离合器设计说明书.doc

I 摘 要 汽车离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内 用螺钉将离合器总成固定在飞 轮的后平面上 离合器的输出轴就是变速箱的输入轴 在汽车行驶过程中 驾驶员可 根据需要踩下或松开离合器踏板 使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合 以切断或 传递发动机向变速器输入的动力 其功用为 1 使汽车平稳起步 2 中断给传 动系的动力 配合换档 3 防止传动系过载 膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型汽车上广泛采用的一种离合器 它的转矩 容量大而且较稳定 操作轻便 平衡性好 也能大量生产 对于它的研究已经变得越 来越重要 此设计说明书详细的说明了轻型汽车膜片弹簧离合器的结构形式 参数选 择以及计算过程 本文主要是对载重 2 吨轻型汽车的膜片式弹簧离合器进行设计 根据车辆使用条 件和车辆参数 按照离合器系统的设计步骤和要求 主要进行了以下工作 选择相关 设计参数主要为 摩擦片外径的确定 离合器后备系数的确定 单位压力的确D p 定 并进行了总成设计主要为 分离装置的设计 以及从动盘设计 从动盘毂的设计 和圆柱螺旋弹簧设计等 关键词 离合器 膜片弹簧 从动盘 压盘 摩擦片 II ABSTRACT Automobile Clutch in the engine and gearbox between the flywheel shell with screw will be fixed in the clutch assembly after the plane of the flywheel clutch gearbox output shaft is the input shaft In the process of moving vehicle the driver may need Pedal or release the clutch pedal so that the engine and gearbox temporary separation and progressive joint to cut off the engine or transmission to the transmission input power Its function as 1 the car a smooth start 2 to interrupt the transmission of power to meet the shift 3 to prevent transmission of the overload In recent years theca spring clutch is a kind of clutch that widely Adopted in vehicle and light vehicle It has great capacity of torque And more stabley manipulate easy and convenient well equilibrium And also can produce batch so the research of the clutch is more and more important This design manual elaborated on the construction form parametre choose and process of calculate of the light vehicle This paper is the single car theca spring clutch design According to traffic conditions and vehicle parameters in accordance with the clutch system of steps and requirements mainly for the following work Select the design for the main parameters the determination of friction diameter the determining factor clutch reserve the pressure on the units D identified And the design of the main assembly the separation device design set design P and follower the hub driven design and cylindrical coil spring design and so on Keyword clutch theca spring driven plate friction disc 目录 摘摘 要要 I ABSTRACT II 第一章第一章 绪论绪论 1 1 11 1 汽车离合器的基本功用汽车离合器的基本功用 2 1 21 2 离合器的工作原理离合器的工作原理 2 1 31 3 膜片离合器的概述膜片离合器的概述 3 第二章第二章 汽车总成设计汽车总成设计 5 2 12 1 汽车形式的选择汽车形式的选择 5 2 1 1 确定轴数 5 2 1 2 驱动形式 5 2 1 3 布置形式 5 2 22 2 汽车的主要参数的选择汽车的主要参数的选择 6 2 2 1 汽车主要尺寸的确定 6 2 2 2 轴荷分配 8 2 2 3 百公里燃油消耗量 9 2 2 4 最小转弯直径 9 2 2 5 货车车箱尺寸 9 2 2 6 通过性的几何参数 9 2 2 7 制动性参数 9 2 2 8 发动机最大功率和相应转速 10 2 2 9 发动机最大转矩及相应转速 10 2 32 3 离合器设计离合器设计 11 2 3 1 离合器的结构形式的选择 11 2 3 2 从动盘数的选择 11 2 3 3 压紧弹簧和布置形式的选择 11 2 3 4 压盘的驱动方式 11 2 3 5 从动盘数及干湿式选取 11 2 42 4 离合器主要参数的计算离合器主要参数的计算 12 2 4 1 离合器基本性能关系式 12 2 4 2 后备系数的选择 12 2 4 3 摩擦片外径的确定 12 2 52 5 汽车动力装置参数的选定汽车动力装置参数的选定 14 2 5 1 最小传动比的确定 14 2 5 2 最大传动比的确定 15 2 62 6 驱动桥的设计驱动桥的设计 15 2 6 1 驱动桥结构形式的选择 15 2 6 2 主减速器的减速形式 16 2 72 7 悬架设计悬架设计 16 2 7 1 悬架结构形式的选定 16 2 82 8 转向系设计转向系设计 16 2 8 1 转向器的结构形式的选择 16 2 92 9 制动系设计制动系设计 17 2 9 1 制动器结构形式的选择 17 2 9 2 盘式制动器主要参数的确定 17 第三章第三章 离合器设计离合器设计 19 3 13 1 离合器膜片弹簧的设计离合器膜片弹簧的设计 19 3 1 1 膜片弹簧的结构特点 19 3 1 2 膜片弹簧的变形特性和加载方式 19 3 1 3 膜片弹簧的弹性变形特性 20 3 23 2 膜片弹簧的参数尺寸确定膜片弹簧的参数尺寸确定 21 3 2 1 H H比值的选取 21 3 2 2 R 及 R R确定 21 3 2 3 膜片弹簧起始圆锥底角 22 3 2 4 膜片弹簧小端半径及分离轴承的作用半径 22 3 2 5 分离指数目 切槽宽 窗孔槽宽 及半径 22 3 2 6 承环的作用半径和膜片与压盘接触半径 22 3 2 7 膜片弹簧材料 22 3 2 8 膜片弹簧的计算 22 3 2 9 膜片弹簧的强度计算 24 3 33 3 扭转减振器简单设计扭转减振器简单设计 24 3 3 1 扭转减振器的结构简单介绍 24 3 3 2 减振弹簧设计 25 3 43 4 离合器操纵机构离合器操纵机构 27 3 53 5 离合器从动盘设计离合器从动盘设计 29 3 5 1 从动盘结构简要介绍 29 3 5 2 从动盘设计 29 3 5 3 从动片的选择和设计 30 3 5 4 从动盘毂的设计 31 3 5 5 摩擦片的材料选取及与从动片的固紧方式 33 3 63 6 离合器盖总成设计离合器盖总成设计 34 3 6 1 离合器盖设计 34 3 6 2 压盘的设计 34 3 6 3 压盘和传动片的材料选择 36 3 73 7 离合器分离装置的设计离合器分离装置的设计 37 3 7 1 分离杆的设计 37 3 7 2 离合器分离套筒和分离轴承的设计 37 3 83 8 离合器的通风散热措施离合器的通风散热措施 39 3 93 9 离合器壳的设计离合器壳的设计 39 第四章第四章 结论结论 40 参考文献参考文献 42 致谢致谢 43 某大学毕业设计 论文 1 第一章 绪论 汽车是重要的交通运输工具 是科学技术发展水平的标志 随着现代生活的节奏 越来越快 人们对交通工具的要求也越来越高 汽车作为最普通的交通工具 在日常 的生活和工作中起了重要的作用 因此 汽车工业的规模及产品的质量就成为衡量一 个国家技术的重要标志之一 对于汽车来说 由于它要求具有自重轻 行驶速度高 加速性好 适于各种路面 上甚至无路地区行驶及机动灵活等特点 长期以来 它的发动机都采用内燃机 但是 由内燃机的扭矩 转速特性曲线可知 在其整个工作转速范围内扭矩变化小 最低稳 定转速较高 不能适应汽车可能遇到的各种行驶条件 如起步 爬坡 通过各种路面 和无路地区等 因此 在汽车上需要有一套复杂的传动系统 以使内燃机能适应汽车 行驶的需要 现代汽车上常用的是机械传动系统 它是由离合器及变速器 万向节传 动轴 主减速器 差速器和驱动车轮的传动装置等部件组成 在上述机械式传动系统中 离合器作为一个独立的部件而存在 它实际上是一种 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 0 1 5 第二章 汽车总体设计 2 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 离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的部件 用来分离或给发动机与变速 器之间的动力传递 1 1 汽车离合器的基本功用 第一 在汽车起步时 通过离合器主动部分 和发动机曲轴相连 和从动部分 与变速器第一轴相接 之间的滑磨 转速的逐渐接近 使旋转着的发动机和原来静 止的传动系平稳地联接起来 以保证汽车平稳起步 第二 当变速器换档时 通过离合器主从动部分的迅速分离来切断动力传递 以 减轻换档时齿轮间的冲击 便于换档 第三 当传给离合器的扭矩超过其所能传递的最大力矩 即离合器的最大摩擦力 矩 时 其主从动部分将产生相对滑磨 这样离合器就起着保护传动系防止其过载的 作 由于离合器上述三方面的功用 使离合器在汽车结构上有着举足轻重的地位 然 而早期的离合器结构尺寸大 从动部分转动惯量大 引起变速器换档困难 而且这种 离合器在结合时也不够柔和 容易卡住 散热性差 操纵也不方便 平衡性能也欠佳 因此为了克服上述困难 可以选择膜片弹簧离合器 它的转矩容量大且较稳定 操纵 某大学毕业设计 论文 3 轻便 平衡性好 也能大量生产 对于它的研究已经变得越来越重要 本设计就是设 计传动装置中的离合器在设计中对各种离合器类型进行分析 探讨 最后设计出使用 于载重量为 2T 的汽油发动机轻型汽车车用离合器 1 2 离合器的工作原理 如图 1 1 所示 摩擦离合器一般是有主动部分 从动部分组成 压紧机构和操纵 机构四部分组成 离合器在接合状态时 发动机扭矩自曲轴传出 通过飞轮 2 和压盘借摩擦作用传 给从动盘 3 在通过从动轴传给变速器 当驾驶员踩下踏板时 通过拉杆 分离叉 分离套筒和分离轴承 8 将分离杠杆的内端推向右方 由于分离杠杆的中间是以离合 器盖 5 上的支柱为支点 而外端与压盘连接 所以能克服压紧弹簧的力量拉动压盘向 左 这样 从动盘 3 两面的压力消失 因而摩擦力消失 发动机的扭矩就不再传入变 速器 离合器处于分离状态 当放开踏板 回位弹簧克服各拉杆接头和支承中的摩擦 力 使踏板返回原位 此时压紧弹簧就推动压盘向右 仍将从动盘 3 压紧在飞轮上 2 这样发动机的扭矩又传入变速器 图 1 2 摩擦离合器 1 3 膜片离合器的概述 第二章 汽车总体设计 4 膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型载货汽车上广泛采用的一种离合器 因其 作为压簧 可以同时兼起分离杠杆的作用 使离合器的结构大为简化 质量减少 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 另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性 故能在从动盘摩擦片磨损后 弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩 而不致产生滑离 离合器分离时 使离合器踏板 操纵轻便 减轻驾驶员的劳动强度 此外 因膜片是一种对称零件 平衡性好 在高 速下 其压紧力降低很少 而周布置弹离合器在高速时 因受离心力作用会产生横向 挠曲 弹簧严重鼓出 从而降低了对压盘的压紧力 从而引起离合器传递转矩能力下 降 那么可以看出 对于轻型车膜片弹簧离合器的设计研究对于改善汽车离合器各方 面的性能具有十分重要的意义 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 因此设计 摩擦片磨损后 弹簧压力几乎不变 且可以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 因此其压紧力实际上不受 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 使离合器结构大为简化 零件数目减少 质量减小并显著缩短了轴向尺寸 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 摩擦均匀 也易于实现良好的通风散热等 由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点 并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平 在不断提高 因此这种离合器在轿车及微型 轻型客车上得到广泛运用 而且正大力 扩展到载货汽车和重型汽车上 国外已经设计出了传递转矩为 80 2000N m 最大摩 擦片外径达 420 的膜片弹簧离合器系列 广泛用于轿车 客车 轻型和中型货车上 甚至某些总质量达 28 32t 的重型汽车也有采用膜片弹簧离合器的 但膜片弹簧的制造 成本比圆柱螺旋弹簧要高 膜片弹簧离合器的操纵曾经都采用压式机构 即离合器分 离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分离指处是承受压力 当前膜片弹簧离合器的操纵机 构已经为拉式操纵机构所取代 后者的膜片弹簧为反装 并将支承圈移到膜片弹簧的 大端附近 使结构简化 零件减少 装拆方便 膜片弹簧的应力分布也得到改善 最 大应力下降 支承圈磨损后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响 而在压式结构中支承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自由行程 某大学毕业设计 论文 5 第二章 汽车总体设计 6 第二章 汽车总成设计 2 1 汽车形式的选择 2 1 12 1 1 确定轴数确定轴数 汽车可以有两轴 三轴 四轴甚至更多的轴数 影响选取轴数的因素主要有 汽车的总质量 道路法规对轴载质量的限制和轮胎的负荷能力 我国公路标准规定 对于四级公路及桥梁 单轴最大允许轴载质量为 10t 双连轴 最大允许轴载质量为 18t 每轴 9t 根据公路对汽车轴载质量的限制 所设计汽车的 总质量 轮胎的负荷能力以及使用条件等 可以确定汽车的轴数 因为双轴汽车结构 简单 制造成本低 故总质量小于 19t 的公路运输车辆广泛采用这种方案 总质量在 19 26t 的公路运输车采用三轴形式 总质量更大的汽车用四轴和四轴以上的形式 不在公路上行驶的汽车 轴荷不受道路桥梁限制 如矿用自卸车等多数采用两轴 形式 本车总质量较小 根据本车的参数选择两轴 2 1 22 1 2 驱动形式驱动形式 汽车驱动形式有 4 2 4 4 6 2 6 4 6 6 8 4 8 8 等 其中前一位数 字表示汽车车轮总数 后一位数字表示驱动轮数 采用 4 2 驱动形式的汽车结构简 单 制造成本低 多用于轿车和总质量小些的公路用车辆上 总质量在 19 26t 的公 路用汽车 采用 6 2 或 6 4 的驱动形式 为了提高越野汽车的通过性 应采用全轮 驱动形式 本车采用 4 2 的驱动形式 2 1 32 1 3 布置形式布置形式 汽车的布置形式是指发动机 驱动桥和车身 或驾驶室 的相互关系和布置特点而 言 汽车的使用性能除取决于整车和各总成的有关参数以外 汽车的布置形式对使用 性能也有重要影响 货车布置形式 按驾驶室与发动机相对位置的不同 货车有长头式 短头式 平 头式和偏置式 布置形式为平头式的货车 其主要优点如下 汽车总长和轴距尺寸短 最小转弯直径小 机动性能良好 不需要发动机罩和翼 子板 加上总长缩短等因素的影响 汽车整备质量减小 驾驶员的视野得到明显改善 采用翻转式驾驶室时能改善发动机及其附件的接近性 汽车面积利用率高 平头式货车的发动机可以布置在座椅下后部 此时中间座椅处没有很高的凸起 可以布置三人座椅 故得到广泛应用 平头式货车在各种级别的货车上得到广泛应用 某大学毕业设计 论文 7 货车按照发动机位置不同 可分为发动机前置 中置和后置三种布置形式 其中 发动机前置后桥驱动货车得到广泛应用 它与其它两种布置形式比较有如下主要优点 维修发动机方便 离合器 变速器等操纵机构简单 货箱地板高度低 可以采用直列 发动机 V 型发动机或卧式发动机 发现发动机故障容易 本设计选用平头式货车 发动机前置布置形式 2 2 汽车的主要参数的选择 2 2 12 2 1 汽车主要尺寸的确定汽车主要尺寸的确定 汽车的主要尺寸有外廓尺寸 轴距 轮距 前悬 后悬 货车车头长度和车箱尺 寸等 1 外廓尺寸 GBl589 89 汽车外廓尺寸限界规定汽车外廓尺寸长 货车 越野车 整体式客车 不应超过 12m 单铰接式客车不超过 18m 半挂汽车列车不超过 16 5m 全挂汽车列车 不超过 20m 不包括后视镜 汽车宽不超过 2 5m 空载 顶窗关闭状态下 汽车高不 超过 4m 后视镜等单侧外伸量不得超出最大宽度处 250mm 顶窗 换气装置开启时不 得超出车高 300mm 最后得出货车的长宽高分别为 4115 1560 1840mm 货箱的长宽高分别为 2470 1490 300mm 2 轴距 L 轴距 L 对整备质量 汽车总长 最小转弯直径 传动轴长度 纵向通过半径有影 响 当轴距短时 上述各指标减小 此外 轴距还对轴荷分配有影响 轴距过短会使 车厢 箱 长度不足或后悬过长 上坡或制动时轴荷转移过大 汽车制动性和操纵稳定 性变坏 车身纵向角振动增大 对平顺性不利 万向节传动轴的夹角增大 原则上轿 车的级别越高 装载量或载客量多的货车或客车轴距取得长 对机动性要求高的汽车 轴距宜取短些 为满足市场需要 工厂在标准轴距货车基础上 生产出短轴距和长铀 距的变型车 不同铀距变型车的轴距变化推荐在 0 4 0 6m 的范围内来确定为宜 汽 车的轴距可参考表 2 1 提供的数据选定 表表2 2 1 1 各各类类汽汽车车的的轴轴距距和和轮轮距距 车型 类别 轴距 L mtn 轮距 B mm 第二章 汽车总体设计 8 轿车 微型级 普通级 中级 中 高级 高级 2000 2200 2100 2540 2500 2860 2850 3400 2900 3900 1100 1380 1150 1500 1300 1500 1400 1580 1560 1620 4X2 货车 微型 轻型 中型 重型 1700 2900 2300 3600 3600 5500 4500 5600 1150 1350 1300 1650 1700 2000 1840 2000 车型 类别 轴距 L mm 轮距 B mm 矿用自卸车 总质量 ma t 60 3200 4200 3900 4800 2000 4000 大客车 城市大客车 单车 长途大客车 单车 4500 5000 5000 6500 1740 2050 3 前轮距和后轮距 1 B 2 B 增大轮距 随之而来的是室内宽并有利于增加侧倾刚度 但是此时汽车总宽和总 质量增加 并影响最小转弯直径变化 受汽车总宽不得超过 2 5m 限制 轮距不宜过大 但在取定的前轮距范围内 1 B 应能布置下发动机 车架 前悬架和前轮 并保证前轮有足够的转向空间 同时转向 某大学毕业设计 论文 9 杆系与车架 车轮之间有足够的运动间隙 在确定后轮距时应考虑两纵梁之间的宽 2 B 度 悬架宽度和轮胎宽度及它们之间应留有必要的间隙 各类汽车的轮距可参考表 1 5 提供的数据确定 本车为 4 2 货车 轴距在 1700 29000 本车的轴距取为 2080 4 前轮距和后轮距 1 B 2 B 增大轮距 随之而来的是室内宽并有利于增加侧倾刚度 但是此时汽车总宽和总 质量增加 并影响最小转弯直径变化 受汽车总宽不得超过 2 5m 限制 轮距不宜过大 但在取定的前轮距范围内 1 B 应能布置下发动机 车架 前悬架和前轮 并保证前轮有足够的转向空间 同时转向 杆系与车架 车轮之间有足够的运动间隙 在确定后轮距时应考虑两纵梁之间的宽 2 B 度 悬架宽度和轮胎宽度及它们之间应留有必要的间隙 各类汽车的轮距可参考表1 1提供的数据确定 本车前轮轮距为1350mm 后轮轮距 1 B 为1335mm 5 前悬和后悬 F L R L 前 后悬长时 汽车接近角和离去角都小 影响汽车通过性能 对长头汽车 前 悬不能缩短的原因是在这段尺寸内要布置保险杠 散热器 风扇 发动机等部件 从 撞车安全性考虑希望前悬长些 从视野角度考虑又要求前悬短些 前悬对平头汽车上 下车的方便性有影响 前钢板弹簧长度也影响前悬尺寸 货车后悬长度取决于货箱 相距和轴荷分配的要求 轻型 中型货车的后悬一般 在 1200 2200mm 之间 特长货箱汽车的后悬可达 2600mm 但不得超过轴距的 55 本车前悬长为 1250mm 后悬长为 13350mm F L R L 6 货车车头长度 货车车头长度系指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离 车身形式即长头型还 是平头型对车头长度有绝对影响 此外 车头长度尺寸对汽车外观效果 驾驶室居住 性和发动机的接近性等有影响 长头型货车车头长度尺寸一般在 2500 3000mm 之间 平头型货车一般在 1400 1500mm 之间 本车取 1450mm 2 2 22 2 2 轴荷分配轴荷分配 汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下 各车轴对支承平面的垂直载荷 也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示 本设计采用的是发动机前置后轮驱动 轴荷分配如下 满载前轴 32 40 取为 35 轴荷为 700kg 满载后轴 60 68 取为 65 轴荷 第二章 汽车总体设计 10 为 1300kg 空载前轴 50 59 取为 55 轴荷为 1100kg 空载后轴 41 50 取为 45 900kg 2 2 32 2 3 百公里燃油消耗量百公里燃油消耗量 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 行驶百公里的燃油消耗量 L 100km 来评价 本车为总质量 4T 的汽油机 百公里 燃油消耗量在 3 00 4 00 取 V 3 5 L 100km 2 2 42 2 4 最小转弯直径最小转弯直径 转向盘转至极限位置时 汽车前外转向轮轮辙中心在支承平面上的轨迹圆的直径称 为最小转弯直径 用来描述汽车转向机动性 是汽车转向能力和转向安全性 min D min D 能的一项重要指标 转向轮最大转角 汽车轴距 轮距等对汽车最小转弯直径均有影响 对机动性要求 高的汽车 应取小些 GB7258 一 1997 机动车运行安全技术条件 中规定 机 min D 动车的最小转弯直径不得大于 24m 当转弯直径为 24m 时 前转向轴和末轴的内轮差 以两内轮轨迹中心计 不得大于 3 5m 本车型为轻货车 最小转弯直径在 10 min D 13 范围内 取为 12 0m 2 2 52 2 5 货车车箱尺寸货车车箱尺寸 要求车箱尺寸在运送散装煤和袋装粮食时能装足额定吨数 车箱边板高度对汽车 质心高度和装卸货物的方便性有影响 一般应在 450 650mm 范围内选取 车箱内宽 应在汽车外宽符合国家标准的前提下适当取宽些 以利缩短边板高度和车箱长度 行 驶速度能达到较高车速的货车 使用过宽的车箱会增加汽车迎风面积 导致空气阻力 增加 车箱内长应在能满足运送上述货物额定吨位的条件下尽可能取短些 以利于减 小整备质量 本车车箱的长宽高分别为 2470 1490 300mm 2 2 62 2 6 通过性的几何参数通过性的几何参数 总体设计要确定的通过性几何参数有 最小离地间隙 接近角 离去角 min h 1 2 纵向通过半径等 本车才用的是 4 2 轻型货车 180 300 取为 1 min h 230mm 40 60 取为 50 25 45 取为 37 2 3 6 0 取为 4m 1 2 1 2 2 72 2 7 制动性参数制动性参数 汽车制动性是指汽车在制动时 能在尽可能短的距离内停车且保持方向稳定 下长 坡时能维持较低的安全车速并有在一定坡道上长期驻车的能力 目前常用制动距离 st 和平均制动减速度 j 来评价制动效能 有关 GB7258 1997 机动车运行安全条件 中规定的路试检验行车制动和应急制动性能要求见下表 表 2 2 某大学毕业设计 论文 11 行车制动应急制动 车辆类 型 制动初 车 km h 1 制动 距离 m FMDD m s 1 试车 道宽 度 踏板 力 N 制动初车 速 km h 1 制动 距离 m FMDD m s 1 操纵 力 N 满 载 22 5 4 70 0 总质 量 4 5t 的汽 车 空 载 50 21 5 8 2 5 45 0 30 18 2 6 手 600 脚 700 2 2 82 2 8 发动机最大功率和相应转速发动机最大功率和相应转速 根据所需要的最高车速 km h 用下式估算发动机最大功率 maxa 73kw 2 1 3 maxmaxmax 761403600 1 a D a ra T e ACgfm P 式中 为发动机最大功率 kW 为传动系效率 对驱动桥用单级主减速器的 maxa T 4 2 汽车可取为 90 为汽车总质量 kg g 为重力加速度 m s2 为滚动阻 a m r f 力系数 对轿车 0 0165 1 0 01 2 50 对货车取 0 02 矿用自卸车取 r f a J 0 03 用最高车速代入 为空气阻力系数 轿车取 0 30 0 35 货车取 a D C 0 80 1 00 本车取 0 6 A 为汽车正面投影面积 本车取 3 为最高车速 2 m maxa 最大功率转速的范围如下 汽油机的在 3000 7000r min 因轿车最高 P n P n 值多在 4000r min 以上 轻型货车的值在 4000 5000r min 之间 中型货车 p n P n 更低些 本车为轻型货车值为 4500r min P n 2 2 92 2 9 发动机最大转矩及相应转速发动机最大转矩及相应转速 用下式计算确定 maxe T 2 2 P e e n P T max max 9549 第二章 汽车总体设计 12 式中 为最大转矩 N m 为转矩适应性系数 一般在 1 1 1 3 之间选取 max T 本车取 1 2 为发动机最大功率 kW 为最大功率转速 r min maxe P P n 发动机最大转矩 186 N m max T 要求 在 1 4 2 0 之间选取 4500 1 4 3200rpm P n T n T n 2 3 离合器设计 2 3 12 3 1 离合器的结构形式的选择离合器的结构形式的选择 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 2 3 22 3 2 从动盘数的选择从动盘数的选择 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 尺寸紧凑 散热良好 用时能保证分离彻底 接合平顺 本设计采用单片离合器 2 3 32 3 3 压紧弹簧和布置形式的选择压紧弹簧和布置形式的选择 本设计采用推式膜片弹簧离合器 2 3 42 3 4 压盘的驱动方式压盘的驱动方式 压盘是离合器的主动部分 在传递发动机转矩时它和飞轮一起带动从动盘转动 但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由的作轴向移动 压盘与飞轮的连接方式或驱动方式有 凸块 窗孔式 传力销式 键式以及弹性 传动片式等 近年来广泛采用弹性传动片式 因为另外几种方式有一个共同的缺点 即连接之间有间隙 如凸块与窗孔之间的间隙约为 0 2mm 这样在传动时将产生冲击 和噪声 甚至可能导致凸块根部产生裂纹而造成零件的早期破坏 另外 在离合器分 离时 由于零件间的摩擦将降低离合器操纵部分的传动效率 弹性传动片是由薄弹簧 钢冲压而成 其一端铆在离合器盖上 另一端用螺钉固定在压盘上 且一般用 3 4 组 每组 2 3 片 沿圆周切向布置以改善传动片的受力状况 这时 当发动机传动片时 受拉 当由车轮滑行时反转受压 这种利用传动片驱动压盘的方式不紧消除了上述缺 点 而且简化了结构 降低了对装配精度的要求且有利于压盘的定中 所以该离合器 采用弹性传动片 2 3 52 3 5 从动盘数及干湿式选取从动盘数及干湿式选取 根据已知条件知道载重 1 吨轻型汽车可选取单片干式膜片弹簧摩擦离合器 因为 这种结构的离合器结构简单 调整方便 轴向尺寸紧凑 分离彻底 从动件转动惯量 某大学毕业设计 论文 13 小 散热性好 采用轴向有弹性的从动盘结合平顺 广泛用于轿车及微 中型客车和 货车上 在发动机转矩不大于 1000N m 的大型客车和重型货车上也有所推广 因此该 离合器选取单片干式膜片弹簧离合器 2 4 离合器主要参数的计算 2 4 12 4 1 离合器基本性能关系式离合器基本性能关系式 摩擦片或从动盘的外径是离合器的重要参数 它对离合器的轮廓尺寸有决定性的 影响 并根据离合器能全部传递发动机的最大转矩来选择 为了能可靠地传递发动机 最大转矩 离合器的静摩擦力矩应大于发动机最大转矩 而离合器传递 maxc c maxc 的摩擦力矩又决定于其摩擦面数 Z 摩擦系数 f 作用在摩擦面上的总压紧力 P 与 c 摩擦片平均摩擦半径 Rm 即 2 mNRZfP ercc max 3 式中 离合器的后备系数 见下表 摩擦系数 计算时一般取 0 25 0 30 f 该车型发动机最大转矩为 186N m 取摩擦系数为 3 0 可得离合器的静 maxc f 摩擦力矩 为 N m 1 c 2795 1186 2 4 22 4 2 后备系数的选择后备系数的选择 离合器的后备系数 选择时应考虑摩擦片磨损后仍能传递及避免起步时滑磨 maxc 时间过长 同时应考虑防止传动系过载及操纵轻便等 表 2 3 后备系数表 车 型轿车 轻型货车中 重型货 车 越野车 牵引车 后 备 系 数1 30 1 751 60 2 252 0 3 5 本设计车型属于轻型货车类型 故选择本次设计的后背系数 在1 30 1 75之间 选择 不需要太大的后备系数 取 1 5 2 4 32 4 3摩擦片外径的确定摩擦片外径的确定 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 就需要大的尺寸 发 动机转矩是重要的参数 当按发动机最大转矩来确定 D 时 可以查表 2 4 来确定摩擦 片外径 D 的尺 第二章 汽车总体设计 14 表 2 4 离合器尺寸选择参数表 摩擦片外径 D mm发动机最大转矩 Te max N m 单片离合器双片离合器重负荷中等负荷极限值 225 130150170 250 170200230 280 240280320 300 260310360 325 320380450 350 410480550 380 510600700 410 620720830 430350680800930 4503808209501100 所选的尺寸 D 应符合有关标准 JB1457 74 的规定 表 2 4 给出了离合器摩擦片的 尺寸系列和参数 另外 所选的 D 应符合其最大圆周速度不超过 65 70m s 的要求 且重型汽车不应超过 50m s 表 2 5 离合器摩擦片尺寸系列和参数 外径 D mm内径 d mm厚度 h mm 内外径之比 d D 单位面积 2 F mm 1601103 20 68710600 1801253 50 69413200 2001403 50 70016000 2251503 50 66722100 2501553 50 62030200 某大学毕业设计 论文 15 2801653 50 58940200 3001753 50 58346600 3251903 50 58554600 35019540 55767800 38020540 54072900 根据发动机参数该车型发动机最大转矩 Te max为 186N m 及表 2 5 可查出本车将 使用单片式离合器 且离合器摩擦片外径为 225mm 再查 2 5 即可得到摩擦片的具体 参数 如下 摩擦片外径 D 225mm 摩擦片内径 d 150mm 摩擦片厚度 h 3 5mm 摩擦片内外径比 d D 0 700 单面面积 F 22100mm2 2 5 汽车动力装置参数的选定 2 5 12 5 1 最小传动比的确定最小传动比的确定 轿车轮胎系列 GB T2977 1997可选取轮胎4 5 12ULT 即轮胎名义断面宽度 4 5mm 轮辋名义直径12in 则轮胎直径可以计算为 r m 2 4 4 5 2 90 2 12 224 5 0 255 1000 一般来说 汽车发挥最大车速与对应的发动机转速有如下关系 2 5 n 0 e n u 式中为发动机额定转速与直接挡车速之比 一般小客车为 30 40 取为 30 为 n e n 发动机额定转速 为直接档最大车速 根据条件给出的最大车速 180km h 0 u 得出发动机转速为 5400r min 代入式 2 6 min max 0 255 5200 0 3770 3773 84 130 n t a r i u 另外 为了满足足够的动力性能 还需要校核最高挡动力因素 一般轿车直接 0max D 挡或最高挡动力因素取值范围 0 1 0 12 本设计 0 11 最小传动比与最高挡 0max D 动力因素有如下关系 2 7 2 maxmin 0max 21 15 tqtT Dat Ti C Au D rGG 第二章 汽车总体设计 16 式中 为直接档或最高挡时 发动机发出最大扭矩时的最大车速 此时可近似取 at u 为 0 9 为 186 最大转矩对应转速 r 为 3200r min 空气阻力系数 at u maxa u T maxtq T 为 0 6 迎风面积为为 3 0 最高车速为 130km h 根据式 2 7 可得 D CA 2 m maxa u 4 88 3 57 若直接档1 则 3 9 该车采用单级主减速器 主减速器传动 mint i gn i 0 i 比7 满足要求 0 i 2 5 22 5 2 最大传动比的确定最大传动比的确定 确定传动系最大传动比 要考率三个方面 最大爬坡度或 1 挡最大动力因素 附着力 和汽车最低稳定车速 传动系最大传动比是变速器 1 挡传动比与主减速器传动比的 1g i 乘积 即 2 8 max1 0tg ii i 当汽车爬坡时车速很低 可以忽略空气阻力 汽车的最大驱动力应为 2 9 maxmaxtfi FFF 各表达式展开 2 10 maxmax maxmax cossin tqtT Ti GfG r 则 2 11 maxmax 1 max 0 cossin g tqT G fr i Ti 一般汽车最大爬坡度为 30 即16 7 其它参数为为 0 9 为 0 02 为 T f 0 i 3 9 r 为 0 255 为 2000 为 186 代入式中可计算得 a m maxtq T 1 2 35 g i 1 挡传动比还应满足附着条件 2 12 max1 0 max tqgT t Ti i FF r 对于后轮驱动汽车 最大附着力有如下公式 2 13 222Z FFGm g 式中 为后轴质量 对于本列取为 55 2 m a m 2 14 2 1 max 0 g tqT m g r i Ti 可得到3 4 取 3 4 因此 变速器传动比范围是 1 3 4 传动系最大传动比 1g i 1g i 3 4 3 9 13 26 max1 0tg ii i 2 6 驱动桥的设计 2 6 12 6 1 驱动桥结构形式的选择驱动桥结构形式的选择 驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬架形式密切相关 当车轮采用非独立悬架时 某大学毕业设计 论文 17 驱动桥应为非断开式 或称为整体式 即驱动桥壳是一根连接左右驱动车轮的刚性空 心梁 而主减速器 差速器及车轮传动装置 由左 右半轴组成 都装在它里面 当采 用独立悬架时 为保证运动协调 驱动桥应为断开式 本设计采用断开式驱动桥 断开式驱动桥的优点 它大大地增加了离地间隙 减小了簧下质量 从而改善了 行驶平顺性 提高了汽车的平均车速 减小了汽车在行驶时作用于车轮和车桥上的动 载荷 提高了零部件的使用寿命 由于驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适 应性较好 大大增强了车轮的抗侧滑能力 与之相配合的独立悬架导向机构设计得合 理 可增加汽车的不足转向效应 提高汽车的操纵稳定性 这种驱动桥在轿车和高通 过性的越野汽车上应用相当广泛 2 6 22 6 2 主减速器的减速形式主减速器的减速形式 主减速器的减速形式可分为单级减速 双级减速 双速减速 单双级贯通 单双 级减速配以轮边减速等 本设计采用单级主减速器 单级主减速器可由一对圆锥齿轮 一对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成 具有结构 简单 质量小 成本低 使用简单等优点 但是其主传动比扎不能太大 一般 io 7 进一步提高 io 将增大从动齿轮直径 从而减小离地间隙 且使从动齿轮 热处理困难 单级主减速器广泛应用于轿车和轻 中型货车的驱动桥中 2 7 悬架设计 2 7 12 7 1 悬架结构形式的选定悬架结构形式的选定 悬架可分为非独立悬架和独立悬架两类 非独立悬架的结构特点是左 右车轮用 一根整体轴连接 再经过悬架与车架 或车身 连接 独立悬架的结构特点是左 右车 轮通过各自的悬架与车架 或车身 连接 本设计采用独立悬架的结构形式 独立悬架的优点 簧下质量小 悬架占用的空间小 弹性元件只承受垂直力 所 以可以用刚度小的弹簧 使车身振动频率降低 改善了汽车行驶平顺性 由于有可能 降低发动机的位置高度 使整车的质心高度下降 又改善了汽车的行驶稳定性 左 右车轮各自独立运动互不影响 可减少车身的倾斜和振动 同时在起伏的路面上能获 得良好的地面附着能力 2 8 转向系设计 2 8 12 8 1 转向器的结构形式的选择转向器的结构形式的选择 本设计采用机械式转向器 机械式转向器应用比较多 根据它们的结构特点不同 可分为齿轮齿条式转向器 循环球式转向器 蜗杆滚轮式转向器和蜗杆指销式转向器 等 第二章 汽车总体设计 18 本设计采用齿轮齿条式转向器 齿轮齿条式转向器由与转向轴做成一体的转向齿 轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成 与其它形式转向器比较 齿轮齿条式转向 器最主要的优点是 结构简单 紧凑 壳体采用铝合金或镁合金压铸而成 转向器的 质量比较小 传动效率高达90 齿轮与齿条之间因磨损出现间隙后 利用装在齿条 背部 靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧 可自动消除齿间间隙 如图7 1 所示 这不仅可以提高转向系统的刚度 还可以防止工作时产生冲击和噪声 转向器 占用的体积小 没有转向摇臂和直拉杆 所以转向轮转角可以增大 制造成本低 2 9 制动系设计 2 9 12 9 1 制动器结构形式的选择制动器结构形式的选择 制动器有摩擦式 液力式和电磁式等几种 电磁式制动器虽有作用滞后小 易于 连接且接头可靠等优点 但因成本高而只在一部分重型汽车上用来做车轮制动器或缓 速器 液力式制动器只用作缓速器 目前广泛使用的仍为摩擦式制动器 摩擦式制动器按摩擦副结构形式不同 分为鼓式 盘式和带式三种 带式只 用作中央制动器 本设计采用盘式制动器 主要优点如下 1 热稳定性好 原 因是一般无自行增力作用 衬块摩擦表面压力分布较鼓式中的衬片更为均匀 此 外 制动鼓在受热膨胀后 工作半径增大 使其只能与蹄中部接触 从而降低了 制动效能 这称为机械衰退 制动盘的轴向膨胀极小 径向膨胀根本与性能无关 故无机械衰退问题 因此 前轮采用盘式制动器 汽车制动时不易跑偏 2 水 稳定性好 制动块对盘的单位压力高 易于将水挤出 因而浸水后效能降低不多 又由于离心力作用及衬块对盘的擦拭作用 出水后只需经一 二次制动即能恢复 正常 鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复 3 制动力矩与汽车运动方向无关 4 易于构成双回路制动系 使系统有较高的可靠性和安全性 5 尺寸小 质量 小 散热良好 6 压力在制动衬块上分布比较均匀 故衬块磨损也均匀 7 更 换衬块工作简单容易 8 衬块与制动盘之间的间隙小 0 05 0 15mm 这就 缩短了制动协调时间 9 易于实现间隙自动调整 盘式制动器的主要缺点是 1 难以完全防止尘污和锈蚀 封闭的多片全盘式制动器除外 2 兼作 驻车制 动器时 所需附加的手驱动机构比较复杂 3 在制动驱动机构中必须装用助力 器 4 因为衬块工作面积小 所以磨损快 使用寿命低 需用高材质的衬块 盘 式制动器得到广泛的应用 2 9 22 9 2 盘式制动器主要参数的确定盘式制动器主要参数的确定 1 制动盘直径 D 制动盘直径 D 应尽可能取大些 这时制动盘的有效半径得到增加 可以降低 某大学毕业设计 论文 19 制动钳的夹紧力 减少衬块的单位压力 和工作温度 受轮辋直径的限制 制 动 盘的直径通常选择为轮辋直径的70 一 79 总质量大于 2t 的汽车应取上限 取 D 为 12 2 制动盘厚度 h 制动盘厚度 h对制动盘质量和工作时的温升有影响 为使质量小些 制动盘厚 度不宜取得很大 为了降低温度 制动盘厚度又不宜取得过小 制动盘可以做成 实心的 或者为了散热通风的需要在制动盘中间铸出通风孔道 一般实心制动盘 厚度可取为 10 20mm 通风式制动盘厚度取为 20 50mm 采用较多的是 20 30mm 取20mm 3 摩擦衬块外半径与内半径 1 R 2 R 推荐摩擦衬块外半径与内半径的比值不大于1 5 若此比值偏大 工作时衬 块的外缘与内侧圆周速度相差较多 磨损不均匀 接触面积减少 最终导致制动 力矩变化大 4 制动衬块面积