本田思域-轿车离合器设计

本科毕业设计 论文 I 摘 要 需要图纸的请加 对于以内燃机为动力的汽车 离合器在机械传动系中是作为一个独立的总成而存 在的 它是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成 目前 各种汽车广泛采用的离 合器是干式盘形摩擦离合器 是一种依靠主 从动部分之间的摩擦来传递动力且能分 离的装置 它主要包括主动部分 从动部分 压紧机构和操纵机构等四大部分 其离合器是汽车传动系统中直接与发动机相连的部件其作用是在换挡时使发动机 和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 并且还可 以防止传动系过载 本文是对本田思域轿车设计离合器 根据车型和配置 选用摩擦式膜片弹簧离合 器 通过对车辆各参数的分析和传动系需要 先确定离合器的基本结构和参数 如摩 擦片的尺寸和结构形式 再根据所得的参数设计计算从动盘毂 膜片弹簧的结构和尺 寸 并对其结构和强度等进行校核 在设计压盘和离合器盖等部件时 需要考虑散热 等问题 即要加工散热孔槽 而离合器操纵机构的设计相对简单 即分离轴承和拨叉 等部件的设计 最后再对离合器的参数进行优化 使设计出的离合器能更好的与所选 车型相匹配 从而达到使传动系的传递效率更高 换挡更顺畅的目的 本文还叙述了 离合器各组成部件的材料及加工工艺等 关键词 本田思域 离合器 校核 优化设计 本科毕业设计 论文 II Abstract With internal combustion engine powered vehicle mechanical transmission systems the clutch assembly as an independent existence it is a car transmission lines directly connected with the engine assembly Widely used for all types of motor vehicle friction clutch in fact is a kind of rely on their owners some friction between the follower to pass power cut can be separated institutions It includes active part of the driven part pressed bodies control agencies in four parts Automotive transmission clutch directly connected with the engine components and its role in the shift when the temporary separation of the engine and gearbox and gradually bonding to cut off or pass the engine to the transmission input power and also can prevent transmission line overload This article is designed for Honda Civic sedans clutch depending on model and configuration use friction type diaphragm spring clutch The parameters of the vehicle through the analysis and transmission system needs first determine the basic structure and parameters of the clutch such as the friction plate of the size and structure Then according to the parameters derived from design calculations driven plate hub the structure and size of diaphragm spring and its structure and strength to checking In the design pressure plate and clutch cover and other parts we need to consider issues such as heat that is to processing of cooling holes in tank The design of the clutch control mechanism is relatively simple namely separation of components such as bearings and fork design Finally re optimize the parameters of the clutch so that the clutch can be designed to better match with the selected model to achieve the transmission system so that the transmission more efficient smoother shifting purposes This article also describes the constituent parts of the clutch material and processing technology and so on Key words Honda Civic clutch checking re optimize 本科毕业设计 论文 III 目 录 摘 要 I Abstract II 第 1 章 绪 论 1 1 1 离合器的发展 1 1 2 离合器的使用要求 2 1 3 本文主要工作 3 第 2 章 离合器的结构和基本参数的确定 4 2 1 离合器的结构型式 4 2 1 1 摩擦离合器机构型式的选择 4 2 1 2 从动盘数及干 湿式的选择 4 2 1 3 压紧弹簧的结构型式及布置 5 2 1 4 压盘的驱动方式 9 2 2 离合器的结构选择 11 2 3 膜片弹簧离合器的工作原理 12 2 4 离合器基本参数的确定 12 第 3 章 离合器的设计 15 3 1 从动盘总成 15 3 1 1 从动盘毂 15 3 1 2 从动片设计 16 3 1 3 从动盘摩擦片 16 3 1 4 波形片和减振弹簧 17 3 2 膜片弹簧设计 17 3 2 1 膜片弹簧设计计算的基本公式 18 3 2 2 膜片弹簧基本参数的确定 18 3 2 3 膜片弹簧的强度校核 21 3 3 离合器盖设计 24 3 4 压盘结构设计 24 3 4 1 对压盘结构设计的要求 24 本科毕业设计 论文 IV 3 4 2 压盘几何尺寸的确定 25 3 4 3 传力方式的选择 27 3 5 分离轴承总成 27 3 6 操纵机构设计 27 第 4 章 结 论 28 致 谢 29 参考文献 30 本科毕业设计 论文 1 第 1 章 绪 论 1 1 离合器的发展 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 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 1889 年 德国戴姆勒公司生产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 锥形离合器的制造比较简单 摩擦面容易修复 它的摩擦材料曾用过骆毛带 皮 革带等 那时曾出现过蹄 鼓式离合器 其结构有利于在离心力作用下使蹄紧贴鼓面 蹄 鼓式离合器用的摩擦元件是木块 皮革带等 蹄 鼓式离合器的重量较锥形离合器 轻 无论锥形离合器或蹄 鼓式离合器 都容易造成分离不彻底甚至出现主 从动件根 本无法分离的自锁现象 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 汽车起步时离合器的接合比较平顺 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 采用纯粹的金属的摩擦副 把它们浸在油中工作 能达到更为满意的性能 浸在油中的盘片式离合器 盘子直径不能太大 以避免在高速时把油甩掉 此外 油也容易把金属盘片粘住 不易分离 但毕竟还是优点大于缺点 因为在当时 许多 其他离合器还在原创阶段 性能很不稳定 石棉基摩擦材料的引入和改进 使得盘片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材料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 直到进入 30 年代时 只有工程车辆 赛车和大功率的轿车上才使用多片离合器 早期的单片干式离合器由与锥形离合器相似的问题 即离合器接合时不够平顺 但是 由于单片干式离合器结构紧凑 散热良好 转动惯量小 所以以内燃机为动力 的汽车经常采用它 尤其是成功地开发了价格便宜的冲压件离合器盖以后更是如此 实际上早在 1920 年就出现了单片干式离合器 这和前面提到的发明了石棉基的摩 擦面片有关 但在那个时期相当长的一段时间内 由于技术设计上的缺陷 造成了单 本科毕业设计 论文 2 片离合器在接合时不够平顺的问题 第一次世界大战后初期 单片离合器的从动盘金 属片上是没有摩擦面片的 摩擦面片是贴附在主动件飞轮和压盘上的 弹簧布置在中 央 通过杠杆放大后作用在压盘上 后来改用多个直径较小的弹簧 沿着圆周布置直 接压在压盘上 成为现今最为通用的螺旋弹簧布置方法 这种布置在设计上带来了实 实在在的好处 使压盘上的弹簧的工作压力分布更均匀 并减小了轴向尺寸 多年的实践经验和技术上的改进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 结构简单 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 已能做到接合盘式平顺 因此现在广泛 采用于大 中 小各类车型中 如今单片干式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 高了离合器接合的平顺性 离合器从动盘总成中装有扭转减振器 防止了传动系统的 扭转共振 减小了传动系统噪声和载荷 随着人们对汽车舒适性要求的提高 离合器已在原有基础上得到不断改进 乘用 车上越来越多地采用具有双质量飞轮的扭转减振器 能更好地降低传动系的噪声 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 加大尺寸的空间有限 离合器的使用条件日酷一日 增加离合器传扭能力 提高使用 寿命 简化操作 已成为重型离合器当前的发展趋势 为了提高离合器的传扭能力 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 器的传扭能力和使用寿命是单片的 2 倍 但受到其他客观因素的影响 实际的效果要 比理论值低一些 近年来湿式离合器在技术上不断改进 在国外某些重型车上又开始采用多片湿式 离合器 与干式离合器相比 由于用油泵进行强制冷却的结果 摩擦表面温度较低 不 超过 93 因此 起步时长时间打滑也不致烧损摩擦片 查阅国内外资料获知 这C 种离合器的使用寿命可达干式离合器的 5 6 倍 但湿式离合器优点的发挥是一定要在 某温度范围内才能实现的 超过这一温度范围将起负面效应 目前此技术尚不够完善 1 2 离合器的使用要求 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 在任何行驶条件下 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 本科毕业设计 论文 3 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 从动部分转动惯量要小 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 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过程中变化要尽 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 易拆装 维修 调整方向等 1 3 本文主要工作 通过对离合器的认识与学习 在设计离合器时对离合器的结构进行选择 随后进行基本参数确定 离合器主要部件的设计 膜片弹簧的校核及优化设计 本科毕业设计 论文 4 第 2 章 离合器的结构和基本参数的确定 2 1 离合器的结构型式 2 1 1 摩擦离合器机构型式的选择 汽车离合器有摩擦式 电磁式和液力式三种类型 其中 摩擦式的应用最广泛 现代汽车摩擦离合器的典型结构型式是单片或双片干式 它由从动盘 压盘 压盘驱 动装置 压紧弹簧 有沿圆周均布的圆柱螺旋弹簧 中央布置的锥形或圆柱螺旋弹簧 和膜片弹簧等 离合器盖 分离杠杆 分离轴承等构成 本次设计选定的机构型式为单片摩擦式 2 1 2 从动盘数及干 湿式的选择 1 单片干式摩擦离合器 如图 2 1 所示 其结果简单 调整方便 轴向尺寸紧凑 分离彻底 从动件转动 惯量小 散热性好 采用轴向有弹性的从动盘时也能接合柔顺 因此 广泛用于各级 轿车及微 轻 中型客车与货车上 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 当转矩更大时可以采用双片离合器 2 1 单片干式摩擦离合器 2 双片干式摩擦离合器 如图 2 2 所示 与单片离合器相比 由于摩擦面增多使传递转矩的能力增大 接 合也更平顺 柔和 在传递相同转矩的情况下 其径向尺寸较小 踏板力较小 但轴 向尺寸加大且结构复杂 中间压盘的通风散热性差易引起过热而加快摩擦片的磨损甚 至烧伤碎裂 分离行程大 调整不当分离也不易彻底 从动件转动惯量大易使换挡困 难等 仅用于传递的转矩大且径向尺寸受到限制 本科毕业设计 论文 5 2 2 双片干式摩擦离合器 3 多片湿式离合器 摩擦面更多 接合更加平顺柔和 摩擦片浸在油中工作 表面磨损小 但分离行 程大 分离也不易彻底 特别是在冬季油液粘度增大时 轴向尺寸大 从动部分的转 动惯量大 所以过去未得到推广 近年来 由于多片湿式离合器在技术方面的不断完 善 重型车上又有采用 并有不断增加的趋势 因为它采用油泵对摩擦表面强制冷却 使起步时即使长时间打滑也不会过热 起步性能好 据称其使用寿命可较干式高出 5 6 倍 通过各结构优缺点的比较 本次设计选用的是单片干式摩擦离合器 2 1 3 压紧弹簧的结构型式及布置 离合器压紧弹簧的结构型式有 圆柱螺旋弹簧 矩形断面的圆锥螺旋弹簧和膜片 弹簧等 可采用沿圆周布置 中央布置和斜置等布置型式 根据压紧弹簧的型式及布 置 离合器分为 1 周置弹簧离合器 如图 2 1 2 2 所示 周置弹簧离合器的压紧弹簧是采用圆柱螺旋弹簧并均匀布置 在一个圆周上 有的重型汽车将压紧弹簧布置在同心的两个圆周上 周置弹簧离合器 的结构简单 制造方便 过去广泛用于各种类型的汽车上 现代由于轿车发动机转速 的提高 最高转速高达 5000 7000r min 或更高 在高转速离心力的作用下 周置弹 本科毕业设计 论文 6 簧易歪斜甚至严重弯曲鼓出而显著降低压紧力 另外 也使弹簧靠到定位座柱上而使 接触部位严重磨损甚至出现断裂现象 因此 现代轿车及微 轻 中型客车多改用膜 片弹簧离合器 但在中 重型货车上 周置弹簧离合器仍得到广泛采用 2 中央弹簧离合器 采用一个矩形断面的圆锥螺旋弹簧或用 1 2 个圆柱螺旋弹簧做压簧并布置在离合 接触 因此压盘由于摩擦而产生的热量不会直接传给弹簧而使其回火失效 压簧的压 紧力是经杠杆系统作用于压盘 并按杠杆比放大 因此可用力量较小的弹簧得到足够 的压盘压紧力 使操纵较轻便 采用中央圆柱螺旋弹簧时离合器的轴向尺寸较大 而 矩形断面的锥形弹簧则可明显缩小轴向尺寸 但其制造却比较困难 故中央弹簧离合 器多用在重型汽车上以减轻其操纵力 根据国外的统计资料 当载货汽车的发动机转 矩大于 400 450N m 时 常常采用中央弹簧离合器 3 斜置弹簧离合器 重型汽车采用的一种新型结构 以数目较多的一组圆柱螺旋弹簧为压紧弹簧 分 别以倾角 弹簧中心线与离合器中心线间的夹角 斜向作用于传力套上 后者再推动 压杆并按杠杆比放大后作用到压盘上 这时 作用在压杆内端的轴向推力等于弹簧压 力的轴向分力 当摩擦片磨损后压杆内端随传力套前移 使弹簧伸长 压力减小 倾 角亦减小 而 cos 值则增大 这样即可使在摩擦片磨损范围内压紧弹簧的轴向推力几乎 保持不变 从而使压盘的压紧力也几乎保持不变 同样 当离合器分离时后移传力套 压盘的压紧力也大致不变 因此 斜置弹簧离合器与前两种离合器相比 其突出优点 是工作性能十分稳定 与周置弹簧离合器比较 其踏板力约可降低 35 4 膜片弹簧离合器 作为压紧弹簧的膜片弹簧 是由弹簧钢制成的 具有 无底碟子 形状的截锥形 薄壁膜片 且自其小端在锥面上开有许多径向切槽 以形成弹性杠杆 而其余未切的 槽大端截锥部分则起弹簧作用 膜片弹簧的两侧则有支撑圈 它借助固定在离合器盖 上的一些铆钉来安装定位 当离合器盖未固定到飞轮上是 膜片弹簧不受力而处于自 本科毕业设计 论文 7 由状态 当离合器盖用螺栓固定到飞轮上时 由于离合器盖靠向飞轮 后支撑圈则压 膜片弹簧使其产生弹性变形 锥顶角度变大 甚至膜片弹簧几乎变平 同时在膜片弹 簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于接合状态 当离合器分离时 分离轴承前移 使膜片弹簧压前支撑圈并以此为支点发生反锥形的转变 使膜片弹簧大端后移 并通 过分离钩拉动压盘使离合器分离 图 2 3 双支撑环膜片弹簧离合器 图 2 4 单支持环膜片弹簧离合器 膜片弹簧离合器根据分离杠杆内端受推力还是受拉力 可分为拉式膜片弹簧离合 器和推式膜片弹簧离合器 推式膜片弹簧离合器根据支撑环数目的不同 可分为双支 撑环 图 2 3 单支持环 图 2 4 和无支撑环 图 2 5 三种形式 其中双支撑环形 式是目前广泛采用的一种结构形式 它又可分为三种 此次设计采用 MF 型 该结构的 离合器是一种比较成熟的膜片弹簧离合器 膜片弹簧 两个支撑环与离合器盖之间用 一个抬肩式铆钉定位并铆合在一起 结构较简单 拉式膜片弹簧又可分为无支撑环式 和单支撑环式两种形式 图 2 6 与推式膜片弹簧相比 拉式膜片弹簧在结构上更简 化 提高转矩容量与分离效率以及减轻操作强度 冲击和噪音 提高寿命等方面 都 比推式结构的要好 所以拉式膜片弹簧的应用也很广泛 它的不足是 膜片弹簧的分 离指与分离轴承总成嵌装在一起 安装与拆卸较困难 分离形成也比推式要大些 本科毕业设计 论文 8 图 2 5 无支撑环膜片弹簧离合器 图 2 6 无支撑环式和单支撑环式两种形式 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 图 2 7 图 2 8 因此可设计成当摩擦片磨损后 弹簧压力几乎可以保持不变 且可减轻分离 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 使离合器的结构大为简化 零件数目减少 质量减小并显著地缩短了其轴向尺寸 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 磨损均匀 也易于实现良好的散热通风等 本科毕业设计 论文 9 L2 L1 2 7 膜片弹簧工作位置图 2 8 膜片弹簧非线性特性图 膜片弹簧离合器的操纵曾经都是采用压式结构 当前 膜片弹簧离合器的压式操 纵已为拉式操纵结构所取代 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 拆装方便 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 由于膜片弹簧具有上述优点 并且制造膜片弹簧的工艺水平不断提高 因此膜片 弹簧离合器在轿车微型 轻型客车上都得到了广泛的采用 本次设计做的是推式膜片 弹簧离合器 2 2 1 4 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传动盘转动 所以它与飞轮连接在一起 但是这种连接应该允许压盘在离合器分离过程中能自由地 作轴向移动 压盘与飞轮的连接方式或其他的驱动方式有 凸块 窗口式 传力销式 键式 键槽 指销式 键齿式 以及弹性传动片式等 凸块 窗口式是在单片离合器中长期采用的传统结构 该结构是在压盘外缘铸出 3 4 个凸片 装配时伸入离合器盖对应的长方形窗口中 而离合器盖则与飞轮相连 考 虑到摩擦片磨损后压盘向前移 因此凸块应凸出窗口以外 其结构简单 但是凸块与 本科毕业设计 论文 10 窗口的配合处磨损后易使定心精度降低而失去平衡 且会产生冲击和噪音 所以在现 在的离合器中已经很少使用 3 传力销式是双片离合器采用的传统结构 它是用沿圆周均匀分布的几个传力销将 飞轮与中间的压盘连接在一起 键式也是一种压盘的驱动方式 包括键槽 指销式和键齿式两种 它是用键槽 指销或键齿将压盘与飞轮相连接而又不影响分离时压盘的轴向移动 在双片离合器的结构中也有采用综合式的压盘驱动方式的 即中间压盘通过键连接 压盘则通过凸块 窗孔驱动 上述几种压盘的驱动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是 0 2mm 左右 这样 在传动时将产生冲击和 噪音 且随着接触部分磨损的增加 间隙将加大 引起更大的冲击和噪音 甚至可能 导致凸块根部出现裂纹而造成零件的早期损坏 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 近年来 广泛采用了弹性传动片的传力方 式 弹性传动片 钢带传动片 是由薄弹簧钢带冲压制成一端铆在离合器盖上 另一 断用铆钉固定在压盘上 并且多用 3 4 组 每组 2 3 片 沿圆周作切向布置以改善传 动片的受力状况 这时 当发动机驱动时传动片受拉 当拖动发动机时传动片受压 这种用传动片驱动压盘的方式不仅消除了上述几种离合器的缺点 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稳定 4 通过比较以上各种方案的优缺点 本次设计压盘的驱动方式选用钢带传动片 本科毕业设计 论文 11 2 2 离合器的结构选择 本文是对 1 8LXI 新思域轿车的离合器进行设计 该车的基本参数如表 2 1 所示 表 2 1 1 8LXI 新思域轿车的基本参数 总质量 kg 1210 最大扭矩 N m r min 174 4300 变速器一挡传动比 4 125 主减速器传动比 4 22 驱动轮型号及尺寸 205 55 R16 91V 根据表 2 1 所示 该车属中下等排量的轿车 发动机的最大转矩不是很大 所以 可选择单片式离合器 如今大多数汽车上都使用摩擦片式离合器 因其结构简单 可 靠性强 维修方便 所以本次设计也采用摩擦片式 而采用干式离合器是因为湿式离 合器大多是多盘式离合器 由于所传递的扭矩不是很大 所以选用膜片弹簧的压紧方 式 综上 本次设计选择单片推式膜片弹簧离合器 如 2 9 图所示 5 图 2 9 单片膜片弹簧离合器 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 1 膜片弹簧具有较理想的非线性弹性曲线 2 膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用 结构简单 紧凑 质量小 3 告诉旋转时 弹簧压紧力降低很少 性能较稳定 4 膜片弹簧以整个圆周与压盘接触 压力分布均匀 5 易于实现良好的散热通风 使用寿命长 6 膜片弹簧中心与离合器中心线重合 平衡性好 6 本科毕业设计 论文 12 2 3 膜片弹簧离合器的工作原理 离合器盖 1 与发动机飞轮用螺栓紧固在一起 当膜片弹簧 3 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 5 的压紧力 使得压盘与从动盘 6 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 1 接合位置 2 分离位置 1 离合器盖 2 铆钉 3 膜片弹簧 4 支撑环 5 压盘 6 摩擦片 7 分离轴承总成 8 离合器踏板 9 输出轴 图 2 10 膜片弹簧离合器的工作原理图 要分离离合器时 将离合器踏板 8 踏下 通过操纵机构 使分离轴承总成 7 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 弹力作用下离开摩擦片 使从动盘总成处于分离位置 切断了发动机动力的传递 1 2 4 离合器基本参数的确定 离合器传递的扭矩与摩擦系数 弹簧压紧力 摩擦片的摩擦面数 摩擦片的平均 摩擦半径等因素有关 并且离合器所能传递的最大扭矩应适当的高于发动机的最大 e T 转矩 其间的关系为 max T 2 1 ARzpTT ee max 式中 z 摩擦面数 P 弹簧压紧力 摩擦系数 摩擦片的平均摩擦半径 e R 本科毕业设计 论文 13 后备系数 离合器的基本参数主要有性能参数有后备系数 和单位压力参数 P0 尺寸参数 D 和 d 及摩擦片厚度 h 1 后备系数 各类汽车 值的选取范围通常为 轿车和微型车 轻型货车 1 20 1 75 中型和重型货车 1 50 2 25 越野车 带拖挂的重型汽车和牵引汽车 1 80 4 00 根据上述原因及所选车型 选取 1 25 2 单位压力 P0 当摩擦片采用不同材料时 按下列范围选取 0P 石棉基材料 0 10 0 35MPa 0P 粉末冶金材料 0 35 0 60MPa 0P 金属陶瓷材料 0 70 1 5Mpa 0P 对于小轿车 时 P 约为 0 25MPa 时 p 可由下式选取 mmD230 mmD230 2 2 Dp 18 1 3 摩擦片外径 D 内径 d 和厚度 h 的确定 离合器应按转矩容量或热容量设计 摩擦片或从动片外径 D 是基本尺寸 它关系 到结构尺寸及质量的大小和使用寿命的长短设计是通常首先确定 D 的值 由以下公式计算 D 的值 2 3 max 2100 e T DR K 发动机的最大转矩 根据式 2 1 可得 139 2 N m maxeTmaxeT 轿车 47K D 172 mm 47 2 139 100100 max K Te 本科毕业设计 论文 14 表 2 2 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 F mm2 160 180 200 225 250 280 300 325 350 110 125 140 150 155 165 175 190 195 3 2 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 4 0 687 0 694 0 700 0 667 0 620 0 589 0 583 0 585 0 557 10600 13200 16000 22100 30200 40200 46600 54600 67800 根据表 2 2 摩擦片的尺寸见表 2 3 表 2 3 选定的摩擦片的尺寸 外径 D mm 内径 d mm 厚度 h mm C d D 1 3 C单位面积 F mm 2 1801253 50 6940 66513200 用公式 验算单位压力 maxe R e TZpA 0P 取 0 3 即 0160 0 3 0 070 0 100 0 070 0 100 0 3 2 217525 1 2233 p 0160 03 0 0051 0 000951 0 3 2 275 218 p 则 Mpa176 0 p 单位压力 P 在容许范围内 认为所选离合器的尺寸 参数合适 22 33 3 2 io io e RR RR R 本科毕业设计 论文 15 第 3 章 离合器的设计 3 1 从动盘总成 从动盘总成主要由从动盘毂 摩擦片 从动片 扭转减震器等组成 从动盘对离 合器工作性能影响很大 设计时应满足如下要求 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 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 以减少磨损 应安装扭转减震器 以避免传动系共振 并缓和冲击 7 3 1 1 从动盘毂 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 Temax 按国标 GB1144 74 选取 见表 3 1 表 3 1 离合器从动盘毂花键尺寸系列 花键尺寸摩擦片 外径 D mm 发动机的 最大转矩 Temax N m 齿数 n 外径 D mm 内径 d mm 齿厚 b mm 有效齿长 l mm 挤压应力 j Mpa 1605010231832010 1807010262132011 8 20011010292342511 3 22515010322643011 5 25020010352843510 4 28028010353244012 7 30031010403254010 7 32538010403254511 6 35048010403255013 2 本科毕业设计 论文 16 根据摩擦片的外径 D 180mm 与发动机的最大转矩 Temax 139 2 N m 由表 3 1 查得 n 10 D 26mm d 21mm b 3mm l 20mm j 11 8Mpa 则由公式校 核得 11 1 MPa 所以 所选花键尺寸能满足使用要求 3 1 2 从动片设计 从动片通常用 1 3 2 0mm 厚的钢板冲压而成 有时将其外缘的盘形部分磨薄至 0 65 1 0mm 以减小其转动惯量 从动片的材料与其结构型式有关 整体式即不带波 形弹簧片的从动片 一般用高碳钢 50 或 85 号钢 或 65Mn 钢板 热处理硬度 HRC38 48 采用波形弹簧片的分开式 或组合式 从动片 从动片采用 08 钢板 氰化 表面硬度 HRC45 层深 0 2 0 3mm 波形弹簧片采用 65Mn 钢板 热处理硬度 HRC43 51 其结构如图 3 1 所示 图 3 1 从动钢片结构示意图 3 1 3 从动盘摩擦片 离合器摩擦面片的结构如图 3 2 所示 在离合器接合 分离过程中 它将遭到严 重的滑磨 在相对很短的时间内产生大量的热 因此 要求摩擦面片应有以下一些综 合性能 1 在工作时有相对较高且稳定的摩擦系数 2 具有小的转动惯量 材料加工性能良好 3 在短时间内能吸收相对高的能量 且有良好的热稳定性 4 能承受较高的压盘作用载荷 44 5 35101 2835 10001752 14 4 2222 max znldD Te j 本科毕业设计 论文 17 5 承受相对较大的离心载荷而不破坏 6 具有足够的剪切强度 7 摩擦副有高度的容污性能 不影响它们的摩擦特性 8 具有优良的性价比 不污染环境 8 图 3 2 离合器摩擦面片 对于摩擦面片来说 有两个方面要求选择确定 一是结构尺寸 内 外直径已在 前面选定 厚度可根据使用寿命确定 二是材料 近年来 摩擦材料的种类增加极快 常用的有石棉基 有机摩擦材料 金属陶瓷摩擦材料等 这里选择石棉基摩擦材料 摩擦系数在 0 25 0 4 之间 其允许的单位压力在 0 2 0 3Mpa 9 3 1 4 波形片和减振弹簧 波形片一般采用 65Mn 厚度小于 1mm 硬度为 40 46HRC 并经过表面发蓝处理 减振弹簧常采用 60Si2MnA 50CrVA 65Mn 等弹簧钢丝 扭转减震器如图 3 3 所示 图 3 3 扭转减震器结构示意图 3 2 膜片弹簧设计 膜片弹簧的大端处为一完整的截锥 类似无底的碟子 和一般机械上用的碟形弹 簧一样 故称作碟簧部分 如图 3 4 所示 膜片弹簧起弹性作用的正是其碟簧部分 本科毕业设计 论文 18 与碟形弹簧不同的是在膜片弹簧上还有径向开槽部分 形成许多称为分离指 起分离 杠杆作用的弹性杠杆 分离指与碟簧部分小端交接处的径向槽较宽且呈长方孔 分离 指根部的过渡圆角半径应大于 4 5mm 以减少分离指根部的应力集中 长方孔又可用来 安置销钉固定膜片弹簧 10 图 3 4 膜片弹簧结构示意图 3 2 1 膜片弹簧设计计算的基本公式 假设膜片弹簧在承载过程中 其子午断面刚性地绕过断面上的某中性点转动 通 过支承环和压盘加在膜片弹簧上的载荷 F1 N 集中在支承点处 加载点间的相对轴向 变形为 1 mm 则膜片弹簧弹簧特性如下式表示 F 3 2 11 1 11 1 2 11 2 1 11 2 ln 16 h rR rR H rR rR H rR rREh f 1 式中 E 为材料的弹性模量 MPa 对于钢 E 2 1 105 Mpa 为材料的泊松比 对于钢 0 3 H 为膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度 mm h 为膜片弹簧钢板厚度 mm R r 分别为压盘加载点和支承环加载点半径 mm R1 r1分别为压盘加载点和支承环加载点半径 mm 3 2 2 膜片弹簧基本参数的确定 1 比值 H h 的选择 该比值对膜片弹簧的弹性特性影响极大 因此 要利用 H h 对弹簧特性的影响 正确地选择该比值 以得到理想的特性曲线及获得最佳的使用性能 为保证离合器压 本科毕业设计 论文 19 紧力变化不大和操纵轻便 汽车的膜片弹簧离合器的 H h 一般取 各字母含义见图 3 5 1 5 H h 2 本设计选取 1 3 3 2 9 3 则 re 70 9 3 60 7 本设计取 re 60mm 7 膜片弹簧工作点位置的选择 图 3 6 膜片弹簧工作点位置 本科毕业设计 论文 22 汽车离合器膜片弹簧特性曲线的形状如图 3 6 所示 选择好曲线上的几个特定工 作点的位置很重要 拐点 T 对应着膜片弹簧的压平位置 而 1T为曲线凸点 M 和凹点 N 的横坐标平均值 B 点为新离合器 摩擦片无磨损 在接合状态时的工作点 通常 取在使其横坐标为 1B 0 8 1 0 1T的位置 以保证摩擦片在最大磨损 后的工作 点 A 处压紧力变化不大 摩擦片总的最大允许磨损量 可按上图求得 上图中 ZC 离合器的摩擦片工作表面数目 本设计为单片则 ZC 2 SO 每个摩擦工作表面的最大允许磨损量 一般为 SO 0 5 1mm 1B C 点为离合器彻底分离时的工作点 它以靠近 N 点为好 以减少分离轴承的推力 使操纵轻便 本设计取 SO 0 9mm 则 1 80mm 因 M N 为拐点 对式 3 1 求一次导数并令其导数值为零 即 经简 1 1 0 dF d 化后得到 2222 1111 11 2 2 0 3 H RrRr Hh RrRr 由于 2 5 0 因此有两个实根 从而求得 2 4bac 2 14 4 66 1M 1N 这两值即是 F1达到极值时的横坐标 即分别为点 M 和点 N 的横坐标 则 3 40 111 2 TMN 图 3 4 中 B 点 取 3 06 11 0 9 BT A 点 1 26 11AB C 点 取 4 70 11CN 3 2 3 膜片弹簧的强度校核 如图3 6所示以中性点O为坐标原点在子午截面处建立x y坐标系 则截面上任意 点的切向应力为 3 2 2 2 1 t xy E ex 本科毕业设计 论文 23 式中 为碟簧部分子午截面的转角 rad 为膜片弹簧自由状态时的圆锥底角 rad e为中性点O的半径 mm e R r ln R r 分析表明 膜片弹簧碟簧部分凸 面的内缘点B 见右图 处切向压应力最大 而凹面的外缘点A或A 处的切向拉应力最 大 但B点的应力值最高 而且B点的最大应力值是发生在离合器分离过程中的某一位 置 并且此时B点处于两向应力状态 故通常只计算B点处的应力来校核膜片弹簧的强 度 应使B点当量应力小于许应力 即 Bj max时 1取值为 max 1 求离合器彻底分离时 分离轴承作用的载荷 2 F 彻底分离时 4 66mm 则将各参数带入公式 1 1N F 2 11 2 2 21 2 2 22 ln 16 h rr rR H rr rR H rr rREh f ff 得 1544 9N 2 F 2 求分离轴承的实际行程2F 本科毕业设计 论文 24 压盘行程 1 70mm 则将各参数代入公式 T 1f 1C 1B co 22 4 dDz Tc Tco 得 分离指假定为刚性时的分离行程 4 47mm 2 f f f rR rr 1 1 因分离指为非刚性的 则分离指在力的作用下有附加弹性变形 则分离轴2P2 f 承推膜片弹簧的实际行程为 2F 3 5 2 f 2 f 式中的附加弹性变形可由下式求2 f e f e ff e f fe f e f e f f rr r r r r r r r r rr r r r r Eh rP ln2 2 11 ln121 2 11 6 2 2 2 2 2 2 2 1 3 2 2 2 3 6 式中 膜片弹簧分离指前部最宽处的半径 mm er 膜片弹簧小端半径 mm ir n 膜片弹簧分离指的数目 1 分离指前部的宽度系数 2 分离指根部的宽度系数 1 分离指前部的切槽宽度 mm 2 分离指根部的切槽宽度 mm 代入公式 3 4 5 各项参数数值 计算得 2 f 0 06mm 则 4 47 0 63 5 10mm 2F 3 求 B 点当量应力Bj 本科毕业设计 论文 25 首先 求B点应力最大时弹簧大端的变形 在公式 3 3 中各项参数均已知 1 则代入各值计算得 5 32mm 因此有 则 1 70mm max 1maxf 1 1f 将值及各项所需参数值代入公式 3 6 中可得 1 Bj 1029 1MPaMpa1400 1400 因此膜片弹簧满足使用要求 3 3 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 压紧弹簧和分离杆的支承壳体 在离合器盖结构设计时应达到以下几个要求 1 应具有足够的刚度 以免影响离合器的工作特性 增大操纵时的分离行程 减 小压盘升程 严重时摩擦面不能彻底分离 为此可采取如下措施 适当增大盖的板厚 一般为 2 5 4 0mm 在盖上冲制加强肋或在盖内圆周处翻边 尺寸大的离合器盖可改 用铸铁铸造 2 应与飞轮保持良好的对中 一面影响总成的平衡和正常的工作 对中方式采用 定位销或定位螺栓 也采用止口对中 3 盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度 4 为了便于通风散热 防止摩擦表面温度过高 可在离合器盖上开较大的通风口 将离合器制成特殊的叶轮形状 或在盖上下班加设通风扇片等 用以鼓风 乘用车和载质量较小的商用车的离合器一般用 08 10 钢等低碳钢板 载质量较大 的商用车则常用铸件或铝合金压铸件 本设计采用厚 3mm 的 08 钢板冲压而成 3 4 压盘结构设计 压盘设计主要包括几何尺寸的选择和传力方式的确定两个方面 3 4 1 对压盘结构设计的要求 1 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 有 时可设置各种形状的散热肋或鼓风肋 以帮助散热通风 中间压盘可铸出通风槽 也 可采用传热系数较大的铝合金压盘 本科毕业设计 论文 26 2 压盘应具有较大的刚度 3 与飞轮应保持良好的对中 并要进行静平衡 4 压盘高度尺寸 从承压点到摩擦面的距离 公差要小 3 4 2 压盘几何尺寸的确定 1 压盘内 外径的确定 yy Dd 前面我们已经通过计算确定了摩擦片的内 外径 从一般而言 压盘内径稍微小 于摩擦片的内径 压盘外径稍大于摩擦片外径 故本设计压盘外径 190mm 压盘内径为 120mm y D y d 2 压盘厚度的确定 y h 压盘厚度的确定主要依据以下两点 1 压盘的质量 在离合器的接合过程中 由于滑摩功的存在 第接合一次都要产生大量的热 而 第次接合的时间短 大约 3 秒钟左右 因此热量根本来不及全部传到周围空气中去 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 12 由于用石棉材材料制成的摩擦片导热性很差 在滑磨过程中所产生的热主要由飞 轮和压盘等零件吸收 为了使每次接合时的温升不致过高 帮要求压盘具有足够大的 质量以吸收热量 13 2 压盘的刚度 压盘应具有足够大的刚度 使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减少受热后产 生翘曲变形 以免影响摩擦片的均匀压紧及离合器的彻底分离 厚度约为 15 25mm 3 离合器接合一次时的温升 离合器一次结合会瞬间产生热量 用温升来表示 温升不应超过 8 10 温升 越低 可以相应减小压盘厚度 以减小其转动惯量 温升公式为 3 10 W mC 式中 温升 本科毕业设计 论文 27 W 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 0 50 双 片离合器压盘 0 25 双片离合器中间压盘 0 50 C 压盘的比热 C 481 4J kg 铸铁压盘 压盘重量 kg m 本设计选取 8 即 8 3 11 W mC 4 计算压盘厚度 汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功 J 可根据以下公式计算 3 12 222 22 0 1800 ea r g nm r W i i 式中 汽车总质量 Kg am 轮胎滚动半径 m 由轮胎规格 205 55 R16 91V 可知轮胎断面 rr 宽度 B 为 205mm 轮辋直径 d 为 15i 1in 25 4mm 即为 15 25 4 367 5mm 其车轮胎的高度比 H B 55 即 H 205 55 112 75mm 由 得 2 r rrHd 112 75 367 5 2 296 5 mm r r ig 起步进所用变速器档位的传动比 io 主减速器传动比 发动机转速 r min 计算时轿车取 2000r min 货车取en 1500r min 将已知的各参数及式 3 12 代入式 3 11 得 kg1 839m 本科毕业设计 论文 28 由公式 铸铁的密度 7 0g cm3 得 m v yyy hdDV 22 4 yyy hdDm 22 4 836 1 4 22 yyy hdDVm 代入各已知参数得 mmhy223 12 根据以上计算所得 以及压盘厚度 设计时 要尽量取较小值 因mmhy25 12 此 本设计选取 13 y hmm 3 4 3 传力方式的选择 压盘是离合器的主动部件 它与飞轮必须有一定的连接