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单片
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单片周置弹簧离合器图设计,单片,弹簧,离合器,设计
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辽宁工程技术大学课 程 设 计题 目： 小轿车螺旋弹簧离合器设计 班级： 汽车09-3班 学 号： 0907130309 姓名： 李杰 指导教师： 冷岳峰 完成日期： 2013.01.22 摘要以内燃机为动力，采用离合器的汽车机械传动系中，离合器处于传动系的首端，因此它具有十分重要的地位。这次我们主要研究单片干式摩擦离合器。单片干式摩擦离合器，具有转动惯量小，散热性好，结构简单、调整方便、尺寸紧凑分离彻底等优点。因此，它不仅极为广泛的用在小轿车及中小型载重汽车上，而且在大型载重汽车上的应用也日益增多。如今，单片干式摩擦离合器在结构上设计方面相当完善：采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的结合平顺性；离合器中装有扭转减震器，防止了传动系的共振，减小了噪音；以及采用了摩擦较小的分离机构等。随着汽车运输的发展，离合器还要在原有的基础上不断的改进和提高，以适应新的使用条件。从国外的发展动向来看，今年来汽车的性能在向高速发展，发动机的功率的转速不断的提高，载重汽车趋于大型化，国内也有类似情况。因此，增加离合器的扭转能力，提高其使用寿命，简化操作，已成为离合器目前发展的趋势。关键词：离合器；单片干式；优点；趋势AbstractIn internal combustion engine for the power, USES the clutch car mechanical drive system, the clutch in drive system of the head, so it has a very important position. This time we research monolithic dry friction clutch. Single chip dry friction clutch, has the moment of inertia small, heat resistance, good simple structure, convenient adjustment, compact size thorough separation etc. Therefore, it is not only widely used in cars and small and medium-sized truck, and in the application of large truck are increasing. Nowadays, single chip dry friction clutch on the structure design is quite perfect: the has axial elastic clutch plate and improve the clutch with comfort; The clutch with torsional damper, to prevent the transmission system of resonance, reduced the noise; And the smaller the friction separation mechanism, etc. With the development of the automobile transport, clutch and in the original foundation of continuous improvement, in order to adapt to the new conditions of use. The development trend of the from abroad to see, this year to the performance of the car to the high speed development, the power of engine speed continuously improve, truck tend to be large, domestic also had a similar situation. Therefore, to increase the clutch torsion ability, improve its service life, simplify operation, has become the development trend of clutch at present.Keywords: clutch; Single chip dry; Advantages; trendII目录1 离合器基本参数和主要结构尺寸11.1 确定摩擦片外径D及其他尺寸.11.1.1 摩擦片外径D及内径d的确定：11.1.2 摩擦片材料、紧固方法以及要求：11.2 确定离合器后备系数.21.3 确定单位压力Po.22 离合器主要零件的设计计算32.1 圆柱螺旋弹簧的设计.32.1.1 圆柱螺旋弹簧的优化设计：32.1.2 有关圆柱螺旋弹簧结构计算及值的准确计算：.52.1.3 材料的选用：82.2 从动盘设计.92.2.1 从动盘的结构和组成：92.2.2 从动盘设计要求：102.2.3 从动片设计：.102.3 压盘设计.112.3.1 压盘传力方式的选择：112.3.2 压盘几何尺寸的确定：.112.3.3 凸台强度校核：122.4 离合器盖设计.132.4.1 刚度：.132.4.2 通风：.132.4.3 对中：.142.5 分离装置设计.143 小结.15参考文献.16辽宁工程技术大学课程设计1 离合器基本参数和主要结构尺寸1.1 确定摩擦片外径D及其他尺寸1.1.1 摩擦片外径D及内径d的确定： 由经验公式：D=KD=14.6175=193.14mm. 式中：发动机最大转矩（N.m）KD直径系数 由于飞轮工作面：D/d=260mm/130mm,因此，摩擦片外径D130mm.根据实际情况按照统一标准，确定离合器的基本尺寸如下：外径D=250mm；内径d=155mm；片厚h=3.5mm；内外径比值c=0.62,1-c3=0.76；1.1.2摩擦片材料、紧固方法以及要求：摩擦片的工作条件是比较恶劣的，为了保证它能够长期稳定的工作，根据汽车的使用条件，摩擦系数值比较稳定，不受工作温度、滑磨速度、单位压力变化的影响，摩擦片的性能应满足以下几方面的要求： 足够的耐磨性，尤其是在高温时应耐磨； 足够的机械强度，尤其是高温时的机械强度应较好； 稳定性好，要求在高温时的粘合剂较少，无味，不易烧焦； 磨合性好，不致刮伤飞轮以及压盘等零件的表面； 油水对摩擦性能的影响应较小； 结合时应平顺而无咬住或抖动的现象。摩擦片采用目前最广泛的石棉塑料摩擦片是有耐磨以及化学稳定性都比较好的石棉与粘合剂以及其他辅助材料混合热压制成，其摩擦系数大约为0.3左右。摩擦片和从动盘之间有两种紧固方法；铆接和粘接。本次设计采用铆接法，其优点是可靠及磨损后换装摩擦片很方便。摩擦片上开有斜槽，其作用为：散热和排屑。1.2确定离合器后备系数后备系数是离合器的一个重要的参数，它反应了离合器传递发动机最大转矩的能力和可靠程度，小轿车的后备系数=1.3-1.75，由于发动机后备功率较大，使用条件比较好，因此可以选取较小的后备系数，使离合器结构重量轻，操纵轻便。初选=1.4。1.3确定单位压力Po单位压力的P0选取应考虑离合器的工作条件，发动机的后备功率较小，摩擦片的外径、摩擦片的材料以及其质量等因素。若离合器使用频繁，发动机的后备功率较小，则P0应取小一点，反之取大一点。当摩擦片外径较大时，为降低摩擦片外缘处的热负荷，P0应降低。当采用石棉基摩擦材料时，P0应在0.14-0.3N/范围内选取，对于轿车，P0为0.18-0.3 N/。 Mcmax=.Memax=1.4175=245N.M 且Mcmax=P0D3（1-c3） P0=1.7105N/m2。式中：Mcmax离合器最大摩擦力矩（N.m）P0单位压力 （N/m2） 摩擦系数（常取=0.25） Zc摩擦工作面数（单片Zc=2） C内外径比值由于P0一般不超过2.5Kg即不超过2.45105N/mm2，而所求P0=1.7105N/m2小于该值，因此上述所选数据符合要求。2 离合器主要零件的设计计算2.1圆柱螺旋弹簧的设计2.1.1 圆柱螺旋弹簧的优化设计：（1）目标函数的选取：在优化设计中，目标函数的选取可根据弹簧的工作特点和它的要求来建立，本次设计选用重量最小为弹簧的目标。因本次设计为周置式弹簧，对离合器的要求最重要的一点为使其转动惯量要小，这样可以降低离心力，从而降低离心力对弹簧所产生的横向力，减少了由于弹簧弯曲所造成的不利后果，提高了弹簧压紧力稳定的时间，增加了其寿命，提高其可靠性，符合设计要求。因此，其目标函数的表达式为：W=（n+n2）D2式中：为弹性材料的密度（=7.810-6Kg/mm3） n弹簧有效圈数； n2弹簧支撑圈的圈数(取n2=1.5) D2簧圈平均直径; d簧丝直径。（2）设计变量的选取：设计弹簧时，除选择材料及规定热处理要求外，主要根据最大工作载荷，最大变形以及结构要求等来确定变量。本次设计的变量有三个：x=。采用一位搜索法来进行优化，其中c的步长为0.25，d的步长为0.5。（3）约束条件：强度条件：由公式：=，其中K=+ P= 式中：P单个弹簧工作压力；P弹簧工作总压力；k曲度系数；Z 弹簧个数（取Z=9）；c弹簧指数（即旋绕比）；实际切应力（N/mm2）； 许用切应力（N/mm2）(取=709.8=686N/mm2)约束条件为：t1=()-6860稳定条件：由公式： H0=(n+n2-0.5).d+f+f+n.式中：D2弹簧中径（D2=D1-d）； D1弹簧外径（D1取27mm,由结构所定）； f弹簧工作变形（f=p/k）； k弹簧实际刚度（k=）； G剪切弹性模数（G=8.134104N/mm）； 弹簧的附加变形（=2.5mm）； 弹簧最大负荷时的间隙（=1.5mm）约束条件为：t2=/（D1-x3）5.3最大变形条件：由公式 P/P1.15-1.20 式中：P实际弹簧的最大工作压力；P=k. 约束条件为： 47 优化结果为：旋绕比c=5.75； 弹簧有效工作圈数n=6.5圈； 簧丝直径d=4mm； 单个簧最小重量 wmin=0.538KN。2.1.2 有关圆柱螺旋弹簧结构计算及值的准确计算：（1）弹簧数目Z的确定：为了保证离合器摩擦片上有均匀的压紧力，螺旋弹簧的数目一般不得少于六个，而且应该随摩擦片的外径的增加而增加弹簧的数目，此外，在布置圆柱螺旋弹簧时，要注意分离杆的数目，使弹簧均布于分离杆之间。因此弹簧的数目Z应该是分离杠杆数n的倍数，即：Z=m.n=3*3=9个。式中: m为任意正整数（取m=3） n为分离杠杆数（取n=3）（2）弹簧外径D1的确定： 由于D1=27-30mm,由结构上确定弹簧外径为D1为27mm.（3）弹簧中径D2的确定： D2=D1-d=27-4=23mm（4）曲度系数k的实际值： 由优化结果得，k=1.265（5）实际弹簧的工作应力： =682.4N/mm2=686N/mm2 所以满足要求（6）实际单个弹簧的工作压力P: P= =589.45NP980N不超过100Kg符合要求，实际单个弹簧的工作压力P值合格。（7）弹簧总圈数n1： n1=n2+n=1.5+6.5=8圈（8）弹簧的实际刚度k: K= =32.9N/mm（9）弹簧实际的工作变形f: f=P/k=589.45/32.9=18mm(10)弹簧的实际自由高度H0： H0=（）d+f+=（8-0.5）*4+18+2.5+6.5*1.5=60.25mm(11)弹簧的实际工作高度H： H=H0-f=60.25-18=42.25mm(12)实际弹簧的最大工作压力P: P=k. P/P=671.7/589.45=1.14N1.15N实际弹簧的最大工作压力P值合格。（13）实际弹簧节距t： t=d+f/n+=4+18/6.5+1.5=8.27mm（14）实际弹簧螺旋角： =6.529= （15）实际恒定性b： b=H0/D2=60.25/23=2.625.3实际恒定性b值合格（16）实际弹簧的总工作压力：P=P.Z=589.459=5.305103N(17)离合器的实际单位压力P0： P0= P/A0=5.305103/22110-4=2.4105N2.45105N 离合器的实际单位压力P0合格 上述实际数据完全符合要求。（18）离合器实际的最大摩擦力矩Mcama: Mcama= = =251.6Nm(19)实际后备系数： =(20)单位摩擦面积传递的转矩Mc0: = =0.0058N.m/=0.3N.m/单位摩擦面积传递的转矩Mc0值合格.2.1.3 材料的选用：由于弹簧簧丝直径不大，周围环境的工作温度也在正常范围之内，所以弹簧的材料大都选用65Mn钢或碳素弹簧钢。锰钢弹簧与碳素弹簧钢比较，优点是淬透性好和强度较高，脱碳倾向小，但是有过热敏感性和回火脆性的缺点。锰钢弹簧价格也便宜，原磁疗易得，故很适合于做离合器弹簧。本次选用65Mn钢为弹簧材料。2.2从动盘设计图2.2 带扭转减振器的从动盘及分开式弹性从动片2.2.1 从动盘的结构和组成：从动盘有两种结构形式，带扭转减振器的和不带扭转减振器的。不带扭转减振器的从动盘结构简单，重量较轻。但是目前小轿车上无一例外的都采用带扭转减振器的从动盘（如图3.1 所示），用以避免汽车传动系统的共振缓和冲击，减少噪音，提高传动系零件的寿命，改善汽车行驶的舒适型，并使汽车起步平稳。因此，本次设计采用带有扭转减振器的从动盘。 从动盘是由从动片、摩擦片、从动盘毂三个基本组成部分组成。在带有扭转减振器的从动盘中，其从动盘和从动盘毂之间是通过减振弹簧弹性的连接在一起。 当传动系发生扭转振动时，从动片和减震盘相对于从动盘毂的扭转振动能量会很快被减振摩擦片的摩擦所吸收。摩擦片用铆钉与波形片连接。波形片与从动片相铆接。减振盘与从动毂铆接在一起。同时铆钉也是限位销。2.2.2 从动盘设计要求：(1)为了减少变速器换挡时齿轮间的冲击，从动盘的转动惯量应尽可能的小； (2)为了保证汽车起步平稳，从动盘在轴向应具有弹性； (3)为了避免传动系的扭转共振和缓和冲击载荷，从动盘中应该装有扭转减振器。2.2.3 从动片设计：设计从动片时要尽可能的减轻其质量，并应使其质量的分布尽可能的靠近旋转中心，以获得最小的转动惯量。因为在汽车在行驶换挡时，首先要分离离合器，从动盘的转速必然要发生变化，这样将会引起惯性力，而使变速器换挡时齿轮间产生冲击或使变速器中的同步装置加速磨损。惯性力的大小与从动盘的转动惯量成正比，因此为了减小转动惯量，从动片一般都做的比较薄，通常是用1.3-2mm厚的钢板弹簧冲压而成，本次设计采用2mm后的钢板弹簧冲压。为了使离合器结合平顺，以保证汽车平稳起步，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，在离合器的结合过程中，主动盘和从动盘之间的压力是逐渐增加的从而保证了离合器所传递的力矩缓和增长。此外，弹性从动片还使压力的分布比较均匀，改善表面的接触，有利于摩擦片的均匀磨损。既有轴向弹性的从动片有以下三种结构形式： 整体式弹性从动片； 分开式弹性从动片； 组合式弹性从动片。整体式弹性从动片能达到轴向弹性的要求，但是其缺点是很难保证每片扇形部分的刚度都完全一致。为了消除这个不足，从动片采用分开式的结构，波形片的从动片分开制作。然后铆接在一起，由于波形弹簧片是由同一模具冲制而成的，故其刚度比较一致。另外，这种结构的从动片也容易得到较小的转动惯量。这种从动片在轿车上采用较多，组合式弹性从动片常用在中型车上，本次设计选用分开式从动片，为了安装减震弹簧，本从动片上开6个窗孔。从动片用低碳钢板作为材料。 在设计时为了保证从动片的弹性作用，波形弹簧片的压缩行程可以取为0.8-1.1之间，本次设计方案选取为1.0mm,片厚为0.75mm，材料为弹簧钢板，从动盘轴向弹性的变化规律即轴向加载与其变形的关系，其大致的趋向是抛物线形，即在开始时力较小。而后随着变形的增加，力的增长很快，最后被压平。2.3 压盘设计 图3.2 压盘的驱动方式（a）凸块窗孔式；（b）传力销式压盘的设计包括传力方式的选择以及其几何尺寸的确定两个方面。2.3.1压盘传力方式的选择：压盘是离合器的主动部分，在传递发动机扭矩时，它和飞轮一起带动从动盘转动，所以它必须和飞轮连接在一起，但这种连接允许压盘在离合器分离过程中能自由的作轴向移动，本次设计采用传动片式传力机构。由弹簧钢带制成。一段铆接在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上。为了改善传动片的受力状况，它一般都沿着圆周切向布置。这种连接方式简化了压盘的结构，降低了对装配精度的要求，并且有利于压盘的定中。本次设计采用三个凸台三组传动片，每组两个，共六片的结构。 压盘的结构形状除与传力方式有关外，还与压紧方式和分离方式有关，在采用沿圆周布置的圆柱螺旋弹簧作压紧弹簧时，压紧盘上应铸有圆柱形凸台作为弹簧的导向座，材料为铸铁。2.3.2压盘几何尺寸的确定：与摩擦片相结合的压盘内外径尺寸与摩擦片尺寸基本相应，这样压盘几何尺寸最后归结为厚度的确定。其主要依据以下两点：(1)压盘应该有足够的质量在离合器的结合过程中，由于滑磨功的存在，每结合一次都要产生大量的热，而每次结合的时间又很短，因此热量根本来不及全部传到周围的空气中去，这样必然导致摩擦副的温升，在使用频繁和困难条件下工作的离合器，这种温升就会更为严重，它不仅会引起摩擦片摩擦系数的下降，磨损加剧，严重时甚至会引起摩擦片和压盘的损坏。由于石棉基材料制成的摩擦片导热性差，在滑磨过程中所产生的热量主要由飞轮的压盘等零件吸收，为了使每次接合是的温升不致过高，故要求具有足够大的质量以吸收热量。(2)压盘应具有较大的刚度压盘应具有足够大的刚度，以保证在受热的情况下不致产生翘曲变形，而影响离合器的彻底分离和摩擦片的均匀压紧。鉴于以上两点原因，压盘一般都做的比较厚，本次设计的压盘厚度为12mm。 在确定了厚度之后。应该校核离合器结合一次时的温升，它不应超过8-100，若过高，则要适当增加压盘的厚度。 校核公式：式中：温升（）； L滑磨功（Kg.m）； 分配到压盘上的滑磨功所占的百分比;(取单片离合器压盘); C压盘的比热(C=0.115千卡/公斤.度)； 压盘重量（kg）2.3.3凸台强度校核：挤压应力的计算公式如下： 式中：挤压应力(N/); F作用在每个凸台上的力;f离合器盖与凸台等的接触面积（） 其中 F= 式中：凸台分布平均半径，=115mm； 凸台数目, =3； = =20.53N/凸台挤压许用应力为100-150kg/,即9.8104N/-14.7104N/。;凸台强度合格。2.4 离合器盖设计离合器盖与飞轮固定在一起，通过它传递发动机的部分扭矩。此外它还是离合器压紧弹簧和分离杠杆的支撑壳体。本设计时应特别注意以下问题：2.4.1刚度：离合器分离杠杆支撑在离合器盖上，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，严重时还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。为了减轻重量和增加刚度，小轿车的离合器盖常用厚约为3-5mm的低碳钢板（08钢板）冲压成复杂形状。2.4.2通风：为了加强离合器的冷却，离合器盖上开有通风口。此通风口同时起到了方便安装的作用，本次设计采用三个窗口通风，同时，凸台伸出窗口。2.4.3对中：离合器盖内装有压盘、分离杆、压紧弹簧等零件，因此它相对飞轮轴线必须要有良好
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