖和压盘连接在一起，此传动的方式较上一种在结构上稍显复杂一些，但它没有相对滑动部分，因而不存在磨损，同时踏板力也需要的小一些，操纵方便；另外，工作时压盘和离合器盖径向相对位置不发生变化，因此离合器盖等旋转物件不会失去平衡而产生异常振动和噪声。3） 径向传动片驱动方式：它用弹簧钢制的传动片将压盘与离合器盖连接在一起，除传动片的布置方向是沿压盘的弦向布置外，其他的结构特征都与径向传动驱动方式相同。经比较，我选择径向传动驱动方式。 三、离合器主要参数的选择后备系数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。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）使用条件较好，宜取小值，由汽车设计书表2-1，初取=1.4。单位压力单位压力决定了摩擦表面的耐磨性，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、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。取值范围见表：摩擦片材料单位压力p/Mpa石棉基材料模压0.150.25编织0.250.35粉末冶金材料铜基0.350.50铁基金属陶瓷材料0.701.50 摩擦片材料选择石棉基材料，模压制造取=0.2Mpa。摩擦片外径D内径d和厚度b 摩擦片外径D（mm）可以根据发动机最大转矩（N.m）按如下经验公式选用 为直径系数由汽车设计书表2-3选取为16.5为发动机最大转矩离合器摩擦片尺寸系列和参数表1外径D/mm160180200225250280300325350380405430内径d/mm110125140150155165175190195205220230厚度b/mm3.23.53.53.53.53.53.53.54444c=d/D0.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.5570.5400.5430.5351- c30.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.8000.8270.8430.8400.847单位面积1061321602213024024665466787299081037 摩擦片标准系列尺寸，取D=250mm，d=155mm,b=3.5mm ，c=d/D=0.620计算校核单位压力验算式中，为摩擦因数取0.26；为单位压力（）为摩擦面数取2；为摩擦片外径取250；为摩擦片内径取155；计算结果与前面所选择的单位压力相差不大，选择合理。 摩擦片的工作条件比较恶劣，为了保证它能长期稳定的工作，根据汽车的的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求：应具有较稳定的摩擦系数，温度，单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的影响小。要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好热稳定性要好，要求在高温时分离出的粘合剂较少，无味，不易烧焦磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面油水对摩擦性能的影响应最小结合时应平顺而无“咬住”和“抖动”现象由以上的要求,目前车用离合器上广泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐热和化学稳定性能比较好的石棉和粘合剂及其它辅助材料混合热压而成，其摩擦系数大约在0.3左右,在该设计中选取的是石棉合成物制成的摩擦片。最大圆周速度式中， 为摩擦片最大圆周速度（m/s）；为发动机最高转速取4000；为摩擦片外径径取250；故符合条件。单位摩擦面积传递的转矩=(N/)式中，为离合器传递的最大静摩擦力矩304；当摩擦片外径时，=0.0030 N/0.0029 N/，故符合要求。单位摩擦面积滑磨功 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，离合器每一次结合的单位摩擦面积滑磨功w应小于其许用值w。汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功(J)为：W = () 根据公式汽车的最大爬坡度为i=16.7，将爬坡度带入公式，式中，忽略空气阻力，=0将，滚动阻力系数f取0.02代入计算得到一档时汽车的速度W = () = () = 11960 (J) 式中，W为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功(J)；m 为汽车总质量取1830kg；rr 为轮胎滚动半径，约等于静负荷半径0.23m；n为发动机转速(r/min),乘用车n取1500 r/min;w = = = 0.197J/ 式中，W为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功取11960J满足w =2,则=r-2=100-10=90mm故取90mm。压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定R1和r1需满足下列条件：， 故选择R1115mm， r1104mm.膜片弹簧材料制造膜片弹簧用的材料，应具有高的弹性极限和屈服极限，高的静力强度及疲劳强度，高的冲击强度，同时应具有足够大的塑性变形性能。按上述要求，国内常用的膜片弹簧材料为硅锰钢60Si2MnA或50CrVA。膜片弹簧的弹性特性曲线假设膜片弹簧在承载过程中，其子午线刚性地绕上地某中性点转动。设通过支承环和压盘加载膜片弹簧上地载荷P1(N)集中在支承点处，加载点间的相对轴向变形为x1(mm),则膜片弹簧的弹性特性如下式表示：式中，E弹性模量，钢材料取E=2.06Mpa； b泊松比，钢材料取b=0.3； R自由状态下碟簧部分大端半径，mm； r自由状态下碟簧部分小端半径，mm； R1压盘加载点半径，mm； r1支承环加载点半径，mm； H自由状态下碟簧部分内截锥高度，mm； h膜片弹簧钢板厚度，mm。弹性特性曲线图：膜片弹簧的相关参表截锥高度H板厚h分离指数n圆底锥角4.8mm3mm1810 五、扭转减振器的设计扭转减振器主要由弹性元件（减振弹簧或橡胶）和阻尼元件（阻尼片）等组成。弹性元件的主要作用是降低传动系的首端扭转刚度，改变系统的固有振型，尽可能避开由发动机转矩主谐量激励引起的共振。阻尼元件的主要作用是有效地耗散振动能量。扭转减振器主要参数极限转矩极限转矩受限于减振弹簧的许用应力等因素，与发动机最大转矩有关，一般可取对于乘用车，系数取2.0，计算得扭转角刚度由经验公式初选 阻尼摩擦转矩可按公式初选 取预紧转矩减振弹簧在安装时都有一定的预紧。满足以下关系：且而则初选减振弹簧的位置半径的尺寸应尽可能大些，一般取=(0.600.75)d/2则取=0.7d/2=0.7155/2=54.25(mm),可取为55mm.减振弹簧个数当摩擦片外径D250mm时，=46故取=4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。减振弹簧的分布半径的尺寸应尽可能大些，一般取=(0.600.75)d/2式中，d为离合器摩擦片内径故=0.7d/2=0.7155/2=54.25(mm)，即为减振器基本参数中的单个减振器的工作压力P减振弹簧尺寸 1）弹簧中径Dc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=3.45mm式中，扭转许用应力可取550600Mpa,故取为580Mpad取3.5 mm3）减振弹簧刚度k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4）减振弹簧有效圈数5）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)=66）减振弹簧最小高度7）弹簧总变形量8）减振弹簧总变形量9）减振弹簧预变形量10）减振弹簧安装工作高度11）从动片相对从动盘毂的最大转角最大转角和减振弹簧的工作变形量有关，其值为12）限位销与从动盘毂缺口侧边的间隙，式中，为限位销的安装尺寸。值一般为2.54mm。所以可取为3mm, 为41mm。13）限位销直径按结构布置选定，一般9.512mm。可取为10mm扭转减振器相关参数表极限转矩Tj阻尼摩擦转矩T预紧转矩Tn减振弹簧的位置半径R0减振弹簧个数Zj440 Nm22 Nm17.6 Nm55mm4 六、离合器主要零部件的结构设计从动盘毂的设计从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受由发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对中的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的迟钝可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩T来选择摩擦片外径 D/mm发动机最大转矩T/(Nm)花键尺寸挤压应力/MPa齿数n外径D/mm内径d/mm齿厚t/mm有效尺长l/mm25019610353243510.2从动片的设计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。本次设计初选从动片厚度为2mm。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。乘用车离合器盖一般