毕业设计（论文）-汽车双质量飞轮及其液压离合器设计

本科生毕业设计PAGE17毕业设计说明书题目：汽车双质量飞轮及其液压离合器设计学生姓名：专业：指导教师：职称：

摘要本文结合双质量飞轮对液压离合器的结构及过程进行分析计算。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。此外通过液压操纵系统的分析与计算，明白液压离合工作的过程及原理，通过本次设计了解液压离合的设计思路，为今后的工作打下坚实的基础。关键词：从动盘总成；双质量飞轮；；膜片弹簧；液压操纵AbstractThispaperanalysesandcalculatesthestructureandprocessofthehydraulicclutchwithdoublemassflywheel.Clutchesareinstalledbetweentheengineandthetransmission.Theclutchisoftenusedinthewholeprocessofstartinganddriving.Itsfunctionistomaketheengineandtransmissiongraduallyengage,soastoensureasmoothstartofthecar;temporarilycutofftheconnectionbetweentheengineandtransmission,soastofacilitategearshiftingandreducetheimpactofgearshifting;whenthecaremergencybrakingcanplayaseparationrole,preventtransmissionandothertransmissionsystemsoverload,playacertainprotectiverole.Clutchissimilartoswitch,engagementordisconnectionpowertransferfunction,therefore,anyformofautomobilehasclutchdevice,onlyindifferentforms.Inaddition,throughtheanalysisandcalculationofhydrauliccontrolsystem,understandtheprocessandprincipleofhydraulicclutchwork,throughthisdesignofhydraulicclutchdesignideas,layasolidfoundationforfuturework.Keywords:Drivediscassembly;Dualmassflywheel;Diaphragmspring;Hydrauliccontrol目录摘要 2Abstract 2第1章绪论 61.1飞轮及离合器的简介 61.2飞轮及离合器的发展 71.3飞轮及离合器的功用 71.3.1飞轮的功用 71.3.2离合器的功用 71.4离合器设计要求 8第2章双质量飞轮的设计与分析 92.1双质量飞轮的发展状况 92.2双质量飞轮的性能特点 92.3双质量飞轮的结构分析 102.4双质量飞轮的工作原理 10第3章离合器的结构设计 113.1离合器结构选择 113.1.1摩擦片的选择 113.1.2压紧弹簧布置形式的选择 113.1.3压盘的驱动方式 123.1.4分离杠杆、分离轴承 123.1.5离合器的散热通风 133.1.6从动盘总成 133.2离合器结构设计的要求 133.2.1摩擦片要求 133.2.2从动盘 133.2.3扭转减震器 143.2.4总体要求 143.3离合器主要零件的设计 153.3.1从动盘 153.3.2摩擦片 153.3.3膜片弹簧 153.3.4压盘 153.3.5离合器盖 16第4章离合器的参数化设计计算 164.1主要参数的选择 164.2摩擦片的设计 184.3膜片弹簧的设计 204.3.1弹性特性计算 204.3.2圆锥底角的技术 214.3.3切槽宽度的计算 214.3.4压盘的计算 214.4膜片弹簧的载荷分析 214.5扭转减振器的计算 23第5章液压操纵机构的设计 245.1操纵机构的简介 245.2液压操纵系统的工作过程 245.3液压操纵机构的计算 255.3.1踏板行程计算 255.2.2踏板力的计算 265.2.3从动轴的计算 265.3.4分离轴承的寿命计算 27第6章双质量飞轮的运动分析与校核 276.1飞轮转动惯量的计算 276.1.1转动惯量的切向力 276.1.2飞轮转动惯量的能量 306.2飞轮转动惯量计算 336.2.1飞转的作用 336.2.2飞轮转动惯量的确定 34第7章飞轮的结构设计与计算 367.1飞轮材料选取 367.2飞轮尺寸确定 37总结 44参考文献 45致谢 46

第1章绪论1.1飞轮及离合器的简介近年来各国政府都从资金、技术方面大力发展汽车工业，使其发展速度明显比其它工业要快的多，因此汽车工业迅速成为一个国家工业发展水平的标志。飞轮是发动机的关键安全件，其功能是调节发动机曲轴转速变化，其稳定转速的作用。发动机在任何工况下，既使是稳定工况，由于负荷的突变，发动机输出扭矩与其所带动的阻力矩之间不相等，二产生曲轴转动角速度的波动，引起曲轴回转的不均匀性。这会产生一系列不良后果：对由曲轴驱动的另部件产生冲击，影响工作可靠性。降低使用寿命，产生噪音曲轴振动等。因此必须控制曲轴回转的不均匀性在允许范围之内。飞轮正是在利用其具有较大的转动微量，在曲轴加减速过程中吸收或释放其动能，稳定曲轴加速度得变化，从而稳定转速。对于内燃机汽车来说，离合器在机械传动系中作为一个独立的总成而存在，它是汽车传动系中直接与发动机相连接听总成。目前，各种汽车广泛采用的摩擦式离合器主要依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。在早期研发的离合器中，锥形离合器最为成功。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。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采用多片离合器。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离合器[1]。随着汽车发动机转速、功率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的形式发展。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。随着计算机的发展，设计工作已从手工转向电脑，包括计算、性能演示、计算机绘图、制成后的故障统计等等。1.2飞轮及离合器的发展飞轮的概念很早就出现在人类的生活中，\o"新石器时代"新石器时代的\o"纺锤"纺锤及\o"陶轮"陶轮都有类似飞轮的概念。。十一世纪时\o"安达卢斯"安达卢斯的农艺师IbnBassal在其著作《Kitabal-Filaha》中，描述飞轮应用在水力机械中的情形。根据从事中世纪研究的学者LynnWhite的资料，首次出现使用飞轮来作为稳定转速的记载是在\o"德国"德国艺术家TheophilusPresbyter（约1070-1125）的著作《Dediversibusartibus》（Onvariousarts）中，他在他的许多机器中都使用到飞轮。在\o"工业革命"工业革命时，\o"詹姆斯·瓦特"詹姆斯·瓦特将飞轮应用在\o"蒸气机"蒸气机上，而\o"詹姆斯·皮卡德"詹姆斯·皮卡德（\o"en:JamesPickard"JamesPickard）将飞轮和\o"曲柄"曲柄（\o"en:Crank(mechanism)"Crank）一起使用，将往复式运动变成旋转运动。飞轮应用在车辆上时，需考虑\o"进动"进动的问题。若一个旋转的飞轮受到其他会改变其旋转轴力矩的影响，飞轮的旋转轴也会会绕另一个轴旋转，这个称为进动。一部有垂直轴飞轮的车辆在通过山顶或谷底时，会受到一个横向的动量，用二个旋转方向相反的飞轮即可消除此问题。飞轮常运用在打洞机及铆钉机中，平时储存马达提供的能量，在需要功率输出时，即可释放原先储存的能量。在内燃机的应用上，飞轮是连结到\o"曲轴"曲轴上的大质量轮子，主要目的是维持曲轴上固定的角速度。1.3飞轮及离合器的功用1.3.1飞轮的功用飞轮(Flywheel)装置在曲柄的轴的一端，是铸铁制造较重的轮盘，在爆发冲程传递回转力，由飞轮一时吸收储蓄，供给下一次动力冲程，能使曲柄轴圆滑的回转作用，外环的齿圈可供起时摇转引擎之用，背面与离合器片接触，成为离合器总成的主件飞轮是发动机在曲轴后端的较大的圆盘状的零件，它具有较大的转动惯量，具有以下功能：将发动机作功形成的部分能量储存起来，以克服其他形成的阻力，使曲轴均匀旋转。通过安装在飞轮上的离合器，把发动机和汽车传动系统连接起来。装有与起动机结合的齿圈，便于发动机启动。飞轮，是发动机装在曲轴后端的较大的圆盘状零件，它具有较大的转动惯量，具有以下功能：将发动机作功行程的部分能量储存起来，以克服其他行程的阻力，使曲轴均匀旋转；通过安装在飞轮上的离合器，把发动机和汽车传动系统连接起来；装有与起动机接合的齿圈，便于发动机起动。1.3.2离合器的功用离合器可使发动机与传动系逐渐接合，保证汽车平稳起步。如前所述，现代车用活塞式发动机不能带负荷启动，它必须先在空负荷下启动，然后再逐渐加载。发动机启动后，得以稳定运转的最低转速约为300～500r/min，而汽车则只能由静止开始起步，一个运转着的发动机，要带一个静止的传动系，是不能突然刚性接合的。因为如果是突然的刚性连接，就必然造成不是汽车猛烈攒动，就是发动机熄火。所以离合器可使发动机与传动系逐渐地柔和地接合在一起，使发动机加给传动系的扭矩逐渐变大，至足以克服行驶阻力时，汽车便由静止开始缓慢地平稳起步了。虽然利用变速器的空档，也可以实现发动机与传动系的分离。但变速器在空档位置时，变速器内的主动齿轮和发动机还是连接的，要转动发动机，就必须和变速器内的主动齿轮一起拖转，而变速器内的齿轮浸在黏度较大的齿轮油中，拖转它的阻力是很大的。尤其在寒冷季节，如没有离合器来分离发动机和传动系，发动机起动是很困难的。所以离合器的第二个功用，就是暂时分开发动机和传动系的联系，以便于发动机起动。离合器所能传递的最大扭矩是有一定限制的，在汽车紧急制动时，传动系受到很大的惯性负荷，此时由于离合器自动打滑，可避免传动系零件超载损坏，起保护作用。1.4离合器设计要求根据离合器的功用，它应满足下列主要要求：（1）能在任何行驶情况下，可靠地传递发动机的最大扭矩。为此，离合器的摩擦力矩（）应大于发动机最大扭矩（）；（2）接合平顺、柔和。即要求离合器所传递的扭矩能缓和地增加，以免汽车起步冲撞或抖动；（3）分离迅速、彻底。换档时若离合器分离不彻底，则飞轮上的力矩继续有一部份传入变速器，会使换档困难，引起齿轮的冲击响声；（4）从动盘的转动惯量小。离合器分离时，和变速器主动齿轮相连接的质量就只有离合器的从动盘。减小从动盘的转动惯量，换档时的冲击即降低；（5）具有吸收振动、噪声和冲击的能力；（6）散热良好，以免摩擦零件因温度过高而烧裂或因摩擦系数下降而打滑；（7）操纵轻便，以减少驾驶员的疲劳。尤其是对城市行驶的轿车和公共汽车，非常重要；（8）摩擦式离合器，摩擦衬面要耐高温、耐磨损，衬面磨损在一定范围内，要能通过调整，使离合器正常工作。第2章双质量飞轮的设计与分析2.1双质量飞轮的发展状况 双质量飞轮由于具有减振、降噪等优点，对提高手动档车驾驶的舒适性和平顺性有很大效果，并且是与双离合器系统（DCT）具有最理想的匹配效果，因此，双质量飞轮具有一定的长远发展前景。但双质量飞轮在我国的发展前景，仍存在较大的未知数。我国双质量飞轮的发展前景，受到以下因素的影响：双质量飞轮受到变速器形式在我国发展趋势的制约。日、美基本上采用AT和CVT，而在欧洲MT比AT略占优势，DCT发展较迅速。这些都影响着我国的变速器走势。、国内主机厂对双质量飞轮的应用态度。目前，国内还很少车型采用双质量飞轮，主要是大众系统采用的比例相对比较多。大多数人的态度是国内发展双质量飞轮的前景比较暗淡。2.2双质量飞轮的性能特点双质量飞轮是当前汽车上隔振减振效果最好的装置。因此20世纪90年代以来在欧洲得到广泛推广，已从高级轿车推广到中级轿车，这与欧洲人喜欢手动档和柴油车有很大关系。众所周知，柴油机的振动比汽油机大，为了使柴油机减少振动，提高乘坐的舒适性，现在欧洲许多柴油乘用车都采用了双质量飞轮，使得柴油机轿车的舒适性可与汽油机轿车媲美。在国内，一汽大众的宝来手动档轿车也率先采用了双质量飞轮。主要有如下特点：1.扭振隔振：双质量飞轮几乎使发动机曲轴的扭振完全与变速箱隔离，尤其能把发动机低速区域内的不均衡性完全过滤掉。这样就给降低怠速转速和使发动机主要运转在低速区提供了可能性，也因此实现了整车燃油经济性的提升和噪音降低。2.变速箱减载：由于双质量飞轮降低了输入轴的不平衡性，因此变速箱由之产生的负荷和应力也随之降低。双质量飞轮几乎完全消除了传统系统中高频变速器的附加扭矩。既然变速器减小了附加载荷，就可以传递较高的静力扭矩。在带有双质量飞轮的柴油机中尤其如此。3.曲轴减载：由于双质量飞轮的初级质量较传统传动系统的飞轮质量小很多，所以飞轮的转动惯量很小，同时次级质量对于曲轴的弯曲载荷而言可以忽略不计，因此飞轮的转动惯量所带来的惯性力矩给曲轴施加的动载荷减少了。4.由于双质量飞轮的使用有效的隔离发动机传来的振动，因此可以在寒冷天气下使用粘度更低的润滑油，并得到更好的换挡效果；另外离合器的减振器取消也降低了同步器上的力，使换挡力更小。此外，由于负载较小，使用寿命长，外形尺寸也要小于传动离合器。2.3双质量飞轮的结构分析双质量飞轮将原来的一个飞轮分成两个部分，一部分保留在原来发动机一侧的位置上，起到原来飞轮的作用，用于起动和传递发动机的转动扭矩，这一部分称为第一质量（初级质量），另一部分则放置在传动系变速器一侧，用于提高变速器的转动惯量，这一部分称为第二质量（次级质量）。两部分飞轮之间有一个环型的油腔，在腔内装有弹簧减振器，由弹簧减振器将两部分飞轮连接为一个整体。一个典型的双质量飞轮结构一般包括第一质量、第二质量、弹性元件（螺旋弹簧）等元件，如图所示。2.4双质量飞轮的工作原理为了降低发动机旋转的不均衡性而造成传动系的扭转振动，传统上在离合器中采用扭转减振器来达到减振目的。但一方面，该扭转减振器无法法将整个动力传递系统的固有频率降低到发动机怠速以下，因此在整个发动机运行过程中仍然存在着共振现象；另一方面由于受到扭转减振器弹簧安装半径限制和传递扭矩需要，在实际设计中很难通过降低弹簧刚度来减少扭振，因此在发动机实用转速范围（1000-2000r/min）之间，难以通过降低减振弹簧刚度来得到更大的减振效果。双质量飞轮的次级质量与变速器的分离和结合由一个不带减振器的刚性离合器盘来完成，由于离合器没有了减振器机构，质量明显减小。减振器组装在双质量飞轮系统中，并能在盘中滑动，明显改善同步性并使换档容易。而双质量飞轮将质量一分为二，其中的第二质量（次级质量）能在不增加飞轮的惯性矩的前提下提高传动系的惯性矩，而使共振转速下降到怠速转速以下。也就是说在任何情况下，出现共振转速都在发动机运行的转速范围以外，如图所示。只有在发动机刚起动和停机时才会越过共振转速，这也是常见汽车发动机起动和停机时振动特别厉害的原因。第3章离合器的结构设计3.1离合器结构选择3.1.1摩擦片的选择单片离合器因为结构简单，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接合平顺，所以被广泛使用于轿车和中、小型货车，因此该设计选择单片离合器。摩擦片数为2。3.1.2压紧弹簧布置形式的选择离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。膜片弹簧与其他几类相比又有以下几个优点[9]：（1）由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。当离合器分离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力；（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，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显下降；（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，对材料质量和尺寸精度要求高，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，我选用膜片弹簧式离合器。3.1.3压盘的驱动方式在膜片弹簧离合器中，扭矩从离合器盖传递到压盘的方法有三种[9]：（1）凸台—窗孔式：它是将压盘的背面凸起部分嵌入在离合器盖上的窗孔内，通过二者的配合，将扭矩从离合器盖传到压盘上，此方式结构简单，应用较多；缺点：压盘上凸台在传动过程中存在滑动摩擦，因而接触部分容易产生分离不彻底。（2）径向传动驱动式：这种方式使用弹簧刚制的径向片将离合器盖和压盘连接在一起，此传动的方式较上一种在结构上稍显复杂一些，但它没有相对滑动部分，因而不存在磨损，同时踏板力也需要的小一些，操纵方便；另外，工作时压盘和离合器盖径向相对位置不发生变化，因此离合器盖等旋转物件不会失去平衡而产生异常振动和噪声。（3）径向传动片驱动方式：它用弹簧钢制的传动片将压盘与离合器盖连接在一起，除传动片的布置方向是沿压盘的弦向布置外，其他的结构特征都与径向传动驱动方式相同。经比较，我选择径向传动驱动方式。3.1.4分离杠杆、分离轴承分离杠杆的作用由膜片弹簧承担，其作用是通过分离轴承克服离合器弹簧的推力并推动压盘移动，从而使压盘与从动盘和从动盘与飞轮相互分离，截断动力的传递，分离杠杆要具有足够的强度和刚度，以承受反复作用在其上面的弯曲应力，分离轴承的作用是通过分离叉的作用使分离轴承沿变速器前端盖导向套作轴向移动，推动旋转中的膜片弹簧中部分离前端，使离合器起到分离作用。分离本次设计选用的是油封轴承，它可以将润滑脂密封在轴承壳内，使用中不需要增加润滑，相比供油式轴承则需增加。3.1.5离合器的散热通风试验表明，摩擦片的磨损是随压盘温度的升高而增大的，当压盘工作表面超过°C时摩擦片磨损剧烈增加，正常使用条件的离合器盘，工作表面的瞬时温度一般在°C以下。在特别频繁的使用下，压盘表面的瞬时温度有可能达到。过高的温度能使压盘受压变形产生裂纹和碎裂。为使摩擦表面温度不致过高，除要求压盘有足够大的质量以保证足够的热容量外，还要求散热通风好。改善离合器散热通风结构的措施有：在压盘上设散热筋，或鼓风筋；在离合器中间压盘内铸通风槽；将离合器盖和压杆制成特殊的叶轮形状，用以鼓风；在离合器外壳内装导流罩。膜片弹簧式离合器本身构造能良好实现通风散热效果，故不需作另外设置。3.1.6从动盘总成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。从动盘总成应满足如下设计要求：（1）转动惯量要小，以减小变速器换档时轮齿简单冲击；（2）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，减小磨损。（3）应装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。3.2离合器结构设计的要求3.2.1摩擦片要求摩擦系数稳定、工作温度、单位压力的变化对其影响要小，有足够的机械强度和耐磨性；热稳定性好，磨合性好，密度小；有利于结合平顺，长期停放离合器摩擦片不会粘着现象的。综上所述，选择石棉基材料。石棉基摩擦材料是由石棉或石棉织物、粘结剂（树脂或硅胶）和特种添加剂热压制成，其摩擦系数为0.25～0.3，密度小，价格便宜，多年来在汽车离合器上使用效果良好。同时，摩擦片从动钢片用铆钉连接，连接可靠，更换摩擦片方便，而且适宜在从动钢片上装波形弹簧片以获得轴向弹性。3.2.2从动盘从动盘的轴向弹性可改善离合器性能，使离合器接合柔和，摩擦面接触均匀，磨损较小。为使从动盘有轴向弹性，单独制造扇形波状弹簧与从动钢片铆接。波状弹簧可用比钢片轻薄的材料制造，轴向弹性较好，转动惯量小，适宜高速旋转，且弹簧对置分布，弹性好。因此设计中选用此类弹簧。3.2.3扭转减震器扭转减震器几乎是现代汽车离合器从动盘上必备的部件，主要由弹性元件和阻尼元件组成。弹性元件可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固有频率，改变系统的固有振型，使之尽可能避免由发动机转矩主谐量激励引起的共振。但是,这种共振往往难以避免。汽车行驶在不平的道路上行驶阻力也会时刻变化。当由于路面不平引起的激力频率与传动系的某阶自振频率重合时，也会发生共振现象。阻尼元件则可有效的耗散此时的振动能量，因而扭转减震器可有效地降低传动系共振载荷与噪声。扭转减震器的弹性特性，又线性和非线性两种。弹性元件采用圆柱螺旋弹簧的减震器，其弹性特点为线性。阻尼元件采用摩擦片通过碟形弹簧建立阻尼默片的正应力，其阻尼力矩比较稳定。因此发动机的扭矩实际上是通过一些弹性元件传递到传动系的。摩擦式扭转减震器工作原理：离合器工作时，扭矩从摩擦片传给从动钢片再传给从动盘毂，此时弹簧被压缩，从动钢片相对从动盘毂前移（从动毂边缘上的缺口控制着钢片与毂的最大位移）。3.2.4总体要求在进行离合器的具体设计时，首先应保证传递发动机最大扭矩为前提，然后满足下列条件[15]:（1）如前所述，扇形波状弹簧对置分布铆接在从动钢片上，并在从动盘上设置扭转减震器保证离合器接合柔和，摩擦片制成一定锥度（从动盘锥形量约为0.5mm）使其大端面向飞轮，这样从动盘毂在从动轴（即变速器第一轴）花键上易于滑动，有利于离合器彻底分离。（2）离合器主动部分与从动部分的连接和支撑形式，离合器的主动部分包括飞轮，离合器盖与他们一起转动并能轴向移动的压盘，压盘通过钢片与离合器盖相连，离合器从动部分有从动盘，从动轴，从动轴装在飞轮与压盘之间，可在从动轴花键上滑动，设计时把离合器从动轴的前轴承安装在发动机曲轴的中心孔内。（3）离合器从动轴的轴向定位及轴承润滑，离合器从动轴在安装后应保持轴向定位，在拆卸时便于离合器中抽出来。因此，设计时使从动轴前轴承外圆与飞轮为过渡配合，而前轴承内圈与从动轴为间隙配合，离合器的从动轴轴向定位是靠从动轴后轴承来保证的。离合器分离轴承靠注入黄油润滑的，而从动轴前轴承靠油杯定期注入润滑。为防止润滑油流到摩擦衬面，造成离合器打滑，除在轴承处安有自紧油封外，还在飞轮上开泄油孔。（4）离合器运动零件的限位，离合器处于接合时为使压盘与摩擦片很好接合，应使分离弹簧与分离轴承之间保持一定间隙，这是分离轴承回位弹簧加以保证。分离时，应对踏板的最大行程加以限制。3.3离合器主要零件的设计3.3.1从动盘扇形波状弹簧两两对置铆接与从动钢片上，两侧在铆接摩擦片，铆钉都采用铝制埋头铆钉，摩擦衬面在铆接后腰磨削加工，使其工作表面的不平度误差小于0.2mm，从动盘本体采用45号钢冲压加工得到，为防止其弯曲变形而引起分离不彻底，一般在从动盘本体上设径向切口。3.3.2摩擦片摩擦片在性能上要满足如下要求：（1）摩擦系数稳定，工作温度，滑磨速度，单位压力的变化对其影响；（2）具有足够的机械强度和耐磨性，热稳定性好；（3）有利于接合平顺；4.长期停放离合器摩擦面会发生粘着现象。（4）摩擦片选用材料为石棉基摩擦材料，它是由石棉或石棉织物、粘结剂和特种添加剂热压而成，其摩擦系数为。石棉基摩擦材料密度小，工作温度小于180℃，价格便宜，使用效果良好，在汽车离合器中广泛使用。3.3.3膜片弹簧膜片弹簧使用优质高精质钢。其碟簧部分的尺寸精度要求高，碟簧材料为60SiMnA。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行调质处理，得具有高抗疲劳能力的回火索氏体。要防止膜片内缘离开，同时对膜片弹簧进行强压处理（将弹簧压平并保持小时），使其高压力区产生塑性变形以产生残余反向应力，对膜片弹簧的凹表面进行喷丸处理，喷丸是φ0.8的白口铁小丸，可提高弹簧的疲劳寿命。同时，为提高分离指的耐磨性，对其进行局部高频淬火式镀铬。采用乳白镀铬，若膜片弹簧许用应力可取为1500～1700N/mm2。3.3.4压盘压盘的材料选用HT20-40铸造制成。它要有一定的质量和刚度，以保证足够的热容量和防止温度升高而产生的弯曲变形。压盘应与飞轮保持良好的对中，并进行静平衡。压盘的摩擦工作面需平整光滑，其端面粗糙不低于0.8。压盘壳用M8×12mm螺栓将其一端固定在飞轮端面上，另一端固定在压盘端面上。3.3.5离合器盖离合器盖的膜片弹簧支撑处须具有较大的刚度和较高的尺寸精度，压盘高度（丛承压点到摩擦面的距离）公差要小，支撑环和支撑铆钉的安装尺寸精度要高，耐磨性好，膜片弹簧的支撑形式采用铆钉作支承时，如果分离轴承与曲轴中心线不同心，可引起铆钉的过度磨损。提高铆钉硬度的套筒和支承与曲轴中心线不同心，亦可引起铆钉的过度。提高铆钉硬度的套筒和支承圈是提高耐磨性的结构措施，采用10钢材材料、HRc40-50。第4章离合器的参数化设计计算4.1主要参数的选择表4.1离合器原始数据发动机位置前置发动机最大功率75KW发动机最大转速4500r/min发动机最大扭矩≥170N.m离合器形式机械、液压、膜片弹簧（压式）操纵形式液压人力操纵摩擦片最大外径f=225mm踏板行程mmi0=6.17ig1=5.913ig2=2.659ig3=1.775ig4=1.000汽车最大时速≥110km/h采用单片摩擦离合器是利用摩擦来传递发动机扭矩的，为保证可靠度，离合器静摩擦力矩应大于发动机最大扭矩摩擦片的静压力：（4.1）（式中：离合器后备系数（）发动机的最大扭矩可由式:（4.2）求得式中：Kw,r/min。α在1.1～1.3之间，取α=1.16，则N.m（1）后备系数β是离合器的重要参数，反映离合器传递发动机最大扭矩的可靠程度，选择β时，应从以下几个方面考虑：a.摩擦片在使用中有一定磨损后，离合器还能确保传递发动机最大扭矩；b.防止离合器本身滑磨程度过大；c.要求能够防止传动系过载。通常轿车和轻型货车β=1.2～1.75。结合设计实际情况，故选择β=1.5。则有β可有表4.2查得β＝1.5。表4.2离合器后备系数的取值范围车型后备系数β乘用车及最大总质量小于6t的商用车1.20～1.75最大总质量为6～14t的商用车1.50～2.25挂车1.80～4.00摩擦片的外径可有式:（4.3）求得为直径系数，取值见表4.3取得D=221.11mm。表4.3直径系数的取值范围车型直径系数乘用车14.6最大总质量为1.8～14.0t的商用车16.0～18.5(单片离合器)13.5～15.0(双片离合器)最大总质量大于14.0t的商用车22.5～24.0摩擦片的尺寸已系列化和标准化,标准如下表(部分):表4.4离合器摩擦片尺寸系列和参数外径D\mm160180200225250280300325内径d\mm110125140150155165175190厚度/mm870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.800单面面积cm2106132160221302402466546摩擦片的摩擦因数取决于摩擦片所用的材料及基工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。可由表4.5查得：摩擦面数Z为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸。本题目设计单片离合器，因此Z=2。离合器间隙Δt是指离合器处于正常接合状态、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接合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。该间隙Δt一般为3～4mm。取Δt=4mm。表4.5摩擦材料的摩擦因数的取值范围摩擦材料摩擦因数石棉基材料模压0.20～0.25编织0.25～0.35粉末冶金材料铜基0.25～0.35铁基0.30～0.50金属陶瓷材料0.4离合器的静摩擦力矩为：（4.4）与式（4.1）联立得：（4.5）代入数据得：单位压力MPa。表4.6摩擦片单位压力的取值范围摩擦片材料单位压力/MPa石棉基材料模压0.15~0.25编织0.25~0.35粉末冶金材料模压0.35~0.50编织金属陶瓷材料0.70~1.504.2摩擦片的设计（1）摩擦片外径D（mm）的选取应使最大圆周速度不超过65～70m/s，即m/sm/s（4.6）式中，为摩擦片最大圆周速度（m/s）；为发动机最高转速(r/min)。（2）摩擦片的内、外径比应在0.53～0.70范围内，即（3）为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，不同车型的β值应在一定范围内，最大范围为1.2～4.0。（4）为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器振器弹簧位置直径约50mm，即mm（5）为反映离合器传递的转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即（4.7）式中，为单位摩擦面积传递的转矩(N.m/mm2)，可按表3.6选取经检查,合格。表4.7单位摩擦面积传递转矩的许用值离合器规格0．280．300．350．40（6）为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，对于不同车型，单位压力的最大范围为0.11～1.50MPa,即MPaMPaMPa（7）为了减少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发生烧伤,离合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值,即（4.8）式中,为单位摩擦面积滑磨(J/mm2)；为其许用值(J/mm2)，对于乘用车：J/mm2，对于最大总质量小于6.0t的商用车：J/mm2，对于最大总质量大于6.0t商用车：J/mm2：W为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功（J），可根据下式计算（4.9）式中，为汽车总质量(Kg)；为轮胎滚动半径（m）；为汽车起步时所用变速器挡位的传动比；为主减速器传动比；为发动机转速r/min，计算时乘用车取r/min，商用车取r/min。其中：mKg代入式（3.9）得J，代入式（3.8）得，合格。（8）离合器接合的温升式中,t为压盘温升,不超过°C；c为压盘的比热容，J/(Kg·°C)；γ为传到压盘的热量所占的比例，对单片离合器压盘；，为压盘的质量Kg代入，°C，合格。4.3膜片弹簧的设计4.3.1弹性特性计算此值对膜片弹簧的弹性特性影响极大，分析式（4.10）中载荷与变形1之间的函数关系可知，当时，F2为增函数；时，F1有一极值，而该极值点又恰为拐点；时，F1有一极大值和极小值；当时，F1极小值在横坐标上，见图3.1。1-6-7-4-5-图4.1膜片弹簧的弹性特性曲线为保证离合器压紧力变化不大和操纵方便，汽车离合器用膜片弹簧的H/h通常在1.5～2范围内选取。常用的膜片弹簧板厚为2～4mm，本设计，h=3mm，则H=6mm。4.3.2圆锥底角的技术汽车膜片弹簧在自由状态时，圆锥底角α一般在°范围内，本设计中得°在°之间，合格。分离指数常取为18，大尺寸膜片弹簧有取24的，对于小尺寸膜片弹簧，也有取12的，本设计所取分离指数为18。4.3.3切槽宽度的计算mm，mm，取mm，mm，应满足的要求。4.3.4压盘的计算应略大于且尽量接近r，应略小于R且尽量接近R。本设计取mm，mm。膜片弹簧应用优质高精度钢板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。国内常用的碟簧材料的为60SizMnA，当量应力可取为1600～1700N/mm2。4.4膜片弹簧的载荷分析碟形弹簧的形状如以锥型垫片，见图3.2，它具有独特的弹性特征，广泛应用于机械制造业中。膜片弹簧是具有特殊结构的碟形弹簧，在碟簧的小端伸出许多由径向槽隔开的挂状部分——分离指。膜片弹簧的弹性特性与尺寸如其碟簧部分的碟形弹簧完全相同（当加载点相同时）。因此，碟形弹簧有关设计公式对膜片弹簧也适用。通过支承环和压盘加在膜片弹簧上的沿圆周分布的载荷，假象集中在支承点处，用F1表示，加载点间的相对变形（轴向）为λ1，则压紧力F1与变形λ1之间的关系式为:（3.10）式中：E——弹性模量，对于钢，μ——泊松比，对于钢，μ=0.3H——膜片弹簧在自由状态时，其碟簧部分的内锥高度h——弹簧钢板厚度R——弹簧自由状态时碟簧部分的大端半径r——弹簧自由状态时碟簧部分的小端半径R1——压盘加载点半径r1——支承环加载点半径图4.2膜片弹簧的尺寸简图表4.8膜片弹簧弹性特性所用到的系数RrR1r1Hh118941169663代入（4.10）得（4.11）对（4.11）式求一次导数，可解出λ1=F1的凹凸点，求二次导数可得拐点。凸点：mm时，N凹点：mm时，N拐点：mm时，N2、当离合器分离时，膜片弹簧加载点发生变化。设分离轴承对膜片弹簧指所加的载荷为F2，对应此载荷作用点的变形为λ2。由（4.12）（4.13）列出表4.8:表4.9膜片弹簧工作点的数据2.967.0459.182.18215.511796.936748.9892733775.022159.672967.36膜片弹簧工作点位置的选择。从膜片弹簧的弹性特性曲线图分析出，该曲线的拐点H对应着膜片弹簧压平位置，而。新离合器在接合状态时，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,以保证摩擦片在最大磨损限度Δλ范围内压紧力从F1B到F1A变化不大。当分离时，膜片弹簧工作点从B变到C，为最大限度地减小踏板力，C点应尽量靠近N点。为了保证摩擦片磨损后仍能可靠的传递传矩，并考虑摩擦因数的下降，摩擦片磨损后弹簧工作压紧力应大于或等于新摩擦片时的压紧力，见图4.3。4.5扭转减振器的计算减震器极转矩N·m摩擦转矩N·m预紧转矩N·m极限转角°扭转角刚度N·m/rad详细见图3.5。第5章液压操纵机构的设计5.1操纵机构的简介汽车离合器操纵机构是驾驶员用来控制离合器分离又使之柔和接合的一套机构。它始于离合器踏板，终止于离合器壳内的分离轴承。由于离合器使用频繁，因此离合器操纵机构首先要求操作轻便。轻便性包括两个方面，一是加在离合器踏板上的力不应过大，另一方面是应有踏板形成的校正机构。离合器操纵机构按分离时所需的能源不同可分为机械式、液压式、弹簧助力式、气压助力机械式、气压助力液压式等等。离合器操纵机构应满足的要求是[3]：（1）踏板力要小，轿车一般在80～150N范围内，货车不大于150～200N；（2）踏板行程对轿车一般在mm范围内，对货车最大不超过180mm；（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。离合器液压操纵结构简单摩擦阻力小，传动效率高，离合器结合平稳，整车易布置。尤其是对于发动机后置大客车，不受车架、车身变形的影响。在离合器气助力器失效后。仍可以靠液压油传递离合器踏板力，将离合器分离。离合器液压操纵机构在国内外大客车上已普遍采用，技术日益成熟、配套方便。离合器液压操纵机构主要由离合器踏板机构、离合器主虹、液压管路、离合器助力器、离合器分离机构、分离轴承、踏板限位器、自由行程调节器等组成。本次设计的普通轮型离合器操纵机构，采用液压式操纵机构。液压操纵机构有如下优点：（1）液压式操纵，机构传动效率高，质量小，布置方便；便于采用吊挂踏板，从而容易密封，不会因驾驶室和车架的变形及发动机的振动而产生运动干涉；（2）可使离合器接合柔和，可以降低因猛踩踏板而在传动系产生的动载荷，正由于液压式操纵有以上的优点，故应用日益广泛，离合器液压操纵机构由主缸、工作缸、管路系统等部分组成。5.2液压操纵系统的工作过程在离合器与离合器分离叉之间有主缸和工作缸。主缸和工作缸用液压油管连接。分离叉推杆一端顶在分离叉凹槽内，另一端伸入工作缸活塞内。离合器操纵机构的功用是使离合器暂时处于分离状态。踏下离合器踏板，通过液压驱动系统向后推动分离叉外端，其内端推压分离套筒和分离轴承前移，压迫膜片弹簧使离合器分离，松开踏板后，在回位弹簧力作用下离合器又很快恢复到原来位置，离合器又从新处于接合状态。离合器操纵机构是驾驶员借以使离合器分离，而后又使之柔和接合的一套机构。它起始于离合器踏板，终止于飞轮壳内的分离轴承。5.3液压操纵机构的计算5.3.1踏板行程计算踏板行程由自由行程和工作行程组成：（5.1）式中，为分离轴承的自由行程，一般为mm，取mm；反映到踏板上的自由行程一般为mm；、分别为主缸和工作缸的直径；Z为摩擦片面数；为离合器分离时对偶摩擦面间的间隙，单片：mm，取mm；、、、、、为杠杆尺寸。得：mm，mm，合格。图5.1液压操纵机构示意图5.2.2踏板力的计算踏板力为（5.2）式中，为离合器分离时，压紧弹簧对压盘的总压力；为操纵机构总传动比，；为机械效率，液压式：%，机械式：%；为克服回位弹簧1、2的拉力所需的踏板力，在初步设计时，可忽略之。N，，%；则N合格。分离离合器所作的功为式中，为离合器拉接合状态下压紧弹簧的总压紧力，N，则J合格。5.2.3从动轴的计算1．选材40Cr调质钢可用于载荷较大而无很大冲击的重要轴，初选40Cr调质。2．确定轴的直径式中，A为由材料与受载情况决定的系数，见表5.1:表5.1轴常用几种材料的及A值轴的材料Q235-A，20Q275，35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr,35SiMn38SiMnMo,3Cr1315～2520～3525～4535～56A149～126135～112126～103112～97取，n为轴的转速，r/min，则mm，取mm。5.3.4分离轴承的寿命计算分离轴承的参数表5.2分离轴承参数表型号Crεn7014C48.2KN1.234500r/min则由下式：得：h第6章双质量飞轮的运动分析与校核6.1飞轮转动惯量的计算在由内燃机驱动的机械系统中，驱动力是活塞位置的函数，如果载荷也随机构位置而变化，则此机械系统的外力仅为机构位置的函数。力是机构位置的函数时，计算飞轮转动惯量的方法很多，这些方法所依据的基本原理也不完全相同。最基本的有两种：切向力法和能量法。6.1.1转动惯量的切向力图2—1所示为一内燃机机构。作用在滑块(活塞)3上的驱动外力P可根据内燃机的特性曲线求得，它是活塞位置的函数，曲柄1在工作过程中作近似匀速运动。现将外力向构件1简化。若不计摩擦力的影响，作用在滑块3上的外力应为(6-1)图6-1内燃机机构其中为连杆对滑块的作用力，沿连杆方向作用，R为导轨对滑块的反作用力，方向垂直于导轨。根据力系平衡条件式(6-1），可求出连杆对滑块的作用力，则滑块对连杆的作用力。因连杆为二力杆，故也是连杆对曲柄的作用力。将分解为曲柄上的法向力和切向力，则作用在曲柄1上的驱动力矩为，其中r为曲柄的长度，该力矩是曲柄转角的函数。在切向力法中，各构件质量对机械系统运动速度的影响。以惯性力形式反映在计算之中。1．滑块质量的作用设曲柄1以额定转速匀速转动，利用运动分析方法可以求出机构上各点的速度和加速度。滑块3的惯性力为（6-2）式中为滑块的质量，为滑块的加速度。2．连杆质量的影响为简化计算，采用质量静代换法。选替代质量、的质心分别在铰链A、B的中心处。根据替代条件得（6-3）（6-4）式中、分别为连杆质心到铰链中心A、B的距离。替代质量产生的惯性力，为（6-5）替代质量与曲柄1的质量一并计算。3．曲柄的惯性力考虑了替代质量的作用后再加以平衡质量，可以近似地认为曲柄的质心在回转中心O处。在假定曲柄为匀速转动的情况下，可略去曲柄产生的惯性力矩作用。综上所述，曲柄滑块机构中各构件的惯性力效应，最终近似地体现为滑块质量，及替代质量产生的惯性力。4．令表示作用在滑块3上全部外力之和（6-6）将式(6-2)、(6-3)代入式(6-6)，可求得，再将式(6-1）中力P改为,便可以求出计及惯性力的作用力、切向力和驱动力矩。若又已知阻抗力矩，便可求出剩余力矩曲线，分别如图6-2a、b所示，其中（6-7）剩余力矩曲线与横坐标轴所包围的面积为该力矩在相应转角范围内所做的功。横轴上方曲线包围的面积表示正功，下方为负功，统称为盈亏功。如图6-2b所示，曲线交横坐标轴于点A、B、C、D。A、B间的盈亏功应等于B、C间，C、D间和D、A间盈亏功之代数和。A、B间盈亏功的绝对值大于任何其他两点之间的相应值，故称为最大盈亏功，以表示之。在计算力矩时，已考虑了连杆、滑块等构件惯性力的影响，所以所作的功应等于曲柄及飞轮动能的增量。在点A、B间，曲柄及飞轮动能的增量最大，即曲柄与飞轮动能的最大值和最小值出现在点A、B对应的机构位置处。由于曲柄与飞轮的转动惯量皆为常量，故当机械系统处于点A、B相应的位置时，飞轮的角速度分别达到最小值和最大值。飞轮的转动惯量为（6-8）式(6-8)中为曲柄的转动惯量。图6-26.1.2飞轮转动惯量的能量1.利用动能曲线计算飞轮的转动惯量始于1904年。这种方法在理论上是准确的，不失为一种实用的方法。设已知作用在机械系统上的等效外力矩是等效构件位置的函数，即驱动力矩阻抗力矩（6-9）由等效构件的起始位置到任意瞬时位置之间，外力矩所做的盈亏功可由下列求出（6-10）外力矩所做之功j应当等于机械系统在对应区间内动能的增量机械系统在区间内的动能增量可表示为或（6-11）式(6-11)中；为机械系统中除飞轮外其余构件的等效转动惯量，它是等效构件位置的函数。故式(6-11)又可写成（6-12）由式(6-11)可导出飞轮转动惯量的表达式：（6-13）如果选定时，时，（6-14）利用式(6-13)可得（6-15）又因为外力所做的功等于同一区间内机械系统动能的增量，即（6-16）将以上各式代入式(6-13)后，得出飞轮转动惯量的表达式（6-17）由于难以直接确定与的对应位置和，故不能按照式(6-14)计算。2.为了求出与各自的对应位置改写式（6-12）为下列形式：（6-18）若记则得（6-19）若选取为某一固定参考位置，它所对应的瞬时速度为，等效转动惯量也为一固定值，此时为一常量，亦为一固定值。仅随值而变化。当的值为极大时，；反之，当的值为极小时，则。上述情况与值的大小无关，所以在求的极值时，可任意设定值，甚至可令其等于零。由于为一常量，根据，的极值与的极值相对应，当时，；当时，。3.下面介绍与的图解方法。(1)取坐标系a如图6-3a，的变化区间为。图6-3(2）由于可任取值．令以简化作图。(3）根据已知的等效力矩、，可以按照下式求出（6-20）并作出曲线(图6-3a)。(4)假定在区间内，恒等于，作出曲线(图6-3b)。显然，曲线不同于真实的动能曲线，它们只重合于一点，即处，而在其他瞬间位置，的值均大于的对应值。(5)将与相减，得差值曲线(图6-3a)。曲线不是飞轮的真实动能曲线。飞轮的真实动能曲线的最大值等于的极大值，设此位置为，而在其他瞬间位置，的值均小于的对应值。可以根据的最大值求得的最大值，见图6-3a上的线段AB。(6)重新假设在区间内。作出曲线(图6-3b)。曲线也不同于真实的动能曲线，它们只在时重合，而在其他瞬间位置，的值均小于的对应值。由曲线减去，得差值曲线。曲线也不是飞轮的真实动能曲线。当时，飞轮的真实动能曲线的最小值等于的极小值，而且对应同一角。可以根据的最小值求得的最小值，见图6-3a上的线段CD。飞轮动能在一个循环内的最大差值相当于图6-3a上的线段AB与CD之和。因为，,,所以飞轮的转动惯量为或（6-21）6.2飞轮转动惯量计算6.2.1飞转的作用发动机的输出转出大于阻力矩时，吸收多余的功，使转速增加较少。发动机的输出转矩小于阻力矩时，释放储存的能量，使转速减少较小。总之，飞轮的作用就是调节曲轴转速变化，稳定转速。通常用发动机转矩不均匀系数和运转不均匀系数评价发动机运转的稳定性：发动机转矩不均匀系数发动机运转不均匀系数曲轴角速度变化率为式中，为曲轴系统的总转动惯量。所以可以明显地看出，要想提高发动机运转的稳定性，降低曲轴角速度波动的措施有：1)增加气缸数，点火均匀，使由于气缸间歇性工作带来的冲击减少。2)增加发动机转动惯量，使角速度波动率减小。最有效的方法就是安装飞轮。6.2.2飞轮转动惯量的确定在与和对应的转角和范围内，对式(6-5)积分得（6-26）式中，为从曲轴角速度到对应的曲轴转角之间，发动机转矩曲线与阻力矩曲线之间所包围的面积(图6-2)，称为盈亏功(N·m)；为发动机运转不均匀系数，或称变速率；为平均角速度。如果式中，为一循环的有效功，则可根据算出盈亏功；为盈亏功系数，主要与气缸数有关；为有效功率(kw)；n为转速(r／min)。图6-2发动机转矩与曲轴角速度的变化情况表6-2四冲程柴油机的统计数据气缸数z12346812的范围1.1-1.30.5-0.80.6-0.40.6-0.40.06-0.10.01-0.030.005-0.01注：①对于单缸柴油机，一般。②对于曲轴夹角为的双杠四冲程柴油机，。③对于曲轴夹角为的双缸柴油机，二冲程的；四冲程的。由表6-2，取0.08。发动机的总转动惯量中，飞轮占一大部分。令飞轮的转动惯量，为飞轮的转动惯量占发动机总惯量的比例，一般，一般多缸发动机取较小的数值，故本设计取。再引用前面的结果，则飞轮的转动惯量为（6-27）因为，，，，，得第7章飞轮的结构设计与计算7.1飞轮材料选取首先根据柴油机结构的总体布置以及传动装置和飞轮齿圈的尺寸初步确定飞轮尺寸、b、h见（图7-2）。图7-2飞轮示意图（7-1）式中：——飞轮轮缘平均直径——飞轮轮缘外径——飞轮轮缘内径通常飞轮外径，轮缘厚度。还应满足飞轮圆周速度小于或等于飞轮许用圆周速度的要求，因而飞轮外径，应满足下式：（7-2）式中——飞轮许用圆周速度。飞轮许用圆周速度：铸铁飞轮，铸钢飞轮：，型钢飞轮：（较大值用于小型高速柴油机，较小值用于大型柴油机）。初取飞轮外径为525mm，则（7-3）式中：，，故表7-1几种飞轮的材料及比强度材料密度抗拉强度比强度铸铁HT300铸钢ZG270-500中碳合金结构钢铝合金钛合金马氏体实效钢玻璃纤维增强塑料高强度碳纤维环氧复合材料7300780078002770443080002000150030050090046010002800110014004.16.411.516.622.635.055.093.3所以选取铸钢ZG270-500为本设计的材料。7.2飞轮尺寸确定7.2.1飞轮基本结构形式本标准规定两种飞轮型式：平板型，见图(a)；盆型，见图(b)表7-2飞轮规格与尺寸平板型盆型ABCDE螺孔数螺栓250265280310330350380395400430350380395400430165165175185195200200215215235310325340365390395435435450475290305320345370375410410418450360390405-44055555666886669999999M8M8M8M8M8M8M10M10M10M10(a)平板型（b）盆型图7-3方案一：平板型飞轮1．根据飞轮的转动惯量、飞轮的惯性矩，得（7-4）式中，，得：2．轮缘截面面积（7-5）式中：——飞轮轮缘质量——飞轮轮缘中经——飞轮材料的密度已知：，，，得：3．飞轮总质量计算（7-6）（7-7）式中：——辐板质量——飞轮轮缘质量——辐板厚度——轮缘内经——飞轮轴径——飞轮材料的密度式中：，，，得：4．飞轮强度校核对于幅板式飞轮可按等厚度旋转圆盘计算。主要校核拉伸应力、径向应力和切向应力。高速旋转圆环拉伸应力的计算公式为（7-8）式中：——飞轮材料的密度——飞轮轮缘线速度已知：，得：铸钢的抗拉强度为500Mpa，则安全系数：安全。旋转圆盘在旋旋转中心线为x距离的截面所受的径向拉应力为（7-9）式中：——飞轮材料的密度——最大角速度——泊松比——飞轮轮缘外径——飞轮轴径取导数得，故（7-10）式中：，，，，得：推荐值，故安全。最大切应力发生在圆盘内孔表面，其值可按下列计算：（7-11）式中：，，，，得：推荐值，故安全。方案二：盆型飞轮1．根据飞轮的转动惯量、飞轮的惯性矩，得（7-12）式中：，，得：2．轮缘截面面积