NJ1062轻型货车离合器总成设计【优秀机械毕业设计论文】
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nj1062
轻型
货车
离合器
总成
设计
优秀
优良
机械
毕业设计
论文
- 资源描述：
-
文档包括:
说明书一份。37页，14500字。
开题报告一份。
外文翻译一份。
图纸共4张，如下所示
A0-操纵机构.dwg
A0-离合器装配图.dwg
A2-从动盘.dwg
A2-摩擦片.dwg
- 内容简介：
-
毕业设计（论文）任务书 （指导教师填表） 填表时间： 2011 年 3 月 15 日 学生姓名 李洪刚 专业班级 车辆 工程 072 班 指导教师 乐升彬 课题类型 工程设计 题目 型货车设计（离合器总成设计） 主要研 究内容 1. 设计内容： 参考 型 货车， 完 成 所要求条件的 轻型货车 离合器及操纵机构设计 ； 绘制离合器与操纵机构总成图； 装配图及主要零部件工作图 不少于 3张零号图纸，其中应包含一张以上 用计算机绘制的具有中等难度的 1 号图纸，同时至少有折合 1 号图幅以上的图纸用手工绘制。 2. 计算内容：完成 离合器及操纵机构 方案分析， 完成 离合器 的设计计算。 3. 设计说明书内容：不少于 12000 字，其中的曲线及插图全部用计算机绘制 ；阅读参考文献不少于 15篇 ； 撰写中英文摘要，中文摘要 400 英文摘要 300 关键词一般为 4 ； 设计说明书全部用计算机打印。 4. 外文翻译：完成不少于 10000 印刷符的外文翻译（并附原文）。 主要技 术指标(或研究目标 ) 驱动型式： 4 2(后驱 )；驾驶室 ：平头；整车外形尺寸： 5995 2076 2285；整车整备质量： 2625定最大装载质量： 2750 距： 3308 距（前 /后）：1675/1485 小离地间隙： 213 高车速： 95 km/h；最小转弯半径： 76 00 发动机型号： 大功率 200大扭矩 2450002200 该 离合器及操纵机构 设计应 满足它们各自 系统 的基本要求 ， 以及该参考车型的设计要求 。 进度计划 (5 周 ): 调研、收集、分析资料； (6 周 ): 全组集体讨论，制定、确定总体方案； (7 9 周 ): 完成主要总图设计； (10 12 周 ): 完成零件图、部件图、设计说明书等； (13 周 ): 整理图纸及全部设计资料，上交所有设计资料； (14 周 ): 审核、互审评阅设计； (14 周 ): 答辩，评定成绩； 主要参 考文献 1. 机械设计手册（ 1、 2、 3、 4） 或 化工出版社； 2. 汽车工程手册 3. 汽车构造教学图册 . 人民交通出版社； 4. 汽车标准汇编（ 1 6） 5. 农用运输车标准汇编 6. 汽车构造、汽车设计、汽车理论。 教研室主任签字： 年 月 日 he to or of to of of to th e to is a It is is a to to on is to in to To or to of At to or at a is or to is no on So is no As on by on is by of is by of is of be At as a al l to be to in to on an at be is a of to s to of to a as is to of to a at a on a on A on in t he of on is to At at of is of It is as of is to of of In a is by a of in a to is to it or is a on a or i s so at at ba ck on in is a of is to is to of is as by to ss of by a of As so is to of a to by g a of is to by a by a on of a to a a in a to is to to by a cl to to c to of a to A of th e a to en in to a a a A is a of to of If is as is at a of is so a li on If to on is to on to is on up to be to a of 1. 2. 3. 4. of is to of so it at is up of at to so at as is a is a of As it is to as of a to of As is to a is in at of is to to of to it of It is to at in a it is If to it is a a in of is to it of a of A to a i n of - i t c a n s p i n o n l y i n t h e o p p o s i t e d i r e c t i o n , f o r c i n g t h e f l u i d t o c h a n g e d i r e c t i o n a s i t h i t s t h e s t a t o r b l a d e s . a is a 0 64 at at At in as so is of it up in is is in is in If in of a 0 a of 0 be 0 is to in is in as as it to in At of to on so it t n to of a to a a of a of by to is At up to at at as in is of To a a of up to 外文资料译文 1 离合器 发动机产生动力用以驱动车辆。动力传动系将发动机动力传到车轮。传动系由飞轮后端到车轮之间的零件组成。这些零件包括离合器、变速器、传动轴和减速器总成。 离合器是位于发动机和变速器之间的一个旋转装置，它包括飞轮、离合器（从动盘）磨擦片、压盘、压紧弹簧、离合器盖及操作离合器所需的连接杆件等。它通过零件间的接触磨擦工作。这是离合器为什么会称为磨擦机构的原因。离合器接合后，给变速器传递所有的发动机转矩磨擦没有打滑。离合器也被用于在变速器传动比变换时从传动系中分离发动机。 为了起动发动机或换档，驾驶员必须踩下离合 器踏板以便实现变速器和发动机的分离。在那时，与变速器输入轴相联的离合器从动件可能处于静止状态，也可能以一定的速度旋转，这一速度可能高于或低于与发动机相联的离合器主动件的旋转速度。没有弹簧压力作用于离合器总成器件上。因此在主动件和从动件之间没有磨擦。当驾驶员松开离合器踏板时，弹簧对离合件器件压力增加。各个器件之间的磨擦也会增加。弹簧对从动件所施加的压力由驾驶员通过离合器踏板和连杆机构来控制。主从动件的有效接合是通过其表面的摩擦来实现的。当弹簧压力全部应用时，主从动件的转速是相同的。此时，离合器充当一个刚性连接 装置，没有滑转，将发动机全部功率传递给变速器。 但是，为了使汽车操作平稳，变速器应该逐渐与发动机接合，并减小传动系的扭转冲击，因为发动机空转时的功率输出很小。否则，主动件与从动件连接过快，发动机会停转。 飞轮是离合器的一个主要部件。飞轮安装在发动机的曲轴上，给离合器总成传递发动机转矩。飞轮与离合器摩擦片和压盘结合在一起来传递或中断发动机给变速器的功率流。 飞轮也为离合器总成提供装配位置。当离合器作用时，飞轮将发动机转矩传递给离合器从动盘。飞轮重，所以有助于发动机的运外文资料译文 2 转平稳。飞轮外缘还有一个大齿圈，在起动发动 机时，它与起动机的小齿轮啮合。 离合器从动盘安装在飞轮和压盘之间，有一个花键毂套在变速器输入轴上的花键上。花键毂上的槽与输入轴上的花键配合。花键装配在槽内，因此，两个零件结合在一起。但是，从动盘可以在轴上前后移动。从动盘连接在输入轴上，与轴的转速相同。 离合器压盘一般由铸铁制成。它是圆形，与（离合器）从动盘的直径相同。压盘一侧被加工平滑。这侧会把离合器摩擦衬面压到飞轮上。外侧有各种形状，以有利于弹簧与分离机构的连接。有两种主要的压盘总成分别是螺旋弹簧总成和膜片弹簧总成。 螺旋弹簧离合器中，压盘背部有许多螺旋 弹簧支撑（压紧），并和它们一起安装在一个通过螺栓连接到飞轮上的压制钢（离合器）盖中。弹簧推压离合器盖。从动盘和压盘都不是严格连接到飞轮上，两个都可以相对飞轮前后移动。当离合器踏板被踩下时，安放在碳质或滚珠推力轴承上的止推垫被压向飞轮。分离杠杆（在枢轴上）转动，使它们能够与一侧的止推垫和另一侧的压盘接合，然后将压盘拉向弹簧。这会释放施加在从动盘上的压力，变速器和发动机脱离。 现代轿车普遍采用膜片弹簧压盘总成。膜片弹簧是一个薄金属片，在压力作用下会弯曲。当压力释放时，这个金属弹簧会回到原来的形状。膜片弹簧的中心 部分有许多切开的分离指作为分离杠杆。当离合器总成随着发动机旋转时，由于离心力的作用，它们的重量会被甩到膜片弹簧的外缘，从而使分离杠杆对压盘释压。在离合器分离时，分离指在分离轴承作用下向前移动。支撑环（圈）上的弹簧枢轴和它的外缘从飞轮分离。弹簧收缩将压盘拉离离合器片，从而将离合器分离。 当离合器结合时，分离轴承和膜片弹簧的分离指向变速器方向移动。当膜片枢轴越过支承环时，它的外缘将压盘压在离合器片上，使离合器片和飞轮接合。 膜片式压盘总成的优点在于它的结构紧凑，重量轻，运动部件少，接合费力小（轻便），通过对压盘 周围施加的平衡力来减小转动外文资料译文 3 时的不平衡现象，离合器滑转率小。 离合器踏板可通过绳索或常见的液压系统连接到分离机构。无论采用哪种方式，踩下踏板，操纵分离机构，通过分离轴承对离合器膜片弹簧指施加压力，均可解除膜片弹簧对离合器盘的压紧。如果带有液压机构，由离合器踏板臂来操纵离合器主缸中的活塞，将液压油通过管道压入到离合器工作（分离）缸，此后由工作缸中的活塞操纵离合器分离机构。另外一种是由绳索将离合器踏板连接到分离机构的。 其它零部件包括离合器（分离）叉、分离轴承、离合器壳、离合器盖和导轴衬（套） ，用来接合和分离变速器。分离叉连接到杠杆机构，实际用来操纵离合器。分离轴承安装在离合器分离叉和压盘总成之间。离合器壳用来封闭离合器总成。而离合器盖固定在离合器壳的底部。这个活动盖可使技工（维修工）在检查离合器时不必拆卸变速器和离合器壳。导轴衬安装在曲轴的后端，用来固定变速器输入轴。 扭矩变矩器 基础 就像装有手动变速器的汽车（有离合器）一样，装有自动变速器的汽车需要有一个装置，使发动机在车轮和变速器齿轮停止转动时能继续运转。手动变速器汽车是通过离合器，使变速器完全与发动机脱离。而自动变速器汽车采用的是液力变 矩器（转矩变换器）。 液力变矩器是一种液力偶合器，它使发动机的旋转与变速器基本上不相关。如果发动机转动很慢，例如在制动灯亮时汽车怠速行驶，通过液力变矩器传递的转矩很小，所以要使汽车停下来，只需要用很小的力踩制动踏板。 液力偶合器 如果在汽车停止时，踩下加速踏板。就必须用很大的力来踩制动器，使汽车制动。这是因为当你加速时，发动机转速增加，泵入液力变矩器的液体量增多，从而使更大的转矩被传递给车轮。 外文资料译文 4 变矩器内部结构 有液力变矩器的坚固外壳内有 4 个部件：泵轮、涡轮、导轮和传动液。 液力变矩器的外壳用螺栓固定在发动机 的飞轮上，因此它与发动机的转速相同。液力变矩器泵轮叶片连接在外壳上，因此它的转速与发动机相同。下面的剖视图说明了液力变矩器部件在其内部是如何连接的。 液力变矩器内的泵轮是一种离心泵。当它旋转时，传动液会被甩到外侧，非常像洗衣机的旋转周期，将水和衣服甩到洗衣桶外侧。当传动液甩向外侧时，会在中心产生真空，从而吸入更多的液体。 然后传动液进入到涡轮叶片中间，叶片与变速器相连。涡轮带动变速器旋转，其本质是用来驱动汽车。涡轮的叶片是弯曲的。这说明从外侧进入到涡轮中的传动液在离开涡轮中心之前会改变方向。正是这种方向的改 变使涡轮旋转。 传动液从涡轮中心流出，流出时的方向与它进入时的方向不同。流出涡轮的液体流动方向与泵轮旋转方向相反。如果允许传动液冲击泵轮，它会使发动机减速，损耗功率。这就是为什么液力变矩器要有一个导轮的原因。 导轮位于液力变矩器的正中心。它的工作是让从涡轮返回的液体在它再次冲击泵轮之前，使其改变方向。这会戏剧性地增加液力变矩器的效率。 导轮叶片具有很强的（侵袭性）主动性，它的方向与传动液流动方向完全相反。导轮通过单向离合器连接在变速器的固定轴上。因为采用这种布置方式，导轮不会随着传动液旋转，它只能按照与其相 反的方向旋转，从而在传动液冲击导轮叶片时强迫其改变方向。 当汽车开始运动时，会有一些棘手的事情发生。当行驶速度在40 英里 /时左右时，泵轮和涡轮转速基本上相同（泵轮总是旋转的稍快）。此时，从涡轮返回的传动液流入泵轮时的方向已经与泵轮相同，因此不需要导轮。 尽管涡轮改变传动液的流动方向，并将它甩到后面，传动液仍外文资料译文 5 以涡轮旋转方向始终流动，因为涡轮在一个方向上的旋转速度大于传动液从另一方向泵入的速度。如果你站在驶速在 60 英里 /时的皮卡车后面，将一个小球从皮卡后方以 40 英里 /时的速度扔出，这个小球仍会以 20 英里 /时速度 前进。这与涡轮相似，传动液从一个方向甩出时的速度与它在另一个方向上的初始速度不一致。 在这些速度上，传动液实际上是在冲击导轮叶片的背面，从而使导轮在单向离合器上空转，因此不妨碍传动液从它中间穿过。 优缺点 除了在发动机转动时，使汽车达到完全停止之外，液力变矩器实际上在加速起动时能给汽车提供更大的转矩。现代液力变矩器能够使发动机的转矩增大 2 3 倍。这种效果只在发动机旋转速度明显快于变速器时出现。 在高速运转时，变速器随发动机转动，最终转速几乎相同。虽然在理想情况下，变速器旋转速度可以与发动机相同，但由于速度消 耗功率，因此实际是不同的。这是为什么装有自动变速器的汽车比装有手动变速器的汽车燃油经济性差的原因之一。 为了使这种结果相反，一些汽车上的液力变矩器带有锁止离合器。当液力变矩器的两半部分达到合适速度时，锁止离合器将它们锁在一起来消除滑转和提高效率。 河南科技大学毕业设计（论文）开题报告 （学生填表） 学院： 车辆与动力工程学院 2011 年 4 月 1 日 课题名称 型货车设计（离合器总成设计） 学生姓名 李洪刚 专业班级 车辆 072 课题类型 工程设计 指导教师 乐升彬 职称 讲师 课题来源 生产 1. 设计（或研究）的依据与意义 随着我国经济的快速发展，特别是农村经济的快速发展，广大农民朋友为了更快地把自己的农产品投入市场，特别是在国家汽车下乡政策的积极鼓励下，轻型载货汽车正 在走入千家万户， 这不仅有利于促进我国汽车产业的快速发展，也为我国农业的快速发展提供了强有力的保障。 离合器装在发动机与变速器之间，汽车从启动到行驶的整个过程中，经常需要使用离合器。它的作用是使发动机与变速器之间能逐渐接合，从而保证汽车平稳起步；暂时切断发动机与变速器之间的联系，以便于换档和减少换档时的冲击；当汽车紧急制动时能起分离作用，防止变速器等传动系统过载，起到一定的保护作用。离合器类似开关，接合或断离动力传递作用，因此，任何形式的汽车都有离合装置，只是形式不同而已。 国家适时出台汽车零部件再制造试点 管理办法 是对节能减排这一工作方针的具体实施。汽车零部件再制造对推进我国循环经济发展和加快资源节约型社会建设意义重大。据资料显示，美国汽车再制造是世界最大的再制造市场，其范围已覆盖发动机、传动装置、离合器、起动机、空调压缩机等，产业规模已超过750 亿美元。 但是在我国这样的再循环建设可以说还在起步阶段，像离合器等报废了一般走进废铁回收站买点小钱，对资源是一种巨大的浪费，也很可能对生态造成污染和破坏 。 同时我们也得看出解决的最终办法就是提高科研能力，生产的离合器既要符合发动机功率和转速的要求，还要满足结构简单、质 量小、制造工艺好等等。科技创新是关键。 2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 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。 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 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 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35 家年销售量超过 300 万套的“小巨人”企业和 510 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。 国外发展情况和趋势： 大众汽车 最近发明出 比传统自动变速箱更省油，比普通手动变速箱响应更快 离合器变速箱 ，它 是目前世界上最先进的、具有革命性的变速器系统。 妙地把手动变速器的灵活性和传统自 动变速器的方便性结合在一起，采用了双离合器和 6 个前进档的齿轮变速器作为动力的传送部件，实现更为顺畅的换档，令驾驶者体会到更强的运动快感，同时，却付出了更低的油耗。 同时 电子技术也进入了离合器系统 也是趋势所在， 一种由控制单元（ 制的离合器已经应用在多款的轿跑车上。其 集油门踏板、发动机转速传感器、车速传感器等信号，驱动伺服马达机构施行自动变速 。 汽车变速系统技术整体上是由手动换档向自动换档发展，尤其是现阶段高速发展的计算机技术应用于换档变速系统，使汽立自动变速技术得到了快速的发展。 3. 课题设 计（或研究）的内容 1. 设计内容：参考 型 货车， 完 成所要求条件的轻型货车 离合器及操纵机构设计 ； 绘制离合器与操纵机构总成图； 装配图及主要零部件工作图 不少于 3 张零号图纸，其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的 1 号图纸，同时至少有折合 1 号图幅以上的图纸用手工绘制。 2. 计算内容：完成 离合器及操纵机构 方案分析， 完成 离合器 的设计计算。 3. 设计说明书内容：不少于 12000 字，其中的曲线及插图全部用计算机绘制；阅读参考文献不少于 15 篇；撰写中英文摘要，中文摘要 400，英文摘要 300实词，关键词一般为 4；设计说明书全部用计算机打印。 4. 外文翻译：完成不少于 10000 印刷符的外文翻译 。 4. 设计（或研究） 方法 1) 对市场进行调查，研究，搜集资料； 2) 到工厂和实验室参观了解相关车型基本情况； 3) 参照有关标准以及同类车型运用类比法选择车型及各部分参数范围； 4) 各部分设计人员通过集体协商确定参数； 5) 完成离合器及操纵机构方案分析，完成离合器的设计计算 ； 6) 使设计满足使用要求； 7) 利用计算机进行绘图。 5. 实施计划 (5 周 ): 调 研、收集、分析资料； (6 周 ): 全组集体讨论，制定、确定总体方案； (7 9 周 ): 完成主要总图设计； (10 12 周 ): 完成零件图、部件图、设计说明书等； (13 周 ): 整理图纸及全部设计资料，上交所有设计资料； (14 周 ): 审核、互审评阅设计； (14 周 ): 答辩，评定成绩 ； 指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 教研室意见 教研室主任签字： 年 月 日 毕 业 设 计（论 文） 题目 型货车设计（离合器总成设计） 2012 年 6 月 3 日 - 1 - 型货车设计（离合器总成设计） 摘要 在这三个月的时间里，我的最重要的任务之一就是设计汽车离合器、其操纵机构，以及传动轴的设计。 众所周知汽车底盘包括传动系、行驶系和转向系，传动系部件包括离合器、变速器、传动轴、驱动桥、半轴及驱动轮。在传动系的这些部件中，离合器和变速器无疑是两个最为重要 的部件。驾驶员通过操纵离合器既可以在变速器换档时使发动机与离合器暂时分离，也可以在汽车起步时使发动机与离合器平稳接合。离合器的设计采用 膜片弹簧压紧机构 ，液压式操纵机构。在国外，常采用液压操纵机构的离合器以减轻驾驶员的疲劳， 通过对传动轴的传动类型分析，对传动方式和传动轴进行了选型；通过对传动轴的类型与结构分析，选择了传动轴的十字轴滚针轴承的密封形式 盖板式密封。通过对万向节的十字轴、滚针轴承、万向节叉的设计计算，确定了所设计车辆使用的这些部件的具体尺寸。 综合各部分的设计及校核结果，所设计的离合器、传动轴 能满足所设计的轻型货车的传动要求。 关键词 ：离合器，传动轴，十字轴，操纵机构 - 2 - F A n of my as as is In to be he to - 3 - In by to s to on to of to to to of to - 4 - 目 录 前 言 1 第一章 离合器设计分析与方案选择 3 述 3 合器结构方案分析 4 动盘数的选择 5 压紧弹簧和布置形式的选择 6 片弹簧支承形式 7 盘驱动方式的选择 8 第二章 离合器基本参数和主要尺寸选择 9 合器基本参数计算 10 片弹簧主要参数的选择 12 转减震器的设计 13 合器压盘的设计 17 合器从动盘毂花键的强度校核 19 合器操纵机构的设计计算 19 第三章 传动轴的设计与计算 23 述 23 向节结构方案分析 24 向节的设计计算 24 万向节设计 24 传动轴的设计 26 第四章 结 论 29 参考文献 30 致 谢 31 - 5 - 前 言 自从十九世纪末期诞生第一辆汽车以来，汽车工业经历了 100年的发展过程。由于社会需求的不断增长和科学技术发展的推动，汽车设计日臻精巧，其运输生产率和各项性能都有很大提高。因此，现在汽车已成为世界各国国民经济和社会生活中不可缺少的的一种运输工具。汽车工业规模和其产品的质量也成为衡量一个国家技术水平的重要标志之一。 50 年代以来，由于高速公路的发展，促使汽车的运输能力和载货量逐渐加大。目前，国外公路用牵引半挂式汽车的总质量可达 40吨，车速可达 100km/h 以上，每年平均行驶里程约 15 万 些工业发达 国家的汽车货运量在总货运量的比例高达 80之多。 60 年代以来，载货汽车向大型化发展，是汽车在矿山、钢铁、建筑、石油开发等部门运输量的比重也逐渐上升，各国还采用变型和集装箱运输方式来扩大汽车的用途和降低汽车运输成本。在农业部门生产过程中，汽车运输也占有很重要的地位。由此可见，汽车已渗透到国民经济的各个部门中了。除载货汽车外，不少国家每年还要生产数量众多的供私人用的各种形式的轿车（在有些国家中轿车产量占整个汽车产量的 80），车主用以上下班、采购、旅游和出差时代步。在这里汽车起到了节省时间、加快生活节奏和使生活 现代化的作用。因此在有些国家中，轿车就成为人们生活中十分需要的工具，非常普及。正是由于汽车的用途日益广阔，所以近 20 年来汽车的产量不断增加。据 80 年代初统计，全世界汽车年产量已达 4000 万辆，保有量达 4 亿辆以上。汽车作为路上运输工具在社会中发挥的作用已经接近甚至超过了铁路车辆。但它也给社会带来了许多新问题。在车辆多的国家中造成车流密度大，交通拥挤和频繁的交通事故；废气和噪声对环境造成了污染，这些已形成了社会公害。这些都严重影响了社会的治安和人民的生活。所以许多国家制定了各种法规来加以防治，并对汽车设计提出了 很严格的要求。综上所述，今天的汽车，其作用不仅深入到国民经济的各个部门，还与社会和人民生活息息相关，因此在汽车设计时，必须考虑到这些因素而形成自己的特点。 - 6 - 汽车设计的特点之一是要考虑其使用条件的复杂多变，同一辆汽车在各种地区所面临的使用条件，如道路、气候、维修能力和燃料供应等就有很大的不同。以我国为例，南北之间跨越纬度很大，南部进入热带，北部接近寒带，因此南北温差悬殊；在辽阔的国土上，地形十分复杂，西部有雄伟的高原，东部为辽阔的平原和起伏的丘陵，西南多山地，各种地形互相交错，不同的气候和地理条件对汽车的结构 、材料和汽车的设计都有特殊的要求。例如：高原地区要求发动机增压；寒冷地区要求考虑冷启动；热带地区希望驾驶室有良好的通风和隔热设备等。因此，汽车设计人员一定要仔细调查研究汽车的各种使用条件，精心设计，才能确定合理的方案，使汽车能对复杂的使用条件有良好的适应性，并保证可靠的动作。这是对汽车设计的第一个要求。 大多数汽车是以大量生产和大批生产为主，这是它第二个特点。由于汽车产量大，品种形式多，所以设计中必须尽可能采用部件专业化生产和实行“三化”，以达到简化生产、提高工效和改进产品质量、降低成本的目的。所谓“三化” 是指产品系列化、零部件通用化和零件设计的标准化而言，它在国外设计中得到广泛应用。国外常由各专业化工厂分担各种零部件生产，然后由汽车装配厂加以选用和进行总装以完成整车的生产。各专业厂为了即能供应各种型号汽车所需的部件，又能进行大量生产，常把产品合理分档，组成系列，并考虑各种变形。如发动机可按缸数分为 4 缸、 6 缸、 、自然吸气、增压、增压中冷等几个品种，这样就可以较少的基本型满足广泛的要求。 随着汽车工业的不断壮大和发展，汽车设计技术在近百年中也不断的更新，总的来说经历了三个阶段：最早是经验设计阶段； 到第二次世界大战后的 50 年代，逐步发展到以科学实验和技术分析为基础的设计阶段；从 60 年代中期在设计中引入电子计算机后，就逐步形成了新的设计技术 计算机辅助设计（ 70 年代以后，计算机功能逐步完善，使设计过程逐步走向半自动和自动的新阶段。正是由于设计技术的不断发展，才使得产品的功能不断提高。 - 7 - 第一章 离合器设计分析与方案选择 述 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。 为了保证离合器具有良好的工作性能，对汽车离合器设计提出如下基本要求： 有适当的转矩储备。 保证汽车起步时没有抖动和冲击。 底。 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。 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。 具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。 确，以减轻驾驶员的疲劳。 保证有稳定的工作性能。 保证其工作可靠、寿命长。 摩擦离合器主要由主动部分 (发动机飞轮、离合器盖和压盘等 )、从动部分 (从动盘 )、压紧机构 (压紧弹簧 )和操纵机构 (分离叉、分离轴承、离合器踏板及传动部件等 )四部分组成。 主、从动部分和压紧 - 8 - 机构是保证离合器处于接合状态并能传递动力的基本结构，操纵机构是使离合器主、从动部分分离的装置。 随着汽车发动机转速和功率的不断提高、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地向拉式结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。因此，提高离合器的可靠性和使用寿命，适应高转速，增加传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。 合器结构方案分 析 我们小组本次的设计任务是设计一辆皮卡车，可乘坐人 ，而我个人的设计任务是离合器及操纵机构的设计。 图 1合器 以下对离合器的功用和方案进行分析。 在设计离合器时，主要根据车型的类别、使用要求、制造条件以及“三化”（系列化、通用化、标准化）要求等，合理选择离合器的结构。 汽车离合器大多是盘形摩擦离合器，按其从动盘的数目可分为单片、双片和多片三类； 根据压紧弹簧布置形式不同，可分为圆周布置、中央布置和斜向布置等形式；根据使用的压紧弹簧不同，可分为圆柱螺旋弹簧、圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧离合器；根据分离时所受 作用力的方向不同，又可分为拉式和推式两种形式。 - 9 - 动盘数的选择 对轿车和轻型、微型货车而言，发动机的最大转矩一般不大。在布置尺寸允许的条件下，离合器通常只设有一片从动盘。单片离合器 (图 1构简单，尺寸紧凑，散热良好，用时能保证分离彻底、接合平顺。 双片离合器 (图 1单片离合器相比，由于摩擦面数增加一倍，因而传递转矩的能力较大；在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力较小，另外接合较为平顺但中间压盘通风散热不良，两 图 1双片离合器 片起步负载不均，因而容易烧坏摩擦片，分离也不够彻底。设计时在结构上必须采取相应的措施。这种结构一般用在传递转矩较大且径向尺寸受到限制的场合。 多片离合器多为湿式，它有分离不彻底、轴向尺寸和质量大等缺点，以往主要用于行星齿轮变速器换挡机构中。但它具有接合平顺柔和、摩擦表面温度较低、磨损较小、使用寿命长等优点，主要应用于重型牵引车和自卸车上。 由于皮卡车属于轿车类型，所以我选用了单片离合器。 - 10 - 压紧弹簧和布置形式 的选择 周置弹簧离合 器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧 (图 1 1)，其特点是结构简单、制造容易，因此应用较为广泛。中央弹簧离合器采用一至两个圆柱螺旋弹簧或用一个圆锥弹簧作为压紧弹簧，并且布置在离合器的中心，此结构轴向尺寸较大。由于可选较大的杠杆比，因此可得到足够的压紧力，且有利于减小踏板力，使操纵轻便。斜置弹簧离合器的弹簧压力斜向作用在传力盘上，并通过压杆作用在压盘上。这种结构的显著优点是在摩擦片磨损或分离离合器时，压盘所受的压紧力几乎保持不变。而膜片弹簧离合器 (图 1的膜片弹簧是 一种具有特殊结构的碟形弹簧， 主要由碟簧部分和分离指组成，它 与其它形式的离合器相比具有如下 图 1片弹簧离合器 一系列优点： 1)膜片弹簧具有较理想的非线性特性 如图 2示，弹簧压力在摩擦片允许磨损范围内基本不变 (从安装时工作点 B 变化到 A 点 )，因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；对于圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降 (从月点变化到 A，点 )。离合器分离时，弹簧压力有所下降 (从 B 点变化到 C 点 )，从而降低了踏板力；对于圆 柱螺旋弹簧，压力则大大增加 (从月点变化到C，点 )。 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，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱螺 - 11 - 旋弹簧压紧力则明显下降。 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，对材质和尺寸精度要求高，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，膜片弹簧离合器不仅在轿车上被大量采用，而且在轻、中、重型货车以及客车上也被广泛采用。 片弹簧支承形式 推式膜片弹簧支承结构按支承环数目不同分为三种。图 1双支承环形式，其中图 1台肩式铆钉将膜片弹簧、两个支承，图 1铆钉上装硬化衬套和刚性挡环，可提高耐磨性和使用寿命，但结构较复杂；图 1消了铆钉，在离合器盖内边缘上伸出 许多舌片，将膜片弹簧、两个支承环与离合器盖弯合在一起，使结构紧凑、简化、耐久性良好，因此其应用日益广泛。 图 1单支承环形式。在冲压离合器盖上冲出一个环形凸台来代替后支承环 (图 1结构简化，或在铆钉前侧以弹性挡环代替前支承环 (图 1以消除膜片弹簧与支承环之间的轴向间隙。经过比较我选用了推式膜片弹簧。 图 图 双支撑形式 单支撑形式 - 12 - 盘驱动方式的选择 压盘的驱动方式 主要有凸块一窗孔式、销钉式、键块式和传动片式多种。前三种的共同缺点是在联接件之间都有间隙，在驱动中将产生冲击和噪声，而且在零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低了离合器传动效率。传动片式是近年来广泛采用的结构，沿周向布置的三组或四组钢带传动片两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联接 (图 1 2)，传动片的弹性允许其作轴向移动。当发动机驱动时，钢带受拉；当拖动发动机时，钢带受压。此结构中压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，使用可靠，寿命长。但反向承载能力差，汽车反拖时易折断传动片，故对材料要求较高，一般采用高碳钢。因 此我采用了传动片式驱动方式。 - 13 - 第二章 离合器基本参数和主要尺寸选择 摩擦离合器是靠摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。为 了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时 大于发动机最大转矩 ： T (2式中， 发动机最大转矩；为离合器的后备系数，定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转 矩之比，必须大于 1。 离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为： CC (2式中， T，为静摩擦力矩；为摩擦面间的静摩擦因数，计算时一般取 F 为压盘施加在摩擦面上的工作压力； R，为摩擦片的平均摩擦半径； Z 为摩擦面数，是从动盘数的两倍。 当摩擦片上的压力均匀分布时，则： 4 )(2200 (2)(3 2233(2式中， 摩擦面单位压力， A 为一个摩擦面的面积； D 为摩擦片外径； d 为摩擦片内径。当 d D ， R 可相当准确地由下式计算： 4 (2把公式 (2 (2入式CC 可得： )1(12 330 (2 - 14 - 式中， C 为摩擦片内外径之比， C=d D，一般在 间。 合器基本参数计算 离合器的基本参数主要有性能参数和 尺寸参数 D 和 d 及摩擦片厚度 b。 后备系数是离合器设计时用到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择后备系数时，应考虑以下几点： 1)摩擦片在使用中磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩。 2)要防止离合器滑磨过大。 3)要能防止传动系过载。 显 然，为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，不宜选取太小；为使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜选取太大。膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取的值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的值应大于单片离合器。各类汽车后备系数推荐如下： 轿车和微型、轻型货车 =型和重型货车 =野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽车 = 合我 们 设 计的 车 型 我 选取 =所以 N m) 摩擦面数取 z=2 摩擦面因数取 f=擦片内外径比 c=0。 单位压力 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，发动机后备功率大小，摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。离合器使用频繁，发动机后备系数较小时，加应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘 - 15 - 处的热负荷， 取小些；后备系数较大时，可适当增大 当摩擦片采用不同材料时， 下列范围选取： 石棉基材料 末冶金材料 属陶瓷材料 ， 由式（ 2 4 c N m) 由式（ 2 F/2以通过计算，我采用石棉基材料，并且取 擦片外径 D，内径 d 和厚度 b 摩擦片外径 D 可以根据发动机最大转矩 m)依照经验公式： （ 2 由式知 ) 02 4 D 直径系数其取值范围如下表： 根据离合器摩擦片的标准化、系列化原则，根据下表： - 16 - 圆整后取得：外径 D=250( 内径 d=155(厚度 b=3.5(内外径比值 c=d/D=擦片的外径 D（ 选取应使最大圆周速度 超过 6570m s，即： 3m a x 1060 （ 2 可知 065/ 故不会分离，又有 d/D=震弹簧数目 4610 取 Z=6 - 20 - 当限位销与从动盘毂之间的间隙 1 或 2 被消除，减振弹簧 传递转矩达到最大值时振弹簧受到的压力1/ j(2得； 8 61056 2 9 6 3 由上表可知，所以每个弹簧所承受的工作压力为： (2得； 6 5 1）弹 簧钢丝的参考尺寸： 3 28 (2)(1.3 0 p=1000 通过多方面考虑选取 d=3(减震器弹簧中径 3(减震器弹簧内径 30(减震器弹簧外径 3+3=16(111000 (2得： )/(000132 j 48 (2得： 8 3 443 4 KD - 21 - G:材料的扭转弹性模量 钢 G=104 2 (2得： 圈62 下的弹簧长度 n(d+s) (2得： 9.8(s=弹簧圈间隙） (2得： L （ m (2得： )( 1y (2得： )( y 因此可得安装后的高度为： 0（ 2 )( 合器压盘的设计 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 - 22 - 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。 2)压盘应具有较大的刚度，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以及与离合器的彻底分离。 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。 压盘形状比较复杂 ,要求传热性能要好 ,具有较高的摩擦系数及耐磨 造而成的 ,金相组织呈珠光体结构 ,硬度 压盘的外径可以根据摩擦片的外径由结构确定 而压盘的内径则要比摩擦片的内径要稍微小些 D=250+5=255(d=15550(1)压盘工作压力 F （ 2 得： 1 0 0 80 9 3 7 96 2)压盘的滑磨功 212022m a x 1800 （ 2 得： )( 9 8 0 0 3 7 7 4 53 8 0 0 0 22 222212022m a x 3)压盘的质量 由于离合器一次结合的温升不应超过 100,所以取压盘温升为 80C 即 : - 23 - （ 2 得： )( C:比热容 铸铁 C=0C 由此可知压盘质量必须大于 )压盘的厚度计算 33 /108.7 铸铁 ) 铸铁（ 2 得： 20 2 5 23 （ 由式（ 2： )( 既 :压盘厚度不应小于 22设计取为 22 合器从动盘毂花键的强度校核 从动盘毂花键的内径为 28 毫米 ,外径为 35 毫米 ,花键的有效长度为 35 毫米 ,键齿宽 4 毫米 . 对花键的挤压应力进行强度校核 : (822 m a x （ 2 得M p aM p aZ n 00 5 5 52 5 0( 1 8 58)( 8 62222 m a x 对花键的剪切应力进行强度校核 : - 24 - (4 m a x （ 2 得M p aM p aZ n l 5 5 52 5 0( 41 8 5)( 4 3m a x 由以上两个公式可得设计中选用的花键能满足要求 . 离合器操纵机构的设计计算 离合器操纵系统得功能是，把驾驶员对离合器踏板得输入 变成在分离轴承上得输出，来控制离合器得分离和接合，从而完成对汽车传动系统得动力切断或传递。因此，离合器踏板得布置位置、相关尺寸、作用力以及行程大小都要符合人体工程学的要求。 综合起来，设计离合器操纵系统时要考虑如下一些因素； 1对操纵机构的要求 (1)踏板力要小，轿车一般在 80 150车不大于 150200N。 (2)踏板行程对轿车一般在 80 150围内，对货车最大不超过 180 (3)踏板行程应能调整，以保证摩擦片磨损后分离轴承的自由行程可以复原。 (4)应有对踏板行程进行限位的装 置，以防止操纵机构因受力过大而损坏。 (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。 2操纵机构结构形式选择 常用的离合器操纵机构主要有机械式、液压式等。 机械式操纵机构有杆系和绳索两种形式。杆系传动机构结构简单、工作可靠，广泛应用于各种汽车中。但其质量大，机械效率低，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 - 25 - 的吊挂式踏板结构。但其寿命较短，机械效率仍不高。此形式多用于轻型 轿车中。 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、便于采用吊挂踏板、驾驶室容易密封、驾驶室和车架变形不会影响其正常工作、离合器接合较柔和等优点。此形式广泛应用于各种形式的汽车中。 工作缸直径 确定与液压系统所允许的最大油压有关。考虑到橡胶软管及其管接头的密封要求，最大允许油压一般为 5 8离合器操纵机构的主要计算液压式操纵机构。如图 板行程 S 由自由行程 工作行程 部分组成： 2111222212021 )( f （ 2 式中， 分离轴承自由行程，一般为 1 5 3 0设计 般为 20 30 别 为 主 缸 和 工作缸的直径；本设计 主 缸直径为 28作缸直 径为30图 压式操纵机构示意图 Z 为摩擦面面数； S 为离合器分离时对偶摩擦面间 的间隙，单片： S =0 85 1 30片： S =0 75 0 90 - 26 - 杠杆尺寸。 其取值分别为 060000mm、05把以上的数据代入式） 2, 可得到离合器踏板行程 S= 满足踏板行程小于 180 踏板力 按下式计算 f (2 式中， F 为离合器分离时，压紧弹簧对压盘的总压力； 本设计中压紧弹簧对压盘的总压力为 1860N i 为操纵机构总传动比， i= 21112222 (2代入数据得 : i= 为机械效率，液压式： =80 90 机械式： =70 80 本设计中采用液压式操纵机构 , =85%. 把数据代入公式 (2 可得 09N. 满足踏板力小于 180N 的设计要求 . 克服回位弹簧 1、 2 的拉力所需的踏板力，在初步设计时，可忽略之。 通过以上对液压式离合器操纵机构的工作原理的阐述及各构件的计算 ,可以看出 ,对离合器操纵机 构的设计要作综合考虑 ,根据驾驶员操作空间选取各构件 ,使操纵轻便 ,结构合理 ,使汽车的离合器的分离与接合可以控制 ,保证汽车平稳起步 ,传动系中变速器换档平顺。 - 27 - 第三章 传动轴的设计与计算 概 述 万向传动轴由万向节和传动轴组成，有时还加装中间支承。它主要用来在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)保证所连接的两轴相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力。 2)保证所连接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范围内。 - 28 - 3)传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。 万向传动轴在汽车上应用比较广泛。在发动机前置后轮或全轮驱动的汽车上，由于弹性悬架的变形，变速器或分动器输出轴与驱动桥输入轴的轴线相对位置经常变化，所以普遍采用十字轴万向传动轴。在转向驱动桥中，内、外半轴之间的夹角随行驶需要而变，这时多采用等速万向传动轴。当后驱动桥为独立悬架时，也必须采用万向传动轴。 万向节按扭转方向是否有明显的弹性，可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节是靠零件的铰链式连接 传递动力的，可分成不等速万向节 (如十字轴式 )、准等速万向节 (如双联式、凸块式、三销轴式等 )和等速万向节 (如球叉式、球笼式等 )。挠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，但平均角速度比为 1的万向节。准等速万向节是指在设计角度下工作时以等于 1 的瞬时角速度比传递运动，而在其它角度下工作时瞬时角速度比近似等于 1的万向节。输出轴和输入轴以等于 1 的瞬时角速度比传递运动的万向节，称之为等速万向节。 向节结 构方案分析 典型的十字轴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件和橡胶密封件等组成。十字轴万向节结构简单，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，当夹角由 4 增至 16 时，十字轴万向节滚针轴承寿命约下降至原来的 1 4。 双联式万向节 (图 4 3)是由两个十字轴万向节组合而成。为了保证两万向节连接的轴工作转速趋于相等，可设有分度机构。由于双联式万向节轴向尺寸较大，为使主销轴线的延长线与地面交点到轮胎的接地印迹中心偏离不大，就必须 用较大的主销内倾角。 - 29 - 球笼式万向节是目前应用最为广泛的等速万向节。这种等速万向节无论转动方向如何，六个钢球全都传递转矩，它可在两轴之间的夹角达 35 37 的情况下工作。由于传递转矩时六个钢球均同时参加工作，其承载能力和耐冲击能力强，效率高，结构紧凑，安装方便。但是滚道的制造精度高，成本较高。 我通过对以上三个不同的万向节进行比较，确定采用结构相对简单的十字轴万向节，虽然不能够进行等速传递转矩，但已经可以满足本次设计的动力传递要求。 向节的设计计算 万向节设计 万向传动轴因布置位置不同，计算载荷是不同的。 1m a x (3得： T 其中： 85N m =98% 十字轴万向节的尺寸主要决定于十字轴的尺寸，根据实际情况参照参考车辆从下表中选出适合本次设计的十字轴尺寸。 表 3 1 序 号 最大扭矩 T 十字轴总成 花 键 十字轴及其轴承 滚 针 * * n b D d h H d0 l z* 1 55 25 0 67 4 26 10 30 26 4 2 90 28 6 83
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