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HKD640微型客车离合器及操纵机构及传动轴设计【优秀离合器全套课程毕业设计含5张CAD图纸】

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关键词：: 微型客车离合器操纵机构传动轴离合器设计课程毕业设计微型客车离合器及操纵机构及传动轴设计

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HKD640微型客车设计(离合器及操纵机构及传动轴设计)

HKD640微型客车离合器及操纵机构及传动轴设计【优秀离合器全套课程毕业设计含5张CAD图纸】

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HKD640微型客车设计

(离合器及操纵机构及传动轴设计)

摘　要

本次设计了离合器和传动轴。在汽车传动系的这些部件中，离合器和传动轴是其中两个重要的部件。在传动系统中，离合器位于发动机与变速器之间，其作用是使驾驶员可以把发动机与变速器接合或分离。离合器是一种摩擦式分离装置，与驾驶室中离合器踏板相连接。驾驶员通过操纵离合器既可以使发动机与离合器暂时分离，也可以在汽车起步时使发动机与离合器平稳接合。本次设计为膜片弹簧离合器。

本设计通过对传动轴的传动类型分析，结合所设计微型客车的特点以及市场趋势等因素，对传动方式和传动轴进行了选型；通过对传动轴的类型与结构分析，选择传动轴的十字轴滚针轴承的密封形式为外卡环式密封，并在其密封部位采用橡胶骨架油封和毡圈油封相结合的密封形式，以适应农村地区的恶略路况；通过对万向节的十字轴、滚针轴承、万向节叉的设计计算，确定了所设计车辆使用的这些部件的具体尺寸；通过对传动轴的临界转速和计算载荷的确定，用待定系数法确定了传动轴的花键轴和轴管的尺寸，并校核了其扭转强度和临界转速，确定了合适的安全系数。鉴于矩形花键的一系列优点和国内的生产加工水平，传动轴花键采用了矩形花键。传动轴的实验室传动轴的生产加工中的一项至关重要的程序，本文在该书中对传动轴的试验进行了简要介绍，并且在设计过程中对涉及到实验的部分有针对性查阅了同类型的产品的试验结果，对设计结果予以修正。综合各部分的设计及校核结果，所设计的传动轴能满足所设计的微型客车的传动要求。

关键词：离合器, 摩擦式, 膜片弹簧, 传动轴, 十字轴

HKD640MINI PASSENGER CAR

—CLUTCH、CONTROL MECHANISMAND PROPELLER SHAFT DESIGN

ABSTRACT

In this thesis ,clutch、control mechanism and propeller shaft is designed .The clutch and the transmission are two important units of all .The clutch is located in the power train between the engine and the transmission .Its purpose is to permit the driver to coupe or uncouple the engine and transmission .The clutch is a friction-type device .It is linked to a clutch pedal in the driver’s compartment .The clutch allows the driver to couple the engine or uncouple the engine from transmission while he is shifting gears or starting the automobile moving rest .In the design ,we use the type of coil-pressure-spring .

The thesis introduced power transmission shaft used on farming transporters. According to the features of the farming transporter and the characters of the road in rural areas ,we chose the simply made open style power transmission shaft .For farming transporters , its cost and convenience for reparation and adaptability rather than its comfort ability and science ratio are concerned .So during the design we did not pay too much attention to the popular which is often advanced technology of the filed .On the contrary ,we just made some necessary improvement to the using form .For example ,we use involutes serration instead of rectangle serration ,so the durability of the spine will be much upgraded while its cost still low because nowadays its not more difficult to machine involutes serration than rectangle serration .To up the durability of the shaft ,we paid much attention to the seal form of the unit .We used rubber bone seal together with felt washer .

KEY WORDS：clutch, friction-type, Diaphragm spring, power transmission shaft, cross axle

第一章前言……………………………………………………1

第二章离合器概述………………………………………………2

§2.1 离合器的主动部分…………………………………………3

§2.2 离合器的结构选择…………………………………………5

§2.3离合器的工作原理……………………………………………6

第三章离合器设计计算…………………………………………6

§3.1离合器设计要求……………………………………………6

§3.2离合器参数的选择…………………………………………6

§3.3从动盘总成………………………………………………10

§3.4压盘和离合器盖计算………………………………………12

§3.5 膜片弹簧的设计计算………………………………………15

§3.6 扭转减震器计算……………………………………………17

§3.7 离合器操纵系统设计………………………………………18

第四章传动轴计算……………………………………………19

§4.1 万向传动的计算载荷………………………………………20

§4.2 十字轴设计计算……………………………………………20

§4.3 十字轴滚针轴承的计算……………………………………22

§4.4 万向节叉的设计计算………………………………………23

§4.5 传动轴临界转速计算………………………………………25

§4.6 轴管强度计算………………………………………………27

§4.7 传动轴花键轴的计算………………………………………28

第五章结论……………………………………………………30

参考文献……………………………………………………………31

致谢………………………………………………………………32

参考文献

[1]余志生，赵六奇，夏群生.汽车理论（第三版）.北京：机械工业出版社，2000

[2]刘茂光.汽车轮胎手册.北京：人民交通出版社，1987

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[5]陈家瑞.汽车构造（第三版）.北京：人民交通出版社，2000

[6]王望予,林逸,张建文.汽车设计（第三版）.北京：机械工业出版社，2000

[7]夏俊博.欧阳胜.张连友.国家微型汽车车型及配件目录.北京：中国物资出版社，1989

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[10] 刘惟信.机械可靠性设计.北京：清华大学出版社，1996

[11] 阎荫棠.几何量精度设计与检测.北京：机械工业出版社，1995

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[14] 彭文生，李志明，黄华梁.机械设计.北京：高等教育出版社，2002

[15] 小林明（日）.汽车工程手册（第一版）.北京：机械工业出版社，1986

从动盘总成.gif

离合器盖.gif

离合器总布置图.gif

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内容简介：: HKD640 微型客车设计 (离合器及操纵机构及传动轴设计 ) 摘要本次设计了离合器和传动轴。在汽车传动系的这些部件中，离合器和传动轴是其中两个重要的部件。在传动系统中，离合器位于发动机与变速器之间，其作用是使驾驶员可以把发动机与变速器接合或分离。离合器是一种摩擦式分离装置，与驾驶室中离合器踏板相连接。驾驶员通过操纵离合器既可以使发动机与离合器暂时分离，也可以在汽车起步时使发动机与离合器平稳接合。本次设计为膜片弹簧离合器。本设计通过对传动轴的传动类型分析，结合所设计微型客车的特点以及市场趋势等因素，对传动方式和传动轴进行了选型；通过对传动轴的类型与结构分析，选择传动轴的十字轴滚针轴承的密封形式为外卡环式密封，并在其密封部位采用橡胶骨架油封和毡圈油封相结合的密封形式，以适应农村地区的恶略路况；通过对万向节的十字轴、滚针轴承、万向节叉的设计计算，确定了所设计车辆使用的这些部件的具体尺寸；通过对传动轴的临界转速和计算载荷的确定，用待定系数法确定了传动轴的花键轴和轴管的尺寸，并校核了其扭转强度和临界转速，确定了合适的安全系数。鉴于矩形花键的一系列优点和国内的生产加工水平，传动轴花键采用了矩形花键。传动轴的实验室传动轴的生产加工中的一项至关重要的程序，本文在该书中对传动轴的试验进行了简要介绍，并且在设计过程中对涉及到实验的部分有针对性查阅了同类型的产品的试验结果，对设计结果予以修正。综合各部分的设计及校核结果，所设计的传动轴能满足所设计的微型客车的传动要求。关键词：离合器 , 摩擦式 , 膜片弹簧 , 传动轴 , 十字轴 nts 2 HKD640MINI PASSENGER CAR CLUTCH、 CONTROL MECHANISMAND PROPELLER SHAFT DESIGN ABSTRACT In this thesis ,clutch、 control mechanism and propeller shaft is designed .The clutch and the transmission are two important units of all .The clutch is located in the power train between the engine and the transmission .Its purpose is to permit the driver to coupe or uncouple the engine and transmission .The clutch is a friction-type device .It is linked to a clutch pedal in the driver s compartment .The clutch allows the driver to couple the engine or uncouple the engine from transmission while he is shifting gears or starting the automobile moving rest .In the design ,we use the type of coil-pressure-spring . The thesis introduced power transmission shaft used on farming transporters. According to the features of the farming transporter and the characters of the road in rural areas ,we chose the simply made open style power transmission shaft .For farming transporters , its cost and convenience for reparation and adaptability rather than its comfort ability and science ratio are concerned .So during the design we did not pay too much attention to the popular which is often advanced technology of the filed .On the contrary ,we just made some necessary improvement to the using form .For example ,we use involutes serration instead of rectangle serration ,so the durability of the spine will be much upgraded while its cost still low because nowadays its not more difficult to machine involutes serration than rectangle serration .To up the durability of the shaft ,we paid much attention to the seal form of the unit .We used rubber bone seal together with felt washer . KEY WORDS： clutch, friction-type, Diaphragm spring, power transmission nts 3 shaft, cross axle nts 4 目录第一章前言 1 第二章离合器概述 2 2.1 离合器的主动部分 3 2.2 离合器的结构选择 5 2.3 离合器的工作原理 6 第三章离合器设计计算 6 3.1 离合器设计要求 6 3.2 离合器参数的选择 6 3.3 从动盘总成 10 3.4 压盘和离合器盖计算 12 3.5 膜片弹簧的设计计算 15 3.6 扭转减震器计算 17 3.7 离合器操纵系统设计 18 第四章传动轴计算 19 4.1 万向传动的计算载荷 20 4.2 十字轴设计计算 20 4.3 十字轴滚针轴承的计算 22 4.4 万向节叉的设计计算 23 4.5 传动轴临界转速计算 25 nts 5 4.6 轴管强度计算 27 4.7 传动轴花键轴的计算 28 第五章结论 30 参考文献 31 致谢 32 外文翻译 33 nts 6 常用符号表第二章离合器设计计算物理量代号单位物理量代号单位摩擦片外径 D mm 发动机最大功率时转速 n r/min 摩擦片最大圆周速度 V m/s 离合器后备系数单位压力 0P 静摩擦力矩 cT N.m 摩擦面间的静摩擦因数 f 压盘施加在摩擦面上的工作压力 F N 摩擦面数 Z 摩擦片的平均摩擦半径 cRmm 单位摩擦面积滑磨功 w 2/mmJ 汽车总质量 am Kg 轮胎滚动半径 r m 主减速器传动比 0i 轴的扭转切应力 T aMP 轴的抗扭截面系数 TW 3mm 发动机最大转矩 maxeT N.m 第三章传动轴计算物理量代号单位物理量代号单位传动轴计算载荷 seT mN. 变速器一挡传动比 1i 计算驱动桥数 n 万向传动的计算转矩 sT N.m 万向传动的最大夹角十字轴轴颈根部弯曲应力 w aMP 滚针工作长度 bL mm 材料的弹性模量 E aMP 临界转速 cn r/mi 安全系数 K 动载系数 dK 传动花键轴的扭转切 h aMP nts 7 应力齿侧挤压应力 h aMP 变速器一挡传动比 1gi 第一章前言 nts 8 随着汽车工业的发展 ,离合器也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 ,汽车的性能在向高速发展 ,发动机的功率和转速不断提高 ,载重汽车趋于大型化 ,国内情况也类似于此。另外 ,离合器的使用条件也日酷一日。因此 ,增加离合器的传扭能力 ,提高其使用寿命 ,简化操作已成为离合器目前发展的趋势。离合器的结构形式虽然可以各不相同 ,但在使用中对它们的基本要求却是一致的。对汽车离合器的基本要求有以下几点 : 能可靠地传递发动机的最大扭矩 ; 接合时要平顺、柔和 ,使汽车起步时没有抖动和冲击 ; 分离时要迅速彻底 ; 离合器从动部分的转动惯量要小 ,以减轻汽车起步和换档时变速器齿轮轮齿间的冲击 ,方便换档 ; 离合器的通风散热应良好 ; 高速回转时要具有可靠的强度 ,应注意平衡问题和离心力的影响 ; 应使汽车传动系避免共振 ,并具有吸收振动 ,缓和冲击和减少噪音的能力 ; 操纵轻便 ; 离合器的工作性能应保持稳定 ,这就要求作用在摩擦片上的总压力要不因摩擦表面的磨损而变化 ,或者变化较小 ; 要求使用寿命长。此外 ,离合器也要尽量做到结构简单 ,紧凑 ,制造工艺性好 ,维修方便 ,重量轻等等。基于上述要求 ,离合器的压紧弹簧从普遍采用的圆柱螺旋弹簧改为膜片弹簧 ,其利甚多。首先 ,膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用 ,使零件数量减少 ,重量减轻 ,离合器结构大为简化 ,并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。其次 ,由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触 ,使压力分布均匀 ,摩擦片的接触良好 ,磨损均匀 ,再者 ,由于膜片弹簧具有非线性的特性 ,因此 ,可设计成当摩擦片磨损后 ,弹簧压力几乎可以保护不变 ,且可减轻分离离合器时的踏板力 ,使操纵轻便。另外 ,膜片弹簧的安装集团对离合器轴的中心线来说是对称的 ,因此它的压紧力实际上不受离心力的影响。膜片弹簧与螺旋弹簧的对比： 1、制造工艺方面膜片弹簧由弹簧钢板冲制而成 ,而螺旋弹簧由钢丝卷绕而成 ,相比之下前者制造工艺性好。 2、零件数量方面膜片弹簧本身带有分离爪 ,勿须另加分离杆 ,且一个离合器只用一张膜片弹簧作为压紧弹簧 ;而螺旋弹簧要另加分离杆 ,且一个离合器要用若干个螺旋弹簧作为压紧弹簧。相比之下前者零件数量少 ,结构紧凑 ;后者零件数量多。零件数量少者 ,拆装、维修方便省时 ;零件数量多则费时。 nts 9 3、其他方面 (1) 螺旋弹簧其弹性特性为线性的 ,因此离合器的调整比较容易。而膜片弹簧其弹性特性为非线性的 ,因而离合器的调整较困难。不过 ,适当选取 H/ h 的值 ,适合汽车离合器使用的膜片弹簧总可以制造出来 ,只要我们掌握了膜片弹簧的特性 ,离合器调整问题也可随之解决。 (2) 膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧的制造成本高一些 ,但寿命也比螺旋弹簧长一些。另外 ,膜片弹簧不受离心力的影响 ,而螺旋弹簧要受离心力影响 ,特别是高速旋转时 ,其影响不可忽视。现代汽车向高速发展 ,离合器也向高速发展 ,压紧弹簧在高转速下工作 ,膜片弹簧的优越性会随之显示出来。膜片弹簧取代螺旋弹簧作为离合器压紧弹簧势所必然。 nts 10 第二章离合器概述 2.1 离合器的主要结构一、主动部分主动部分包括飞轮、离合器盖、压盘等机件组成。这部分与发动机曲轴连在一起。离合器盖与飞轮靠螺栓连接，压盘与离合器盖之间是靠压盘上的凸台和离合器盖上的窗口传递转矩的。二、从动部分从动部分是由单片、双片或多片从动盘所组成，它将主动部分通过摩擦传来的动力传给变速器的输入轴。从动盘由从动盘本体，摩擦片和从动盘毂三个基本部分组成。为了避免转动方向的共振，缓和传动系受到的冲击载荷，大多数汽车都在离合器的从动盘上附装有扭转减震器。三、扭转减振器离合器接合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘传给了从动盘两侧的摩擦片，带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减振器盘转动。从动盘本体和减振器盘又通过四个减振器弹簧把转矩传给了从动盘毂。因为有弹性环节的作用，所以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。传动系中的扭转振动会使从动盘毂相对于从动盘本体和减振器盘来回转动，夹在它们之间的减震阻尼片靠摩擦消耗扭转振动的能量，将扭转振动衰减下来。为了使汽车能平稳起步，离合器应能柔和接合，这就需要从动盘在轴向具有一定弹性。为此，往往在动盘本体圆周部分，沿径向和周向切槽。再将分割形成的扇形部分沿周向翘曲成波浪形，两侧的两片摩擦片分别与其对应的凸起部分相铆接，这样从动盘被压缩时，压紧力沿翘曲的扇形部分被压平而逐渐增大，从而达到接合柔和的效果。四、弹簧布置形式的选择周置弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧，其结构简单制造容易，nts 11 因此用较为广泛。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，使弹簧压紧力下降，离合器传递转矩的能力随之降低。此外，弹簧靠到它的定位面上，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，此结构轴向尺寸较大。膜片弹簧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。起结构特点如下： 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，使离合器结构大大的简化，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。故在本设计中选用了膜片弹簧离合器。离合器按它的结构形式选择根据膜片弹簧分离指在分离时所受的力是推力还是受拉力，可分为推式和拉式弹簧离合器。拉式与推式离合器最明显的特征就是膜片弹簧安装方向相反。拉式膜片弹簧离合器与推式有其明显的优点： 1、减少中间支撑，零件数目相对要少。结构简单，紧凑、质量较轻。 2、由于取消了中间支撑，减少了摩擦损失，传动效率高，使分离时的踏板力更少， 3、拉式膜片弹簧无论在接合还是在分离时，膜片弹簧都与离合器盖接触，不会产生噪声和冲击。 4、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，从而实现在不增加分离时的操纵力的前提下，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nts 12 盘的尺寸。 5、使用寿命相对要长。所以在本设计中选择拉式离合器。五、操纵机构操纵机构是为驾驶员控制离合器分离与接合程度的一套专设机构，它是由位于离合器壳内的分离杠杆（在膜片弹簧离合器中，膜片弹簧兼起分离杠杆的作用）、分离轴承、分离套筒、分离叉、回位弹簧等机件组成的分离机构和位于离合器壳外的离合器踏板及传动机构、助力机构等组成。 2.2 离合器的结构选择汽车离合器大多数是盘形摩擦离合器，按其从动盘数目可分为单片、双片、和多片三类；根据使用的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，可分为拉式和推式。由上可知，本次设计选用拉式离合器。再设计离合器时主要根据车性的类别、使用要求、制造条件以及“三化”要求等，合理选择离合器的结构。一、从动盘的选择对轿车和轻型、微型货车而言，发动机的最大转矩一般不大，在布置允许的条件下，离合器通常只设有一片从动盘，单片离合器结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底、接合平顺。在此次设计当中，其转矩很小，所以我采用单盘离合器。二、驱动方式的选择压盘的驱动方式主要有凸块 -窗孔式、销钉式、键块式和传动片多种。窗孔式是单盘离合器中常采用的传动机构，它是在压盘上作出三个或四个凸块深入离合器盖对应的窗孔中。它结构简单，但在使用中因接触表面磨损间隙不断增大，从而定心精度不段降低，平衡性恶化。销钉式一般用与双盘离合器中，键块式一般用驱动中间压盘。 nts 13 传动片式驱动方式中传动片大都为周向布置，周向布置的传动片常用 3或 4 组，每组 2-3 片，当发动机驱动时传动片受拉。传动片式驱动机构无摩擦和磨损，无传动间隙、效率高、无噪声、定心精度高，使用平衡性好。采用传动片式驱动机构。三、分离轴承的选择在汽车离合器中采用的分离轴承多为径向止推轴承和止推轴承。前者适用于高转速、低轴荷的情况。后者则适用于低转速、高轴向负荷的情况。因为分离轴承与膜片弹簧间有周向滑动，同时也有径向滑动。当两者在旋转不同心时，径向滑动加剧。为了消除因不同心引起的磨损，近年来在膜片弹簧离合器中广泛采用自动调心式分离轴承。考虑到自动调心式分离轴承制造工艺比较复杂，而且成本高，所以选用止推轴承。四、从动片从动片由摩擦片、传动钢片、减震器和花键毂组成。 1. 摩擦片在性能上的要求有摩擦系数稳定，工作温度，滑磨速度，单位压力的变化对性能影响小；足够的耐磨性；足够的机械强度；热稳定性，磨合性能好；并且有利于接合平顺；长期停放，摩擦面间不发生“粘着”现象。离合器所用摩擦片所用的材料有石棉基、烧结金属、金属陶瓷等材料。其中石棉基摩擦材料价格低，密度小，应用广泛。而在工作条件恶劣，工作温度很高的离合器中，烧结金属和金属陶瓷材料应用较多，故其耐高温耐磨性好，传热性好，摩擦系数较高，允许较大的单位压力。但这种材料价格较高，密度大，不能保证柔和接合。根据发动机的具体性能指标和汽车的使用条件选用石棉基摩擦材料。摩擦片与传动钢片的链接有铆接法和粘结法。铆接发连接可靠，更换摩擦片方便，适宜在传动钢片上装波形弹簧片以获得轴向弹性，应用广泛。粘接法虽可充分利用摩擦片厚度，增加摩擦面积，但摩擦片更换不便，无法在传动钢片上装波形弹簧片以获得轴向弹性。故采用铆接法 2减震器 nts 14 扭转减震器的主要有弹性元件和阻尼元件组成。为了避免不利的传动吸共振，降低传动系噪声，可采用两三组刚度不同的弹簧，并将装弹簧的窗口长度做成尺度寸不一，利用弹簧先后起作用的方法获得边刚度特性。减震器中的阻尼元件常采用摩擦片，靠传动钢片与减震盘间的连接铆钉建立正压力，这种方案简单。 2.3 离合器的工作原理发动机飞轮是离合器的主动件，带有摩擦片的从动盘和从动毂借滑动花键与从动轴（即变速器的主动轴）相连。压紧弹簧则将从动盘压紧在飞轮端面上。发动机转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上，再由此经过从动轴和传动系中一系列部件传给驱动轮。压紧弹簧的压紧力越大，则离合器所能传递的转矩也越大。由于汽车在行驶过程中，需经常保持动力传递，而中断传动只是暂时的需要，因此汽车离合器的主动部分和从动部分是经常处于接合状态的。摩擦副采用弹簧压紧装置即是为了适应这一要求。当希望离合器分离时，只要踩下离合器操纵机构中的踏板，套在分离套筒的环槽中的拨叉便推动分离叉克服压紧弹簧的压力向松开的方向移动，而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力的传递。当需要重新恢复动力传递时，为使汽车速度和发动机转速变化比较平稳，应该适当控制离合器踏板回升的速度，使从动盘在压紧弹簧压力作用下，向接合的方向移动与飞轮恢复接触。二者接触面间的压力逐渐增加，相应的摩擦力矩也逐渐增加。当飞轮和从动盘接合还不紧密，二者之间摩擦力矩比较小时，二者可以不同步旋转，即离合器处于打滑状态。随着飞轮和从动盘接合紧密程度的逐步增大，二者转速也渐趋相等。直到离合器完全接合而停止打滑时，汽车速度方能与发动机转速成正比。 nts 15 第三章离合器设计计算 3.1 离合器设计要求一、能可靠地传递发动机的最大转矩；二、接合过程要平顺柔和，使汽车起步时没有抖动和冲击；三、分离时要迅速彻底；四、离合器从动部分的转动惯量要小，以减轻换档时变速器轮齿间的冲击力并方便换档；五、高速旋转时具有可靠的强度，应注意平衡并免受离心力的影响；六、应使汽车传动系避免共振，具有吸收振动，冲击和减小噪声的能力；七、操纵轻便，工作性能稳定，使用寿命长。以上这些要求中最重要的是使用可靠，寿命长以及生产和使用中的良好技术经济指标和环保指标。 3.2 离合器参数的选择一、摩擦片外径的确定摩擦片外径是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构和使用寿命，她和离合器所需传递的转矩大小有一定的关系。发动机转矩是重要参数，按发动机最大转矩 )(max mNTe 来选定 D 时，有下列公式可得： maxTeKdD （ 3 1）根据所设计的车型和采用单片摩擦片，则 Kd=17。由（ 3 1）得：mmD 3.1285717 查摩擦片尺寸的系列化和标准化，选取标准摩擦片外径 D=180mm,内径d=125mm,厚度 h=3.5mm,内外径之比 C=0.694，单位面积 2132 mmA .验算摩擦片最大圆周速度 100060 DnV （ 3 2） nts 16 式中： D 摩擦片外径， mm; N 发动机最大功率时转速， r/min; V 摩擦片最大圆周速度， m/s; smsmDnV /65/81.51100060 550018014.3100060 即满足设计要求。二、离合器后备系数的确定后备系数是离合器设计时应到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时，应考虑以下几点：摩擦片在使用中磨损后，离合器还能可靠地传递发动机最大转矩；要能防止离合器滑磨过大；要能防止传动系过载。为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，不易选取太小，当使用条件恶劣，为提高起步能力，减小离合器滑磨，应选取大些；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取值应大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些。考虑以上影响因素和所设计车型为微型客车，根据的取值范围 =1.2 4，同时参考其它同类车型选取 46.1 。三、单位压力0P单位压力0P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，0P应取小些；当摩擦片外径较大时，为降低摩擦片外源出的热负荷，0P应取小些；后备系数较大时，可适当增大0P。采用石棉基材料时， M PaP 35.010.00 。四、离合器压盘力的计算摩擦离合器是靠摩擦表面的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为： cc fFZRT (3 3) nts 17 式中：cT 为静摩擦力矩，单位 N.m; F 摩擦面间的静摩擦因数，取 f=0.273; F 压盘施加在摩擦面上的工作压力，单位： N; Z 摩擦面数，为从动盘数两倍。 Z=2; cR 摩擦片的平均摩擦半径，单位： mm. 假设摩擦片上工作压力均匀，则有： 4 )(2200dDPAPF （ 3 4）式中：0P-摩擦面单位压力，单位：aMP； A-一个摩擦面的面积； D 摩擦片外径，单位： mm; d 摩擦片内径，单位： mm. 摩擦片的平均摩擦半径 Rc 根据压力均匀的假设，可表示 )(3 2233dDdDRc （ 3 5）将式（ 3 4）与（ 3 5）代入（ 3 3）得： )1(12 330 cDfZ PT c （ 3 6）式中： c摩擦片内外径之比， c=0.694.即在 0.53-0.70 之间。为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时cT应大于发动机最大转矩，即 maxec TT （ 3 7）则根据以上相应计算公式及相关数据可得：由（ 3 7）得： mNTTec .22.835746.1m a x 由（ 3 6）验算单位压力0P，则： )694.01(180.02273.012 14.322.83 330 P aMPP 15.00 在所要求范围内。由式（ 3 5）： nts 18 mR c 077.0)125.018.0(3 125.018.0 22 33 由公式（ 3 3）： NF 15872077.0273.0 22.83 五、单位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，每一次接合的单位摩擦面计划磨功应小于其需用值，即： )( 4 22 wdDZ Ww （ 3 8）式中 : w 单位摩擦面积滑磨功（ )/ 2mmJ w 许用单位摩擦面积划磨功 )/( 2mmJ ，中型货车：w=0.33 2/mmJ ; Z 摩擦面数， Z=2; D 摩擦片外径， D=180mm; d 摩擦片内径， d=125mm; W 汽车起步时离合器接合一次产生总滑磨功（ J）汽车起步时离合器接合一次产生总滑磨功（ J）为： 2202221800 graeiirmnW （ 3 9）式中：am-汽车总质量，单位： . Kgma 1680； r -轮胎滚动半径，单位（ m） mrr 3015.0 ； gi-起步时所用变速器挡位的传动比。此时计算用一挡起步4.26gi ； 0i-主减速器传动比。 68.50 i； en-发动机转速。 min/2000 rne 。由公式（ 3 9）可得： 2 2 2223 . 1 4 2 0 0 0 1 6 8 0 0 . 3 0 1 5 5 7 4 1 . 91 8 0 0 5 . 6 8 4 . 2 6W nts 19 由公式（ 3 8）可得： )/(2 2 6.0)1 2 51 8 0(214.3 9.5 7 4 14 222 mmJw 即 2/40.0 mmJww 满足要求。六、单位面积传递的转矩0cT：为了反映离合器传递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 )( 4 0220 ccc TdDZ TT （ 3 10）式中各参数以及数值与前计算相同，则： 22220 /.1025.0)125180(214.3 22.834 mmmNT c 即 2200 /.1028.0 mmmNTT cc 。满足要求。 3.3 从动盘总成从动盘有两种结构型式，带扭转减震器的和不带扭转减震器的。本次设计从动盘为带扭转减震器的型式。从动盘总成设计时应满足以下几个方面的要求：为了减少变速器换挡时轮齿间的冲击，从动盘的转动惯量应尽可能小；为了保证汽车平稳起步，摩擦面片上的压力分布更均匀等，从动盘应具有轴向弹性；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震器；具有足够的抗爆裂强度。一、从动片：设计从动片时，应尽量减轻其重量，并应使其质量的分布尽可能地靠近旋转中心，以获得最小的转动惯量。从动片一般都做得比较薄，通常使用1.3-2.0mm 厚的钢板冲制而成。本次设计的微型客车行使速度较低，最高车速不超过 95Km/h.柴油发动机最高转速 min/5500 rne 。故取从动片厚度为nts 20 2mm. 为了使离合器接合平顺，保证汽车平稳起步，单片离合器的从动片一般都做成具有轴向弹性的结构。这样，在离合器的接合过程中，助动盘和从动盘之间的压力是逐渐增加的。具有轴向弹性的从动片有整体式、分开式和组合式三种型式。比较三种形式的优缺点，本次所设计从动片采用整体式弹性从动片。整体式弹性从动片能达到轴向弹性的要求，且生产效率高，生产成本低。二、变速器第一轴轴径的计算：轴的扭转强度条件为： TTT WT （ 3 11）式中： T -轴的扭转切应力，aMP； T 轴所传递的转矩， N.mm; TW -轴的抗扭截面系数， 3mm ；对于实心轴，将 16/3dW T 代入（ 3 11）可得： 33 3109 55 0( 5 nPcnPdT （ 3 12）由nPT 3109550 可得： 00303.0955029 nP mmnPcd 44.170 0 3 0 3.097 33 初选 18d mm。三、从动盘毂：发动机转矩是经从动盘毂的花键空输出，变速器输入轴就插在该花键孔内。从动盘毂和变速器输入州的花键接合方式采用齿侧定心的矩形花键。设计花键的结构尺寸时参照国标 GB1144-1974 的花键标准，从动盘毂花键尺寸如下：花键齿数： n=18;花键外径： D=23mm；花键内径 :d=18mm; 齿厚： b=3mm; 有效尺长： l=25mm. nts 21 为了保证从动盘毂在变速器输入轴上滑动时不产生歪斜，影响离合器的彻的分离，从动盘毂的轴向长度不宜过小，一般取其尺寸与花键外径大小相同，对在复杂情况下工作的离合器，其盘毂长度更大。考虑所设计微型汽、客车，工作条件较复杂，所以取从动盘毂长为 L=1.25 25=31.25mm。由于花键损坏的主要形式是由于表面受挤压过大而全破坏，所以花键要进行挤压应力计算。由公式： nhlP（ 3 13）式中 :P花键的齿侧面压力，由下式确定： ZdDTP e)(4 max（ 3 14）式中： d,D花键的内外径， mm; Z-从动盘毂的数目； maxeT-发动机最大转矩， N.m; n 花键齿数； h 花键工作高度 ,m.h=(D+d)/2; l 花键有效长度， m. 由已知条件： NP 5.2 7 8 02)018.0023.0( 574 aMP72.10 30.03.00.018 5.2 78 0 从动盘毂由中碳钢锻造而成，并经调质处理，其挤压应力不应超过20aMP。故所选花键尺寸满足要求。 3.4 压盘和离合器盖计算一、压盘几何尺寸的确定：在摩擦片的尺寸确定后，与它摩擦相接触的压盘内外径尺寸也就基本确定下来了。这样，压盘几何尺寸最后归结为如何去确定它的厚度。 nts 22 压盘厚度的确定主要依据以下两点： 1）压盘应具有足够的质量，使每次接合时的温声不致过高： 2)压盘营具有较大的刚度，以保证在受热的情况下不致因产生翘曲变形而影响离合器的彻底分离和磨擦片的均匀压紧。鉴于以上两原因，本次设计压盘厚度取 15mm。在初步确定压盘厚度以后，应校核离合器接合一次时的温升，它不应超过 c00 108 。校核计算公式： cmL （ 3 15）式中： -温升， C0 ； L 滑磨功， N.m; -分配到压盘上的滑磨功所占的百分比，单片离合器压盘50.0 ； c 压盘的热容量，对铸铁压盘： )./(4.481 KKgJc ； m 压盘质量， Kg Kgvm 7 9 4.10 1 5.0103.2108.7 43 6.3794.14.481 48.40915.0 二、离合器盖设计：离合器盖与飞轮用螺栓固定在一起，通过它传递发动机的一部分转矩给压盘。此外它还是离合器压紧弹簧和分离杆的支承壳体。离合器分离杆支承在离合器盖上，如果盖的刚度不够，则当离合器分离时，可能会使盖产生较大的变形，这样就会降低离合器操纵部分的传动效率，严重时可能导致分离不彻底，引起摩擦片的早期磨损，还会造成变速器换挡困难。离合器盖常采用厚度越为 mm53 的碳钢板冲压而成。 3.5 膜片弹簧的设计与计算一、主要参数的选择 1.比值 H/h 和 h 选择汽车用的膜片弹簧 H/h 一般为 1.62.2，板厚 h 为 24，所以 nts 23 参数选为： h=3.0 故 H=（ 1.52.0）， h=34，取为 5.1。 H/h=1.7。 2、比值 R/r 及 R， r 的选择：因为摩擦片的平均半径： CR 1 8 0 1 2 5 7744Dd 拉式膜片弹簧的 r 值取 CR ，故取 r=74 研究表明： R/r 越大，弹簧材料利用率于低，弹簧越硬弹性曲线受直径误差的影响越大，且应力越高。根据结构布置和压紧力的要求， R/r 一般为1.51.1。所以： R=86 R/r=1.16 3、 a 的选择 a 值一般在 009 15 范围内 a r c t a n 1 4 . 3()HHa R r R r 故符合要求。 4、 n 的选择 n 取为 18。膜片弹簧的优化设计 5、约束条件应保证所设计的弹簧工作压紧力与要求压紧力相等，即 1 1587BrF F N 为了保证各工作点有较合适的工作位置，应正确选择 1B 相对与 1H 的位置，一般： 110 .8 1 .0BH nts 24 111 1 12 . 8 8 6 7 4( ) ( ) 0 . 8 2 45 . 1 8 4 7 6BBHRrH R r 故符合要求。为了摩擦片磨损后仍能可靠的传递发动机的转矩，并考虑到摩擦因数的下降，应使： 11ABFF 因 1AF =2633.675 1BF =1587 故符合要求。为了满足离合器使用性能的要求应使： 1 .6 2 .2Hh 9 0015()Ha Rr 因 Hh =1.7 014.3 故符合要求。弹簧各部分有关尺寸应符合一定的范围内，即： 1 .1 0 1 .3 5Rr 03 .5 5 .0Rr86 1 .1 674Rr 086 3 .726Rr 故符合要求。为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，应使： 1()42D d Dr 因 17 4 7 6 9 0r 故符合要求。 6.、根据弹簧结构布置的要求 ,应使 110170604fRRrrrr nts 25 而 .284861 RR， 2174761 rr， 426300 rr f1 2 7， 0 2 6 ， 0 4 4。故符合要求。 7、磨片弹簧的分离指起分离杠杆作用 ,因此其杠杆比应在一定范围内选取 ,即： 0.975.65.375.676843084rr0.9rr5.3111111RRRRff故符合要求。 3.6 扭转减震器计算一、极限转矩 jT ：极限转矩为减震器在消除限位销与从动盘毂缺口间的间隙时所能传递的最大转矩。 m a x1 . 4 2 1 . 4 2 5 7 8 1 . 2 .jeT T N m 二、减震弹簧的位置半径 0R ： 0 1250 . 6 4 2 . 52R m m 三、减震弹簧个数 Z：摩擦片外径 D=180mm，根据推荐选取减震弹簧个数 Z=6 。四、减震弹簧总压力 P ：当限位销与从动盘毂之间的间隙被消除，减震弹簧传递转矩达最大值 jT 时，减震弹簧受到的压力 P 为： 0 8 5 . 5 / 0 . 0 4 2 5 1 9 1 0 . 5 9jP T R N 单个减震弹簧压力： 6 1 9 1 0 . 5 9 / 6 3 1 8 . 4 3P P N nts 26 3.7 离合器操纵系统设计一、踏板位置 : 离合器踏板位置以人体左右对称中心外准向左移80-100mm，作为离合器踏板中心线的位置。二、踏板行程：离合器踏板最大行程是指从踏板最高点所划过的距离。踏板最大行程应小于 175mm 。三、踏板力：对于一定的离合器总成，离合器踏板力取决于离合器分离轴承的输出力及操纵系统的传动比，加大传动比会使踏板力减小但行程增加。踏板力大小直接影响到对离合器操纵的轻便性。一般来说，对于轿车和轻型卡车，其踏板力为：轻的踏板力小于 100N ，较重的踏板力大于 130N 。四、离合器操纵传动：常用的离合器操纵传动由机械式和液压式。本次设计采用液压式。 nts 27 第四章传动轴设计计算传动轴总成主要由传动轴及其两端焊接的花键轴和万向节叉组成。传动轴中一般设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键，以实现传动长度的变化。为了减小滑动花键的轴向滑动阻力和磨损，有时对花键齿进行磷化处理或喷涂尼龙层；有的则在花键槽中放入滚针、滚柱或滚珠等滚动元件，以滚动摩擦代替滑动摩擦，提高传动效率。但这种结构较复杂，成本较高。有时对于有严重冲击载荷的传动，还采用具有弹性的传动轴。传动轴上的花键应有润滑及防尘措施，花键齿与键槽间隙不宜过大，且应按对应标记装配，以免装错破坏传动轴总成的动平衡。传动轴的长度和夹角及它们的变化范围由汽车总布置设计决定。设计时应保证在传动轴长度处在最大值时，花键套与轴有足够的配合长度；而在长度处在最小时不顶死。传动轴夹角的大小直接影响到万向节十字轴和滚针轴承的寿命、万向传动的效率和十字轴旋转的不均匀性。 4.1 万向传动的计算载荷万向节传动轴因布置位置不同，计算载荷是不同的。本次设计传动轴布置在变速器与驱动桥之间。计算载荷的设计方法有三种： 1）按发动机最大转矩和一挡传动比来确定； 2）按驱动轮打滑来确定； 3）按日常平均使用转矩来确定。在此设计中采用根据发动机最大转矩和一挡传动比来计算。由公式： n ikiTKT fedse 1m a x （ 4 1）式中： seT 传动轴计算载荷，单位： mN. ； dK 猛接离合器所产生的动载系数，在此取 dK =2； maxeT 发动机最大转矩，单位： N.m； K 液力变矩器变矩系数， k=1; 1i 变速器一挡传动比， i=4.26； nts 28 fi 分动器传动比， 1fi ；发动机到万向传动轴之间的传动效率， 98 ； n计算驱动桥数，为 1。由公式（ 3 1）： 2 5 7 1 4 . 2 6 1 0 . 9 8 4 7 4 . 8 1 .1seT N m 对万向传动轴进行静强度计算时，计算载荷sT取seT，安全系数一般取2.5-3.0 。 4.2 十字轴设计计算十字轴万向节的损坏形式主要有十字轴轴颈和滚针轴承的磨损，十字轴轴颈和滚针轴承碗工作表面出现压痕和剥落。一般情况下，当磨损或压痕超过 0.15mm 时，十字轴万向节便应报废。十字轴的主要失效形式是轴颈根部的断裂，所以在设计十字轴万向节时，应保证十字轴轴颈有足够的抗弯强度。本次设计参考底盘设计（吉林工业大学出版），根据不同吨位载重汽车的十字轴总成初选其尺寸：十字轴： H=84mm d=20mm h=16mm mmh 201 设各滚针对十字轴轴颈作用力的合力为 F，则： cos2r TF s（ 4 2）式中：sT-万向传动的计算转矩， mNTs .81.474； r-合力 F 作用线到十字轴中心之间的距离， r=37mm； -万向传动的最大夹角，取 0429 。则由式（ 4 2）可得 : NF 2.5 3 52429c o s037.02 81.474 0 十字轴轴颈根部的弯曲应力w应满足： )( 32 42411 ww dd Fsd （ 3 3） nts 29 式中：w-十字轴轴颈根部弯曲应力，单位：aMP； 1d-十字轴轴颈直径， mmd 11 ； 2d-十字轴油道孔直径， mmd 82 ； s-合力

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