某中型汽车干式摩擦离合器设计.doc

目 录 摘 要 I Abstract II 前 言 III 第 1 章 离合器的综述 1 1 1 离合器的基本功用 1 1 2 离合器的工作原理 1 1 3 摩擦离合器的分类 2 1 4 离合器的发展趋势 2 第 2 章 离合器的设计要求 5 第 3 章 关于 EQ 1090E 中型货车离合器的相关内容 7 3 1 EQ 1090E 中型货车的相关参数 7 3 2 EQ 1090E 离合器设计方案的选择 8 3 2 1 摩擦片数的选择 8 3 2 2 摩擦片工作条件的选择 9 3 2 3 压紧弹簧形式的选择 9 3 2 4 操作机构的选择 10 3 3 离合器主要参数的确定 10 3 3 1 摩擦片外径 D 的确定 10 3 3 2 后备系数 的确定 11 3 3 3 单位压力 的确定 12 3 3 4 离合器基本性能关系式 12 3 3 5 其他相关参数的确定 13 第 4 章 离合器的设计说明和计算 14 4 1 从动盘总成设计和计算 14 4 1 1 从动盘的结构总成 14 4 1 2 从动盘的设计要求和设计 14 4 1 3 从动盘毂的设计 15 4 1 4 从动盘摩擦材料的选择 16 4 2 压盘和离合器盖的设计说明 16 4 2 1 压盘传力方式的选择 16 2 4 2 2 压盘尺寸的确定 16 4 2 3 对压盘进行校核计算 17 4 2 4 离合器盖的设计 18 4 3 离合器操纵机构的设计 18 4 3 1 分离杠杆 19 4 3 2 分离轴承及分离套筒 20 4 4 弹簧的选择和设计计算 21 4 4 1 弹簧的选择 21 4 4 2 弹簧的计算和校核 21 4 5 扭转减振器的设计 22 4 5 1 扭转减振器的概述 22 4 5 2 扭转减振器的设计与计算 23 4 6 离合器操纵系统的设计 25 第 5 章 技术经济分析 27 结 论 28 谢 辞 29 参考文献 30 重庆交通大学 2010 届交通运输毕业设计 摘 要 离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成 其功用是切断和实现对传动 系的动力传递 以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 在换档时将发动机与传动系分离 减少变速器中换档齿轮之间的冲击 在工作中受到 大的动载荷时 能限制传动系所承受的最大转矩 防止传动系各零件因过载而损坏 有效地降低传动系中的振动和噪声 本次设计采用系统化设计方法 主要综述了离合 器的功用 类型以及发展历史 分析研究了离合器的设计方法及流程 离合器设计方 案的选择 离合器主要总成的设计 最后对离合器进行了技术经济性分析 根据离合 器的功能和结构 把离合器分为主动部分 从动部分 分离机构 操纵机构 根据设 计要求 本文对摩擦片 从动盘 压盘 压紧弹簧 扭转减震器等重要部件进行了详 细的设计说明 关键词 中型货车 离合器 单盘 设计 保旺德 某中型汽车干式摩擦离合器设计 II ABSTRACT Automotive power train clutch directly connected with the engine assembly its purpose is to cut off and the realization of the power transmission system for transmission to ensure that when the car started the engine and powertrain joint smoothly to ensure that a smooth start in the shift will be separated from the engine and power train to reduce the transmission of shocks between the gear shift in its work by the large dynamic load the transmission system to limit the maximum torque of the bearing to prevent the transmission system of the parts damaged due to overload effectively reduce the transmission lines of the vibration and noise The design uses a systematic design methodology an overview of the main function of the clutch the type and the development of history analysis of a clutch of design methods and processes clutch design choice clutch design of the main assembly Finally a clutch technology Economic Analysis According to the function and structure of the clutch the clutch part is divided into active driven in part separate agencies manipulating institutions According to design requirements this article on the friction plate the driven film pressure plate compress the spring reversing the shock absorbers and other important parts of the detailed design description KEYWORDS MGV car clutch single plate design 重庆交通大学 2010 届交通运输毕业设计 III 前前 言言 一 选题目的的理论价值和现实意义 1 理论价值 离合器位于发动机之后 传动系的始端 用来接合和分离发动机与传动系 以保 证汽车起步时将发动机与传动系平顺接合 使汽车平稳起步 当变速器换挡时能迅速 彻底地将发动机与传动系分离 以减少有级变速器的齿轮冲击及便于换挡 离合器也 能缓和传动系峰值载荷的冲击 吸收扭转振动或避免扭振的产生 所以离合器的设计 是非常具有价值的 如果一辆汽车没有一个好的离合器 那将不是一件完美的作品 离合器是汽车重要的组成部分之一 对它的设计研究直接影响到了汽车的起步 换档 动力的传递 如果再用一些价值实用的材料做成的话 那更是对汽车档次的一个提高 因此 在设计离合器时我们要参照离合器的设计要求 能可靠地传递发动机的最大转矩 并有适当的转矩储备 接合后不产生滑磨 分离彻底 迅速 接合平顺柔和 减少车辆起步过程中的冲击载荷 从动部分转动惯量要小 减轻换挡时换挡齿轮的冲击并便于换挡 散热良好 使用寿命要长 操作轻便 准确 减轻驾驶员的劳动强度 结构应简单 紧凑 质量小 制造工艺性好 拆装 维修 调整方便 虽然现在离合器的设计处于瓶颈状态 但我们要突破现在离合器的设计理念 创 造出更适应汽车科技发展的高端离合器来 2 现实意义 汽车离合器看似结构简单 工作原理浅薄 但是其结构的发展却经历了上百年 融合了几代人的智慧和心血才达到现今的地步 目前我国汽车业的高速发展 带动我 国汽车离合器市场需求持续大幅增长 随着我国自动档轿车的增加 我国传统离合器 行业的发展前景日益担忧 不少企业都在寻求新的持续发展的途径 目前国产离合器 已经能够全面覆盖国内各种车型产品并具有足够的研发 制造和供货能力 干摩擦式 离合器仍将是 十一五 期间汽车动力系统中的主要应用部件 在技术目标方面 离 保旺德 某中型汽车干式摩擦离合器设计 IV 合器的可靠性和寿命指标要达到或接近国外同类产品水平 传递转矩超过 3000 牛米 的大容量重型离合器要形成批量供货 要掌握 AT LTD DCT 和 DMF 等关键技术 在 离合器及其电子操控系统的集成开发方面取得突破 建立离合器的综合自动检测系统 以及建立模拟工况和实车试验标准 形成更为完善的离合器产品评价体系 二 研究重点 1 设计的主要内容 汽车离合器设计要求和方法 离合器主要性能参数确定 关键总成和关键零部件设计 分析离合器的优缺点 技术经济分析 2 设计工作的主要难点和重点 离合器设计方法的确定 设计方法是本次设计的首要重点问题 它决定了设 计的一些流程和以后设计计算的重点和先后次序 因此设计方法的确定就决定了离合 器的设计成型 设计时离合器的形式选择 由于离合器的形式比较多 所以选择一款比较合 适的离合器对于所设计离合器的发动机来说无疑是重中之重 离合器零部件的设计校核 对于整个离合器来说 零部件的稳定才是离合器 工作稳定的前提 因此对零部件的要求就比较高 所以要不断地对零部件进行校核 才能得到比较符合的设计要求 三 设计内容 离合器作为传动系的重要组成部分 它由主动部分 从动部分 压紧装置 分离 机构 操纵机构五部分组成 关于离合器的设计包括以下三个方面 首先 要确定离合器的设计方案 通过对离合器使用车型参数 发动机的外特性 参数 飞轮的尺寸参数以及传动系的参数 的分析 选择相应的离合器组成零件 例 如 通过比较选择相应的压盘 从动盘 压紧弹簧 摩擦片以及操纵机构等 其次 确定离合器的主要参数 这里包括了大量的计算 例如 静摩擦力矩的计 算 后备系数的计算 单位压力的计算 摩擦片外径 内径和厚度以及弹簧等有关参 数的计算等等 最后 进行离合器零件的结构设计 包括了压盘机构 从动盘总成结构 离合器 重庆交通大学 2010 届交通运输毕业设计 V 操纵机构的设计以及压紧弹簧的设计等等 具体设计内容如下 1 从动盘总成设计 2 压盘设计 3 离合器盖设计 4 分离杠杆设计 5 螺旋弹簧设计 6 扭转减振器设计 重庆交通大学 2010 届交通运输毕业设计 1 第 1 章 离合器的综述 汽车离合器看似结构简单 工作原理浅薄 但是其结构的发展却经历了上百年 融合了几代人的智慧和心血才达到现今的地步 1 1 离合器的基本功用 离合器位于发动机之后 传动系的始端 用来接合和分离发动机与传动系 以保 证汽车起步时将发动机与传动系平顺接合 使汽车平稳起步 当变速器换挡时能迅速 彻底地将发动机与传动系分离 以减少有级变速器的齿轮冲击及便于换挡 离合器也 能缓和传动系峰值载荷的冲击 吸收扭转振动或避免扭振的产生 说的通俗一点 离合器的基本功用有 在汽车起步时 通过离合器主 从动部 分之间的滑磨 转速的逐渐接近 确保汽车起步平稳 当变速换挡时 通过离合器 主 从动部分的迅速分离来切断动力的传递 以减轻齿轮轮齿间的冲击 保证换挡时 工作平顺 当传给离合器的转矩超过其所能传递的最大转矩时 其主 从动部分之 间将产生滑磨 防止传动系统过载 1 1 2 离合器的工作原理 离合器在一些有着两个旋转轴的设备中起着相当重要的作用 通常在这些设备中 有一根轴是由马达或滑轮驱动的 而另一根轴来驱动其它的设备 离合器可以连接两 根轴 锁定 使得它们以相同的速度旋转 在汽车上 发动机时时刻刻都在运转着 但是车轮却不是时刻运转的 所以我们需要离合器 为了不让汽车在停止时损坏发动 机 我们需要断开车轮和发动机之间的连接 离合器可以通过控制滑转量使得我们平 滑的啮合转动的发动机和静止的变速箱 离合器的工作分为结合和分离过程 离合器在通常状态下是处于结合状态的 在 结合状态下离合器弹簧将压盘 飞轮及从动盘互相压紧 发动机的转矩经飞轮及压盘 通过摩擦面的摩擦力矩传至从动盘 离合器分离时踩下踏板 套在从动盘毂滑槽中的 拨叉 便推动从动盘克服压紧弹簧的压力右移而与飞轮分离 摩擦力消失 从而中断 了动力传动 而有分离状态改为结合状态时缓慢地抬起离合器踏板 使从动盘在压紧 弹簧压力作用下左移与飞轮恢复接触 二者接触面间的压力逐渐增加 相应的摩擦力 保旺德 某中型汽车干式摩擦离合器设计 2 矩逐渐增加 离合器从完全打滑 部分打滑 直至完全接合 2 1 3 摩擦离合器的分类 目前 汽车上使用比较广泛的是用弹簧压紧的摩擦离合器 通常简称为摩擦离 合器 摩擦式离合器结构类型较多 且可有多种组合 为了清楚起见 用下列图表 显示其相互关系 汽车机械式离合器的结构分类见图 1 1 1 1 4 离合器的发展趋势 在早期研发的离合器结构中 锥形离合器最为成功 它是将发动机飞轮上的内孔 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容易 摩擦面容易修复 现今所用的盘片式 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接合比较平顺 无冲击 早期的设计中 多片按 成对布置设计 采用纯粹的金属对金属的摩擦副 由于其他离合器还在原创阶段 性 能很不稳定 所以还是用的比较多 当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 早期的单片式离合器有与锥形离合器向类似的问题 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 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 已能做到接合平顺 因此现在广泛应用于大 中 小各类车型中 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 提高了离合器的接合平顺性 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 减小了传动系噪声和动载荷 4 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 车上愈来愈多地采用具有双质量飞轮的扭转减振器 能更有效地降低传动系的噪声 近年来随着我国汽车业的高速发展 带动我国汽车离合器市场需求持续大幅增长 随着我国自动档轿车的增加 我国传统离合器行业的发展前景日益担忧 不少企业都 重庆交通大学 2010 届交通运输毕业设计 3 在寻求新的持续发展的途径 2007 年以前 我国汽车产量持续增长 汽车保有量的增 加 出口市场需求的扩张等三大因素推动我国汽车离合器行业连续 8 年快速发展 2007 年我国汽车离合器的产量突破 1000 万套 自 2008 年以来 受全球金融危机影响 中国汽车销量为 938 万辆 增长率仅为 6 7 离合器的市场规模约为 55 亿元 到 2010 年 我国离合器总销售额将达 84 亿元 其中 盖总成 2800 万件 从动盘总成 5700 万件 液力变矩器 100 万套以上 目前国产离合器已经能够全面覆盖国内各种车型产品并具有足够的研发 制造和 供货能力 干摩擦式离合器仍将是 十一五 期间汽车动力系统中的主要应用部件 在技术目标方面 离合器的可靠性和寿命指标要达到或接近国外同类产品水平 传递 转矩超过 3000 牛米的大容量重型离合器要形成批量供货 要掌握 AT LTD DCT 和 DMF 等关键技术 在离合器及其电子操控系统的集成开发方面取得突破 建立离合器 的综合自动检测系统 以及建立模拟工况和实车试验标准 形成更为完善的离合器产 品评价体系 按照离合器行业的规划 十一五 期间 汽车离合器行业要形成 3 5 家年销售量超过 300 万套的 小巨人 企业和 5 10 家年销售量超过 120 万套的规模 企业 并出现产销规模进入世界离合器行业前 10 名的中国企业 5 保旺德 某中型汽车干式摩擦离合器设计 4 图 1 1 汽车机械式离合器分类图 磁粉离合器 螺旋弹簧 石 棉 基 材 料 非 石 棉 有 机 材 料 金 属 陶 瓷 材 料 有 减 振 器 按摩擦面片工作环境分按摩擦材料分 盘式 自动手动摩擦式非摩擦式 按从动件形式分 锥式鼓式 按盘数多少分 单片多片双片 按有无减振器分 湿式干式 烧 结 金 属 按产生工作压力分 机械力电磁力 按弹簧布置位置分 无 减 振 器 按所在位置分 按分离力作用方向分 圆 锥 弹 簧 圆 柱 弹 簧 膜片 弹簧 按弹簧形式分 中 央 弹 簧 斜 置 弹 簧 圆 周 布 置 弹 簧 推式 拉式 在 飞 轮 上 双 质 量 飞 轮 在 从 动 盘 上 单级多级 弹 簧 圆 周 布 置 弹 簧 径 向 布 置 汽车机械式离合器 按操纵传动分按离合器本体分 重庆交通大学 2010 届交通运输毕业设计 5 第 2 章 离合器的设计要求 汽车上所使用的摩擦离合器 既要传递发动机转矩 又要靠它的滑磨来使汽车平 稳起步 工作条件甚为恶劣 因此 在设计离合器时我们要参照离合器的设计要求 1 在任何情况下能可靠地传递发动机的最大转矩 且传递转矩的能力有适当 的储备 2 分离时要彻底迅速 3 接合时要平顺柔和 以保证汽车起步平稳 没有抖动和冲击 4 离合器从动部分的转动惯量要小 以减轻换挡时齿轮间的冲击 并便于换 挡 5 应使汽车传动系避免危险的流转共振 具有吸收振动缓和冲击和减少噪声 的能力 6 有足够的吸热能力 并且散热通风良好 以防止工作温度过高 7 操纵轻便 以减轻驾驶认的疲劳 8 在离合器使用过程中 作用在摩擦片上的正压力和摩擦系数变化要小 力 求使离合器工作性能保持稳定 可靠 工作寿命长 9 限制传动系统所承受的最大转矩 防止传动系统过载 以上这些要求中最为重要的是使用可靠 寿命长以及生产和使用中的良好技术经 济指标和环保指标 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 采用能良好润滑的油料和封闭式的分离轴承 可以免除定期或经常加注润滑油 合理选择离合器的结构参数 是保证离合器可靠使用的关键因素之一 设计时更应充 分予以重视 环境保护的要求是 希望离合器工作时不产生有害的粉尘和不良气味 因为要求 车身或飞轮外壳全封闭是不可能的 也是不恰当的 因此只能从离合器上着手解决 离合器粉尘源于从动盘总成摩擦片的磨损 以石棉基为原料的摩擦材料 其粉尘特别 有害人体健康 应尽量避免使用 高的技术经济指标指的是具有高性能的离合器且有相对便宜的价格 这主要由设 保旺德 某中型汽车干式摩擦离合器设计 6 计结构 制作工艺和生产组织管理等方面予以保证 减少零件数目 采用通用化 系 列化设计和大批量生产 都有利于提高离合器的技术经济指标 6 重庆交通大学 2010 届交通运输毕业设计 7 第 3 章 关于 EQ 1090E 中型货车离合器的相关内容 3 1 EQ 1090E 中型货车的相关参数 在选择相关离合器时 我选择了东风 EQ 1090E 这款车作为参考车型 该车相 关参数如表 3 1 发动机相关参数 表 3 2 车辆一般数据和表 3 3 其他数据所示 表 3 1 发动机的相关参数 表 3 2 车辆一般数据 装载质量5000kg 最大拖挂质量 包括挂车和货物的总质量 在硬实良好路面上 最大坡度不超过 8 4500kg 在平坦硬实良好路面上6000kg 汽车总质量及轴载质量 汽车整备质量 包括水 润燃料 备胎及随车工具 4080kg 前轴1930kg 后桥2150kg 满载总质量 除整备质量外 还包括驾驶室 3 人的质量 9290kg 前轴2360kg 后桥6930 表 3 3 其他数据 发动机型号EQ6100 1 发动机形式四冲程 水冷 直列六缸 汽缸直径100mm 活塞行程115mm 工作容积5 42L 压缩比6 75 额定功率 当发动机转速在 3000时 min 99kw 额定转矩 当发动机转速在 1200 1400时 min 353N m 保旺德 某中型汽车干式摩擦离合器设计 8 名称名称速比速比 一档7 31 二档4 31 三档2 45 四档1 54 五档1 00 变 速 器 倒档7 66 主减速器6 33 3 2 EQ 1090E 离合器设计方案的选择 离合器设计方案的选择 3 2 1 摩擦片数的选择 汽车离合器虽有摩擦式 液力式和电磁式 3 种类型 但本文主要针对摩擦式离合 器进行设计 在汽车传动系统中 作为独立结构的摩擦离合器在大多数情况下都是单 盘式的 单盘具有工作可靠 结构简单 分离彻底 从动部分转动惯量小 散热良好 调整方便和尺寸紧凑等优点 所以发动机标定转矩N m 时 尽量采用单盘700 MeH 式 双盘式离合器与单盘式离合器相比 由于摩擦面增多 因而传递转矩的能力较强 接合较平顺 传递相同转矩的情况下 径向尺寸较小 踏板力较小 但存在分离彻底 性较差 中间压盘通风散热不良 因而产生热负荷较高等问题 设计时 在结构上必 需采用相应的措施 双盘式离合器一般应用在传递壮举较大并且径向尺寸受到限制的 场合 多片 盘 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 从动部分转动惯量大 故过去未得到推广 近年来 由于多片离合器在技术 方面不断完善 重型车上又有采用 并不断增加的趋势 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 通过对各种盘式离合器优缺点的比较 可以发现由于 EQ1090 的最大转矩不是很 大 353N m 采用单片离合器完全可以满足使用要求 并且有助于提高离合器的性 价比 由此 根据发动机和本次所涉及车辆选择摩擦片数为单片 8 重庆交通大学 2010 届交通运输毕业设计 9 3 2 2 摩擦片工作条件的选择 干式离合器结构简单 摩擦系数较湿式高 3 4 倍 所以传递转矩相同时其压紧 力小 操作省力 所以目前在工程车辆上仍然广泛采用 由于设计的规定 所以选择 为干式离合器 3 2 3 压紧弹簧形式的选择 离合器压紧弹簧有圆柱弹簧和膜片弹簧等形式 压紧弹簧可以周布 中央布置 也可以斜置 周布弹簧离合器采用圆柱螺旋弹簧 其特点是结构简单 制造方便 因此应用广 泛 某些重型汽车由于需要的弹簧数目较多 而将弹簧布置在两个同心的圆周上 但 周布弹簧也有很多缺点 一是它直接与压盘接触 易受热退火 二是当发动机转速很 高时 周布弹簧将受离心力的作用而严重鼓出 弯曲 这将使压紧力显著降低 也 会使弹簧靠到定位套或定位销座上 造成接触部位严重磨损 甚至出现弹簧断裂的现 象 中央弹簧离合器可采用一个圆柱弹簧 也可以采用两个 此时轴向尺寸较大 当 采用矩形断面圆锥弹簧时 轴向尺寸可以缩短一些 中央弹簧离合器的弹簧离合器的 弹簧压紧力是通过杠杆放大而作用在压盘上的 由于在结构上可选较大的杠杆比 因 而有利于减轻踏板力 此外 由于弹簧与压盘不直接接触 弹簧无受热退火问题 且 容易实现对压紧力的调整 中央弹簧离合器多用于重型汽车 发动机转矩一般大于 400 500的场合 mN 膜片弹簧离合器根据分离指内端的受力方向不同 可以分为推式和拉式两种 当 分离离合器时 分离指内端受力方向指向压盘 称为推式膜片弹簧离合器 而分离指 内端受力方向离开压盘时 则称为拉式膜片弹簧离合器 膜片弹簧有以下优点 1 膜片弹簧具有理想的非线性特性 弹簧压紧力在摩擦片磨损范围内大致不变 分离离合器时弹簧压紧力不像圆柱弹簧那样升高 而是降低 从而降低了踏板操纵力 2 高速旋转时 压紧力降低很少 性能稳定 而周布弹簧离合器 因弹簧在高速 时受离心力影响 摩擦力矩下降明显 3 由于膜片弹簧兼起压紧和分离杠杆的双 重作用 使结构大为简化 零件数减少 质量减小 离合器轴向尺寸缩短 4 容 易实现良好的通风散热 5 压力分布均匀 平衡性好 膜片弹簧也存在一些问题 1 对膜片弹簧的材料和制作工艺 特别是加工精度和热处理条件 要求比较严格 2 膜片弹簧分离指根部易产生应力集中 发生疲劳裂纹 分离指端部易产生磨损 保旺德 某中型汽车干式摩擦离合器设计 10 不能修复 3 膜片弹簧压力的细分级不易实现 重装更改困难 投入费用较高 通过这几种压紧弹簧结构型式及布置的比较 无论是从性能 制造工艺中 制造 成本和尺寸要求 以及各方面的需求 选择采用周置螺旋压紧弹簧离合器较为合适 9 3 2 4 操作机构的选择 离合器操纵系统的功能是把驾驶员对离合器踏板的输入变成在分离轴承上的输出 来控制离合器的分离和接合 从而完成对汽车传动系统的动力切断或传递 离合器操纵机构由分离杠杆 分离轴承 以及传动机构组成 离合器操纵机构 的结构形式应根据对操纵机构的要求 整车结构 生产条件等因素确定 离合器操纵 机构的结构形式分为 1 机械式操纵机构 有杆系传动和绳索传动两种形式 杆系传动结构简单 工作可靠 机械效率低 质量大 车架和驾驶室的变形会影响其正常的工作 在远距 离操纵时布置较困难 绳索传动机构可克服上述缺点 且可采用适宜驾驶员操纵的吊 挂式踏板结构 但其寿命较短 机械效率不高 此种形式多用于轻型轿车中 2 液压式操纵机构 主要由主缸 工作缸和管路等部分组成 具有传动效率 高 质量小 布置方便离合器结合较柔和 驾驶室容易密封 驾驶室和车驾的变形不 会影响其正常的工作等优点 次种形式广泛用于各种车型之中 3 气压式操纵机构 气压式操纵机构由操纵阀 工作缸和管路系统等部分组 成 压缩空气压力作为操纵机构的全部动力源 具有操纵轻便的突出优点 操纵阀与 制动阀相似 设计时必须保持随动作用 即输送给工作缸的气压和离合器的踏板行程 和踏板力成正比 4 助力器的应用 在重型和中型货车上 离合器压紧弹簧的压紧力很大 为 了减轻踏板力 在机械式和液力式中操纵机构中采用的助力器 弹簧式助力器是常采 用的结构 根据 EQ1090E 货车的情况和使用条件 这里采用液压式操纵机构 并采用离合 器助力器 11 3 3 离合器主要参数的确定 重庆交通大学 2010 届交通运输毕业设计 11 3 3 1 摩擦片外径 D 的确定 由于已知 mN353 额e T 根据公式 3 1 A T 100D emax 得 其中对于系数 A 可取 A 36 则 14 313 36 353 100 1 D 由于摩擦片尺寸有规定的系列化和标准化 所以可取 D 325mm 参照表 3 1 离合器尺寸系列和参数中标准可知外径 D 325mm 内径 d 190mm 厚 度 h 3 5mm 单位面积 546 10 585 0 D d C800 0 1 3 C 2 cm 表 3 1 离合器尺寸系列和参数 外径 D mm内径 d mm厚度 h mm内外径之比 C 单位面积 2 A mm 1601103 20 68710600 1801253 50 69413200 2001403 50 70016000 2251503 50 66722100 2501553 50 62030200 2801653 50 58940200 3001753 50 58346600 3251903 50 58554600 35019540 55767800 38020540 54072900 则摩擦片的设计图见附录 1 3 3 2 后备系数的确定 在确定摩擦片外径的同时 还应初选离合器后备系数 后备系数保证了离合器 能可靠传递发动机转矩的同时 还应助于减少汽车起步时的滑磨 提高离合器的使用 寿命 在开始设计时离合器时 一般都要参照已有的经验和统计资料 并根据汽车的 使用条件 离合器结构型式的特点等 初步选定后备系数 在选择时应考虑以下几点 保旺德 某中型汽车干式摩擦离合器设计 12 1 为可靠传递发动机最大转矩 不宜选取太小 2 为减少传动系过载 保证操纵轻便 又不宜选取太大 3 当发动机后备功率较大 使用条件较好时 可选取小些 4 当使用条件恶劣 为提高起步能力 减少离合器滑磨 应选取大些 5 汽车总质量越大 也应选得越大 6 发动机缸数越多 转矩波动越小 可选取小些 7 螺旋弹簧离合器选取值可比膜片弹簧离合器大些 8 双片离合器的应大于单片离合器 9 不同车型的值应在一定范围内 最大范围为 1 2 4 0 汽车离合器的后备系数参考如下 小轿车 3 1 2 1 载货车 25 2 7 1 带拖挂的重型车或牵引车 0 3 0 2 则根据本次所设计的离合器工作条件初步选取 10 0 2 3 3 3 单位压力的确定 由于影响摩擦片磨损的物理因素是 单独考虑的大小对摩擦片耐磨耗得影pvp 响是没有意义的 但是对离合器来说 降低意味着要增加摩擦片面积 提高了允许p 磨耗量 直接意义是提高了摩擦片的磨耗使用里程 因此 在一定意义上来说 的p 大小反映了离合器的使用寿命 值小 寿命长 值大 寿命短 这样 确定摩擦pp 片上的单位压力值大小 应和离合器本身工作条件 摩擦片的直径大小 摩擦片材p 料及其品质等因素有关 则根据已知的数据和公式 3 1 3 3 3 1 12 D d ZpDT 额 可得 12 2 583 0 1325 0 3 03530 2 33 p 推出 MPap177 0 单位压力在容许范围之内 则所选离合器的尺寸 参数合适 1 p 3 3 4 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 重庆交通大学 2010 届交通运输毕业设计 13 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与 c P 摩擦片平均摩擦半径 即 e R 3 2 mNRZfP ercc max 式中 离合器的后备系数 摩擦系数 计算时一般取 0 25 0 30 f 3 3 22 33 3dD dD Re 带入数据可得 mmRe 7 131 相对来说 PApP 则可得 带入数据可得 22 33 3dD dD ZfApTc mNTc 46 381 3 3 5 其他相关参数的确定 在选定上面尺寸参数时 下列一些车辆参数对设计有重大影响 发动机最大转矩 由上述可知 maxe T mNTe 353 max 整车质量 由车辆参数可知kg a m 9080 a m 传动系总的速比 变速器传动比 主减速器速比 i 由于在变速器中一般取前进挡中的最大值作为变速器的传动比 所以 02 0 33 6 31 7 1 i 车轮滚动半径 根据已知的汽车轮胎可知 800 保旺德 某中型汽车干式摩擦离合器设计 14 第 4 章 离合器的设计说明和计算 4 1 从动盘总成设计和计算 4 1 1 从动盘的结构总成 从动盘有两种结构结构型式 带扭转减振器的和不带扭转减振器的 其中不带扭 转减振器的从动盘结构简单 重量较轻 但现今汽车上几乎无一例外都采用带扭转减 振器的从动盘 用以避免汽车传动系统的共振 缓和冲击 减少噪声 提高传动系零 件的寿命 改善汽车行驶的舒适性 并使汽车起步平稳 不管从动盘是否带有减振器 它们都有从动片 摩擦片和从动毂等 3 个基本部分 组成 两者不同之处在于 不带扭转减振器的从动盘中从动片直接铆在从动毂上 而 在带有扭转减振器的从动盘中 其从动片和从动盘毂之间却是通过减振弹簧弹性地连 接在一起 13 4 1 2 从动盘的设计要求和设计 从动盘的设计要求 由于从动盘在离合器中的重要性 设计从动盘时应注意一下几方面的要求 为了减少变速器换挡时轮齿间的冲击 从动盘的转动惯量应尽可能小 为了保证汽车平稳起步 摩擦面片上的压力分布更均匀等 从动盘应具有轴向 弹性 为了避免传动系的扭转共振以及缓和载荷 从动盘中应装有扭转减振器 最后还要有足够的抗爆裂强度 从动盘的设计 在设计从动片时 要尽量减轻其重量 并应使其重量尽可能地靠近旋转中心 以 获得最小的转动惯量 这是因为在汽车行驶中进行换挡时 首先要切断动力分离离合 器 而在变速器挂档的过程中 与变速器第一轴相连的离合器从动盘的转速一定要发 生变化 或是增速 或是减速 离合器从动盘转速的变化将引起惯性力 惯性使变速 器换挡齿轮的轮齿间产生冲击或使变速器中的同步器装置加速磨损 惯性力的大小与 重庆交通大学 2010 届交通运输毕业设计 15 从动盘的转动惯量成正比 因此为了减小转动惯量以减轻变速器换挡时的冲击 从动 片一般都做得比较薄 通常是用 1 3 2 0mm 厚的钢板冲制而成 而且一般为了使离 合器接合平顺 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 在离合器的接合过程中 主动盘和从动盘之间的压力是逐渐增加的 弹 性从动片还能使作用在摩擦面片上的压力分布得更均匀 改善了摩擦副表面的接触 减少摩擦表面热点的形成 有利于摩擦片磨损均匀并减小 尤其是压盘内缘发生翘曲 凸起的情况 从动片的轴向弹性能较好地阻止摩擦力矩的下降 减小离合器打滑的倾 向 由于具有轴向弹性的从动片有以下 3 种结构型式 整体式弹性从动片 分开式弹 性从动片和组合式弹性从动片 虽说前两种型式多用于小轿车上 但是由于组合式从 动片的转动惯量是比较大的 它对于要求刚度较高的 外形稳定性较好的大型从动片 来说 这是可以容忍的 但是直径在 380mm 以下的载货汽车离合器 其从动片仍采用 前两种结构 所以 本次离合器的标准时 325mm 选择分开式弹性从动片作为从动片 的结构型式 12 4 1 3 从动盘毂的设计 发动机转矩是经从动盘毂的花键孔输出 变速器第一轴花键轴就插在该花键孔内 而且 从动盘毂和变速器第一轴的花键结合方式 眼下都采用齿侧定心的矩形花键 从动盘毂的结构有两部分组成 盘毂和法兰 过去两者直接做成一体 现今国外都做 成装配式 以节约材料 本次设计也采用装配式 根据表 4 1 国标可选花键尺寸所示 表 4 1 国标可选花键尺寸 从动盘外 径 D mm 发动机转 矩 Te N m 花键齿数 n 花键外径 D mm 花键内径 d mm 齿厚 b mm 有效齿长 l mm 挤压应力 MPa 32538010403254511 6 则根据挤压应力的计算公式 4 1 挤压 MPa nhl P 其中 P 为花键的齿侧压力 4 2 ZdD T4 P emax 保旺德 某中型汽车干式摩擦离合器设计 16 分别为花键的内外经 Dd Z 从动盘毂的数目 发动机最大转矩 maxe T N 花键齿数 h 花键齿工作高度 2 dDh l 花键有效长度 可以根据已知数据计算出 Z 9 就是说从动盘毂的数目为 9 1 4 1 4 从动盘摩擦材料的选择 离合器摩擦面片在离合器接合过程中将遭到严重的滑磨 在相对很短的时间内产 生大量的热 因此 要求摩擦面片应有下列一些综合性能 在工作时有相对较高的摩擦系数 在整个工作寿命期内应维持其摩擦特性 不希望出现摩擦系数衰退现象 在短时间内能吸收相对高的能量 且有好的耐磨性能 能承受较高的压盘作用载荷 在离合器接合过程中表现出良好的性能 不易 出现颤抖 能抵抗高转速下 变速器换挡时容易发生 大的离心力载荷而不破坏 在传递发动机转矩时 有足够的剪切强度 具有小的转动惯量 材料加工性能良好 在整个正常工作温度范围内 和对偶材料压盘 飞轮 都是铸铁件 等有良 好的兼容摩擦性能 摩擦副对偶面有高度的容污性能 不易影响他们的摩擦作用 具有优良的性能 价格比 不会污染环境 根据以上几点 初步选用石棉基摩擦材料作为从动盘的摩擦材料 14 从动盘结构图详见附录 2 4 2 压盘和离合器盖的设计说明 4 2 1 压盘传力方式的选择 压盘是离合器的主动部分 在传递发动机转矩时 它和飞轮一起带动从动盘转动 所以它必须和飞轮有一定的联系 但这种联系又应允许压盘在离合器分离过程中能自 由地做轴向移动 使压盘和从动盘脱离接触 重庆交通大学 2010 届交通运输毕业设计 17 压盘和飞轮间常用的连接方式有以下几种 凸台式连接方式 键式连接方式和销 式连接方式 由于本次离合器时单片摩擦离合器 所以选用凸台式连接方式 4 2 2 压盘尺寸的确定 由于在前面已经确定了摩擦片的内 外径尺寸 所以与它摩擦相接触的压盘内 外径也就基本确定下来了 这样 只剩下如何确定压盘的厚度了 压盘厚度的确定要依据以下两点 压盘应具有足够的质量 压盘应具有较大的刚度 基于上面两点 所以初步设定压盘厚度为 15mm 这样 如表 4 2 压盘的尺寸所示 表 4 2 压盘的尺寸 外径 mm内径 mm厚度 mm 32519015 4 2 3 对压盘进行校核计算 压盘厚度对温度的检测校核 在初步确定研判厚度后要进行一次离合器接合一次时的温度 用来检测所用厚度 是否合适 校核公式如下 4 3 压 cm L 其中 4 4 2 0 5 0 a JL 4 5 22 0 2 k ka a ii m J 则根据已知条件可得 75 6 符合规定 凸台强度校核 在校核时 挤压应力的计算公式如下 保旺德 某中型汽车干式摩擦离合器设计 18 A F 挤 式中 F 作用在每个凸台上的力 N A 离合器盖与凸台的接触面积 cm2 由于计算 F 时 分配给该压盘的发动机转矩按该压盘摩擦面的数目 Z 和离合器的 全部摩擦面的数目 Zc 之比来确定 因此 4 6 凸 ZRZ Z TF c3 maxe 1 式中 发动机最大转矩 emax TmN 分配到该压盘上的转矩占发动机总转矩的百分比 c Z Z 凸台分布的平均半径 m 3 R 凸台数目 凸 Z 最后得到 4 7 MPa 100A T ZR Z Z emax 3 c 凸 挤 则 根据已知数据得 MPa86 12 挤 推出凸台符合设计要求 1 4 2 4 离合器盖的设计 离合器盖与飞轮用螺栓固定在一起 通过它传递发动机的一部分转矩给压盘 此 外它还是离合器压紧弹簧和分离杆的支承壳体 在设计时应特别注意以下几个问题 刚度问题 离合器分离杆支承在离合器盖上 如果盖的风度不够 则当离合器分享时 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 严重时可能导致 分享不彻底 引起摩擦片的早期磨损 还会造成变速器换档困难 通风散热 为了加强离合器的冷却 离合器盖上必须开许多通风窗口 对中问题 离合器盖内装有压盘 分离杆 压紧弹簧等零件 因此它相对发动机飞轮曲轴中 心线必须要有良好的定心对中 否则会破坏系统整体的平衡 严重影响离合器的正常 工作 重庆交通大学 2010 届交通运输毕业设计 19 对中方式常用的有以下两种 一是用止口对中 铸造的离合器盖以外圆与飞轮上 的内圆止口对中 二是用定位销或定位螺栓对中 13 4 3 离合器操纵机构的设计 4 3 1 分离杠杆 在离合器分离和接合的过程中 踏板与压盘之间运动联系的最后环节为分离杆 分离杆设计时应注意如下几个问题 分离杆要有足够的刚度 在分离离合器时 分离杆要承受很大的力 如果刚 度不够 会引起较大的变形 这不仅要降低离合器操纵机构的传动效率 甚至还可能 出现离合器分离不彻底 因此 在结构设计时 一定要设法增加分离杆的刚度 提高 其抗弯曲能力 以减少在受力时的变形 分离杆的铰接处应避免运动上的干涉 分离离合器时 压盘沿其轴线做平行 移动 分离杆与压盘的铰接点也跟着压盘一起平移 与此同时 这个铰接点还必须绕 分离杆的中间支点做圆弧运动 显然 同一个点同时要做两种运动是不可能的 这就 是所说的运动干涉现象 所以为了避免这种现象 采取在离合器中加入离合器中间支 撑配合零件 分离杆内端的高度应可以调整 为了保证在离合器分离时分离轴承能同时压 紧所有的分离杆 使每个分离杆的受力均衡 并使亚盘不致产生歪斜 造成离合器分 离不彻底和结合过程中离合器的抖动现象 要求各分离杆的内端必须位于平行于亚盘 的同意平面上 为了达到这个要求 分离杆在结构上都有相应的调整环节 分离杆的铰接处应采用滚针轴承或刀口支承 在沿圆周分布的圆柱螺旋弹簧离合器中常见的分离杆结构有以下几种类型 如图 4 1 分离杆结构所示 保旺德 某中型汽车干式摩擦离合器设计 20 图 4 1 分离杆结构 图 4 1 a 是锻造后经加工制成的 与图中其他三种结构相比 它的加工量最大 结构也比较复杂 图 4 1 b 所示是一些重型汽车上采用的结构 分离杆也是锻制的 由于铰链处 全部采用了滚针轴承 因此具有摩擦损失小 传动效率高的优点 另外它的调整螺母 在离合器上 所以调整也比较方便 图 4 1 c 中 分离杆由钢板冲压而成 加工比较简单 而且调整螺钉在分离杆 外端 调整也比较方便 图 4 1 d 所示的是中小型汽车上采用的结构 这种被称为摆动块式的分离杆也 是由钢板冲压而成的 结构简单 分离杆在压盘上的支承方式也很简单 此外它还具 有磨损小 调整方便等优点 所以目前在中小型汽车上采用很多 综上所述 根据经验 参照同类产品 选择图 4 1 b 所示的分离杆结构 由低 碳钢板 08 钢板 冲压而成 1 4 3 2 分离轴承及分离套筒 分离轴承在工作中主要承受轴向力 在分离离合器时 由于分离轴承的旋转 在 离心力的作用下 它同时还承受径向力 所以在离合器中采用的分离轴承主要有两类 推力球轴承或向心球轴承 但其润滑条件差 磨损严重 噪声大 可靠性差 使用寿 命低 目前国外已才用角接触推力球轴承 采用全密封结构和高温锂基润滑脂 其端 部形状与分离指舌尖部形状相配合 舌尖部为平面时采用球形端面 舌尖部为弧形面 时采用平端面或凹弧形端面 在以往的设计中 分离轴承的内圈通常压配在铸造的分离套筒上 而分离套筒则 装在变速器第一轴轴承盖套筒外轴颈上 可以自由移动 分离离合器时轴承内座圈不 重庆交通大学 2010 届交通运输毕业设计 21 动 外座圈旋转 在离合器处于接合状态时 分离轴承的端面与分离杆的内端之间应 留有间隙 以备在摩擦片磨损的情况下 分离杆内端后退而不致妨碍压mm4 3 盘继续压紧摩擦片 以保证可靠地传递发动机转矩 因此 根据经验 参照同类产品 选取角接触球轴承 它能同时承受径向 轴向 联合载荷 公称接触角越大 轴向载荷能力也越大 离合器分离轴承型号为 7011AC 外形尺寸为 内径 55mm 外径 90mm 宽度B 18mm 25 DD 轴承套筒座是用尼龙和玻璃纤维材料模压成形 为例减轻摩擦磨损 制作时在套 筒座中加有 1 的二硫化钼 起着自润滑作用 套筒座的内孔开有矩形键槽 目的是减 少滑动阻力 减缓来自变速器轴承盖套筒的振动 同时也起到通风散热和导屑的作用 1 分离套筒上开有用来注润滑油的缺口 而在离合器壳上装有注油杯 并用软管 或硬管 通到分离套筒的缺口处 在分离套筒内还有一定的空间供储存润滑油 为 例保存润滑油并防止它飞溅到离合器摩擦片上