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0006-柴油动力SUV车设计-传动轴、离合器及操纵机构设计（CAD图+翻译）

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柴油 动力 suv 设计 传动轴 离合器 操纵 机构 cad 翻译
资源描述：

目  录

第一章 前言...........................................1

第二章 离合器的设计................................... 2

§2.1离合器概述 ..................................... 2

§2.2离合器结构方案分析. ............................3

§2.3离合器主要参数选择  ...........................4

§2.3.1后备系数 . ........................ ........4

§2.3.2单位压力 ..................................5                                                                                   

§2.3.3摩擦片外径D、内径d和厚度b.................6                                                                       

§2.3.4摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙.........7                                                             

§2.3.5离合器的设计与计算 .......... .............8                                                         

§2.3.6膜片弹簧的特性................. ...... ....10

§2.3.7膜片弹簧材料及制造工艺...................13                                                             

第三章 扭转减振器的设计..........................15

第四章 离合器操纵机构.............................19                                                

§4.1离合器操纵机构的要求 .. ...................19          

§4.2离合器操纵机构的设计计算..................20                                           

第五章离合器盖主要零部件的设计…...............21

§5.1从动盘总成 ....................................21                                                              

§5.1.1从动盘毂...................................21

§5.1.2摩擦片.....................................21

§5.1.3从动片.....................................22

§5.1.4波形片和减振弹簧..........................22

§5.2离合器盖总成 ..................................22

§5.2.1离合器盖….................................22

§5.2.2 压盘......................................23

§5.2.3传动片.....................................24

§5.2.4分离杠杆...................................24

§5.2.5支承环.....................................24

§5.3分离轴承........................................24

第六章 传动轴.......................................25                                                          

§6.1概述............................................25

§6.2万向节的结构分析...............................25

§6.2.1十字轴万向节..............................25

§6.2.2十字轴万向节的设计........................26

§6.3传动轴的结构分析与设计........................27

§6.4万向传动轴的设计计算..........................28

§6.5中间支承........................................29

第七章 结论....................................... ...31

参考文献..............................................32

致谢....................................................32

附录....................................................33 







 

推式膜片弹簧离合器及万向传动轴


摘 要

汽车无疑是当今世界最主要的交通运输工具。柴油SUV作为新型的乘用车，是目前国际上发展趋势，其特点是比汽油SUV有更强的动力性、燃油经济性、市场潜力巨大，鉴于此，我们选择这种车型作为毕业设计的题目，其中本文主要设计离合器和万向传动轴的设计部分。离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其主要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结合，确保汽车平稳起步；在换档时将发动机与传动系分离，减小变速器中换档齿轮之间的冲击；工作中受到大的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；有效降低传动系中的振动和噪声。万向传动轴是用于工作过程中相对位置不断改变的两轴之间传递转矩和旋转运动；保证所连接的两轴尽可能等速运转，由于万向节夹角而产生的附加载荷，振动和噪声应在允许的范围内，在使用车速范围内不应产生共振现象。

随着汽车发动机的转速和功率不断提高，汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的传动轴的要求越来越高，本着提高离合器和传动轴工作性能的设计思想，通过方案分析和比较，参数的选择和优化，最终采用推式膜片弹簧离合器结构。液压操纵机构和分两段的传动轴及十字轴万向节，并力图在结构元件中有所创新设计出性能更好更符合汽车发展趋势的离合器几万向传动轴。

关键词：柴油SUV， 新型乘用车， 平稳起步， 最大转矩， 膜片弹簧， 万向传动轴





THE PUSHING DIAPHRAGM SPRING DISC SPRING CLUTCH


ABSTRACT

Automobile is certainly the most primary transports in this  world。Diesel SUV as a new automobile its character well power  economical so the more people are enjoy diesel SUV that’s why we  choose it as our graduation subject. This paper deals with the design of clutch and universal joint shaft. The clutch is assembled in which the power train directly connecting with engine. Its primary functions are: switch off and transfer power for train in order to guarantee to connect smoothly engine to power train when automobile is starting. Then automobile may start smoothly; make engine away from power train and reduce the impact among the gears when the transmission shift; restrict the maximal torque that power train can endure when it come in for larger dynamic load; reduce effectively vibration and roar of the power. Universal joint shaft is used to two shaft configuration difference in every minute. It can transfer torque from transmission to Trans axle, and turning movement; It also can match the two shaft have the same movement. Because of the card a joint angle which produce additional load, chatter phenomena and voice should limit and it can’t produce resonance in general movement.

With people expect better clutch and universal joint shaft base an the design spirit of keeping improving. Through contrast of various precepts choice and majority of the parameter, finally I adopt the pushing diaphragm spring disc spring clutch, the hydrostatic controls and universal joint shaft, In order to scheme out better clutch and shaft which is congress step with trend of automobile development. I will try my best to create new structure in some components.

KEY WORDS: Diesel SUV，new automobile， start smoothly，  maximal to torque，diaphragm spring disc，universal joint shaft  


内容简介：
毕业设计（论文）开题报告 （学生填表） 院系：车辆与动力工程学院 课题名称 柴油 动力 计 离合器 及 操纵机构 设计 学生姓名 专业班级 课题类型 指导教师 职称 课题来源 1. 设计（或研究）的依据与意义 起于上世纪 90 年代，我国是在 2003 年以后才逐渐流行起来，而且越来越受到广大消费者、特别是年轻人认可。 盘高，有大梁，可以牵引，后行李箱的空间宽大， 集越野、储物、旅行、牵引多种功能为一 体的，所以称之为运动多功能车辆。随着柴油车技术的不断成熟和人们的购车能力不断的提高。在未来家庭轿车中必将占有重要地位。 而离合器作为汽车传动系中的重要部件 ，要保证任何行驶条件下，既能可靠传递发动机的最大扭矩，也要由有适当的转矩 储备，又能防止传动系过载。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，以及操纵轻便、准确，以便减轻驾驶员的疲劳。这对汽车的性能以及行驶的安全性都有重要影响。近年来研究发现离合器的摩擦材料对环境有影响，其中以前广泛应用的石棉基材料会危害人的身体健康。 传动 轴总成的不平衡是传动系弯曲振动的一个激励源，当高速旋转时，将产生明显的振动和噪声。在乘用车中，有时为了提高传动系的弯曲刚度，改善传动系弯曲振动特性，减小噪声，也将传动轴分成两段。当传动轴分段时，需加设中间支承。中间支承通常安装在车架横梁上或车身底架上，以补偿传动轴轴向和角度方向的安装误差，以及车辆行驶过程中由于弹性支承的发动机的窜动和车架变形所引起的位移。 随着汽车发动机的转速和功率不断提高，汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的传动轴的要求越来越高。 为 新型车用车，我们需要对离合器进行更为深入的研究 ，提高其性能，更好的满足未来汽车的需要。 2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 离合器的传动轴看似简单，工作原理浅薄但是结构的发展经历了上百年，融合了几代人的智慧和心血才达到今天的地步。离合器是汽车传动中的重要部件，根据德国出版的 03年世界汽车年检可以看出大多汽车还是用机械传动，目前常用的是摩擦干式离合器，近年来离合器的进一步发展，湿式离合器不断得到改进，国外的某些重型汽车和自卸车是用多片湿式离合器，因为它有良好的起步能力；传动轴的技术也相当成熟，近年来主要研究动平衡性部分车型已开始采 用两轴、三轴式和中间加支撑的空心传动轴，而且设计还日益专业化，国内外都有众多厂商生产离合器和传动轴。 随着发动机转速、功率的不断提高和电子技术的高速发展，人们对离合器和传动轴的要求也越来越高。从提高离合器和传动轴工作性能的角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步的向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操作形式正向自动操作的形式发展。而传动轴有传统的实心发展到空心，有一根发展成多段。因此，提高离合器和传动轴的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，已成为发展的趋势。 目前国内外离合器的种类有摩擦离合器、液力耦离合器、电磁离合器等几种。 电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的结合与分离。如在主动与从动件之间放置磁粉，则可加强两者之间的结合力，既是磁粉式电磁离合器。 3. 课题设计（或研究）的内容 本次设计的是 能够适应较多的复杂路面，行驶速度较高，对某些通过性及爬坡度要求较高，因此考虑采用双片干式离合器，液力操控式传动机构，是由于其技术成熟布置方便成本低，也容易减少驾驶员的疲劳程度，传动轴考虑采用空心传动轴，其质量小能传递的转矩大，比实心轴有更 高的零件转速，万向节采用十字轴万向节。 要研究柴油 纵机构和万向传动轴的基本结构于设计方法。 完成动力性与经济性的计算，绘制离合器、万向传动轴以及操纵机构的总成图，完成总和不少于三张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图，其中应包含计算机绘制的具有中等难度的 1号图纸一张以上。 4. 设计（或研究）方法 收集资料熟悉离合器、传动轴和操纵机构的种类结构发展趋势等，根据设计要求进行结构方案分析，确定设计总体方案。根据要求并结合实际情况选择离合器的主要参数，主要包括后备系数、单位压力 p、摩擦片 的直径厚度、摩擦因数等，万向传动轴的十字叉及零件转速，然后对离合器传动轴和操纵机构的参数进行优化计算。 5. 实施计划 5周 调研，搜集、分析资料； 6周 讨论，制定、确定总体方案； 7 完成主要总图设计； 11 完成零、部件图设计说明书等； 15周 整理图纸及全部设计文件，最 后交卷； 16周 审核、互审评阅设计； 17周 答辩，评定成绩。 指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 研究所（教研室）意见 研究所所长（教研室主任）签字： 年 月 日 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 1 第 一 章 前 言 离合器和传动轴看似简单，工作原理浅薄，但其结构的发展经历了上百年，融合几代人的智慧和心血才达到今天的地步，多年来实践经验和技术上的改进，从单片干式摩擦离合器发展到双片以及多片离合器，从原来的周置弹簧离合器、中央弹簧离合器、斜置弹簧离合器发展到膜片弹簧离合器，目前膜片弹簧离合器已广泛利用到各种车型上，因为它有一系列优点，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。近年来，湿式离合器在技术上不断改进，国外某些重型牵引汽车，开始了多片湿式离合器。 汽车后驱动桥的万向传动轴，简称传动轴，它是有万向节轴管及伸缩花键等组成，对于长轴矩汽车的分段传动轴，还要有中间支承。在乘用车中，有时为了提高传动系的弯曲刚度，改善传动系的弯曲振动特性，减小噪声，也将传动轴分成两段。当传动轴分段时，需加中间支承。 实心传动轴仅用于作为与等速万向节相连的转向驱动桥的半轴，或用于作断开式驱动桥的摆动半轴；空心传动轴具有较小质量，能传递较大转矩，比实心传动轴具有更高的临界转速，主要应用于传动系的万向传动轴。传动轴的伸缩花键一端不应靠近后驱动桥，而应靠近变速器或中间支承，以减 小其轴向阻力和磨损。 随着汽车发动机转速、功率的不断提高和汽车电子技术的高速发展，人们对离合器和万向传动轴的要求越来越高。离合器和万向传动轴设计理论也从传统的机械力学领域深入到热、电、材料、控制等众多的学科领域。今天，技术已发展到电子化、信息化。离合器和万向传动轴的发展也面临着用新技术改造和提高。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 2 第二章 离合器设计 合器概述 对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动系中是做为一个独传 中相连接的总成。目前，汽车上广泛采用摩擦离合器是一种能分离的装置。它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构。 为了保证离合器有良好的工作性能，涉及离合器应忙组如下要求： 在保证任何行驶条件下，既能可靠传递发动机的最大扭矩，必有适当的转矩储备，又能防止传动系过载。 1 接合是要完全、平顺、柔和 ，保证汽车岂不是没有抖动和冲击。 2 分离是要迅速、彻底。 3 从动部分转动惯量要小，以减轻变速 器换挡是变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。 4 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。 5 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。 6 操纵轻便、准确，以便减轻驾驶员的疲劳。 7 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要尽可能小，以保证稳定的工作性能。 8 结构简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。 随着汽车发动机转速、功率的不断提高和汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要 求越来越高。从提高离合器的工作性能的角度出发，传统的推式 膜片离合器结构正在向拉是膜片弹簧离合器发展。传统的操纵形式正向自动操纵形式发展。因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离合器的传动转矩的能力和简化操纵，易辰各位离合器的发展趋势。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 3 合器的结构方案分析 现代各类汽车上应用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同、压紧弹簧的结构形式不同和分离时作用力方向不同分类如下： 一、从动盘的选择 1. 单片离合器 单片离合器结构简单 ，轴向尺寸紧凑，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，采用轴向有弹性的从动盘可保证结合平衡。 2. 双片离合器 双片离合器与单片离合器相比，由于摩擦面增加一倍，因而传递转矩的能力较大；结合更为平顺、柔和；在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力较小。 3. 多片离合器 多片离合器多为湿式，具有结合更加平顺、柔和，摩擦表面温度较低，磨损较小，使用寿命长等优点。但分离行程大，分离不彻底，轴向尺寸和从动部分转动惯量大，主要应用于最大总质量大于 14 二、压紧弹簧 和布置形式的选择 1. 周置弹簧离合器 过去广泛应用于各类汽车上，现在已很少用。 2. 中央弹簧离合器 中央弹簧离合器结构复杂，轴向尺寸较大，多用于发动机最大转矩大于 400500N m 的商用车上，以减轻其操纵力。 3. 斜置弹簧离合器 与上述两种离合器相比，它具有工作性能稳定、踏板力小的突出特点。此结构在最大总质量大于 14t 的商用车上。 4. 膜片弹簧离合器 膜片弹簧是一种由弹簧钢制成的具有特殊结构的碟形弹簧，主要由碟簧部分和分离指部分组成，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车辆与动力工程学院毕业设计说明书 4 弹性特性，弹簧压力在摩擦片的允许磨损范围内基本不变，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，性能稳定；而圆柱螺旋弹簧压紧力明显下降。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。 但膜片弹簧的制造工艺较复杂，制造成本较高，对材质和尺寸精度要求较高，其非线性弹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逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。因此，膜片弹簧离合器不仅在乘用车上被大量采用，而且在各种形式的商用车上也被广泛采用。 表 2式和 拉式比 较 项目 类型 离合器各外形 分离轴承 膜片弹簧 外径尺寸 弹簧 应力 压紧 载荷 支撑 环数 设计 负荷 安装 推式 大 简单 大 容易 相对小 大 小 2 拉式 小 复杂 小 较难 相对大 小 大 1 拉式膜片膜片弹簧离合器较推式性能上有更多优点，由于受到分离轴承机构设计，拆装复杂等因素困饶，因此在许多场合还是宁愿采用推式结构型。 合器的主要参数选择 备系数 后备系数是离合器设计中的一个重要参数，它反映了离合器传车辆与动力工程学院毕业设计说明书 5 递发动机最大转距的可靠程度。在选择时，应考虑 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距、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系过载以及操纵轻便等因素。显然，为可靠传递发动机最大转距和防止离合器滑磨时间过长， 不宜选得太小；为使离合器尺寸不致过大、使用条件好时，可选得小些；当使用条件恶劣、需要拖带挂车时，为提高起步能力，减少离合器滑磨，应选得大些；汽车总质量越大，业应选得越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转距较不平稳，选取的值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转距波动越小， 可选得越小；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取值可比 螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的 值应大于弹片离合器。各类汽车离合器 得取值范围见表2 表 2合器 后备系 数 得取值 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 614t 的商用车 车 位压力0离合器工作性能和使用寿命有很大影响，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，应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处的热负荷，应取小些；后备系数较大时，可适当增大。 当摩擦片采用不同的材料时，取值范围见表 2 2 擦片单 位压 力 x 的取值范 围 摩擦片材料 单位压力 棉基材料 模压 辆与动力工程学院毕业设计说明书 6 编织 末冶金材料 铜基 基 金属陶瓷材料 擦片外径 D、内径 d 和厚度 b 摩擦片外径是离合器的重要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。 当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转距 A 已知，结合式（ 2式（ 2适当选取后备系数 和单位压力 x，可估算出摩擦片外径，即单位压力 摩擦片外经 D、内径 d 和厚度 b 最大转矩 D=1 2 m a x 13 310 p c 摩擦片外径 D（ 可根据发动机最大转距 按如下经验公式选用 经验公式 D= （ 2 直径系数 车用车 D= 225 219 摩擦片内径 可根据 d/D=间来确定 式中， c 为直径系数，取值范围见表 2 表 2直径系数 的取值范 围 车型 直径系数 乘用车 商用车 片离合器） 片离合器） 最大总质量大于 辆与动力工程学院毕业设计说明书 7 的商用车 荡摩擦片外径 D 确定后，摩擦片内径 d 可根据 d/D 在 同样摩擦片外径 D 时，选用较小的摩擦片内径 摩擦面积，提高传递转距的能力，但会使摩擦面上的压力分布不均匀，使摩擦片内、外缘圆周的相对滑磨速度差别太大而造成摩擦面磨损不均匀，且不利于散热和扭转减振器的安装。摩擦片尺寸应符合尺寸系列标准 57641998汽车用离合器面片，所选的 D 应使摩擦片最大圆周速度不超过 6570m/s，以免摩擦片发生分离。 摩擦片的厚度 b 主要有 种。 擦因数 f、摩擦面数 Z 和离合器间隙 摩擦片的摩擦因数 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数 f 受工作温度、单位压力和滑磨速度的影响较大，而粉末冶金材料和金属陶瓷材料的摩擦因数 f 较大且稳定。各种摩擦材料的摩擦因数 2擦材 料的摩 擦因数 f 的取 值范围 摩擦材料 摩擦因数 f 石棉基材料 模压 织 末冶金材料 铜基 基 属陶瓷材料 擦面数 Z 为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转 距的大小及其结构尺寸。 离合器间隙是指离合器处于正常结合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全结合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。该间隙 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 8 一般为 34 合器的设计与计算 约束条件 1） 3m a x 1 060 6570m/s 3600 发动机的最高转速（ r/ 6 5 6 0 1 03600 2） 内外半径比 c 标准系列根据经验公式计算结果可取 225 同样可查取 150 3)后备系数 根据后备系数的选择原则，本次设计的 选 ）为了保证扭转减震器的安装摩擦片的内径 d 必须大于弹簧位置直径00cm d 20R+50 即：08 5）为了反映离合器转矩比保护过载的能力 0 0224 c Z D d（ 2 （ 2 汽车设计表 2铜基 表 2 0p 4，代入公式 0 10 10适 单位面积 传递 转矩的 使用值 。（ N m/ 2） 离合器规格D/ 210 210250 250 325 325 20 10） 为了将地理和气化模式的热负荷，防止摩擦片 损伤，对于不车辆与动力工程学院毕业设计说明书 9 单位压力0p，根据所用摩擦材料在一定范围内选取。0： 0p 12 12 0 . 3 4 0 . 2 2 5 7)为了减小汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而烧伤，离合器每接合一次的单位摩擦面积滑磨功应小于其使用值 即： 224 d为单位摩擦面积滑磨功（ 2对于乘用车 ： 2对于最大宗质量小于 6 吨的商用车： 2对于最大总质量大于 6 吨的商用车 2 1800 (2 为汽车总质量取 2325 ； ； 汽车起步时所用变速器档位的传动比取 为主减速器的传动比取 为发 动机的转速取 2000，计算时乘用车去 2000r/用车取 1500r/数值代入公式 1800 2又有 224 d 奖上市计算结果代入得： 适。 校核 适。 根据汽车设计丛书表 择摩擦片系列参数 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 10 225 150 厚度 ， 单位面积 211 2 片弹 簧的特性 假设膜片弹簧在承载过程中其子午断面刚性的饶某点转动通过支撑环和压盘在膜片弹簧上的载荷 212 1111 2R r R 111 试中， E=510 为材料的松泊比对于钢 =H 为膜片弹簧钢板厚度； R, r 分别为碟簧部分大、小端半径；1R、1 当离合器分离时膜片弹簧的加载点将发生变化。设分离轴承分离指端所加的1载荷为2F，相应作用点变形为2，另外在分离与压紧状态下，只要膜片弹簧变形到相同位置有如下关系： 121 1片弹簧的强度计算 膜片弹簧的子午线断面在中性点演员周方向的切向 变为零 则断面任意点（，）切向应力： /2 ， 为自由状态时碟簧部分的圆锥角； 为从自由状态起碟簧子午线断面转角，中性点半径。 /L n R 222 e r (2令 / 0 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 11 图 2初达到最大值时的转角 (D+d)/4= R 大于 取 R=95 r=73 因为一般 R/ r=95/73=适。 2 hp 代入数值得： 。 取 = E=510 入 (1) 得：=片弹簧的节本参数选择 比值 H/h 选择 比值 H/h 对膜片弹簧的影响巨大，对（ 1）分析当 H/h 小于 2 时为增函数， H/h= 2 时有极值，当 H/h 大于 2 时有一极大值和一极小值，汽车离合器使用的膜片弹簧的 H/h 比值，一般为 后 h 为 24 . R/r 比值和 R、 r 的选择 研究表明， R/r 越大，弹簧材料利用率越低，弹簧越硬，弹性特性曲线受直径误差的影响越大，且应力越高。根据结构布置和压 紧力的要求， R/使摩擦片上的压力分布较为均匀，推式磨片弹簧的 R 值应取为大于或等于摩擦片的平均半径 式膜片弹簧的 r 值宜取为大于或等于 而且，对于同样的摩擦片尺寸，拉式的 R 值比推式的大 的选择 膜片弹簧自由状态下圆锥底角与内截锥高度H 关 系 密 切 ， = H/( 带 入 数 值 ，H=95,r=73 一般在 09 015 =辆与动力工程学院毕业设计说明书 12 膜片弹簧工作点位置的选择 膜片弹簧工作点位置如图 2示。该曲线的拐点 着 膜 片 弹 簧 的 压 平 位 置 ， 而 且 1H = 1H （ + ） /2 。新离合器在结合状态时，膜片弹簧工作点 B 一般取在凸点 M 和拐点 H 之间，且靠近或在 H 点处，一般 H ，以保证摩擦片在最大磨损限度 范围内的压紧力从 到 化不大。当分离时，膜片弹簧工作点从 B 变到 C。为最大限度的减小踏板力， C 点应尽量靠近 N 点 图 2 分离指数目 n 的选取 分离指数目 n 常取为 18，大尺寸膜片弹簧可取 24，小尺寸膜片弹簧可取 12。 （ 6） 膜片弹簧小端内半径 2分离轴承作用半径的确定 ： 离合器的结构决定，其最小值应大 于变速器第一轴花键的外径。 应大于0k T =25 27 ，取 26 取0r=27 ，8 切 槽 宽 度1 2及半径 2 的 确 定 的取值应满足 r 2的要求。2=9 10 1= 因为 r=73 ,取2=，代数值求得：13 压盘加载点半径 支承环加载点半径111略大于 且尽量接近 r 应略小于 。 1r r ,1R R 取1r=74 ，1R=94 片弹簧材料及制造工艺 国内膜片弹簧一般采用 60 50优质高精度钢板材料。为了保证其硬度、几何形状、金相组织、载荷特性和表面质量等要求，需进行一系列热处理。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行强压处理，即沿其分离状态的工作方向，超过彻底分离点后继续施加过量的位移，使其过分离 38 次，以产生一定的塑性变形，从而使膜片弹簧的表面产生与使用状态反方向的残余应力而达到强化的目的。一般来说，经强压处理后，在同样的工作条件下，可提高膜片弹簧的疲劳寿命 5%30%。另外，对膜片弹簧的凹面或双面进行喷丸处理，即以高速弹丸流喷射到膜片弹簧表面，使表层产生塑性变形，从 而形成一定厚度的表面强化层，起到冷作硬化的作用，同样也可提高承载能力和疲劳强度。 膜片弹簧的优化设计 约束条件： 10 /4 22225 150 =2363 片 弹 簧 个 尺 寸 和 松 泊 比 = 性 模 量 E=10 入 1B= 则11211 =1027N 1211 1R= 1B= （ 1H（1B/1H） 1119 5 7 30 . 8 / 1 . 09 4 7 4 1B /H R r H/h 09 /H R r 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 14 R/r 70 2R/h 100 R/0r 推式： (D+d)/41R D/2 拉式： (D+d)/41r D/2 本次采用推式，代入检验合适。 根据弹簧不知要求应满足： 1 - 1R 7 01r 6 0r 4 代入数值经检验均满足要求。 膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用因此其杠 杆比应在一定范围内选取 推式： （ 1r（1R1r） 式： （1R（1R1r） 次采用推式，代入检验合适。 = 以满足要求。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 15 第三章 扭转减 振器的设计 扭转减振器主要由弹性元件（减振弹簧或橡胶）和阻尼元件（阻尼片）等组成。弹性元件的主要作用是降低传动系的首端扭转刚度，从而降低传动系扭转系统的某阶（通常为三阶）固有频率，改变系统的固有振型使之尽可能避开由发动机转矩主谐量激励引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地耗散振动能量。因此，扭转减振器具有如下功能： 1） 降低发动机曲轴与传动系结合部分的扭转刚度，调谐传动系扭转固有频率。 2） 增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的顺态扭振。 3） 控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器轴系 的扭振，消减变速器怠速噪声和主减速器与变速器的扭振及噪声。 4） 缓和非稳定工况传动系的扭转冲击载荷，改善离合器的结合平顺性。 减振器的扭转刚度和阻尼摩擦元件的阻尼摩擦转矩 是两个主要参数，决定了减振器的减振效果。其设计参数还包括极限转矩 、预紧转矩和极限转角 等。 1转矩 时所能传递的最大转矩，即限位销起作用时的转矩。它受限于减振弹簧的许用应力等因素，与发动机最大 转矩有关，一般可取转矩有关，一般可取 （ 3 式中，商用车：系数取 用车：系数取 试验表明，当减振器传递的极限转距 与汽车后驱动轮的最大附着力 相等时，传动系的动载荷为最小；若 ，系统将会产生冲击载荷；若 ，则会增大减振器的角刚度，使传动系动载荷有所增大。 k=T/ （ 3 为了避免引起传动系统的共振，要合理选择减振器的扭转角车辆与动力工程学院毕业设计说明书 16 刚度 ，使共振现象不发生在发动机正常的工作转速范围内。决定于减振器弹簧的线形刚度及其结构布置尺寸。 设减振器弹簧分布在半径为 的圆周上，当从动片相对从动盘毂转过 时，弹簧相应变形量 。此时所需加在从动片上的扭转角刚度 T=1000k 20 （ 3-3）k =1000k 20 （ 3 初选 k 133 450=5850 取 k=5000Nm/ 图 3由 于 减 振 器 扭 转 刚 度 受 结 构 及 发 动 机 最 大 转 矩 的 限制，不可能很低，故为了在发动机工作转速范围内最有效地消振，必须合理选择减振器阻尼装 置的阻尼摩擦转矩。一般可按下式初选为 T=（ (3 减振弹簧安装时都有一定的预紧。研究表明，增加，共振频率向减小向移动，这是有利的。但是不应大于，否则在反向工作时，扭转减振器将提前停止工作，故取 T =（ 225=m 初选 k 133 450=5850 取 k=5000Nm/究表明，振频率将向减小频率方向移动，这是有利的。但是17 不应大于 T，否则在反向工作时，扭转减振器将提前停止工作。 (3 225= m 取0 N m 0R=（ 75=42 51 (3取0R=48 225 250 250 350 325 350 350 z 4 6 6 8 8 10 10 经济可取 当限位销与从动盘毂之间的间隙被消除，减振弹簧传递的转矩达到最大值，减振弹簧受到的压力为 F = 0R ( 3 11 15 取 14 弹簧钢丝直径 d= 38 (3 p 取 600 代入数值得： d=3 减 振 弹 簧 的 有 效 圈 数 i= 438 代入数值 的： i=6 k=211000 =2 15000 0 . 8 61 0 0 0 0 . 0 4 3 6 0 0振器从预紧转矩增加到极限转矩，从动片相对从动盘毂的极限转角为j=2 /2018 对汽车平顺要求高或发动机工作不均匀时，取上限。 j通常取 012 ，代入数值：j=0 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 19 第四章 离合 器的操纵机构 离合器操作机构的要求 1） 踏力板要尽可能小，乘用车一般在 80150N 范围内，商用车不大于 150200N。 2） 踏板行程一般在 80150围内，最大不应超过 180 3） 应有踏板行程调整装置，以保证摩擦片磨损后分离轴承的自由行程可以复原。 4） 应有踏板行程限位装置，以防止操纵机构的零件因受力过大而损坏。 5） 应具有足够的刚度 。 6） 传动效率要高。 7） 发动机振动及车架和驾驶室的变形不会影响其正常工作。 8） 工作可靠、寿命长，维修保养方便。 2. 操作机构结构形式选择 1） 常用的离合器操纵机构，主要有机械式、液压式、机械式和液压式的助力器、气压式和自动操纵机构等。 机械式操纵机构有杆系和绳索两种形式。杆系操纵机构结构简单、工作可靠，广泛应用于各种汽车中。但其质量大，传动效率低，发动机的振动和车架和驾驶室的变形会影响其正常工作，在远距离操纵时，布置较为困难。绳索操纵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，机械效率仍不高，多用于发动机排量小于 乘用车中。 液压式操纵机构主要由吊挂式离合器踏板、主缸、工作缸、管路系统和回位弹簧组成，具有传动效率高、质量小、布置方便、便于采用吊挂式套板、驾驶市容易密封、发动机的振动和变形不会影响其正常工作、离合器接合较柔和等优点，故广泛应用于各种形式的汽车中。 本次设计的柴油 用液压式操纵机构。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 20 图 4 合器操纵机构的设计计算 踏 板行程 S 由自由行程1 S=1s+2s=（21） 2b 2a 22d / 1a 1b 21d （ 4 0 16 分=入得上式： S=133 离合器操纵机构的设计计算 分离轴承的自由行程，一般为 映了自由踏板上的自由行程 一般为 2030 分别为主缸和工作 缸直径； S 为离合器分离时对偶摩擦面间的间隙，单片：S = ,双片： S = 不考虑回位弹簧的作用，分离离合器所作的功 ，根据具压盘的质量初估踏板得力为 135N 把数值代入： 考虑回位弹簧时 ： 10 . 5 0 . 5 4 0 . 8 2 20 . 8 F Z S F 合适 在规定的踏板力和行程的允许范围内，驾驶员分离离合器所作的功不应大于 30J。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 21 第五章 离合器主要零部件的结构设计 动盘总成 从动盘总成主要由从动盘毂、摩擦片、从动片、扭转减振器等组成。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： 1） 从动盘的转动惯量应尽可能小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。 2） 从动盘具有轴向弹性，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） 应安装扭转减振 器，以避免传动系共振，并缓和冲击。 动盘毂 从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受了由发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对中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选取。 从动盘毂轴向长度不宜过小，以免在花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底，一般取 的花键轴直径。从动盘毂一般采用锻刚，并经调质处理，表面和心部的硬度一般在 2632提高花键内孔表面硬度和耐磨性，可采用镀铬工艺；对减振弹簧窗口及从动片配 合处，应进行高频处理。 擦片 离合器摩擦片在性能上 应满足如下要求： 1） 摩擦因数较高且较稳定，工作温度、单位压力、滑磨速度的变化对其影响要小； 2） 具有足够的机械强度和耐磨性。 3） 密度要小，以减小从动盘的转动惯量。 4） 热稳定性好，在高温下分离出来的粘合剂少，无味，不易烧焦。 5） 磨合性好，不致刮伤飞轮和压盘表面； 6） 接合时应平顺而不产生“咬合”或“抖动”现象。 7） 长期停放后，摩擦面间不发生“粘着”现象。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 22 离合器摩擦片所用的材料主要有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金属 陶瓷摩擦材料。石棉基摩擦材料具有摩擦因数较高、密度较小、制造容易、价格低廉等优点。但它性能不够稳定，摩擦因数受工作温度、单位压力、滑磨速度的影响较大，故目前主要应用于中、轻载荷下工作。由于石棉在生产或使用过程中对环境有污染，对人体有害，故以玻璃纤维、金属纤维等代替石棉纤维。粉末冶金和金属陶瓷摩擦材料具有传热性好、热稳定性与耐磨性好、摩擦因数较高且稳定、能承受单位压力较高以及寿命较长等优点，但价格较贵，密度较大，接合平顺性较差，主要应用于载质量较大的商用车上。 摩擦片与从动片的连接方式有铆接和粘接两种。铆接方 式可靠，更换摩擦片方便，适宜在从动片的安装波形片，但其摩擦面积利用率小，使用寿命短。 动片 从动片要求质量轻，具有轴向弹性，硬度和平面度要求高。材料常用中碳钢板或低碳钢板。一般厚度为 面硬度为 3540 形片和减振弹簧 波形片一般采用 65度小于 1度为 4046经过表面发蓝处理。减振弹簧常采用 60505弹簧钢丝。 合器盖 总成 离合器盖总成除了压紧弹簧外，还有离合器盖、压盘、传动片、 分离杠杆装置及支承环等。 离合器盖 对离合器盖结构设计要求： 1） 应具有足够的刚度，否则将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，严重时不能使摩擦面彻底分离。为此可采取如下措施：适当增大盖的板厚，一般为 盖上冲制加强肋或在盖内圆周处翻边；尺寸大的离合器可改用铸铁铸造。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 23 2） 应与飞轮保持良好对中，以免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，也可采用止口对中。 3） 盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度。 4） 为了便于通风和散热，防止 摩擦表面温度过高，可在离合器盖上开较大的通风窗孔，或在盖上加设通风扇片等。 乘用车和载质量较小的商用车的离合器盖一般用 08、 10 钢等低碳钢板、载质量较大的商用车则常用铸铁件和铝合金铸件。 盘 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，有时可以设置各种形状的散热筋或鼓风筋，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。 2） 压盘具有较大的刚度，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 片的均匀压紧及与离合器的彻底分离厚度约为 1525 3） 与飞轮保持良好的对中，并要进行静平衡，压盘单件的平衡精度不低于 1520g 4） 压盘高度公差要小。压盘的厚度初步确定后，应根据下式来校核离合器依次接合的温升 压盘 （ 5 10 ， ，中间压盘 2 310 / 3m 代入数值得： 入数值。 。合适 压盘形状复杂，要求传热性好，具有较高的摩擦因数，通常采用灰铸铁，一般采用 硬度为车辆与动力工程学院毕业设计说明书 24 170227有少数采用合金压铸件。 传动片 传动片的作用是离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转，分离时，利用它的弹性来牵动压盘轴向分离并使操纵力减小。由于各传动片沿圆周均匀分布，它们的变形不会影响压盘的对中性和离合器的平衡。 传动片常用 34 组，每组 23 片，每片厚度 般由弹簧钢带 65成。 离杠杆 对分离杠杆装置的结构设计要求： (1) 分离杠杆应具有较大的弯曲刚度，以免分离时杆件弯曲变形过大，减小了压盘行程，使分离不彻底。 (2) 应使分离杠杆和支承机构与压盘驱动机构在运动上不发生干涉。 (3) 分离杠杆内端高度应能调整，使各内端位于平行于压盘的同有平面，其高度差不大于 (4) 分离杠杆的支承处应采用滚针轴承、滚销或刀口支承，以减小摩擦和磨损。 (5) 应避免在高速转动时因分离杠杆的离心力作用而降低了压紧力。 (6) 为了提高通风散热能力，可将分离杠杆制成特殊的叶轮形状，用以鼓风。 分离杠杆主要由 08 低碳钢板冲压和 35 等中碳钢成形而成。 承环 支承环和支承铆钉的安装尺寸精度要高，耐磨性好。支承环 一般采用 碳素弹簧钢丝。 离轴承总成 分离轴承总成由分离轴承、分离套筒等组成。分离轴承在工作中 主要承受轴向分离力，同时还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力 。 本次设计 用推力球轴 承 。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 25 第六章 万向传动轴的设计 述 万向传动轴由万向节、轴管及其伸缩花键等 组成，对于长轴距的汽车，有时还加装中间支承。它主要用于工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。 万向传动轴设计应满足如下基本要求： 1. 保证所连接的两轴的夹角及相对位置在一定范围内变化时，能可靠而稳定地传递动力。 于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许的范围内，在使用车速范围内不应产生共振现象。 用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。 万向传动轴在汽车上的应用比较广泛。发动机前置后轮或全轮驱动汽车行驶时，由于悬架不断变形 ，变速器或分动器的输出轴与驱动桥输入轴轴线之间的相对位置经常变化，因而普遍采用可伸缩的十字轴万向传动轴；某些汽车根据总布置要求需将离合器与变速器、变速器与分动器之间拉开一段距离，考虑到它们之间很难保证轴与轴同心及车架的变形，所以常采用十字轴万向传动轴或扰性万向传动轴；对于转向驱动桥，左、右驱动轮需要随汽车行驶轨迹变化而改变方向，这时多采用等速万向传动轴。 向节结 构方案分析 字轴式万向节 根据在扭转方向上是否有明显的弹性，万向节分为刚性万向节和扰性万向节。刚性万向节是靠零件的铰链式连 接传递动力，又分成不等速万向节、准等速万向节和等速万向节；扰性万向节是靠弹性零件传递动力的，具有缓冲减振作用不等速万向节是指万向节连接的两轴夹角大于零时，输出轴和输入轴之间以变化的瞬时角速度比传递运动，但平均角速度相等的万向节。准等速万向节是指在设计角度下以相等的瞬时角速度传递运动，而在其他角度下以近似相等的瞬时角速度传递运动的万向节。输出轴和输入轴以始终相等的瞬时角速度传递运动的万向节，称之为等速万车辆与动力工程学院毕业设计说明书 26 向节。 普通的十字轴式万向节主要由主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位和橡胶密封件等组成。 目前，常 见的滚针轴承轴向定位方式有盖板式、卡环式、瓦盖固定式和塑料环定位式等。卡环式又分为外卡式和内卡式两种，它们具有结构简单、工作可靠、零件少和质量小的优点。 十字轴式万向节结构简单，强度高，耐久性好，传动效率高，生产成本低；但所连接的两轴夹角不宜过大。 字轴式万向节设计 十字轴式万向节的损坏形式主要有十字轴轴颈和滚针轴承的磨损，十字轴轴颈和滚针轴承碗工作表面出现压痕和剥落。一般情况下，当磨损或压痕超过 便应报废。十字轴主要失效形式是轴颈根部断裂，所以设计时应保证该处有足够的抗弯强度 。 设作用于十字轴轴颈中点的力为 F= 12 6 1T=927N 为主从动叉轴的最大夹角。 十字轴滚针轴承中的滚针直径 通常不小于 免压碎，而且尺寸差别较小，否则回加重载荷在滚针间分配不均匀性，公差带控制在 内。滚针轴承颈 向间隙过大时，承受载荷的滚针数减少，有出现滚针卡住的可能性；间隙过小又有可能出现受热卡住或因脏物阻滞卡住。滚针的长度一般不超过轴竟颈的长度，这可使其既具有较高的承载能力，又不致因滚针过长发生歪斜而造成应力集中。 初选 1441232 300 （ 6 224 2 9 0 1 4 . 522 1 9 5124 4 3 . 2F M a （ 6十字轴滚针轴承中的滚针直径 通常不小于 免压碎，而且尺寸差别较小，否则回加重载荷在滚针间分配不均匀车辆与动力工程学院毕业设计说明书 27 性， 公差带控制在 内。滚针轴承颈向间隙过大时，承受载荷的滚针数减少，有出现滚针卡住的可能性；间隙过小又有可能出现受热卡住或因脏物阻滞卡住。滚针的长度一般不超过轴竟颈的长度，这可使
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