大众速腾轿车离合器设计【全套CAD图纸和毕业答辩论文】

黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘 要 离合器是汽车传动系中的重要部件，主要功用是是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车平稳起步，保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动系统所承受的最大转矩，防止传动系统过载。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。 本文主要是对轿车的膜片式弹簧离合器进行设计。根据推式膜片弹簧离合器工作原理和使用要求，采用系统化设计方法，把离合器分为主动部分、从动部分、操纵机构。通过对各个部分设计方案的原理阐释和优缺点的比较，确定了相关部分的基本结构及其零部件的制造材料。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 D 的确定，离合器后备系数 的确定，单位压力 P 的确定。并进行了总成设计主要为：分离装置的设计，以及从动盘设计和膜片弹簧设计等。 关键词 ：离合器；膜片弹簧 ；从动盘；压盘；摩擦片 黑龙江工程学院本科生毕业设计 is an of of it an of is to to a of is a In of in of to of as as of of of of is a is to of To of 龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘 要 I 1 章 绪 论 1 究现状 1 合器结构和工作原理 1 计内容 2 第 2 章 离合器结构的设计 3 计参数和结构要求 3 擦片的选择 3 盘的选择方式 3 紧弹簧的选择与布置 3 离轴承的选择形式 4 合器通风散热的解决措施 5 章小结 6 第 3 章 离合器基本结构参数的计算和确定 7 擦片内径、 外径的确定 7 擦片上单位压力的确定 8 合器后备系数的确定 8 本章小结 9 第 4 章 离合器从动盘总成的设计 10 动盘的结构 10 动盘设计 10 动片的选择 11 黑龙江工程学院本科生毕业设计 擦片的材料的确定 11 动盘毂的设 计 12 震弹簧的设计 13 章小结 14 第 5 章 离合器膜片弹簧 15 片弹簧的结构 15 片弹簧的弹性变形特性 15 片弹簧的参数尺寸确定 17 和 R/ 17 片弹簧起始圆锥底角 17 离指数目、切 槽宽、窗孔槽宽、及半径 17 17 盘加载点半径和支撑环加载点半径的确定 18 片弹簧的计算 18 章小结 21 第 6 章 离合器盖总成的设计 22 盘尺寸的确定 22 盘的传力方式的确定 23 盘和传力片的材料选择 23 合器盖的设计 23 章小结 23 第 7 章 分离装置和操纵机构的设计 25 离套筒和分离轴承的设计 25 纵机构的机构形式 25 纵机构的设计计算 25 章小结 26 黑龙江工程学院本科生毕业设计 结 论 27 参考文献 28 致 谢 29 附 录 30 黑龙江工程学院本科生毕业设计 黑龙江工程学院本科生毕业设计 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 究现状 现代各类汽车上应用的最广泛的离合器是干式盘形摩擦离合器，可按从动盘数目不同、压紧弹簧布置形式不痛、压紧弹簧结构形式不同和分离时作用力方向不同分为很多种。按作用力方向可分为推式和拉式。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，因膜片弹簧是一种对称零件，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。所以膜片弹簧离合器在技术上比较先进，经济性合理，同时其性能良好，使用可靠性高、寿命长，结构简单紧凑，操作轻便，在保证可靠地传递发动机最大扭矩的前提下有很大的优 点。 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 。本次设计的目的是克服上述困难，使离合器的尺寸减小 ，便于安装盒布置；减小从动部分的转动惯量，保证换挡容易，使用起来效果更好，而且具有稳定性好、操纵方便等优点。膜片弹簧离合器，它的转矩容量大且较稳定，操纵轻便，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。 合器结构和工作原理 离 合器是汽车传动系中直接与发动机相关联的部件，主动部分与从动部分可以暂时分离，又可逐渐接合，并且在传动过程中还要有可能相对转动，通过主动、从动两部分的相互作用把发动机的动力扭矩传递给驱动系统，来实现汽车的起步、换挡的功能。离合器的作用有三：一是保证汽车平稳起步，二是保证传动系换挡时工作平稳，三是防止汽车传动系过载。 目前在汽车离合器中，摩擦式离合器用得最为广泛。摩擦式离合器按结构分可分主动部分（包括飞轮、离合器盖和压盘）、从动部分（从动盘总成）、压紧机构（压紧弹簧）和操纵机构（包括分离叉、分离轴承、分离踏板和 传动部件）。在膜片弹簧离黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 合器中膜片弹簧有压紧弹簧和分离杠杆的双重作用，所以膜片弹簧离合器的结构设计主要是包括从动盘总成、膜片弹簧和压盘总成三个部分。 (a) (b) (c) 图 片弹簧离合器工作原理示意图 a安装前位置； b安装后； c分离位置 1飞轮； 2摩擦片； 3离合器盖； 4分离轴承； 5压盘； 6膜片弹簧； 7 支撑环 膜片弹簧为碟形，其上开有若干个径向开口，形成若干个弹性杠杠。弹簧中部有钢丝支承圈，用铆钉将其安装在离合器盖上。在离合器盖未固定到飞轮上时，膜片弹簧处于自由状态，离合器盖与飞轮接合面间有一距离 L。用螺栓将离合器盖固定到飞轮上时，离合器盖通过后钢丝支承圈把膜片弹簧中部向前移动了一段距离。由于膜片弹簧外端位置没有变化，所以膜片弹簧被压缩变形。膜片弹簧外缘通过压盘把从动盘压靠在飞轮后端面上，这时离合器为接合状态。在分离离合器时，分离轴承前移，膜片弹簧将以前钢丝支承圈为支点，其外缘向后移动，在分离钩的作用下，压盘离 开从动盘后移，离合器就变为分离状态了。 计内容 本设计的目的是减小从动部分的转动惯量，保证换挡容易，使用起来效果更好，而且具有稳定性好、操纵方便等优点。膜片弹簧离合器，它的转矩容量大且较稳定，操纵轻便，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。本设计就是设计膜片弹簧离合器，在设计中对各种离合器类型进行分析，确定出结构方案，再对离合器的各基本参数进行选择计算，设计出各个零件，最终设计出使用于普通轿车的车用离合器。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 第 2 章 离合器结构的设计 计参数和结构要求 表 众速腾车型的参数 名称 参数 发动机最大功率及转速 74000动机最大转矩及转速 145 800动机排量 高车速 185km/h 擦片的选择 单片离合器因为结构简单，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，所以被广泛使用于轿车和中、小型货车，因此该设计选择单片离合器。 盘的选择方式 压盘在与离合器盖连接后带动摩擦片转动。压盘在工作中属于主动传动 ， 在飞轮和离合器盖得带动下传递扭矩。 在不传递扭矩时，应能够与从动盘脱离接触，所以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。 压盘和飞轮的连接方式有很多种，有 凸块 窗孔式、传力销式、键式以及弹性传动片式等 ， 现在一般 采用弹性传动片式。 在传动过程中会有摩擦和震动。压盘应具有较大的质量，以增大热容量，减小温升，防止其产生裂纹和破碎。同时压盘还应具有较大的刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减小受热后的翘曲变形。以免影响摩擦片的均匀压紧与离合器的彻底分离。 紧弹簧的选择与布置 离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置 弹簧式、膜片弹簧式等。其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。膜片弹簧与其他几类相比又有以下几个优点： （ 1） 由于膜片弹簧有理想的非线性特征 ,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 致不变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。当离合器分离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力； （ 2） 膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小； （ 3） 高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显下降； （ 4） 由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，可提高使用寿命； （ 5） 易于实现良好的通风散热，使用寿命长； （ 6） 平衡性好； （ 7） 有利于大批量生产，降低制造成本。 但膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材料质量和尺寸精度要求高，其非线性特性在生产中不易控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。近年来，由于材料性能的提高，制造工艺和设计方法的逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。因此，我选用膜片弹簧式离合器 。 离轴承的选择形式 分离轴承在工作中主要承受轴向力，在分离离合器时由于分离轴承旋转产生离心力，形成其径向力。故离合器的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承两种。前者适合于高速低轴向负荷，后者适合于相反情况 小型车有时采用含油石墨止推滑动轴承。分离轴承与膜片弹簧之间有沿圆周方向的滑磨，当两者旋转中不同心时也伴有径向滑磨。为了消除因不同心导致的磨损并使分离轴承与膜片弹簧内端接触均匀，膜片弹簧离合器广泛采用自动调心式分离装置结构原理如图 有旋转轴承，轴承罩，波形片簧如图 2，它由厚约为 的65带制成，油淬、模内回火度 51） 及分离套筒组成。由于轴承与套筒间都留有足够径向间隙以保证分离轴承相对于分离套筒可以径向移动 1右，所以当膜片相对分离套筒有偏斜时，由于波形片簧能够产生变形，允许分离轴承产生相对的偏斜，以保证膜片弹簧仍能被均匀的压紧，也防止了膜片弹簧分离指处的异常磨损并减少了噪音。另外由于分离指与直径较小的轴承内圈接触，则增大了膜片弹簧的杠杆比。 分离套筒支撑着分离轴承并位于变速器第一轴轴承盖的轴颈上，可以轴向移动。分离器结合后，分离轴承与分离杠杆之间一般有 34隙，以免在摩擦片磨损后黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 引起压盘压力不足而导致离合器打滑使摩擦片以及分离轴承烧坏。此间隙使踏板有段自由行程。有的轿车采用无此间隙的内圈恒转式结构，用轻微的油压或弹簧力使分离轴承与杠杆端（多为膜片弹簧）经常贴合，以减轻磨损和减少踏板行程。本设计采用自动调心分离轴承，其结构如图 述。 图 调心轴承装置 1 分离轴承； 2波形弹簧； 3分离轴承罩； 4分离套筒 合器通风散热的解决措施 离合器在工作时会产生很高的温度。 在正常使用条件下，离合器的压盘工作表面的温度一般均在 180 以下，随着 其温度的升高，摩擦片的磨损将加快。当压盘工作表面的温度超过 200 时，摩擦片的磨损速度将急剧升高。 同时会降低压盘的传力特性。 在 更高的使用条件下 ，该温度有可能达到 1000 。在高温下压盘会翘曲变形甚至产生裂纹和碎裂；由石棉摩擦材料制成的摩擦片也会烧裂和破坏。为防止摩擦表面的温度过高，除压盘应具有足够的质量以保证有足够的热容量外，还应使其散热通风良好。为此，可在压盘上设置散热筋或鼓风筋；在双片离合器中间压盘体内铸出足够多的导风槽，这种结构措施在单片离合器压盘上也开始应用；将离合器盖和压盘设计成带有鼓风叶片的结构；在保证有足够刚度的前提下在离合器盖上开出较多或较大的通风口，以加强离合器表面的通风散热和清除摩擦产生的材料粉末，在离合器壳上设置离合器冷却气流的入口和出口等所谓通风窗 ，在离合器壳内装设冷却气流的导罩，以实现对摩擦表面有较强定向气流通过的通风散热等。为防止压盘 的受热翘曲变形，压盘应有足够大的刚度。鉴于以上对质量和刚度的要求，一般压盘都设计得比较厚，黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 一般不小于 10 章小结 根据任务书中给定的车型，对离合器的结构进行了布置。包括对摩擦片、压紧弹簧、压盘、分离轴承和通风散热结构的设计。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 第 3 章 离合器基本结构 参数的计算和确定 擦片内径、外径的确定 摩擦片外径 D（ 可以根据发动机最大转矩（ 如下经验公式选用 （ 式中： 直径系数，取值范围见表 表 径系数 取值范围 车 型 直径系数 乘用车 大总质量为 商用车 片离合器 ) 片离合器 ) 最大总质量大于 商用车 选车型得 = m， = 则将各参数值代入式后计算得 D= 根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，根据下表 表 合器摩擦片尺寸系列和参数（即 4） 外径 D/60 180 200 225 250 280 300 325 350 内径 d/10 125 140 150 155 165 175 190 195 厚度 h/ C =d/D 3C 位面积 F/ 3106 132 160 221 302 402 466 546 678 应取：摩擦片相关标准尺寸： 外径 D=225 内径 d=150 厚度 h= 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 内径与外径比值 C=1 3C = 擦片上单位压力的确定 离合器使用频繁 ,工作条件比较恶劣 (如城市用的公共汽车和矿用载重车 ),单位压力 P 较小为好。当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力 P。因为在其它条件不变的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘的线速度大，滑磨时发热厉害，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力 P 应随摩擦片外径的增加而降低。 前面已经初步确定了摩擦片的基本尺寸：外径 D=225径 d=150度h=径与外径比值 C=又初选 =用公式（ 以校核单位压力 P： T 12 1 33 (式中： 片离合器取 2； 摩擦系数，可取 = 代入相关数据则得： P= 合器后备系数的确定 后备系数保证了离合器能可靠地传递发动机扭矩，同时它有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器的使用寿命。但为了离合器的尺寸不致过大，减少传递系的过载，使操纵轻便等，后备系数又不宜过大。在开始设计离合器时一般是参照统计质料，并根据汽车的使用条件，离合器结构形式等特点，初步选定后备系数。 表 合器后备系数的取值范围 车 型 后备系数 乘用车及最大总质量小于 6t 的商用车 大总质量为 6 14t 的商用车 车 合设计实际情况，故选择 = 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 本章小结 本章的设计对于离合器的最终设计是非常重要的，根据给定车型的扭矩、功率，通过经验公式计算出摩擦片的内外径。根据车型的不同选择出适合本车型的后备系数。最后通过摩擦片的尺寸和后背系数计算出摩擦片的单位压力，确定单位压力是否在许用范围内。经过计算单位压力在许用范围内。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 第 4 章 离合器 从动盘总成的设计 动盘的结构 从动盘是离合器工作中的重要部件，它位于两片摩擦片之间。用于 改善汽车行使的舒适性 ,并使汽车平稳起步。图 明了离合器从动盘的结构， 从动盘主要由从动片，从动盘毂，摩擦片等组成，由下图 4以看出，摩擦片 1， 10 分别用铆钉铆在波形弹簧片上，而后者又和从动片铆在一起。从动片 3 用限位销 5 和减振盘 9 铆在一起。这样，摩擦片，从动片和减振盘三者就被连在一起了。在从动片 3 和减振盘 9 上圆周切线方向开有 6 个均布的长方形窗孔，在在从动片和减振盘之间的从动盘毂 6 法兰上也开有同样数目的从动片窗孔，在这些窗孔中装有减振弹簧 8，以便三者弹性的连接起来。在从动片和减振盘的窗孔上都制有翻边，这样可以防止弹簧滑脱出来。在从动片和从动盘毂之间还装有减振摩擦片 4。当系统发生扭转振动时，从动片及减振盘相对从动盘毂发生来回转动， 系统的扭转能量会很快被减振摩擦片的摩擦所吸收。 图 带扭转减振器的从动盘 1， 10摩擦片； 2 波形弹簧片； 3从动盘钢片； 4摩擦阻尼片； 5铆钉； 6 从动盘毂； 7调整垫片； 8减震弹簧； 9减震盘； 动盘设计 从动盘总成由摩擦片、从动片、减震器和从动盘穀等组成。它虽然对离合器工作性能影响很大的构件，但是其工作寿命薄弱，因此在结构和材料上的选择是设计的重黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 点。从动盘总成应满足如下设计要求： （ 1） 从动盘的转动惯量应尽可能小，以减小变速器换挡时齿轮间的冲击。 （ 2） 从动盘应具有轴向弹性，使离合器接合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，以减小磨损。 （ 3） 应安装扭转减震器，以避免传动系共振，并缓和冲击。 动片的选择 汽车在行驶中进行换档时，首先要分离离合器，从动盘的转速必然要在离合器换档的过程中发生变化，或是增速（由高档换为低档）或是降速（由低档换为高档）。设计从动片时要尽量减轻质量，并使质量的分布尽可能靠近旋转中心，以获得小的转动惯量。这是因为离合器的从动盘转速的变化将引起惯性力，而使变速器换档齿轮之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 小与冲动盘的转动惯量成正比，因此为了见效转动惯量，从动片都做的比较薄，通常是用 的薄钢板冲压而成 ,为了进一步减小从动片的转动惯量 ,其质量更加靠近旋转中心。 为了使离合器结合平顺，保证汽车平稳起步，单片离合器的从动片一般都作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，从而保证离合器所传递的力矩是缓和增长的。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，有利于摩擦片的磨损。 具有轴向弹性 的的传动片有以下三种形式：整体式的弹性从动片，分开式的弹性从动片、及组合式弹性从动片。， 在本设计中，因为设计的是轿车的离合器，故采可以用整体式弹性从动片，离合器从动片采用 2的的薄钢板冲压而成，其外径由摩擦面外径决定，在这里取225径由从动盘毂的尺寸决定，这将在以后的设计中取得。为了防止由于工作温度升高后使从动盘产生翘曲而引起离合器分离不彻底的缺陷，还在从动刚片上沿径向开有几条切口。 擦片的材料 的确定 摩擦片是离合器中传动系的重要部件。 摩擦片的工作条件比较恶劣，为了保证它能长期稳定的工作，根据汽车的的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求： （ 1）应具有较稳定的摩擦系数，温度，单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 影响小。 （ 2）要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。 （ 3）要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好。 （ 4）热稳定性要好，要求在高温时分离出的粘合剂较少，无味，不易烧焦。 （ 5）磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面。 （ 6）油水对摩擦性能的影响应最小。 （ 7）结合时应平顺而无 “咬住 ”和 “抖动 ”现象。 通 过选取 ,车用离合器上 一般 采用石棉塑料摩擦片，是由耐热和化学稳定性能比较好的石棉和粘合剂及其它辅助材料混合热压而成，其摩擦系数大约在 右。这种摩擦片的缺点是材料的性能不稳定温度，滑磨速度及单位压力的增加都将摩擦系数的下降和磨损的加剧。 所以目前正在研制具有传热性好、强度高、耐高温、耐磨和较高摩擦系数 。 冶金摩擦片和陶瓷摩擦材料等。在该设计中汽车使用条件良好，所以仍选取的是石棉合成物制成的摩擦材料。 固紧摩擦片的方法采用较软的黄铜铆钉直接铆接，采用这种方法后，当在高温条件下工作时，黄铜铆接有较高的强度，同时 ，当钉头直接与主动盘表面接触时，黄铜铆钉不致像铝铆钉那样会加剧主动盘工作表面的局部磨损，磨损后的生成物附在工作表面上对摩擦系数的影响也较小。这种铆接法还有固紧可靠和磨损后换装摩擦片方便等优点。 动盘毂的设计 从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的尺寸可根据摩擦片的外径 D 与发动机的最大转矩 国标 74 选取。 花键的尺寸选定后应进行强度校核。由于花键的损坏形式主要是表面受力过大而破坏，所以 花键要进行挤压应力校核，如果应力偏大可以适当增加花键毂的轴向长度。 花键挤压应力校核公式如下： = （ 式中： P花键的齿侧面压力，它有下式确定： P=4 （ D ,d分别为花键的外径，内径， m;Z从动盘毂的数目 ; 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 发动机最大转矩， N花键齿数 ; h花键齿工作高度， m； ( ) / 2h D d ; l花键有效长度， m。 代入相关数据可得： P=33300N， =花键毂花键的 = =20以该花键毂花键的尺寸合适。 表 动盘毂花键尺寸系列 从动盘外径 D/ 发动机转矩键齿数n 花键外径D / 花键内径d / 齿厚 / 有效齿 长 l/ 挤压应力 /M 160 49 10 23 18 3 20 80 69 10 26 21 3 20 00 108 10 29 23 4 25 11 1 225 147 10 32 26 4 30 11 3 250 196 10 35 28 4 35 10 2 280 275 10 35 32 4 40 12 5 300 304 10 40 32 5 40 10 5 325 373 10 40 32 5 45 11 4 350 471 10 40 32 5 50 13 0 震弹簧的设计 减震弹簧的材料采用 65 号弹簧钢丝，即根据布置上的可能性来确定减振器弹簧设计相关尺寸。 （ 1）减振弹簧的分布半径