拉式膜片弹簧离合器

1、 比亚迪9500离合器设计 姓名:蒋珊学院:物流学院班级:08级交通运输一班学号: 20080790指导老师:李恩颖老师2011年4月21日目录绪论 (3第一章题目及要求 (5第二章膜片弹簧离合器的设计 (6第一节该汽车离合器基本参数及尺寸,摩擦片外径及其尺寸内径、摩擦片厚度的设计 (6第二节离合器后备系数 (7第三节单位压力P (7第四节膜片弹簧设计 (8一.膜片弹簧的结构特点 (8二.膜片弹簧的变形特性和加载方式 (8三.膜片弹簧的弹性变形特性 (9四.膜片弹簧的参数尺寸确定 (10五.离合器各参数的优化设计 (13第五节压盘设计 (14一.压盘的传力方式的选择 (14二.压盘的几何尺寸的

2、确定 (15三.压盘传动片的材料选择 (16第六节离合器盖设计 (16一.离合器的刚度 (16二.离合器的通风散热 (16三.离合器的对中问题 (17第七节从动盘设计 (17一.从动盘设计要求 (17二.从动片的选择和设计 (18三.从动盘毂的设计 (19结论 (20参考文献 (21绪论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连接的总成。目前,汽车广泛采用的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。它组要包括部分、从动部分、压紧机构和操纵机构等四部分,其组成如下:(1主动部分:飞轮;离合器盖;压盘。(2从动部分:从动盘。(3压紧机

3、构:压紧弹簧。(4操纵机构:分离叉;分离轴承;离合器踏板;传动部件。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于集合状态并能传递动力的基本机构,操纵机构是使离合器主、从动部分分离的装置。离合器的主要功用是切断和实现发动机对传动系的动力动力传递,保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地结合,确保汽车平稳起步;在换挡的时将发动机与传动系分离,减少变速器齿轮之间的冲击;在工作中受到较大的动载荷时,能限制传动系所承受的最大转矩,防止传东西各零部件因过载而损坏;有效地降低传动系中的振动和噪声。为了确保离合器具有良好的工作性能,设计离合器应满足如下要求:在任何行驶条件下,既能可靠地传递发动机的最大扭矩,并有适当的转

4、矩储备,又能防止传动系过载。接合时要完全、平顺、柔和,保证汽车起步时没有抖动和冲击。分离时要迅速、彻底。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。应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果,以保证温度不知过高,延长其使用寿命。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。作用在从动盘上的总压力和摩擦材料的在离合器工作中变化要尽可能小,以保证有稳定的工作性能。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。结构应简单、紧凑、质量好、制造工艺好,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

5、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膜片弹簧离合器结构发展,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,增加离合器传递转矩的能力和简化操纵,已成为离合器的发展趋势。第一章题目及要求一.题目请按下表提供的参数,任选一项,设计该汽车的膜片弹簧离合器。离合器设计参数5汽车品牌整车质量(kg最高车速(km/h主要设计(长*宽*高最大功率(kw最大扭矩(N·m长安福特1085 170 3950*1722*1467 63/6000 123/3500 BYD 1270 14

6、0 3588*1563*1533 48/5700 88/3500 二.要求根据上表中给出的基本参数,任选一组参数,设计该汽车离合器基本参数及尺寸,摩擦片外径及其尺寸内径、摩擦片厚度。离合器后备参数。单位压力P。膜片弹簧设计。压盘及设计。离合器盖设计。从动盘的设计。第二章 膜片弹簧离合器的设计第一节 该汽车离合器基本参数及尺寸,摩擦片外径及其尺寸内径、摩擦片厚度的设计本设计针对的车型是比亚迪9500微型轿车。首先,确定离合器的基本结构为单片干式,按照结构的布置和飞轮尺寸,先初选摩擦片外径D (mm ,根据发动机最大转矩max e T (N.m 按如下经验公式选用max e DT K D =14.

7、6X 88137mmDK 为直径系数,依据书表2-3可知D K =14.6。根据离合器摩擦片的标准化,系列化原则,根据下表离合器摩擦片尺寸系列和参数(即GB145774外径D /mm 160 180 200 225 250 280 300 325 350 内径d /mm 110 125 140 150 155 165 175 190 195 厚度h /3.23.53.53.53.53.53.53.54C '=d/D0.687 0.694 0.700 0.667 0.589 0.583 0.585 0.557 0.540 1-3C '0.676 0.667 0.657 0.703

8、 0.762 0.796 0.802 0.800 0.827单位面积F/3cm 106 132160221302402466546678可取:摩擦片相关标准尺寸:外径D=180mm 内径d=110mm 厚度h=3.2mm内径与外径比值C =0.687 1-3C '=0.676.第二节离合器后备系数后备系数是离合器很重要的参数,它在保证离合器能可靠传递发动机转矩的同时,还有助于减少汽车起步时的滑磨,提高离合器的使用寿命。在开始设计离合器时,一般是参照已有的经验和统计资料,并根据汽车的使用条件、离合器结构形式的特点等,初步选定后备系数。汽车离合器的后备系数推荐如下(供参考。小轿车:=1.2

9、1.3;载货车:=1.72.25;带拖挂的中型车或牵引车:=2.03.0.因为小轿车的离合器都采用膜片弹簧离合器,在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小(开始是还有增加,在加上小轿车的后背功率较大,使用条件好,故宜取小值。故取=1.2.第三节单位压力P根据使用条件初选摩擦材料为石棉基摩擦材料且用编织,根据书表2-4可知摩擦材料的摩擦因数的取值范围为0.250.35,取=0.3,由T=RcA,计算单位压力P。emax期中为后备系数,=1.2,T=88N·m,为摩擦盘得工emax作面数,去摩擦盘为盘则=2,由上可知A=106mm²。由于d/D0.6,所以取Rc=

10、8;(D+d=½(R+r=½(0.08+0.0055mm=0.0675mm T=RcAmaxe1.2*88=2*0.0675*0.3*P*0.0106105.6P=0.0004293PP245981.8309Pa0.246MPa由书表2-2。,可知石棉基材料的单位压力P0在0.250.35MPa之间,单位压力在容许的范围之内,所选离合器的尺寸参数合适。综上所述,P=0.246MPa。第四节膜片弹簧设计一.膜片弹簧的结构特点由前面可以知道,本设计中的压紧弹簧是膜片弹簧。而膜片弹簧离合器分推式和拉式,在本设计中采用拉式结构。膜片弹簧在结构形状上分为两部分。在膜片弹簧的大端处为一

11、完整的截锥体,它的形状像一个无底的碟子和一般机械上用的碟形弹簧完全一样,故称作碟簧部分。膜片弹簧起弹性作用的正是其碟簧部分。碟形弹簧的弹性作用是这样:沿其轴线方向加载,碟簧受压变平,卸载后又恢复原形所。可以说膜片弹簧是碟形弹簧的一种特殊结构形式。所不同的是,在膜片弹簧上还包括有径向开槽部分。膜片弹簧上的径向开槽部分像一圈瓣片,它的作用是,当离合器分离时作为分离杠杆。故它又称分离爪。分离爪与碟簧部分交接处的径向槽较宽呈长方圆形孔。这样做,一方面可以减少分离爪根部应力集中,一方面又可用来安置销钉固定膜片弹簧,分离爪根部的过渡圆角R>4.5。二.膜片弹簧的变形特性和加载方式由于膜片弹簧采用推式

12、结构,故其正装。离合器在分离和接合时,膜片弹簧的加载情况不一样,相应的有两种加载方式和变形情况:(1接合时:离合器接合时,膜片弹簧起压紧弹簧之用,在压盘离合器盖总成未与飞轮装合以前,膜片弹簧近似处于自由状态,膜片弹簧对压盘无压紧作用。当压盘离合器盖总成与飞轮装合时,离合器盖前端面向飞轮前端面靠拢。因此,离合器盖通过支承环4对膜片弹簧施加载荷P1,膜片弹簧几乎变平。同时在压盘处也作用有载荷P1。我们把P1称作压紧力。支承环4和膜片弹簧压盘接触处之间的高度变化称作大端变形1,膜片弹簧分离轴承相对于压盘高度的变化称之为小端变形2。(2分离时:当分离轴承以P2力作用在膜片弹簧的小端时,支承环4逐渐不起

13、作用,而支承环5开始起作用。当P2力达到一定值时,膜片弹簧被压翻。分离时在膜片弹簧的大端处及小端处将进一步产生附加变形f1和f2。此时膜片弹簧大端处的变形1=f1+b1。三.膜片弹簧的弹性变形特性前面说过膜片弹簧起弹性作用的部分是其碟簧部分,碟簧部分的弹性变形特性和螺旋弹簧是不一样的,它是一中非线性的弹簧,其特性和碟簧部分的原始内截锥高H及弹簧片厚h的比值H/h有关。不同的H/h值可以得到不同的特性变形特性。一般可以分成下列四中情况:hH<2如下图4.1中H/h=0.5的曲线,其曲线形状表现为:载荷P的增加,变形总是不断增加.这种弹簧的刚度很大,可以承受很大的载荷,适合与作为缓冲装置中的

14、行程限制器。hH=2如图7.1中H/h=1.52的曲线,弹性特性曲线在中间有一段很平直,变形的增加,载荷P几乎不变.这种弹簧叫做零刚度弹簧.2<hH<22H=2.75者,弹簧的特性曲线中有一段负刚度区域,即如图4.1中h当变形增加时,载荷反而减少具有这种特性的膜片弹簧很适合用于作为离合器的压紧弹簧,因为可利用其负刚度区,达到分离离合器时载荷下降,操纵省力的目的,当然负刚度过大也不适宜,以免弹簧工作位置略微变动造成弹簧压紧力过大.H>2h如下图4.2,这种弹簧的的特性曲线中具有更大的负刚度不稳定工作区,而且有载荷为负值的区域.这种弹簧适合于汽车液力传动中的锁止机构。 图4.1

15、三种不同H/h值时的无因次特曲线 图4.2 各种不同H/h值时的无因次弹性变形特性四.膜片弹簧的参数尺寸确定在设计膜片弹簧时,一般初步选定其全部尺寸然后进行一系列的验算,最后优选最合适的尺寸。其结构示意图见图4.3 图4.3 膜片弹簧示意简图比值H/h和h的选择。此值对膜片弹簧的弹性特性影响极大(见图4.1。一般汽车膜片弹簧的H/h=1.52.0;由第一节可知h=3.2。取H/h=1.5,则H=1.6X3.2=5.12mm。 R及R/r确定。比值R/r对弹簧的载荷及应力特性都有影响,从材料利用率的角度,比值在1.82.0时,碟形弹簧储存弹性的能力为最大,就是说弹簧的质量利用率和好。因此设计用来

16、缓和冲击,吸收振动等需要储存大量弹性能时的碟簧时选用。对于汽车离合器的膜片弹簧,设计上并不需要储存大量的弹性能,而是根据结构布置与分离的需要来决定,一般R/r取值为1.21.3.对于R,膜片弹簧大端外径R应满足结构上的要求和摩擦片的外径相适应,大于摩擦片内径,近于摩擦片外径。此外,当H,h及R/r等不变时,增加R有利于膜片弹簧应力的下降。初步确定R=73mm,R/r=1.3则r=R/1.3=56.15mm.膜片弹簧起始圆锥底角汽车膜片弹簧一般起始圆锥底角在9°15°之间,(rRH-代入数值计算可得:16.9°,不符合要求。调整参数h,取h=2.8mm,H/h=1.

17、6,则有H=4.48mm。再算圆锥底角(rRH-14.8°,符合要求膜片弹簧小端半径rf 及分离轴承的作用半径rprf的值主要由结构决定,最小值应大于变速器第一轴花键外径,分离轴承作用半径rp 大于 rf。由后面的设计可知r p=25mm,r f=28mm。汽车离合器膜片弹簧的分离指数目n>12,一般在18左右,采用偶数,便于制造时模具分度切槽宽13.3,29.24,窗孔半径re一般情况下由(r-re (0.81.42,所以取r e=r-12=45.986。支撑环作用半径R1和膜片弹簧与压盘接触半径r1。r1和R1的大小将影响膜片弹簧的刚度,一般来说r1值应尽量接近r而略大于r

18、,R1应接近R而略小于R。所以取r1=58mm,R1=70mm。膜片弹簧工作点位置的选择。确定几个特定的工作点A、B、C。合理确定上述个点很重要。B点为新离合器(即摩擦片没有磨损的情况膜片弹簧处于压紧状态时的工作点位置。一般来说,在该点膜片弹簧的轴向变量1B,可在下列范围内选取1B=(0.70.85H=3.3163.808mmA 点位摩擦片磨损到极限的位置,要依据B 点的位置再有摩擦片总磨损量求得。应注意在A 点出的膜片弹簧工作压紧力要较B 点略高。可按下式求出=c so式中:c 为摩擦片总工作面数,单片式去Zc=2,so 为没摩擦工作面最大允许磨损量,一般视情况so 在0.651.1mm 。

19、求得(1.32.2mmC 点位离合器分离时膜片弹簧的工作位置,它一般在特性曲的凹点附近,此时分离力较小。C 点的位置取决于压盘升程1f 。1f 可由下式求得1f =c s式中:s 为彻底分离时每对摩擦片面之间的间隙,单片式可取s=0.751.0mm 。求得1f (1.52mm五.离合器各参数的优化设计 应保证所设计的弹簧工作压紧力F 1B 与要求的压紧力F Y 相等。由式F=+h -R-r (2H-R-r(H-(2111111r R r R -r R ·-16Eh21121r R 算得F B1=1507.4N 。 为了保证各工作点A、B、C有较合适的位置,应正确选择B 1相对应与拐点

20、H 1的位置,一般B 1/H 1=0.81.0,即.01-r-R H.80r R 11B1(.01-r-R H.80r R 11B1(=0.983,在所给的范围内,所以符合要求。 为了保证摩擦片磨损后的离合器仍可能可靠地传递转矩,并考虑到摩擦片因素的下降,摩擦片磨损后弹簧工作压紧力F A1应大于新摩擦片时的压紧力F B1,即F A1F B1取A 1=2.016mm 则有F A1=1546.1N >F B1。符合要求。 为了满足离合器使用性能的要求,应满足.22h H.61有前面所选参数可知H/h=1.6,符合要求。 还需满足oo 15r -R H 9(由前面所选参数可知14.8°

21、;,符合要求。 综上所述,膜片弹簧的一些参数和尺寸如下:H/h=1.6,R /r=1.3,=14.8°,R=73mm,H=4.48mm,h=2.8mm r=56.15mm,r 1=58mm,R 1=70mm,n=18,1=3.3mm,2=9.24mm ,r p=25mm ,r f=28mm 。第五节 压盘及设计一.压盘的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,所以它必须和飞轮连接在一起,但这种连接应允许压盘在离合器的分离过程中能自由的沿轴向移动。如前面所述采用采用传动片式的传力方式。由弹簧钢带制成的传动片一端铆在离合器盖上,另一端用螺钉固

22、定在压盘上,为了改善传动片的受力情况,它一般都是沿圆周布置。二.压盘的几何尺寸的确定由于摩擦片的的尺寸在前面已经确定,故压盘的内外径也可因此而确定。压盘外径D=165压盘内径d=110压盘的厚度确定主要依据以下两点:(1压盘应有足够的质量在离合器的结合过程中,由于滑磨功的存在,每结合一次都要产生大量的热,而每次结合的时间又短(大约在3秒钟左右,因此热量根本来不及全部传到空气中去,这样必然导致摩擦副的温升。在频繁使用和困难条件下工作的离合器,这种温升更为严重。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。由于用石棉材料制成的摩擦片导热性很差,在滑磨过程中产生的热

23、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,故要求压盘有足够大的质量以吸收热量。(2压盘应具有较大的刚度压盘应具有足够大的刚度,以保证在受热的情况下不致产生翘曲变形,而影响离合器的彻底分离和摩擦片的均匀压紧。鉴于以上两个原因压盘一般都做得比较厚(载重汽车上一般不小于15,但一般不小于10在该设计中,初步确定该离合器的压盘的厚度为15三.压盘传动片的材料选择压盘形状一般比较复杂,而且还需要耐磨,传热性好和具有较高的摩擦系数,故通常用灰铸铁铸造而成,其金相组织呈珠光体结构,硬度为HB170227,其摩擦表面的光洁度不低与1.6。为了增加机械强度,还可以另外添加少量合金元素。在本设计

24、中用材料为3号灰铸铁JS1,工作表面光洁度取为1.6。第六节离合器盖设计离合器盖一般都与飞轮固定在一起,通过它传递发动机的一部分转矩。此外,它还是离合器压紧弹簧和分离杠杆的支承壳体。因此,在设计中应注意以下几个问题:一.离合器的刚度离合器分离杠杆支承在离合器盖上,如果盖的刚度不够,即当离合器分离时,可能会使盖产生较大的变形,这样就会降低离合器操纵机构的传动效率,严重时还可能造成离合器分离不彻底,引起摩擦片的早期磨损,还会造成变速器的换档困难。因此为了减轻重量和增加刚度,该离合器盖采用厚度约为4的低碳钢板(如08钢板冲压成带加强筋和卷边的复杂形状。二.离合器的通风散热为了加强离合器的冷却离合器盖

25、必须开有许多通风窗口,通常在离合器压紧弹簧座处开有通风窗口。三.离合器的对中问题离合器盖内装有分离杠杆、压盘、压紧弹簧等重要零件,因此它相对与飞轮必须有良好的对中,否则会破坏离合器的平衡,严重影响离合器的工作。离合器盖的对中方式有两种,一种是用止口对中,另有种是用定位销或定位螺栓对中,由于本设计选用的是传动片传动方式,因而离合器盖通过一外圆与飞轮上的内圆止口对中.第七节从动盘设计一.从动盘设计要求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点。从动1盘总成应满足如下设计要求:(1为了减少变速器换

26、档时齿轮间的冲击,从动盘的转动惯量应尽可能小(2为了保证汽车平稳起步、摩擦面片上的压力分布均匀等从动盘应具有轴向弹性(3为了避免传动系的扭转共振以及缓和冲击载荷,从动盘中应装有扭转减振器(4要有足够的抗爆裂强度 带扭转减振器的从动盘1,13摩擦片;2,14,15铆钉;3波形弹簧片;4平衡块;5从动片;6,9减振摩擦;7限位销;8从动盘毂;10调整垫片;11减振弹簧;12减振盘二.从动片的选择和设计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

27、低档或是降速(由低档换为高档。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1.32.0厚的薄钢板冲压而成,为了进一步减小从动片的转动惯量,有时将从动片外缘的盘形部分磨至0.651.0,使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

28、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,因为设计的是比亚迪9500小轿车的离合器,故可以采用整体式弹性从动片,离合器从动片采用2厚的的薄钢板冲压而成,其外径由摩擦面外径决定,在这里取160,内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。三.从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

29、片的外径D与发动机的最大转矩Temax按国标GB1144-74选取。从动盘的轴向长度不宜过小,以免在花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底,一般取1.0-1.4倍的花键轴直径。从动盘毂一般采用锻钢(如35、45、40Cr等,并经调质处理。为提高花键内孔表面而使分离不彻底，一般取 1.0-1.4 倍的花键轴直径。从动盘毂一般采 用锻钢（如 35、45、40Cr 等） ，并经调质处理。为提高花键内孔表面 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，应 进行高频处理。 花键选取后应进行挤压应力j（MPa）及剪切应力j（MPa） 的强度校核： j= j= 8Te max j2 2 ( D

30、d znl 2 4Te max j = 152 ( D + d znlb 式中，z 为从动盘毂的数目；其余参数见表（7-1）。 表 7 -1 离合器 从动 盘毂 花 键 尺 寸系 列 摩擦片 外径 D/mm 160 180 200 225 250 280 300 325 350 发动机的 最大转矩 齿数 Temax/N·m N 50 10 70 10 110 10 150 10 200 10 280 10 310 10 380 10 480 10 花键尺寸 内径 d/mm 18 21 23 26 28 32 32 32 32 外径 D/mm 23 26 29 32 35 35 40

31、40 40 齿厚 b/mm 3 3 4 4 4 4 5 5 5 有效齿长 l/mm 20 20 25 30 35 40 40 45 50 挤压应力 j/Mpa 10 11.8 11.3 11.5 10.4 12.7 10.7 11.6 13.2 根据摩擦片的外径 D=160mm 与发动机的最大转矩 Temax=88 N· m， 由表 7-1 查得 n=10， D=23mm， d=18mm， b=3mm， l=20mm， j=10Mpa， 则由公式校核得：j=8.59MPa<j=10 MPa。 j=7.15 MPa < j=15 MPa。 20 所以，所选花键尺寸能满足使用要求。 结 论 本次课程设计根据给出的设计要求和原始设计参数， 以及拉式膜 片弹簧离合器及其操纵机构的