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 第VII页本科毕业设计轻型货车螺旋弹簧离合器设计LIGHT TRUCK SPIRAL SPRING CLUTCH DESIGN摘 要在汽车传动系中，离合器是一种分离、接合装置，通过这种分离和接合实现对传动系动力的中断和传递。离合器能够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，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；同时还能有效地降低传动系中的振动和噪声。由此可见，离合器在汽车上起着至关重要的连接发动机与变速器纽带作用。其设计中结构的合理性，性能的稳定性，操作的便捷性将直接关系到整个汽车的动力性，操作性和经济性。随着汽车运输的发展，离合器的设计还要在原有的基础上不断改进和提高，以适应新的使用条件。本论文针对轻型货车，根据给定的要求和参数，设计完成了与之性能相匹配的离合器。从汽车的总体设计开始，首先对汽车的结构形式和主要参数进行了确定。对各种现有的离合器结构型式进行了分析对比，选择出与设计要求相匹配的离合器结构。然后根据已确定的汽车参数，对离合器基本尺寸、参数进行了选择，同时对离合器各零部件进行选型、设计，并计算校核了设计得出的数据。最后通过对机械式操纵系统和液压式操纵系统特点的分析，选取了液压式式操纵系统，结合人体工程学要求的舒适性，对其进行了设计和尺寸计算。总体来说，本论文做了对汽车上常用的干式摩擦离合器设计工作，较详细地介绍了有关结构、设计、试验等方面的具体方法。可以说，如果对汽车上一般摩擦离合器的设计理论、方法和试验有较清楚的了解和实践体会的话，那么对解决其他如自动离合器的设计等问题也会有所启发和帮助。关键词： 离合器 螺旋弹簧 选择AbstractIn the automobile transmission, the clutch is a separation, bonding device by which to achieve the interruption and transmission of the transmission power .Clutch can join the Engine and transmission smoothly , to ensure that a smooth start of car; When during the shift, separate the engine and transmission, to reduce the impact of gearboxs shift gears；In the work by the large dynamic loads, limit the maximum transmission torque exposed, to prevent the transmission parts damaged due to overload; While effectively reduce the vibration and noise of transmission. Thus, the clutch in the car plays a vital role in connecting the engine and the transmission. The structure reasonability, performance stability, operation convenience of the design will be directly related to the vehicle power, maneuverability and economy. With the development of motor transport, the design of the clutch still needs continuous improvement and enhance based on the original to adapt to new use conditions。This thesis focuses on light trucks, according to the given requirements and parameters, designs and completes the clutch with matching performance. Start from the cars overall design, first determines the structure on the vehicle and the main parameters. Analyzes and compares the structure of the various types of clutch existed, and selects the clutch structure matched with the design requirements. Then according to the identified vehicle parameters, selects the basic dimensions of the clutch and the parameters, simultaneously selects and designs the clutch parts and checks calculations obtained from the design. Finally, analyzes the characteristics of the mechanical and hydraulic control systems, and selects hydraulic control system, then calculates its size and completes the design combining with the comfort of ergonomic requirements, Overall, this study does the design of the dry friction clutch which is often used in the car, and describes the specific methods of the structure, design and test. It can be said that if having a clearer understanding and practice of the general of friction clutch design theory, methods, and test, that will inspire and help to solve other issues such as automatic clutch design.Key words: Clutch Spiral Spring Choose目 录第1章绪 论11.1汽车离合器的研究现状及发展趋势11.2选题的目的及意义31.3汽车离合器的设计基本要求4第2章汽车总体设计62.1设计要求给定参数62.2汽车形式的选择和质量参数的确定62.3汽车主要尺寸的确定72.4汽车主要性能参数的选择72.4.1动力性参数72.4.2燃油经济性参数82.4.3汽车最小转弯直径82.4.4通过性几何参数92.4.5操纵稳定性参数92.4.6制动性参数92.5发动机的选择和主要性能指标的确定92.6轮胎的选择122.7本章小结12第3章离合器的结构型式及工作特性133.1汽车离合器的分类和结构原理133.1.1汽车离合器的分类133.1.2汽车离合器的结构原理143.2离合器的结构型式143.2.1周置弹簧离合器153.2.2中央弹簧离合器163.2.3膜片弹簧离合器163.3离合器的工作特性173.3.1摩擦副的摩擦磨损特性173.3.2离合器接合过程分析及滑磨功计算183.3.3离合器的热负荷193.4本章小结20第4章离合器基本结构尺寸和参数的选择214.1离合器转矩容量214.2离合器基本性能关系式224.3基本结构尺寸参数的选择234.3.1摩擦片外径D的确定234.3.2摩擦片后备系数的确定244.3.3单位压力p的确定254.4摩擦片参数的校核264.4.1单位摩擦面积传递的转矩264.4.2最大圆周速度274.4.3单位摩擦面积滑磨功274.5本章小结28第5章离合器零部件的结构选型和设计295.1从动盘总成设计295.1.1从动片设计295.1.2从动盘毂设计325.1.3从动盘摩擦材料345.2压盘和离合器盖355.2.1压盘设计355.2.2离合器盖的设计385.3离合器的分离装置设计395.3.1分离杆设计395.3.2分离轴承及分离套筒设计415.4圆柱螺旋弹簧设计415.4.1结构设计要点415.4.2弹簧参数计算、选材及校核425.5扭转减震器设计445.5.1扭转减振器的功用、一般结构和工作原理445.5.2扭转减振器的特性及主要参数的选择465.5.3减振弹簧的计算495.5.4双质量飞轮设计优点495.6本章小结50第6章离合器操纵系统设计516.1离合器操纵系统总体设计要求516.2离合器踏板位置、行程和踏板力516.1.1踏板位置的确定516.1.2踏板行程的计算516.1.3踏板力的计算536.3操纵系统周边工作环境和时间因素的影响536.4离合器操纵传动的确定546.3.1机械式传动546.3.2液压式传动566.5操纵传动的设计与计算576.4.1操作系统传动比576.4.2液压传动各主要尺寸的确定586.4.3油管设计596.6本章小结60第7章离合器实验617.1概述617.2离合器总成室内试验627.2.1离合器的黏着和锈死试验627.2.2离合器的静平衡627.3离合器零部件试验637.3.1轴向弹性波纹耐久试验637.3.2离合器盖总成耐久试验637.4离合器操纵系统试验637.4.1耐久试验647.4.2效率试验647.4.3振动试验647.5本章小结64结论65致谢66参考文献67附录68 西南交通大学本科毕业设计 第72页第1章 绪 论1.1 汽车离合器的研究现状及发展趋势汽车是作为一种交通工具而产生的，但是汽车发展到今天已经不能把它理解为单纯的“行”的手段。因为“汽车化”改变了当代世界的面貌，它已经成为当代物质文明与进步的象征及文明形态的一种代表。人类社会及人民生活的“汽车化”，大大地扩大了人们日常生活的活动范围，扩大并加速了地区间、国际间的交往，成倍地提高了人们外出办事的效率，极大地加速了人们的活动节奏，促进了世界经济的大发展与人类的快速进步，开创了现代“汽车社会”这样一个崭新的时代。 随着社会节奏的加速以及人们生活水平的提高，对汽车来说，人们要求它有自重轻、行使速度高、加速性能好、使用于各种路面上甚至无路地区行驶及机动灵活等特点。为了满足汽车各种行使的需求，在汽车上要需要有一套复杂的传动系统。现代汽车上最常用的是机械式传动系统，它是由发动机以及离合器、变速器、万向节传动轴、主减速器、差速器和驱动车轮的传动装置（如半轴）等部件组成。其中离合器是作为一个独立的部件而存在的。它在传动系统中起着传扭、分离传动、减振和过载保护多重功用，其品质攸关汽车的性能，对于使用工况复杂、超载严重的中国汽车更是如此。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果正逐步地向拉式结果发展，传统的操作形式正向自动操作形式发展。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作，已成为离合器的发展趋势。现代汽车工业具有世界性，是开发型的综合工业，竞争也越来越激烈。我国自1953年创建第一汽车制造厂至今，已有130多家汽车制造厂，700多家汽车改装厂。随着我国国民经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，对汽车的使用功能不断提出新的要求。目前大部分汽车采用离合器作为汽车的动力传递机构。在采用离合器的传动系统中，早期离合器的结果形式是锥形摩擦离合器。锥形摩擦离合器传递扭矩的能力，比相同直径的其他结构形式的摩擦离合器要大。但是，其最大的缺点是从动部分的转动惯量太大，引起变速器换挡困难。而且这种离合器在接合时也不够柔和，容易卡住。 此后，在油中工作的所谓湿式的多片离合器逐渐取代了锥形摩擦离合器。但是多片湿式摩擦离合器的片与片之间容易被油粘住（尤其是在冷天油液变浓时更容易发生），导致分离不彻底，造成换挡困难。所以它又被干式所取代。多片干式摩擦离合器的主要优点是由于接触面数多，故接合平顺柔和，保证了汽车的平稳起步。但因片数较多，从动部分的转动惯量较大，还是感到换挡不够容易。另外，中间压盘的通风散热不良，易引起过热，加快了摩擦片的磨损甚至烧伤和破裂。如果调整不当还可能引起离合器分离不彻底。多年的实践经验使人们逐渐趋向于采用单片干式摩擦离合器。它具有从动部分转动惯量小，散热性好，结构简单，调整方便，尺寸紧凑，分离彻底等优点。而且只要在结构上采取一定措施，也能使其接合平顺。因此，它得到了极为广泛的应用。 如今，单片干式摩擦离合器在结构设计方面也相当完善：采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的接合平顺性；离合器中装有扭转减振器，防止了传动系统的共振，减少了噪音；以及采用了摩擦较小的分离杆机构等。另外，采用了膜片弹簧作为压簧，可同时兼起到分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。膜片弹簧和压盘的环行接触，可保证压盘上的压力均匀。由于膜片弹簧本身的特性，当摩擦片磨损时，弹簧的压力几乎没有改变，且可减轻分离离合器时所需要的踏板力。为了提高离合器的传扭能力，在重型汽车上多采用多片干式离合器。次外，近年来由于多片湿式离合器在技术上的不段改善，在国外的某些重型牵引汽车和自卸车上又开始采用多片湿式离合器，并有不断增加的倾向。与干式离合器相比，由于用油泵进行强制制冷的结果，摩擦表面的温度较低（不超过 93）。因此，允许起步时长时间地打滑或用高档起步而不致烧损摩擦片，具有良好的起步能力。据说这种离合器的使用寿命可达干式离合器的五、六倍。 为了实现离合器的自动操纵，有自动离合器。采用自动离合器时可以省去离合器踏板，实现汽车的“双踏板”操纵。与其他自动传动系统（如液力传动）相比，它具有结构简单，成本低廉及传动效率高的优点。因此，在欧洲小排量汽车上曾得到广泛的应用。但是在现有自动离合器的各种结构中，离合器的摩擦力矩的力矩调节特性还不够理想，使用性能不尽完善。例如，汽车以高档低速上坡时，离合器往往容易打滑。因此必须提前换如低档以防止摩擦片的早期磨损以至烧坏。这些都需要进一步改善。 随着汽车运输的发展，离合器还要在原有的基础上不断改进和提高，以适应新的使用条件。从国外的发展动向来看，近年来汽车的性能在向高速发展，发动机的功率和转速不断提高，载重汽车趋向大型化，国内也有类似的情况。此外，对离合器的使用要求也越来越高。所以，增加离合器的传扭能力，提高其使用寿命，简化操作，已经成为目前离合器的发展趋势。1.2 选题的目的及意义本次课题为摩擦式离合器设计，设计摩擦离合器意义重大，因为离合器作为底盘传动系统中的重要部件，它起着从发动机到传动系中齿轮之间桥梁的作用，故它的重要性不可忽视，一个良好的离合器能够提高汽车的寿命，所以设计一个操作简便分离快速的离合器更是十分重要的，故选择设计离合器能够做到对汽车重要部件的了解。，在汽车传动系中，离合器是一种分离，接合装置，通过离合器的分离和接合实现对传动系动力的中断和传递。 在汽车的传动系中设置离合器主要是由于：目前，汽车上仍广泛采用往复式发动机作动力，这种发动机有一个最低稳定转速，若发动机转速低于这个最低稳定转速，发动机将熄火而停止工作。另外，在低速时，发动机无法产生足够的动力。因此，发动机的工作转速总是大于这个最低稳定转速。然而，在汽车起步时，其车速是由零逐渐增加的，因此，为使汽车平稳起步，就需在汽车驱动轮与发动机飞轮之间有一个既能转递动力，有能产生相对滑转的装置，这个装置就是离合器。 如果没有离合器，而是把发动机与转动系刚性地联结在一起，那么汽车起步时，只要变速器一挂上挡，驱动轮就会突然产生驱动力而使汽车猛烈前冲。由于汽车质量较大，由静止突然 前冲会产生很大的惯性力，这个惯性力以惯性阻力的方式传递给发动机，会导致发动机转速瞬间急剧下降而低于最低稳定转速，造成发动机熄火。所以，没有离合器，汽车将根本无法实现起步。 在汽车行驶过程中，道路条件、交通状况等客观环境千变万化。为了适应汽车行驶条件的变化，就需要经常改变变速器的档位，使汽车具有合适的驱动力和车速。 目前在汽车上广泛采用齿轮式变速器，这种变速器有几对齿轮，每对齿轮有各种不同的传动比，形成了变速器的各个档。通过换档拨叉使不同的齿轮副进入啮合，就可以得到不同的传动比，于是在相同的发动机转速下可得到不同的汽车行驶速度，从而实现汽车的变速。 换档时，首先踩下离合器踏板，使离合器处于分离状态，即中断发动机与变速器之间的动力传递。变速器处于非传力状态时，通过换担拨叉可轻松的使啮合着的一对齿轮分开，再使另一对齿轮进入啮合，从而实现变速器档位的变化。但是，前一对齿轮分开时，后一对即将进入啮合的主、从动齿轮的圆周速度必然不等，此时，若通过拨叉强行使这对齿轮进入啮合的话，势必产生强烈的齿间冲击，这不仅使齿轮容易损坏，同时产生刺耳的噪声。利用离合器，采用一定的换档顺序，则可以使这对齿轮的圆周速度达到相等，再使其进入啮合，也就不会产生冲击和噪声了。即使换档时这对齿轮的圆周速度并不完全相同，但由于离合器已彻底分离，变速器处于非传力状态，换档时产生的冲击和噪声也会大大减少。所以，离合器减小了换档时齿轮间的冲击和噪声，提供了新档位齿轮副圆周速度相等而实现同步啮合的可能。 如果没有离合器，那么当汽车紧急制动时，发动机因和传动系刚性联接，其转速将急剧下降，此时，发动机会产生比发动机稳定运转时输出的动力大得多的惯性力，这个很大的惯性力作用于传动系的各个零件，会使各个零件此时承受的载荷超过本身的承载能力而损坏零件。有了离合器，一旦发动机产生的惯性力超过离合器所能传递的最大动力，离合器的主、从动部分就会出现相对滑磨，从而有效地防止了因传动系过载而使传动系零件损坏的现象发生。 综上所述，离合器时汽车中不可或缺的重要组成部分，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。故能够设计出一款转动惯量小，散热性好，结构简单，调整方便，尺寸紧凑，分离彻底的离合器是对整个汽车研究发展具有重大的意义。1.3 汽车离合器的设计基本要求 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。 （10）结构应简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。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。第2章 汽车总体设计2.1 设计要求给定参数要求根据给定的汽车参数设计一套螺旋弹簧式汽车离合器系统，并使之满足相应的工况要求。具体给定参数如下：汽车最高时速为125km/h，装载质量为1.5t，最小转弯直径为13m，最大爬坡度为0.3。2.2 汽车形式的选择和质量参数的确定根据设计要求，选择平头式，发动机前置后驱的布置形式，根据该设计车型的1.5载重量，参考现有车型初选2轴，42后轮驱动后轮双胎的车型。汽车质量参数包括整车整备质量、载客量、装载质量、质量系数、汽车总质量、轴荷分配等。质量系数是指汽车的装载质量与整备质量的比值，即 (2-1)其取值一般在（0.8 1.1）之间，初取=1.0，所以货车的载客量取3人，即 货车的总质量可按下面公式计算 (2-2)汽车的轴数是根据车辆的用途、总质量、使用条件、公路车辆使用法规和轮胎负荷能力而确定的。根据下表2-1选择该车型的轴荷分配表2-1 42后轮双胎车型的轴荷分配车型空载满载前 轴后 轴前 轴后 轴货 车后轮单胎50% 59%41% 50%32% 40%60% 68%初步选取该货车的轴荷分配，如下表2-2所示表2-2 设计货车的轴荷分配空载满载前轴后轴前轴后轴55%45%35%65%0.8250.6751.118252.07675由此可以得出满载时单侧前轮的负荷为：559.125满载时单侧后轮的负荷为：1038.3752.3 汽车主要尺寸的确定汽车的主要尺寸参数有外廓尺寸，轴距，轮距，前悬，后悬等。轻型货车的轴距和轮距由表2-3查到，初步选取轴距：，轮距：长宽高：530018002000；前悬：800；后悬：1300；车头长度：1400；空载重心高度：680；车箱边板高度：500此外，设计还需注意根据货车载货量，车箱内宽应在汽车外宽符合国家标准下适当取宽，以利于缩短边板高度和车箱长度。而车箱内长在满足运送吨位条件下尽可能取短，以利于减小装备质量。表2-3 各类汽车的轴距和轮距车 型类 别轴距轮距/货车总质量/t2.21.72.91.151.352.23.02.33.21.301.503.55.02.63.31.401.656.09.03.64.21.701.852.4 汽车主要性能参数的选择2.4.1 动力性参数汽车动力性参数包括最高车速，加速时间，上坡能力，比功率和比转矩等。因为本次设计针对轻型货车，所以直接档最大动力因数在0.060.1范围内取值，在此选取直接档的最大动力因数：；而档最大动力因数标志着汽车的最大爬坡能力和越过困难路段的能力，还标志着起步连续换档的能力，对于公路用车，这个参数设计在0.30.4之间，选取档的最大动力因数。表2-4 汽车动力性能参数汽车类别最高车速比功率比转矩轻型货车总质量/t1.86.08013515253844设计要求最高车速：；最大爬坡度为0.3。根据表2-4选取汽车的比功率和比转矩，20；40。2.4.2 燃油经济性参数汽车的燃油经济性用汽车在水平的水泥或沥青路面上，以经济车速或多工况满载行驶的百公里耗油量来评价。该值越小燃油经济性越好。货车由于载重量不同对油耗影响很大，有时则用单位质量百公里油耗来评价。此轻型货车采用柴油机，由表2-5可知该车型发动机单位燃油消耗量约为2.5/(100)。总质量/t汽油机柴油机总质量/t汽油机柴油机 43.04.02.02.86122.682.821.551.86462.83.21.92.1122.502.61.431.53表2-5 货车单位质量百公里燃油消耗量2.4.3 汽车最小转弯直径转向盘转至极限位置时，汽车前外转向轮轮辙中心在支撑平面上的轨迹圆的直径为汽车最小转弯直径。由设计要求可知，汽车的最小转弯半径13。表2-6 商用货车的最小转弯半径车型级别/商用货车最大总质量/1.88.0121.86.010.019.06.014.012.020.014.013.021.02.4.4 通过性几何参数总体设计要求确定的通过性几何参数有：最小离地间隙，接近角，离去角，纵向通过半径。货车为了保证其良好的通过性，现将设计为250mm，设计取为50，取为30，取为4.0。2.4.5 操纵稳定性参数汽车操纵稳定性的评价参数较多，与总体设计有关并能作为设计指标的有：（1）转向性参数 为了保证有良好的操纵稳定性，驱车应具有一定程度的不足转向。通常用汽车以0.4g的向心加速度沿定圆转向前，前后轮侧偏角之差作为评价参数，此参数在13为宜。（2）车身侧倾角 汽车以0.4g的向心加速度沿定圆等速行驶时，车身侧倾角控制在3以内最好，最大不许超过7。（3）制动前俯角 为了不影响乘坐舒适性，要求汽车以0.4g的减速度制动时，车身前俯角不大于1.5。2.4.6 制动性参数目前常用制动距离，平均制动减速度j和行车制动踏板力及应急制动时的操纵力来评价制动效能。根据本次设计要求，汽车满载时，我们在取制动初车速为50km/h情况下，行车制动时要求制动距离小于20m，制动减速度大于5.4m/s。应急制动时制动距离小于18m，制动减速度大于2.6m/s。2.5 发动机的选择和主要性能指标的确定（1）汽油机与柴油机的选用当前汽车上使用的发动机仍然是以往复式内燃机为主。它分为汽油机、柴油机两类。 与汽油机比较，柴油机具有较好的燃油经济性，使用成本低，在相同的续驶里程内，可以设置容积小些的油箱。柴油机压缩比可以达到1523，而汽油机一般控制在810；柴油机热效率高达38，而汽油机为30；柴油机工作呵靠，寿命长，排污量少。汽油机与柴油机不仅使用的燃料不同，而且因排放对环境造成的污染，工作噪声，振动，使用可靠性，耐久性以及质量大小等诸多方面均有较大区别。目前世界上绝大多数汽车发动机是采用往复式内燃机。近20年来在少数汽车上出现新的动力装置，如转子发动机，燃气轮机，高能蓄电池等，但由于技术上和经济上的原因，这些新型发动机至今尚未被广泛采用。而且据专家们预测：在本世纪初或者更长的时间内，外复式内燃机仍将是汽车发动机的主要型式。因此，下面讨论的选型问题是针对这种发动机而言的，它可分为汽油机和柴油机两大类。目前在我国汽车上主要采用汽油机，它与柴油机在数量上的百分比为88：12。但世界发展的趋势是汽车发动机逐步走向柴油化。现在欧美大型汽车的发动机已经柴油化，中型汽车也多采用柴油机。与汽油机相比，柴油机具有燃料经济性好，工作可靠，寿命长，使用成本低及排污少等优点。但是柴油机也有工作粗暴，振动及噪声大，尺寸和质量大，造价高，起动较困难及易生黑烟等缺点。近年来，由于柴油机设计的不断完善，以上缺点得到较好的克服，并提高了转速，故在轻型车和轿车上采用柴油机的也日益增多。设计选用平头式车型，发动机布置在驾驶室下面，不存在布置上影响驾驶员的视线的问题，所以可以选用尺寸稍大于汽油机的柴油机，从而获得更好的工作可靠性并且获得更高的燃油经济性，以降低该车型维修费用和运输成本。（2）汽缸排列形式与冷却方式的选择按气缸排列的形式分，有直列，水平对置和V型几种。直列式结构简单，宽度小，布置方便。但发动机缸数过多时会显得过长，因此直列式只适用于 6缸的发动机。V形发动机具有长度小，高度低，曲轴刚度大等优点，且易成系列，故在大型轿车和长度受限的重型货车上得到应用。但是其造价也较高，宽度大，在平头车上布置较困难，故这里不会采用。水平对置式的主要优点是平衡性好，高度低，用在少量车辆总长较长的客车上应用。所以在这里我们选用结构简单、维修容易、工作可靠的直列式四缸发动机。发动机按冷却方式分为水冷和风冷发动机两种。风冷发动机的优点是冷却系统简单，维修方便，对沙漠和异常气候环境的适应性好，但存在冷却不均，消耗功率大和噪声大等缺点，在汽车上应用不多，只在22kW以下的小发动机和军用越野车上有所应用。大部分汽车都采用水冷发动机，它的主要优点有冷却均匀可靠，散热性好，噪声小，能解决车内供暖问题，气缸变形小，缸盖，活塞等主要零件热负荷低等有地等，所以选用水冷发动机。根据车型以及上述资料选择：四缸直列式水冷柴油机。（3）发动机最大功率及其相应转速汽车的动力性在很大程度上取决于发动机的功率值。发动机功率越大，动力性越好。粗略估计发动机功率时，可参考同级汽车的比功率统计值选定新车所用的比功率值，乘以所设计车型的总质量，即可求得所需的最大功率值。它也可根据汽车应达到的的最大车速，用下式估算最大功率 （2-3）式中，为发动机最大功率（）；为传动系效率对于主减速器驱动桥的42的汽车取0.9；为汽车总质量（3195）；为重力加速度（9.8）；为滚动系数，对货车取0.02；为空气阻力系数，这里取0.8；为汽车正面投影面积（）；为最高车速（125 km/h）。可选取发动机最大功率：此外，还应规定最大功率转速的范围，它可以根据发动机类型，最高车速，最大功率，活塞平均速度及发动机制造条件等因素来确定。目前汽油机的在30007000之间，轿车上的较高，在4000以上的较多，轻型货车的在40005000之间，中型货车的就更低些。柴油机的值在18004000之间。乘用车和总质量小一些的货车用高速柴油机，常取在32004000之间；总质量大一些的货车的柴油机值在18002600之间。初选该货车的转速：（4）发动机最大转矩及其相应转速用下式确定 （2-4）式中为最大转矩，为转矩适应性系数；一般在1.11.3之间选取，这里选取1.1；为做最大功率转矩；为最大功率；为最大功率转速。可选取发动机最大转矩：选择时希望在1.42.0之间，这里取，所以 （2-5）（5）发动机适应性系数 （2-6）值越大，说明发动机适应性越好。采用值大的发动机可减少换挡次数，减小传动系磨损和减低油耗。现代汽油机在1.42.4之间，而柴油机在1.62.6之间。显然值在1.62.6之间。(6) 发动机的悬置汽车是多自由度的振动体，并受到各种振源的作用而发生振动。发动机就是振源之一。发动机是通过悬置元件安装在车架上。悬置元件既是弹性元件又是减振装置，其特性直接关系到发动机振动向车体的传递，并影响整车的振动与噪声。合理的悬置不但可以减小振动、降低噪声以改善乘坐舒适性，还能提高零部件和整车寿命。 发动机悬置应满足下述要求：因悬置元件要承受动力总成的质量，为使其不产生过大的静位移而影响工作，因此要求悬置元件刚度大些为好；发动机本身的激励以及来自路面的激励都经过悬置元件来传递，因此又要求悬置元件有良好的隔振性能；因发动机工作频带宽，大约在10500Hz范围内，要求悬置元件有减振降噪功能，并要求悬置元件工作在低频大振幅时(如发动机怠速状态)提供大的阻尼特性。2.6 轮胎的选择根据轴荷分配来考虑轮胎所能承受的最大负荷以及根据动力性要求选择轮胎半径R。根据该车型的最小离地间隙和满载轮荷结合轮胎的选取标准进行初步的选择，选用轮胎的规格为：10层7.50-15。轮胎的最大负荷为10600。2.7 本章小结本章完成了汽车的总体设计，选择了汽车的结构形式和主要尺寸和性能参数，发动机的主要性能指标等。第3章 离合器的结构型式及工作特性3.1 汽车离合器的分类和结构原理3.1.1 汽车离合器的分类汽车离合器有摩擦式离合器、液力变矩器(液力偶合器)、电磁离合器等几种。摩擦式离合器又分为湿式和干式两种。因为本次设计为摩擦式离合器，所以重点介绍摩擦式离合器的分类。摩擦式离合器结构类型较多，可由图3-1表示。图3-1 汽车机械式离合器分类图3.1.2 汽车离合器的结构原理全套离合器应由两部分组成：离合器和离合器操纵就摩擦式离合器本身而言，按其功能要求，结构上应该由下列几部分组成：主动件、从动件、压紧弹簧和分离杠杆。结构原理如图1-2所示（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3-2 离合器结构简图离合器通常总是处于接合状态如图1-2（a）所示，当需要切断动力时，驾驶员通过踩踏离合器操纵系统中的离合器踏板7，并经过操纵传动杆系及分离拨叉11推动分离套筒5向前，消除间隙，使分离杆4绕其在离合器盖9上的支点转动，克服压紧弹簧8的工作压力，压盘3向后移动，从动盘总成2和压盘3脱离接触。离合器分离时的状态如图1-2（b）所示，此时，从动盘总成2不再输出转矩。分离套筒向左移时，在消除间隙后，输出轴10受到制动，转速很快下降。此种状况成为离合器制动，其目的是为了容易换挡。但这种离合器制动主要用在重型离合器上，一般离合器不一定采用。本次设计以单片干式离合器的设计为指导思想。尽管离合器的设计已经趋于成熟，但是为了更高的舒适性和更好的质量。研究还应该继续向前。希望在设计中，加深对单片离合器的原理，结构的理解 。3.2 离合器的结构型式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。3.2.1 周置弹簧离合器周置弹簧离合器目前主要用在商用载重汽车上，结构上，螺旋弹簧沿着压盘的圆周作同心圆布置。压盘，分离杆及螺旋弹簧均装在离合器盖中组成离合器总成。离合器盖固定在发动机飞轮上，飞轮作为离合器的一个主动摩擦面，而另一个主动摩擦面是压盘。压盘由发动机直接驱动，使压盘成为离合器的主动件。这是离合器结构设计中的重要一环。图3-3 周置弹簧离合器在两个主动件飞轮和压盘之间装有从动盘，从动盘的两面都铆有摩擦片，从动盘的盘毂花键中孔中，插入变速器第1轴的花键轴段。在压紧弹簧的作用下，压盘将从动盘紧压在在飞轮上。这样，发动机的转矩，依靠飞轮和压盘对从动盘的摩擦传给从动盘，并通过从动盘的花键传给变速器第一轴。周置弹簧离合器所用的螺旋弹簧是线性的，当摩擦片磨损后，弹簧伸长，压紧力下降，这对离合器可靠传扭是不利的。如果采用刚度小的弹簧，压紧力P的下降就不会很明显。但降低弹簧刚度需要增加弹簧的圈数，以增加弹簧高度尺寸，这对压簧来说容易产生纵向不稳定性，尤其在发动机高转速时，压簧处有很大的离心力作用，容易使簧丝鼓出。压簧沿圆周布置时，弹簧压紧力直接作用于压盘。为了保证摩擦片上压力分布尽量均匀，压簧的数目不应太少，且要随摩擦片的直径增加而增加。有时甚至布置成两排。 3.2.2 中央弹簧离合器采用一到两个圆柱螺旋弹簧或用一个矩形断面的的锥形螺旋弹簧做压簧并布置在离合器正中间的结构型式，称为中央弹簧离合器。图3-4 中央弹簧离合器中央弹簧离合器的压簧不和压盘直接接触，因此压盘由于摩擦而生成的热量不会直接传给弹簧使其回火失效。中央弹簧的压紧力通过杠杆系统作用于压盘，并按杠杆比放大，因此可用较小的弹簧力而达到足够大的压盘压紧力。在结构设计上，压盘的压紧力可通过调整垫片或螺纹进行调整。当从动盘摩擦面磨损后，通过调整可以回到原来的压紧力，也就减轻了操纵。为了使压盘的压紧力分布均匀，使离合器接合柔和，中央弹簧离合器的传力杠杆常常采用数目较多并由弹簧钢片做成扁平杆有些中央弹簧离合器弹性压杆的中段常常做成叶片形状，成为风扇叶片，有利于离合器的通风散热。中央弹簧采用圆柱螺旋螺旋簧，其轴向尺寸较大，而采用矩形截面的锥形弹簧可大大缩小轴向尺寸，但矩形截面簧制造起来比较困难。3.2.3 膜片弹簧离合器膜片弹簧离合器是用膜片代替了一般螺旋弹簧及分离杆机构而做成的离合器，因为它分布在中央，所以可做成中央弹簧离合器。在离合器中采用膜片弹簧有许多优点。首先，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杆的作用，使零件数目减小，重量减轻；其次离合器结构大大简化并显著地缩短了离合器的轴向尺寸；再者，膜片弹簧具有良好的非线性特性，设计合适，可使摩擦片磨损到极限，压紧力仍能维持很小的变化，且可减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便。图3-5 膜片弹簧离合器综合设计要求，本次设计选用单片周置螺旋弹簧离合器。3.3 离合器的工作特性离合器在接合状态，离合器的主、从动件作为整体一起旋转，直接传递发动机转矩。此状态下，离合器的主、从动件没有相对运动，摩擦副表面就没有磨损，也不发热，也没有能量损耗。但是，在汽车岂不过程中需要利用离合器主、从动件间的相对滑动，也就是说，离合器在接合过程中让其从动件的转速增长有一过程，使汽车平稳起步。因此，离合器接合过程的滑磨是其重要特性。离合器滑磨的结果，一方面使摩擦片磨损，另一方面会引起压盘、飞轮等零件的温度升高，而摩擦表面温度的过分升高，将加剧摩擦片的磨损，并将严重影响离合器的正常工作和使用寿命。为此，必须充分了解离合器在接合过程中的滑磨特性及其评价和分析计算方法、压盘等零件的热负荷状况，以便能正确设计和使用离合器。3.3.1 摩擦副的摩擦磨损特性离合器的正常工作离不开摩擦副，而摩擦就必然会造成磨损。作用在摩擦表面上的发向载荷（工作压力）N和切向载荷（摩擦力）之间的关系式，一般可以写成： （3-1）式中，为摩擦系数。摩擦系数和滑动速度、压力、温度等一些因素有关，但通常在摩擦式离合器的有关计算中，认为是一常数。但也可以利用如下图3-6所示的近似的单因子关系曲线来确定不同的温度和不同滑磨速度下的摩擦系数。对于磨损的分析，现今已经有可能利用电脑来分析发生在摩擦离合器滑磨的动态过程中和它有关摩擦表面的磨损情况。只要知道摩擦系数及磨耗强度与其有关引述之间的函数关系即可。滑磨速度或温度升高都将使摩擦副的磨损率增加，而且温度因素影响更大。 （a）对滑磨速度 （b）对温度图3-6 石棉及材料-铸铁摩擦副摩擦系数变化曲线3.3.2 离合器接合过程分析及滑磨功计算离合器在接合状态，离合器的主从动件作为整体一起旋转，直接传递发动机转矩。此状态下，离合器的主、从动件没有相对运动，摩擦副表面就没有磨损，也不发热，也没有能量损耗。但是，在汽车起步过程中需要利用离合器主、从动件间的相对滑动，也就是说，离合器在接合过程中让其从动件的转速增长有一过程，使汽车平稳起步。因此离合器接合过程中的滑磨是其重要特性。离合器的接合过程为：在汽车起步