轿车离合器总成三维设计.doc

XXXX 大 学 本 科 毕 业 设 计 第 - 6 -页 -共 21 页轿车离合器总成三维设计作者：xxxx 指导老师：xxxx;（ XXXX大学工学院 年级专业：XXXXX（x）班 合肥230036）摘要：离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，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。本文通过对某款汽车整车参数的分析，从而对其离合器进行设计，首先对其离合器的结构形式进行选择，我选择了湿式摩擦膜片弹簧离合器，并利用Catia三维软件绘制轿车膜片弹簧离合器装配图；再进行离合器的基本结构尺寸和参数的选择及计算；最后进行离合器零件的结构选型及设计计算，主要是对从动盘总成设计，压盘、传力片的设计校核，膜片弹簧主要参数的选择、设计和强度校核，并绘制离合器零件图。关键词：膜片弹簧离合器 数据分析 Catia绘制三维图 设计 校核1 绪论1.1 离合器的简介 联轴器、离合器和制动器是机械传动系统中重要的组成部分，共同被称为机械传动中的三大器。它们涉及到了机械行业的各个领域。广泛用于矿山、冶金、航空、兵器、水电、化工、轻纺和交通运输各部门。离合器是一种可以通过各种操作方式，在机器运行过程中，根据工作的需要使两轴分离或结合的装置。对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动系中是作为一个独立的总成而存在的，它是汽车传动系中直接与发动机相连的总成。目前，各种汽车广泛采用的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。它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构、和操纵机构等四部分。离合器作为一个独立的部件而存在。它实际上是一种依靠其主、从动件之间的摩擦来传递动力且能分离的机构，见图1-1离合器工作原理图图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 我国汽车离合器的发展近况我国汽车业的高速发展，带动我国汽车离合器市场需求持续大幅增长。随着我国自动档轿车的增加，我国传统离合器行业的发展前景日益担忧，不少企业都在寻求新的持续发展的途径。2007年以前，我国汽车产量持续增长、汽车保有量的增加、出口市场需求的扩张等三大因素推动我国汽车离合器行业连续8年快速发展，2007年我国汽车离合器的产量突破1000万套。自2008年以来，受全球金融危机影响，中国汽车销量为938万辆，增长率仅为6.7%，离合器的市场规模约为55亿元。到2010年，我国离合器总销售额将达84亿元，其中，盖总成2800万件，从动盘总成5700万件，液力变矩器100万套以上。目前国产离合器已经能够全面覆盖国内各种车型产品并具有足够的研发、制造和供货能力，干摩擦式离合器仍将是“十一五”期间汽车动力系统中的主要应用部件。在技术目标方面，离合器的可靠性和寿命指标要达到或接近国外同类产品水平，传递转矩超过3000牛米的大容量重型离合器要形成批量供货，要掌握AT、LTD、DCT和DMF等关键技术，在离合器及其电子操控系统的集成开发方面取得突破，建立离合器的综合自动检测系统，以及建立模拟工况和实车试验标准，形成更为完善的离合器产品评价体系。按照离合器行业的规划，“十一五”期间，汽车离合器行业要形成35家年销售量超过300万套的“小巨人”企业和510家年销售量超过120万套的规模企业，并出现产销规模进入世界离合器行业前10名的中国企业。2009年9月我国共销售汽车133.18万辆，环比增长16.98%，同比增长77.88%，再创历史新高。与此同时，由于政府购车补贴计划停止导致美国汽车市场9月出现20%左右的下滑，中国汽车月销量在8月屈居第二后，9月再度跃居世界第一。2009年1-9月，我国汽车累计销售966.27万辆，同比增长34.24%，超过2008年全年28.22万辆。9月作为传统销售旺季，市场呈良好表现是在预期之中的，在10月中旬我国汽车产销有望双超千万辆，全年将有可能超过1200万辆。在汽车产销增速快速提升的带动下，行业内各项主要经济指标结束下降，呈现增长，其中主营业务收入和利润总额增长均超过两位数，经济运行形势表现良好。1-8月，汽车行业累计实现主营业务收入18905.82亿元，同比增长10.27%，实现利润1223.29亿元，同比增长17.57%。汽车出口当月表现较为出色，环比呈现明显增长。9月，共出口汽车3.05万辆，环比增长38.98%，同比下降36.74%，1-8月累计出口汽车21.74万辆，同比下降57.17%。尽管出口降幅较上半年略有减缓，但汽车出口总体仍未摆脱低迷走势。中国汽车零部件产业规模迅速扩大、出口迅速增长、零部件企业创新活动踊跃、关键零部件基本都实现了本土化生产。中国汽车零部件产业的不足一是规模比较小、实力弱；二是处在国际分工中最低端；三是研发能力严重不足。新中国成立60年、特别是改革开放30年来，中国经济飞速发展。民营企业在这个过程中异军突起，以其独特的活力迅速成长。当前零部件行业中，民营资本和境外资本已经开始占据主要地位。进入新世纪，民营企业展现出旺盛的生命力。此时，民营企业的合法权益得到法律保障，其发展被纳入国家经济发展正常轨道。民营汽车零部件企业在党的政策方针指引下得到提高和稳步发展。万向集团、万安集团、万丰奥特集团、信义玻璃、浙江银轮机械、上海久乐安全气囊等众多优秀民营零部件企业迅速成长。根据国家信息中心的调查研究，民营汽车零部件企业数量占中国零部件企业总数的49%，工业总产值所占比重为24%，营业收入所占比重为20%。面向未来，肩负重任的民营零部件企业将迎来更富挑战性的考验。在市场竞争日益激烈的背景下，最贴近市场的民营企业必须接受优胜劣汰的法则，特别是一些以低成本优势展开竞争的外向型企业，要主动转型才有出路。本研究咨询报告由中研普华咨询公司领衔撰写，在大量周密的市场调研基础上，主要依据了国家统计局、国家商务部、国家海关总署、国家工业和信息化部、国务院发展研究中心、中国汽车工业协会、中国汽车流通协会、中国汽车用品联合会、中国汽车报、中国行业研究网、国内外相关刊物杂志的基础信息以及汽车离合器科研单位等公布和提供的大量资料，结合中研普华公司对汽车离合器相关企业的实地调查，对我国汽车离合器行业发展现状与前景、市场竞争格局与形势、赢利水平与企业发展、投资策略与风险预警、发展趋势与规划建议等进行深入研究，并重点分析了汽车离合器行业的前景与风险。报告揭示了汽车离合器市场潜在需求与潜在机会，为战略投资者选择恰当的投资时机和公司领导层做战略规划提供准确的市场情报信息及科学的决策依据，同时对银行信贷部门也具有极大的参考价值。1.3 现代主要离合器的两大分类（1）操纵离合器类（1）机械离合器：片式离合器、牙嵌离合器、圆锥离合器、摩擦块离合器、转键离合器、齿行离合器、销式离合器、键式离合器、棘轮离合器、鼓式离合器、扭簧离合器、涨圈离合器、闸带离合器、离合制动器；（2）电磁离合器：片式电磁离合器、牙嵌电磁离合器、圆锥电磁离合器、扭簧电磁离合器、转差电磁离合器、磁粉离合器；（3）液压离合器：片式液压离合器、牙嵌液压离合器、浮动块液压离合器、圆锥液压离合器、调速离合器、液压离合制动器；（4）气压离合器：片式气压离合器、气胎离合器、圆锥气压离合器、浮动块气压离合器、气动离合制动器（2）自控离合器类：（1）超越离合器：牙嵌超越离合器、棘轮超越离合器、滚柱离合器、楔块离合器、同步离合器、滑销超越离合器；（2）离心离合器：钢球离合器、缓冲离心离合器、橡胶弹性离心离合器、闸块离合器1.3 目前国际上几款新型离合器沃尔沃Powershift湿式双离合器；经过这几年的逐渐普及，双离合器变速箱的基本技术原理已经被广泛了解，而沃尔沃在这一新的领域实现了技术上的突破。与大众最近采用干式离合器的七速DSG变速箱不同，Powershift采用的是湿式双离合器浸泡在润滑油里的离合器片对离合器进行润滑和冷却可以将动力输送给六个档位中的任何一个，由电脑控制的离合器根据汽车速度和转速对驾驶者的换档意图做出判断，可以预选择下一挡位从而实现档位的快速切换。日本铃木汽车配置的 Viscodrive粘滞离合器Viscodrive 粘滞离合器是一种紧凑、轻巧的装置，可以提供适时四驱功能，并且无需昂贵的车载电子设备或驾驶员干预，即可提高车辆的牵引性能。此外，它还可以减轻令人不悦的驱动管路噪音和振动，高 度可靠，并且经过精心设计，在整个生命周期内都无需维护。这款经过充分实践检验的产品由多块浸没在硅油中的摩擦片组成。当驱动（前）桥打滑时，摩擦片间的相对转速差将会产生剪应力，将扭矩从一块摩擦片传递到另一块摩擦片，重新分配后,传到后桥。 宝马M3配置的M DCT七速双离合器身为全球第一款针对“高扭力、高转速”发动机所开发的七速双离合器变速箱，M-DCT变速箱利用两组油冷式离合器，分别控制奇数挡位（包括倒挡）和偶数挡位。在进行换挡操作前，一组离合器便已预先咬合下一挡位的齿轮，在另一组离合器咬合现行挡位齿轮后，便可立即承接下一挡位，达到几近无间隙的换挡速度。根据原厂数据，采用M-DCT变速箱的M3 Coupe可在4.6秒完成0至100km/h加速，比原先六速手动车型成绩提升0.2秒；而平均油耗则为每百公里11.9升昊锐旅行车四驱版配备的第四代Haldex离合该系统会通过每个轮子上的ABS传感器的反馈信号，将扭矩传回给各个轮子上，这样可以有效保证车辆在雪地的行驶安全性。Haldex离合器是一种电控多片式离合器，它可以为全时四轮驱动4 MOTION的前后桥灵活分配驱动力。该离合器的调控装置可以根据每次打滑、汽车行驶动态性能以及驱动扭矩对离合器进行连续调控。电子稳定程序（ESP）内包含了Haldex离合器调节功能，帮助提高行车安全性。大众最新型汽车配置的干式双离合器大众公司最新的7挡DSG变速器对未来汽车双离合器系统的发展有指导性的意义,它带来了灵便、运动同时舒适的驾驶感受。总部位于德国巴登州Buehl的LuK公司是业界离合器和变速器系统的专家,和大众汽车紧密合作,开发了这款最新的干式双离合器。它在燃油经济性方面与配备湿式双离合干式离合器就是通过刚性的摩擦连接，比如说两个铁片子在接触面上很粗糙，来实现的传递能量湿式的就是在干式的基础上里面充满了油液 惯性摩擦连接，干式离合器能耗下，结构较简单，少了些液压管路，在相同排量理论比湿湿省10%的油耗。1.4 膜片弹簧离合器1.4.1 膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，由于膜片弹簧具有非线性特性，因此当摩擦片磨损后，弹簧压力几乎可以保持不变，且可减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便；其次，膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对称的，因此其压力实际上不受离心力的影响，性能稳定，平衡性也好；再者，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著地缩短了其轴向尺寸；另外，由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片的接触良好，磨损均匀，也易于实现良好的散热通风等。图1-4 膜片弹簧示意图安 徽 农 业 大 学 本 科 毕 业 设 计 第 - 21 - 共- 21页2 离合器基本参数的定表2-1 某款轿车的基本配置参数项目参数汽车的驱动形式 42最高车速=175 km/h发动机最大功率及转速=83 KW =6000 r/min发动机最大转矩及转速=146 Nm =4000 r/min主减速器传动比=4.35变速器最大传动比=3.455轮胎型号205/55 R16滚动半径R=0.30m整备质量m=1325Kg离合器的基本参数主要有性能参数和p0，尺寸参数D和d及摩擦片厚度b2.1 离合器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。后备系数保证了离合器能可靠传递发动机转矩的同时，还有助于减少汽车起步时的滑磨，提高离合器的使用寿命。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。 汽车离合器的后备系数推荐如下（供参考）：小轿车：=1.201.3 ；载货车：=1.72.25 ；带拖挂的重型汽车或牵引车：=2.03.0。国外对小轿车的离合器推荐其后备系数值为1.2，因为小轿车的离合器都采用膜片弹簧离合器，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），再加上小轿车的后备功率较大，使用条件较好，故宜取小值1.20.2.2 单位压力p0单位压力p0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，加应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处的热负荷，p0应取小些；后备系数较大时，可适当增大p0。 当摩擦片采用不同材料时，p0按下列范围选取： 石棉基材料 p0=0.100.35MPa 粉末冶金材料 p0=0.350.60MPa 金属陶瓷材料 p0=0.701.50MPa2.3 摩擦片外径D、内径d和厚度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关系。显然，传递大的转矩，就需要有大的尺寸。发动机转矩是重要参数，当按发动机最大转矩Temax（Nm）来选定D时，有下列经验公式参考： （2.1）式中，系数A反映了不同结构和使用条件对D的影响，可参考下列范围：小轿车A=47；一般载货汽车A=36（单片）或A=50（双片）；自卸车或使用条件恶劣的载货汽车A=19。按Temax初选D以后，还需注意摩擦片尺寸的系列化和标准化，表2为我国摩擦片尺寸的标准。表2-1 离合器摩擦片尺寸系列和参数外径D/mm160180200225250280300325350380405430内径d/mm110125140150155165175190195205220230厚度/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/cm21061321602213024024665466787299081037c为摩擦片内、外径之比，c=d/D，一般在0.530.70之间。对摩擦片的厚度h,我国已规定了3种规格：3.2mm，3.5mm和4mm2.4 所选离合器基本参数的确定本次毕业设计所选离合器的基本参数确定：某款轿车的发动机最大转矩 Temax=146 Nm ，根据经验公式初选摩擦片外径D，小轿车A=47，则摩擦片外径为按照我国离合器摩擦片尺寸系列标准（见表2-1），最后选定摩擦片的尺寸为D=180mm，d=125mm，h=3.5mm，c=0.694。采用膜片弹簧离合器，使用条件较好，故取后备系数=1.2。摩擦面片采用有机材料，单位压力p0为0.350.5MPa。用公式Temax=fZp0D3(1c3)验算单位压力p0 ：式中，f为摩擦面间的静摩擦因数，取f=0.3；Z为摩擦面数，单片离合器的Z=2。Temax=fZp0D3(1c3) （2.2）1.2146=0.32p00.1830.667则p0=0.28MPa单位压力p0在容许范围之内，认为所选离合器的尺寸、基本参数合适。图2-1 摩擦片的Catia视图3 离合器零件的结构选型及设计计算3.1 从动盘总成设计从动盘总成主要由摩擦片、从动片、减振器和从动盘毂等组成。从动盘对离合器工作性能影响很大，应满足如下设计要求： 1)转动惯量应尽量小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。 2)应具有轴向弹性，使离合器接合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，减小磨损。 3)应装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。摩擦面片采用有机材料。采用带扭转减振器的从动盘（整体式弹性从动片），从动片通常用1.32.0mm厚的钢板冲压而成。将其外缘的盘形部分磨薄0.651.0mm，以减小其转动惯量。整体式弹性从动片一般用高碳钢（如50）或65Mn钢板，热处理硬度3848HRC。从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它装在变速器输入轴前端的花键上，一般采用齿侧定心的矩形花键，花键轴与孔采用动配合。 从动盘毂轴向长度不宜过小，以免在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。从动盘毂一般采用锻钢(如45，40Cr等)，表面和心部硬度一般在2632HRC。为提高花键内孔表面硬度和耐磨性，可采用镀铬工艺，对减振弹簧窗口及与从动片配合处应进行高频处理。减振弹簧常采用60Si2MnA、50CrVA、65Mn等弹簧钢丝。花键的结构尺寸可根据从动盘外径和发动机转矩按国标GB11441974选取。表3.1 离合器从动盘毂花键尺寸系列2摩擦片外径D/mm发动机的最大转矩Temax/Nm花键尺寸挤压应力j/Mpa齿数N外径D/mm内径d/mm齿厚b/mm有效齿长l/mm16050102318320101807010262132011.820011010292342511.322515010322643011.525020010352843510.428028010353244012.730031010403254010.732538010403254511.635048010403255013.2表3-2 所选从动盘毂花键参数从动盘外径D/mm花键齿数n花键外径D/mm花键内径d/mm齿厚b/mm有效齿长l/mm挤压应力18010262132011.8花键尺寸选定后应进行强度校核。由于花键损坏的主要形式是由于表面受挤压过大而破坏，所以花键要进行挤压应力计算，当应力偏大时可适当增加花键毂的轴向长度。挤压应力计算公式： 挤压=（MPa） （3.1）式中，P为花键的齿侧面压力，N。它由下式确定：花键的齿侧面压力式中，d，D分别为花键的内外径，m；Z为从动盘毂的数目；Temax为发动机最大转矩，Nm；n为花键齿数；h为花键齿工作高度，m；l为花键有效长度，m。则故挤压=MPa2。本设计取n=18，1=3.2mm；2=10mm。3.3.6 支承圈平均半径l和膜片弹簧与压盘的接触半径Ll应略大于且尽量接近r，L应略小于R且尽量接近R。本设计取L=78mm，l=64mm。膜片弹簧应用优质高精度钢板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。国内常用的碟簧材料的为60Si2MnA，当量应力可取为17001900N/mm2。图3-4 弹簧膜片示图图3-5 离合器的总装视图结论随着汽车的不断更新与发展，汽车的离合器也在不断的更新发展，从传统的操纵离合器和自控离合器发展到现在的干式双离合器，湿式双离合器，Viscodrive粘滞离合器，M DCT七速双离合器等多种新型离合器，膜片弹簧离合器由于它的各种优点，所以它的应用依然和普遍，本文依据江淮同悦系列轿车进行膜片弹簧的离合器的设计，通过Catia三维软件的应用对离合器的几大主要部件，如摩擦片，压盘，膜片弹簧，等进行了设计和校核，使其能够达到相应的强度和工作温度，大大提高了离合器的工作效率和应用范围，通过这次的毕业设计，使我们充分地认识到设计一个工程项目所需经历的步骤，以及身为一个工程技术人员所需具备的素质和所应当完成的工作，为我们即将进入社会提供了一个良好的学习机会，对于我们由学生向工程技术人员转变有着重大的实际意义。致 谢在这次毕业设计过程中，我真正的认识自己在大学四年所学知识的不足，所以遇到了很多的困难，但是这次的毕业设计也让我学到很多的东西，让我将大学四年所学到的知识得以串联使用，让我第一次创造了属于我自己的成果，首先要感谢夏萍和黄莉莉两位指导老师。此次毕业设计是在指导老师的精心指导下完成的，指导老师安排每周一次的问题解答及指导，真的给了我很大的帮助与支持。他平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向夏萍导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！参考文献1 陈家瑞.汽车构造(下册).北京：机械工业出版社，20052 王望予.汽车设计.北京：机械工业出版社，20073 徐石安，江发潮.汽车离合器.北京：清华大学出版社，20054 林世裕.膜片弹簧与碟形弹簧离合器的设计与制造.南京：东南大学出版社，20065 申永胜.机械原理教程.北京：清华大学出版社，20056 朱龙根.机械设计.北京：机械工业出版社，20067 A. C. Rao. Trans. On the Performance of Kinematic Chains. CSME J 12 No. 2 ,20078 D. G. Chetwynd and P. H. Phiuipsonx. New Development of the Automobile Clutch Technique. J.Phys.E:Sciinstrum.J2005.Abstract:clutch automobile transmission is direct and the engine connected to the assembly, whose main function is to cut off and to realize the power transmission, ensure the car started the engine and transmissi