[CAD图纸全套]中型载货汽车膜片弹簧离合器设计

黑龙江工程学院本科毕业生毕业设计 1 目 录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 言 . 1 车离合器的现状发展 . 1 车离合器的现状 . 1 车离合器的发展 . 2 文研究的主要内容 . 3 第 2 章 离合器结构原理分析 . 4 合器机构类型的分析 . 4 片弹簧离合器的结构和工作原理 . 4 片弹簧离合器的特性 . 6 合器的设计原则 . 7 章小结 . 8 第 3 章 膜片弹簧的设计与计算 . 9 合器主要参数的选择 . 9 备系数 . 9 位压力 . 9 擦片的主要尺寸 . 9 擦因素、摩擦片数、离合器间隙的选取 .膜片弹簧基本参数的选择 . 内截锥高度和厚度的确定 . 大端外径和小端外径的选择 . 11 由状态下圆锥底角的选择 . 11 离指数的选择 . 11 片弹簧的小端内径及分离轴承作用半径的确定 . 11 槽宽度及分离半径的确定 . 压盘加载点半径和支承环加载点半径 .龙江工程学院本科毕业生毕业设计 2 片弹簧的校核 . 外径的校核 . 滑磨功的校核 . 膜片弹簧的强度校核 .章小结 . 4 章 扭转减振器的设计计算 . 17 转减振器的特性及主要参数的选取 . 扭转减振器的角刚度 . 减振器摩擦力矩 . 预紧力矩 . 减振弹簧的分布半径 . 减振弹簧数目 . 减振弹簧的总压力 .振弹簧的尺寸确定 .动片相对从动盘毂的最大转角 .位销与从动盘缺口侧边的间隙 .位销直径 的确定 .动盘毂缺口宽度及安装窗口尺寸 .章小结 . 5 章 离合器操纵机构的设计 . 22 合器的踏板位置、行程、和踏板力的设计计算 . 踏板位置 . 踏板行程 . 踏板力 .纵系统的传动比计算 .缸和工作缸的设计计算 . 主缸的工作原理及计算 . 分缸的工作原理及计算 .章小结 . 6 章 离合器其它零件的设计及计算 . 27 动盘毂花键的设计计算 .龙江工程学院本科毕业生毕业设计 3 盘的设计计算 .离轴承的设 计计算 .动片的设计 .离杆的材料 .章小结 .论 . 33 参考文献 . 34 致谢 . 35 黑龙江工程学院本科毕业生毕业设计 4 全套 资料 ， 扣扣 414951605 摘 要 我国的车辆工业相对于世界其他先进国家相当落后，虽然从国外引进了许多新产品、新技术，但是离全面掌握核心技术还有很长的差距。本设计最典型的中型载货汽车技术参数为依据，对其进行膜片弹簧离合器设计。希望能使我国离合器的自主开发能力及产品设计水平得到一定的提高。 现代汽车摩擦离合器在设计中根据车型的类别，使用要求，与发动机的匹配要求，制造条件以及标准化、通用化、系列化要求等，合理地设计离合器总成的结构显的尤为重要。本 文研究了离合器及其操纵机构系统的结构知识、设计理念及方法等。并且对离合器及其操纵机构的主要零件进行了详细的设计计算，其中重点研究了膜片弹簧、扭转减振器、操纵机构和摩擦片的设计方法、思路、理论。对结构元件分析、主要参数及零件载荷的确定、强度计算方法都有详细的介绍。 本设计得到了以粉末冶金材料作为离合器摩擦片摩擦材料的单片推式膜片弹簧离合器，满足了较高性能的标准，取代了对环境有污染的石棉基摩擦材料。 关键词： 离合器；膜片弹簧；摩擦片；操纵机构；设计 黑龙江工程学院本科毕业生毕业设计 5 is to to to is on to to in as as so to is so on to To 黑龙江工程学院本科毕业生毕业设计 6 by as to to 1 章 绪 论 言 在以内燃机作为动力的机械传动汽车中，离合器都是作为一个独立的零件存在。虽然发展自动传动系统是汽车传动系统的发展趋势，但也有专家指出：根据德国出版的 2003 年世界汽车年签， 2002 年世界各国 114 家汽车所生产的 1864 款乘用车中，手动机械变速器车款为 1337 款；在我国，若考虑商用车中更是多数采用手动变 速器，手动挡汽车目前仍是世界车款的主流（其中不排除一些国家或地区自动变速器车款是其主流产品）。谈到未来，考虑到手动传动系将向自动自动传动系过度，但现在手动传动戏也在不断改善，因此也是自动传动系的有力竞争对手。可以说，从目前到将来离合器这一部件将会伴随着内燃机一起存在，不可能在汽车上消失。 车离合器的现状发展 车离合器的现状 如今单片干式摩擦离合器在结构设计方面相当完善。采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器结合的平顺性。离合器从动盘总成中装有扭转减振器，防止了传动系统的过载、共振，并且减 小了传动系噪声。 近年来，出现了扭转减振特性和性能价格比较为理想的双质量飞轮结构，这种飞轮由初级飞轮、扭转减振器和次级飞轮组成，采用径向布置减振弹簧，在有限的空间黑龙江工程学院本科毕业生毕业设计 7 可以获得相当好的减振效果。它突破了传统的飞轮铸造生产方法，以钢板冲压取而代之。 随着汽车运输业的发展，离合器还要在原有的基础上不断提高和改进，以适应新的使用条件。从国外的发展动向来看，近年来车辆在性能上向高速发展，发动机的功率和转速不断提高，载货汽车趋于大型化 ， 国内也有类似情况。此外，离合器的使用条件也日酷一日。因此，提高离合器的传扭能力、提高其使 用寿命、简化操作已成为离合器目前发展的趋势。 对于重型离合器，由于商用车趋于大型化，发动机功率不断加大，但离合器允许加大尺寸空间有限，离合器的使用条件日酷一日，增加了离合器扭转能力，提高其使用寿命，简化操作，已成为重型离合器发展的趋势。为了提高离合器的扭转能力，在重型汽车上可采用双片干式离合器。从理论上讲，在相同的径向尺寸下，双片离合器的扭转能力和使用寿命是单片 1 倍。但受到其它客观因素的影响，实际效果要比理论值低一些。 近年来湿式离合器在技术上不断的改进，在国外某些重型牵引汽车和自卸汽车上又开始采用多片湿式 离合器。与干式离合器相比，由于油泵进行强制冷却的结果，摩擦表面温度较低，因此起步时长时间打滑也不致烧损摩擦片。据报道，这种离合器有着良好的起步能力，其使用寿命可达干式的 56 倍。 车离合器的发展 在早期研发的离合器结构中，锥形离合器最为成功。它的原型设计曾装在德国戴母勒公司的钢制车轮的小汽车上。它是将发动机飞轮的内孔做成锥体作为离合器的主动部件。采用锥形离合器的方案一直延续到 20 世纪 20 年代中叶，对当时来说，锥形离合器修复比较简单，摩擦面容易修复。它的材料曾用过驼毛带、皮革带等。 现今所用的盘式 离合器的先驱是多片盘式离合器，它是直到 1925 年以后才出现的，多片离合器最主要的优点是在汽车起步时离合器的结合比较平顺，无冲击。早期的设计中，多片按成对布置设计，一个钢盘片对着一青铜盘片。采用纯粹的金属对金属的摩擦副，把它们置于油中工作，能达到更为满意的性能。 在油中的盘式离合器， 摩擦片 直径不能太大，以避免在高速时把油给甩掉。此外，油也容易把金属盘片粘住，不容易分离。但毕竟优点大于缺点。因为在当时，许多离合器还在探索原创阶段，性能很不稳定。 石棉基材料的引入和改进，使得盘式离合器可以传递更大的转矩，能耐受更 高的温度。此外，由于采用石棉基摩擦后可用较小的摩擦面积，因而可以减少摩擦片数，这是由多片离合器向单片离合器转变的关键。 20 世纪 20 年代末，直到 30 年代时，只黑龙江工程学院本科毕业生毕业设计 8 有工程车辆、赛车和大功率的轿车上才使用多片离合器。 离合器执行系统的使用环境非常恶劣，长时间的经受高温，而且又暴露在压力油和润滑剂中。以往主动缸和从动缸组件都必须使用金属，近年来，美国一汽车产品公司向各大洲的车商提供用塑料制的离合器执行系统，该商品的商标为 用 用 50%的长纤维增强的黑色尼龙，该材料的硬度大、重量轻、比模量超过铝合金。它的纤维分布均匀，是随机分布的，尺寸稳定性好、收缩率低、约为 由于纤维完全浸润在尼龙树脂中，而且端头较少，完全能保证有出色的光亮表面。 50%的长纤维，使热膨胀系统几乎与金属相同，该公司认为，如果仔细地将注塑件的尼龙成份烧掉，留下的骨架部分（纤维）几乎仍保留制品的形状。这表明产品中的纤维的分布是各向同性，所以收缩一致，抑制了翘曲。 表面光洁度较铸铝件好，有助于延长从动缸的密封寿命。该产品的型号是 全符合所有的长期爆炸测试要求，室温下的抗拉强度几乎达到 50000lb/劳强度高，抗蠕变能力强，在 149 下，抗拉强度仍有 20000lb/50%长玻纤增强的 度为 以也减轻了重量。通过注塑成型生产结构复杂的零件与铸铝相比，节约了成本。 多年的实践经验和技术上的改进以及材料的日新月异，使人们逐渐趋向于首选单片干式摩擦离合器因为它具有从动部分转动惯量小、散热性好、机构简单、调整方便、尺寸紧凑、分离彻底等优点，而且由于在结构上采取一定措施，已能做到结合平顺，因此现在广泛用于大、中、小各类车型中 1。 文研究的主要内容 本设计的 主要 内容： （ 1）离合器类型的选择； （ 2）各部件参数的选择； （ 3）各部件的参数计算各部件的设计； （ 4）总体布置； （ 5）图纸的绘制。 主要 设计 步骤如下： （ 1）确定要设计的膜片弹簧离合器的基本结构，包括主动部分、从动部分、压紧机构、操纵机构 ； （ 2）根据设计的形式确定主要机构的基本数据 ； （ 3）根据具体结构和设计情况提出改进意见和措施，找出设计的不足和所受的条件限制，提出解决方案 ； （ 4）根据计算结果绘制图纸并撰写说明书。 黑龙江工程学院本科毕业生毕业设计 9 第 2 章 离合器结构原理分 析 合器机构类型的分析 汽车离合器有摩擦式、液力式和电磁式三种类型，但摩擦式离合器用得最为广泛。 摩擦离合器的类型很多，主要有周置式离合器 、中央弹簧离合器、斜置弹簧离合器、膜片弹簧离合器。 周置式离合器主要用在商用载重汽车上，螺旋弹簧沿着压盘的圆周作同心圆布置：中央弹簧离合器，采用 12 个圆柱螺旋弹簧或用一个矩形断面的锥形螺旋弹簧做压簧并布置在离合器正中间的结构形式，称为中央离合器。中央离合器的压簧不和压盘直接接触，因此压盘由于摩擦生成的热量不会直接传递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得到足够大的压盘压紧力。膜片弹簧离合器是用膜片弹簧代替了压紧弹簧及分离杆机构而作成的离合器，因为它布置在中央，所以也可算中央弹簧离合器：双片离合器，单片离合器由于受到压紧弹簧结构布置和设计的限制，其转矩容量也受到限制。其次还有斜置拉式螺旋弹簧离合器、金属陶瓷离合器、湿式离合器。 膜片弹簧离合器 与其他形式的离合器相比，具有一系列优点：膜片弹簧具有较理想的非线性弹性特性，弹簧压力在摩擦片的允许磨损范围内基本保持不变 ， 因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；相 对圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降，离合器分离时，弹簧压力有所下降，从而降低了踏板力。对于圆柱螺旋弹簧，其压力则大大增加。膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小。高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱螺黑龙江工程学院本科毕业生毕业设计 10 旋弹簧压紧力则明显下降。膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀。易于实现良好的通风散热，使用寿命长。膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。 按其分离轴承运动的方向可分为推式和拉式两种。 拉式膜片弹簧离合器较推式在性能上有更多的优点，但由于受到分离轴承机构设计、拆装复杂等因素的困扰，因此在本设计选用推式的结构形式 2。 片弹簧离合器的结构和工作原理 1、 离合器的结构：发动机的飞轮是离合器的主动部件（如图 示），带有摩擦片的从动盘和从动盘毂借滑动花键与变速器第一轴（离合器从动轴）相连。压紧弹簧将从动盘压紧在飞轮端面。发动机转矩即靠飞轮与主动盘面之间的摩擦作用而传到从动盘上，在由此经过变速器的第一轴和传动系统的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。 2、 从 动盘：主要由从动片、摩擦片、从动盘毂等三个基本部件组成。为了使单盘离合器结合柔和，起步平稳，从动盘一般具有轴向弹性。具有轴向弹性的从动盘结构大致有整体式、分开式和组合式几种。 3、 扭转减振器：发动机传到汽车传动系统中的转矩是周期地不断变化着的，这就使的传动系统中产生扭转振动。如果其振动的频率与传动系统的固有频率相一致，就会发生共振，这对传动系统零件寿命有很大影响。此外在不分离离合器的情况下进行紧急制动或猛烈接合时，瞬间将造成对传动系统极大的冲击载荷，从而缩短零件的使用寿命。为了避免共振，缓和传动系统所受的冲 击载荷，提高零件的寿命，通常在各种轿车，货车的传动系中都装有扭转减振器。 4、 操纵机构：离合器的操纵机构是驾驶员借以使离合器，或使之柔和结合的一套机构。它起始于离合器踏板，终止于离合器壳（飞轮壳）内的分离轴承。按照分离离合器的操纵能源不同，离合器操纵机构可分为人力式和气压式两类。前者是以驾驶员的肌体作为惟一的操纵动力，后者是以发动机驱动的空气压缩机作为主要操纵动力，而以人力作为辅助和后备的操纵动力。 5、 离合器盖总成：压盘、分离杆、压紧弹簧一起组装在离合器盖内，组成离合器盖总成。盖总成通过螺栓安装到发动机的 飞轮上。飞轮和压盘为主动件，发动机的转矩通过这两个主动件输入。飞轮和压盘之间为从动盘总成，它作为从动件通过摩擦接受由主动件传来的输入转矩，并通过其中间的从动盘毂花键输出转矩。压紧弹簧通过压盘那从动盘总成紧紧压在飞轮上，形成工作压力。当发动机工作带动飞轮和压盘一道旋转时，通过压盘上压紧弹簧产生的工作压力所形成的摩擦力，带动从动盘总成旋黑龙江工程学院本科毕业生毕业设计 11 转，完成转矩的输出。 6、 离合器的工作原理： 离合器盖与发动机飞轮用螺栓紧固在一起 ,当膜片弹簧被预加压紧 ,离合器处于接合位置时 ,由于膜片弹簧大端对压盘的压紧力 ,使得与从动盘摩擦片之 间产生摩擦力 。 当离合器盖总成随飞轮转动时 (构成离合器主动部分 ),就通过摩擦片上的摩擦转矩带动从动盘总成和变速器一起转动以传递发动机动力 将离合器踏板踏下 ,通过操纵机构 ,使分离轴承总成前移推动膜片弹簧分离指 ,使膜片弹簧呈反锥形变形，其大端离开压盘，压盘在传动片的弹力作用下离开离合片，是从动盘总成处于分离位置，切断发动机动力传递 3。 片弹簧离合器的特性 本设计采用膜片弹簧离合器，在离合器设计中采用膜片弹簧离合器有很多优点 ： （ 1）膜片弹簧本身起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使零件数目减 少，重量减轻； （ 2）其次，离合器的机构大大简化并显著地缩短了离合器的轴向尺寸； （ 3）膜片弹簧具有良好的线性特性，设计合适，可使摩擦片磨损到极限，压紧力仍能维持很少改变，切可减轻离合器踏板力，使操纵轻便。 （ 4）膜片弹簧的安装位置对离合器的旋转轴线是完全对称的，因此它的压紧力不会受离心力的影响，很适合高速旋转。 膜片弹簧起弹性作用的部分是其碟簧部分。碟簧部分的弹性形变特性和螺旋弹簧的不一样，它是一种非线性的弹簧。其特性和碟簧的原始内截锥高度 H 及弹簧片厚度h 之比 关，不同的 可以得到不同的弹性变形特性。一般分成下列四种情况。 1、 2如图 2 的曲线，载荷 P 增加时。变形 总是不断增加。这种弹簧的刚度很大，可以承受很大的载荷，适合作为缓冲装置中的形成限制弹簧。 黑龙江工程学院本科毕业生毕业设计 12 图 H/h 对膜片弹簧弹性特性的影响 2、 2如图 2 的曲线，弹簧的特性曲线在中间有一段很平直，变形增加时载荷 P 几乎维持不变。此种弹簧叫做零刚度弹簧。 3、 2 2 2如图 2 22 的曲线，弹簧的特性曲线中有一段负刚度区域，既当变形增加时，载荷反而减小。具有这种特性的膜片弹簧很有适用 于作为离合器的压紧弹簧。因为可利用其负刚度区，达到分离离合器时载荷下降、操纵省力的目的。当然，负荷刚度过大也不适宜，以免弹簧工作位置略微变动造成弹簧压紧力变化过大。本设计选取了此种情况。 4、 22如图 22 的曲线，这种弹簧的特性曲线中具有更大的负刚度不稳定工况区，而且具有载荷为负值的区域（特性曲线穿过了横坐标，图中未示出）。这种弹簧适合于汽车液力传动中的锁止机构 4。 合器的设计原则 离合器的主要功用是切断和实现发动机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；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系各零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。 为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足如下基本要求： （ 1）在任何行使条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载。 （ 2）接合时 要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。 （ 3）分离时要迅速、彻底。 （ 4）从动部件转动惯量要小，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。 黑龙江工程学院本科毕业生毕业设计 13 （ 6）应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力。 （ 7）操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。 （ 8）作用在从动盘上的总压力和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作工程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。 （ 9）具有足够的强度 和良好的动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长。 （ 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。 所谓使用可靠，指的是离合器机构或零部件在预定期内一直能正常工作。这意味着在使用中要注意保养，其耗费的劳动量也要尽量小。这就取决于制造和装配质量、结构设计和使用状况。很多情况下，离合器不能可靠工作就是和不完善的技术保养 零部件缺少必要的润滑和调整有关 5。 章小结 本章着重介绍了离合器的类型 分析， 膜片弹簧离合器的 结构和 工作原理， H/h 对膜片弹簧弹性特性的影响以及离合器的设计原则， 并分析了本文所选类型的特性。通过本章节可以清楚的了解离合器的工作原理和结构，为后面的设计提供一定的理论基础。 黑龙江工程学院本科毕业生毕业设计 14 第 3 章 膜片弹簧的设计与计算 合器主要参数的选择 备系数 后备系数 是离合器设计中一个重要的参数反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择 时，应该考虑摩擦片在使用中磨损后离合器仍能可靠地传递发动机最大转矩、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系过载及操纵轻便等因素。 小轿车：=货车： =本次设计选取 = 位压力 单位压力 定了摩擦表面的耐磨性，对离合器的使用寿命有很大的寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素，对于离合器使用频繁、发动机后备系数较小、载质量大或经常在坏路面上行驶的汽车 取小一些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦外缘处的热负荷， 取大一些；后备系数较大时，可适当增加 设计摩擦片材料选取粉末冶金材料。 范围为 本次设计选取 擦片的主要尺寸 本设计是以 型 载货汽车 为参考而进行设计的， 关参数如下所示： 最大总质量 9545动机最大扭矩 高车速 90km/h； 9动机最高转速 3000r/速器主减速比 动比 擦片的主要尺寸有外径 D、内径 d、厚度 b。 黑龙江工程学院本科毕业生毕业设计 15 (1) 摩擦片外径 D，可根据发动机最大功率选取 e m a x （ 式中 ，一般载货汽车 A=36（单片） ，本次设计取 D =325。 (2) 内径， 围内，本设计选取 入数值 d=190。 (3) 摩擦片厚 b 主要有 种尺寸， 取值范围见表 本次设计取b= 表 式离合器摩擦片尺 寸系列 （ 外径 径 度 b 外径 径 度 b 160 110 00 175 80 125 25 190 00 140 50 195（ 190） 25（ 220） 150 80 205 50（ 254） 155（ 150） 05 220 80 165（ 180） 30 230 摩擦因素、摩擦片数、离合器间隙的选取 摩擦片的摩擦因素 f 取决于摩擦片所用的 材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。摩擦片的材料主要有石棉基材料、粉末冶金材料和金属陶瓷材料等。石棉基材料的摩擦因素 f 受工作温度、单位压力和滑磨速度影响较大， 并且它的粉尘对环境有污染， 而粉末冶金材料和金属陶瓷材料的摩擦因素 f 较大且稳定。本设考虑到经济性和实用性选取了粉末冶金材料的摩擦片。摩擦因素 f=取 f= 摩擦面数 z 为离合器从动盘数目的两倍，本设计为单盘故