周置螺旋弹簧离合器设计课程设计

周置螺旋弹簧离合器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 课程设计 车辆与交通工程学院 课程设计说明书 设计类型 专业课程设计 设计 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目 周置螺旋弹簧离合器设计 姓 名 学 号 完成日期 指导教师 河南科技大学 车辆与交通工程学院课程设计说明书 目 录 第一章 绪论 ....................................................... 1 1.1离合器概述 ................................................................................................................... 1 1.2离合器的功用 ............................................................................................................... 1 1.3 离合器的分类 .............................................................................................................. 2 1.4离合器的工作原理 ....................................................................................................... 3 第二章 离合器结构方案选取 ................................................................................................ 4 2.1 离合器设计的技术条件 .............................................................................................. 4 2.2 离合器设计的基本要求 .............................................................................................. 4 2.3 离合器结构设计 .......................................................................................................... 5 2.3.1 摩擦片的选择 ...................................................................................................... 5 2.3.2 压紧弹簧布置形式的选择 .................................................................................. 5 2.3.3 压盘的驱动方式 ................................................................................................ 5 第三章 离合器基本结构参数的确定 .................................................................................... 6 3.1 离合器的转矩容量T................................................................................................... 6 c 3.2 离合器后备系数β ...................................................................................................... 6 3.3摩擦片尺寸 ................................................................................................................... 6 3.4单位压力P的确定 ....................................................................................................... 8 第四章 离合器圆柱螺旋弹簧设计 ........................................................................................ 9 4.1 结构设计 ...................................................................................................................... 9 4.2 弹簧的材料及许用应力 .............................................................................................. 9 4.3 弹簧的参数计算 ........................................................................................................ 10 第五章 扭转减震器的设计 .................................................................................................. 12 第六章 离合器压盘设计 ...................................................................................................... 14 6.1压盘的传力方式的选择 ............................................................................................. 16 6.2压盘的几何尺寸的确定 ............................................................................................. 16 6.3压盘传动片的材料选择 ............................................................................................. 17 第七章 离合器盖的设计 ...................................................................................................... 17 第八章 离合器从动盘设计 .................................................................................................. 18 8.1从动盘结构介绍 ......................................................................................................... 18 8.2 从动盘设计 ................................................................................................................ 19 8.2.1 从动片的选择和设计 ........................................................................................ 19 8.2.2 从动盘毂的设计 ................................................................................................ 20 8.2.3摩檫片的材料选取及与从动片的固紧方式 ..................................................... 21 结 论 ............................................................................................................................ 23 参 考 文 献 .......................................................................................................................... 24 第一章 绪论 1.1离合器概述 按动力传递顺序来说，离合器应是传动系中的第一个总成。顾名思义，离合器是“离”与“合”矛盾的统一体。离合器的工作，就是受驾驶员操纵，或者分离，或者接合，以完成其本身的任务。离合器是设置在发动机与变速器之间的动力传递机构，其功用是能够在必要时中断动力的传递，保证汽车平稳地起步;保证传动系换档时工作平稳;限制传动系所能承受的最大扭矩，防止传动系过载。为使离合器起到以上几个作用，目前汽车上广泛采用弹簧压紧的摩擦式离合器，摩擦离合器所能传递的最大扭矩取决于摩擦面间的工作压紧力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面状况等。即主要取决于离合器基本参数和主要尺寸。膜片弹簧离合器在技术上比较先进，经济性合理，同时其性能良好，使用可靠性高寿命长，结构简单、紧凑，操作轻便，在保证可靠地传递发动机最大扭矩的前提下，有以下优点: (1)结合时平顺、柔和，使汽车起步时不震动、冲击; (2)离合器分离彻底; (3)从动部分惯量小，以减轻换档时齿轮副的冲击; (4)散热性能好; (5)高速回转时只有可靠强度; (6)避免汽车传动系共振，具有吸收震动、冲击和减小噪声能力; (7)操纵轻便; T,(8)工作性能(最大摩擦力矩和后备系数保持稳定); emax (9)使用寿命长。 1.2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。 1 车辆与交通工程学院课程设计说明书 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。 汽车行驶中变速器要经常变换档位，即变速器内的齿轮副要经常脱开啮合和进入啮合。如在脱档时，由于原来啮合的齿面压力的存在，可能使脱档困难，但如用离合器暂时分离传动系，即能便利脱档。同时在挂档时，依靠驾驶员掌握，使待啮合的齿轮副圆周速度达到同步是较为困难的，待啮合齿轮副圆周速度的差异将会造成挂档冲击甚至挂不上档，此时又需要离合器暂时分开传动系，以便使与离合器主动齿轮联结的质量减小，这样即可以减少挂挡冲击以便利换档。 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。 1.3 离合器的分类 图1-1 汽车离合器分类图 离合器分类较多，本设计只研究摩擦式离合器，摩擦式离合器分类也较繁杂，并 2 车辆与交通工程学院课程设计说明书 且可以有多种组合。 1.4离合器的工作原理 离合器觉体来说应该由两部分组成:离合器和离合器操纵机构就摩擦式离合器本身而言，按其功能要求，结结构上应有下列几部分:主动件、从动件、压紧弹簧和分离杠杆。结构原理如下图: 图1-2 汽车摩擦式离合器结构简图 ,a, 接合, ,b, 分离 1-飞轮,2-从动盘总成,3-压盘,4-分离杆,5-分离套筒,6-离合器制动, 7-离合器踏板,8-压紧弹簧,9-离合器盖,10-变速器第一轴,离合器输出轴,, 11-分离拨叉及操纵连接杆 图中可以看到，压盘3、分离杆4和压紧弹簧8一起组装在离合器盖9内，俗称为离合器盖总成。盖总成通过螺栓安装到发动机飞轮上。飞轮1和压盘3为主动件，发动机的转矩通过这两个主动件输入。飞轮1和压盘3之间为从动盘总成2，它作为从动件通过摩擦接受由主动件传来的输入转矩，并通过其中间的从动盘毂花键输出转矩(由变速器第一轴10接受)。压紧弹簧8通过压盘3把从动盘总成紧紧压在飞轮上，形成 3 车辆与交通工程学院课程设计说明书 工作压力。当发动机工作带动飞轮1和压盘3一道旋转时，通过压盘上压紧弹簧产生的工作压力所形成的摩擦力，带动从动盘总成旋转，完成转矩的输出。 离合器通常总是处于接合状态如图1-2(a)所示，当需要切断动力时，驾驶员通过踩踏离合器操纵系统中的离合器踏板7，并经过操纵传动杆系及分离拨叉11推动分离套筒5向前，消除间隙，使分离杆4绕其在离合器盖9上的支点转动，克服压紧弹簧8的工作压力，压盘3向后移动，从动盘总成2和压盘3脱离接触。离合器分离时的状态如图1-2(b)所示，此时，从动盘总成2不再输出转矩。分离套筒向左移时，在消除间隙后，输出轴10受到制动，转速很快下降。此种状况成为离合器制动，其目的是为了容易换挡。但这种离合器制动主要用在重型离合器上，一般离合器不一定采用。 第二章 离合器结构方案选取 2.1 离合器设计的技术条件 发动机基本参数如下: 型号:6G72 最大功率(kw/r/min):118/5000 最大扭矩(nm/r/min: 240/2500 整车最大总质量:2000 kg 最高车速:140 km/h 2.2 离合器设计的基本要求 为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足以下要求: 1) 在任何行驶条件下，都能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又 能防止传动系过载。 2) 接合时要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。 3) 分离要迅速、彻底。 4) 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。 5) 具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。 6) 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。 4 车辆与交通工程学院课程设计说明书 7) 操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。 8) 作用在从动盘上的总压力和摩擦离合器和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程 中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。 9) 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。 10) 结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便。 2.3 离合器结构设计 2.3.1 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。 2.3.2 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。 周置弹簧离合器的压紧弹簧是采用圆柱螺旋弹簧并均匀布置在一个圆周上。有的重型汽车将压紧弹簧布置在同心的两个圆周上。周置弹簧离合器的结构简单、制造方便，过去广泛用于各类汽车上。现代由于轿车发动机转速的提高，在高转速离心力的作用下周置弹簧容易歪斜甚至严重弯曲鼓出而显著降低压紧力;另外，也使弹簧靠到定位座柱上而使接触部位严重磨损甚至出现断裂现象。在中、重型汽车上，周置弹簧离合器仍得到使用。在设计上应该注意弹簧与压盘间的隔热，例如加装隔热垫、加强散热通风等，因弹簧易受压盘热而回火失效。为了保证摩擦片上的压力均匀，压簧的数目不应太多，且要随摩擦片直径的增大而增多。在选择离合器的后备系数时应考虑到这种离合器在摩擦片磨损后压盘的压紧力无法调整。 2.3.3 压盘的驱动方式 (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 5 车辆与交通工程学院课程设计说明书 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，其他的结构特征与径向传动方式相同。经比较，我选择径向传动驱动方式。 第三章 离合器基本结构参数的确定 3.1 离合器的转矩容量T c 为保了证能可靠的传递发动机的转矩，确定离合器转矩容量时应该进行设计，应使离合器的转矩容量大于发动机的最大转矩，写成如下关系式: T,,Tcemax (3-1) 式中，β是离合器的后备系数 。 3.2 离合器后备系数β 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。 本设计是2吨乘用车离合器，参看有关统计质料“离合器后备系数的取值范围”(见下表3.1)，结合设计实际情况，故选择β=1.5。 则有β可有表3.1查得 β,1.5 表3.1 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 3.3摩擦片尺寸 摩擦片外径是离合器的主要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。 T当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩已知，适当选取后emax 6 车辆与交通工程学院课程设计说明书 备系数β和单位压力P0，可估算出摩擦片外径。 发动机转矩是重要的参数，当按发动机最大转矩来确定D时，可以查表3.2来确定摩擦片外径D的尺。 表3.2离合器尺寸选择参数表 摩擦片外径D/mm 发动机最大转矩T/N?m e max 单片离合器 双片离合器 重负荷 中等负荷 极限值 225 — 130 150 170 250 — 170 200 230 280 — 240 280 320 300 — 260 310 360 325 — 320 380 450 350 — 410 480 550 380 — 510 600 700 410 — 620 720 830 430 350 680 800 930 450 380 820 950 1100 T摩擦片外径D(mm)也可以根据静摩擦力矩Tc=β(N.m)算出 emax 公式如下: 33TemaxDπfZP(1-c)=12β (3-2) 0 式中: T=240N,m emax β是后备系数，取β=1.5 f为摩擦系数，取f=0.21 D为摩擦片外径，d为内径，c=d/D，取c=0.6 P是单位面积上的压力，范围在0.15~0.25MPa，取P=0.21MPa 00 7 车辆与交通工程学院课程设计说明书 代入，可得:D=275.37mm 根据离合器摩擦片的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化，系列化原则，根据下表3.3 表3.3离合器摩擦片尺寸系列和参数,即GB1457—74, 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/ 3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 4 ,=d/D 0.687 0.694 0.700 0.667 0.620 0.589 0.585 0.557 0.540 C 3,C1, 0.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 0.827 3cm单位面积F/ 106 132 160 221 302 402 466 546 678 续表3.3 离合器摩擦片尺寸系列和参数 可取摩擦片相关标准尺寸: 外径D=280mm 内径d=165mm 厚度h=3.5mm 3,,C 内径与外径的比=d/D=0.589 ， 1,=0.796 C 2 单面面积F=40200mm 3.4单位压力P的确定 摩擦面上的单位压力P的值和离合器本身的工作条件,摩擦片的直径大小,后备系数,摩擦片材料及质量等有关. 离合器使用频繁,工作条件比较恶劣(如城市用的公共汽车和矿用载重车),单位压力P较小为好。当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力P。因为在其它条件不变的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘的线速度大，滑磨时发热厉害，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力P应随摩擦片外径的增加而降低。 前面已经初步确定了摩擦片的基本尺寸; 外径D=280? 内径d=165? 厚度h=3.5? 3,C内径与外径比值C′=0.589 1,=0.796 由公式 3TemaxDπfZP(1-c ?)=12β (3-3) 8 车辆与交通工程学院课程设计说明书 得 : P=0.187mpa 当摩擦片采用不同材料时，Po按下列范围选取: 石棉基材料 Po=0.10,0.35Mpa 粉末冶金材料 Po=0.35,0.60Mpa 金属陶瓷材料 Po=0.70,1.50Mpa 所以采用石棉基材料。 第四章 离合器圆柱螺旋弹簧设计 4.1 结构设计 由前面可以知道，本设计中的压紧弹簧是圆柱螺旋弹簧。 本次设计的周布式弹簧离合器采用的压紧弹簧是圆柱螺旋弹簧。在设计螺旋弹簧的时候，螺旋弹簧的两端必须保证平整却螺旋弹簧一二圈之间没有间隙，每一端需保证有一圈是齐平的，这样可以增加螺旋弹簧与压盘和离合器盖的接触面积。也能保证弹簧工作时各圈的受力均衡，而却不会倾斜。螺旋弹簧是周布在压盘上的，而却弹簧的数目通常不少于6个。但是如果摩擦片的外径很大的话，螺旋弹簧的数目就必须增加而却是分离杆的整数倍,。具体的关系见表4.1，这样可以使离合器摩擦片上有均匀的压紧力。 表4.1 周置圆柱弹簧的数目 /mm摩擦片外径 螺旋弹簧数目 <200 6 200~280 9~12 280~380 12~18 380~450 18~30 在本设计中根据摩擦片外径D=280mm,取螺旋弹簧数Z=10。 4.2 弹簧的材料及许用应力 周布弹簧离合器的弹簧钢丝直径不大，通常在4mm左右，工作环境的温度也在正 [,]常状态下，所以它的材料一般选用65Mn钢、碳素弹簧钢等。弹簧材料的许用应力对 (0.3~0.4),[,](450~600)MPab于碳素和硅锰钢其推荐许用应力一般为约为。离合 9 车辆与交通工程学院课程设计说明书 器的压紧弹簧的直径较小则用冷卷法制成。但是一般都不会做淬火处理，用低温回火 来消除内应力就行了。本设计选用65Mn钢。 4.3 弹簧的参数计算 1(每一个弹簧的工作压力P 设计圆柱螺旋弹簧时，应根据摩擦片的外径D选定弹簧数目Z，并根据离合器工 P,作的总压力，确定每一个弹簧的工作压力P: P,PZ, (4-1) 式中: 为工作总压力，N P, Z为离合器压簧数目。 通过下式计算工作总压力: T,emax3853 N (4-2) P,,,fDdD(1，/) 每个弹簧的工作压力:P = 385.3 N 设计上，每一个周置圆柱螺栓弹簧的工作压力应不超过1000N。 2.弹簧丝直径/mm 'PKC385.3，1.24，6.2 (4-3) d,1.6,1.6,3.894mm1,[]500 式中: P为每个弹簧的工作压力,N C为弹簧指数，一般取5,8，初选弹簧指数C=6.2 K’为曲度系数，初取K’=1.24 初选[,],500MPa d,4mm根据 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 钢丝直径，取 1 3.根据规范弹簧中径选取弹簧的外径D/mm 1 D,30mm 1 4.弹簧中径D/mm 01 10 车辆与交通工程学院课程设计说明书 (4-4) D,D,d,30,4,26mm0111 5.弹簧指数C D2601 (4-5) C,,,6.5d41 6.曲度系数K’ 4C,10.6154，6.5,10.615 (4-6) K',，,，,1.234C,4C4，6.5,46.57.实际的弹簧工作应力/MPa 8PCK'8，385.3，6.5，1.23,,,,490.27MPa (4-7) 22,63.14，4，10,d1 8.弹簧工作圈数i 444Gd8，10，41i,,,7.283 (4-8) 338，26，208DK01 i,7.5 可取 4式中:G为材料剪切弹性模数，碳钢取: ; G,(8.0~8.3)，10MPa K,16~45N/mK,20N/mm K需尽量小，一般取，初选。 9.弹簧实际刚度K 444Gd8，10，41K,,,19.4N/m (4-9) 338，26，7.58Di01 10.弹簧的总圈数n (4-10) n,i，(1.5~2.5),7.5，1.5,9 11.弹簧工作变形f/mm P385.3f,,,19.86mm (4-11) K19.4 12.弹簧的附加变形量Δf/mm 11 车辆与交通工程学院课程设计说明书 对于单片离合器;对于双片离合器。 ,f/mm,1.5~2.5mm,f/mm,1.5~3.0mm本设计取。 ,f/mm,2.0mm 13.弹簧自由高度H/mm 0 (4-12) H,(n,0.5)d，f，,f，i,10 代入: H,(9,0.5)，4，19.86，2，7.5，0.7,61.11mm0 ,,0.7mm,,0.5~1.5mm式中，弹簧在最大负荷时的间隙,本设计取 14.弹簧工作高度H/mm (4-13) H,H,f,64.44,23.19,41.25mm0 15.弹簧最大负荷P/N max (4-14) P,K,f，p,19.4，2，385.3,424.1N,500Nmax 为离合器彻底分离时的弹簧最大负荷，一般 PP,(1.15~1.20)Pmaxmax 通过验算可知满足强度要求。 第五章 扭转减震器的设计 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。所以，扭转减振器具有如下功能: 1)降低发动机曲轴与传，动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率。 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瞬态扭振。 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与噪声。 4)缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷和改善离合器的接合平顺性。 Tk,减振器的扭转刚度和阻尼摩擦元件间的摩擦转矩是两个主要参数。其设计参, Tn,T数还包括极限转矩、预紧转矩和极限转角等。 jj T1.极限转矩 j 12 车辆与交通工程学院课程设计说明书 极限转矩为减振器在消除限位销与从动盘毂缺口之间的间隙?1时所能传递的最 大转矩，即限位销起作用时的转矩。它与发动机最大转矩有关，一般可取: (N?m) (5-1) Tj,(1.5~2.0)T,1.5，240,360emax 2.扭转刚度 扭转刚度是为了避免引起系统的共振，要合理选择减振器的扭转刚度，使共振c,现象不发生在发动机常用工作转速范围内。决定于减振弹簧的线刚度及其结构布置c, 尺寸,需要加在从动片上的转矩为: 2 (5-2) T,1000CZR1 式中: C:弹簧刚度 Z:弹簧数目 R:减震器弹簧分布半径 1 设计时可按经验来初选是 c, ?13T=4680 (N?m) (5-3) cj, 可知:=4680(N?m) c, T3.阻尼摩擦转矩 f 由于减振器扭转刚度是，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 Tf矩，通过计算与实践表明一般可按下式初选: T,(0.06,,0.17)T (5-4) femax T,0.15T,36N?m取 femax T4.预紧转矩 y T 减振弹簧在安装时都有一定的预紧。研究表明，增加，共振频率将向减小频y TT率的方向移动，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yf 提前停止工作，故取: T,(0.05--0.15)T=24 N?m emaxy 5.减振弹簧的位置半径R 1 R的尺寸应尽可能大些，一般取 1 d(0.60~0.75)R, (5-5) 12 13 车辆与交通工程学院课程设计说明书 式中，d为离合器摩擦片的内径。 由于摩擦片的内径要满足d,2R，50mm1 结合两个条件，取R=55mm 1 6.减振弹簧个数 Z 表5.1 减振弹簧数目参考表 摩擦片外径D/mm 225-250 250--325 325--350 >350 减震弹簧数目 4-6 6--8 8--10 >10 取Z=6 7.扭转减振器减振弹簧的总压力 Tj当限位弹簧与从动盘毂之间的间隙被消除时，弹簧传递扭矩达到最大 P总,Tj/R1 (5-6) Tj式中:=360N?m P总代入，得:=6545.45N P总每个弹簧工作压力 :P=/z =1090.91N 8.限位销直径 '''ddd 限位销直径按结构布置选定，一般=9.5,12mm，本设计取=11 9.从动盘毂缺口宽度及安装窗口尺寸 为充分利用减振器的缓冲作用，将从动片上的部分窗口尺寸做的比从动盘毂上的窗口尺寸稍大一些，如图5.1所示。 图5.1 从动盘窗口尺寸简图 14 车辆与交通工程学院课程设计说明书 一般推荐A1-A=a=1.4,16mm。这样，当地面传来冲击时，开始只有部分弹簧参 加工作，刚度较小，有利于缓和冲击。本设计取a=1.5mm，A=25mm，A1=26.5 10.减振弹簧的尺寸确定 在初步选定减振器的主要尺寸后，即可根据布置上的可能来确定和减振弹簧设计 的相关尺寸。 弹簧的平均直径:一般由结构布置决定，通常选取=11,15左右。本设计选DD22取=12。 D2 弹簧钢丝直径: 8PD23d, (5-7) 1,, 式中:扭转许用应力=550,600MPa，D算出后应该圆整为标准值，一般为 ,1 3,4mm左右。代入数值，得=3.82mm，符合上述要求。 d1 减振弹簧刚度: cac, =257.85N/mm (5-8) 21000Rz1 减振弹簧的有效圈数: 4Gd1= (5-9) i38CD2 式中: 2 G为材料的扭转弹性模数，对钢G=83000N/mm，代入数值， 得:=7.05 i ni,，1.52, 减振弹簧的总圈数=9.05。 ，， 减振弹簧在最大工作压力P时最小长度: Lnd,，,,1.1dn =37.82mm (5-10) ，，min11 式中: ,,0.1d =0.382为弹簧圈之间的间隙。 1 减振弹簧的总变形量: ,l,P/c =4.23 mm (5-11) 15 车辆与交通工程学院课程设计说明书 减振弹簧的自由高度: =42.05 mm (5-12) lll,，,0min 减振弹簧的预变形量: ,l`=T/czR=0.28mm(5-13) 预1 减振弹簧安装后的工作高度: `=42.05-0.28=41.77mm (5-14) lll,,,0 第六章 离合器压盘设计 6.1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。 6.2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 故压盘外径D=285? 压盘内径d=160? 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， 16 车辆与交通工程学院课程设计说明书 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? 6.3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HB170,227，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。在本设计中用材料为3号灰铸铁JS—1，工作表面光洁度取为1.6。 第七章 离合器盖的设计 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: (1)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。 (2)离合器的通风散热 17 车辆与交通工程学院课程设计说明书 为了加强离合器的冷却离合器盖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。 (3)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. 第八章 离合器从动盘设计 8.1从动盘结构介绍 在现代汽车上一般都采用带有扭转减振的从动盘,用以避免汽车传动系统的共振,缓和冲击,减少噪声,提高传动系统零件的寿命,改善汽车行使的舒适性,并使汽车平稳起步。从动盘主要由从动片，从动盘毂，，摩擦片等组成，由下图8.1可以看出，摩擦片1，13分别用铆钉14，15铆在波形弹簧片上，而后者又和从动片铆在一起。从动片5用限位销7和减振12铆在一起。这样，摩擦片，从动片和减振盘三者就被连在一起了。在从动片5和减振盘12上圆周切线方向开有6个均布的长方形窗孔，在在从动片 和减振盘之间的从动盘毂8法兰上也开有同样数目的从动片窗孔，在这些窗孔中装有减振弹簧11，以便三者弹性的连接起来。在从动片和减振盘的窗孔上都制有翻边，这样可以防止弹簧滑脱出来。在从动片和从动盘毂之间还装有减振摩擦片6，9。当系统发生扭转振动时，从动片及减振盘相对从动盘毂发生来回转动，系统的扭转能量会很快被减振摩擦片的摩擦所吸收。 18 车辆与交通工程学院课程设计说明书 图8.1 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 8.2 从动盘设计 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)为了减少变速器换档时齿轮间的冲击，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 8.2.1 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 19 车辆与交通工程学院课程设计说明书 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1.3~2.0?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0.65,1.0?,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，因为设计的是型轿车的离合器，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225?，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。 8.2.2 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σ(MPa)及剪切应力τ(MPa)的强度校核: jj 8Temax[2],,jj,,[]22,()Ddznl (8-1) 20 车辆与交通工程学院课程设计说明书 4Temax[2],,jj,,,[]15，()Ddznlb (8-2) 式中，z为从动盘毂的数目;其余参数见表(8-1)。 表8-1 离合器从动盘毂花键尺寸系列 花键尺寸 摩擦片 发动机的 外径 最大转矩 齿数 外径 内径 齿厚 有效齿长 挤压应力 D/mm Temax/N?m N D′/mm d′/mm b/mm l/mm σj/Mpa 160 50 10 23 18 3 20 10 180 70 10 26 21 3 20 11.8 200 110 10 29 23 4 25 11.3 225 150 10 32 26 4 30 11.5 250 200 10 35 28 4 35 10.4 280 280 10 35 32 4 40 12.7 300 310 10 40 32 5 40 10.7 325 380 10 40 32 5 45 11.6 350 480 10 40 32 5 50 13.2 根据摩擦片的外径D=280mm与发动机的最大转矩T=240N?m emax 由表8-1查得: n=10 D′=35mm d′=32mm b=4mm l=40mm σ=12.7Mpa， j 则由公式校核得: σj=0.29MPa<[σj]=18.3 MPa。 τj=2.15 MPa < [τj]=13.7 MPa。 所以，所选花键尺寸能满足使用要求 8.2.3摩檫片的材料选取及与从动片的固紧方式 摩擦片的工作条件比较恶劣，为了保证它能长期稳定的工作，根据汽车的的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求: (1)应具有较稳定的摩擦系数，温度，单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的影响 21 车辆与交通工程学院课程设计说明书 小。 (2)要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。 (3)要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好 (4)热稳定性要好，要求在高温时分离出的粘合剂较少，无味，不易烧焦 (5)磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面 (6)油水对摩擦性能的影响应最小 (7)结合时应平顺而无“咬住”和“抖动”现象 由以上的要求,目前车用离合器上广泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐热和化学稳定性能比较好的石棉和粘合剂及其它辅助材料混合热压而成，其摩擦系数大约在0.3左右。这种摩擦片的缺点是材料的性能不稳定，温度，滑磨速度及单位压力的增加都将摩擦系数的下降和磨损的加剧。 所以目前正在研制具有传热性好、强度高、耐高温、耐磨和较高摩擦系数(可达0.5左右)的粉末冶金摩擦片和陶瓷摩擦材料等。 在该设计中选取的是石棉合成物制成的摩擦材料。固紧摩擦片的方法采用较软的黄铜铆钉直接铆接，采用这种方法后，当在高温条件下工作时，黄铜铆接有较高的强度，同时，当钉头直接与主动盘表面接触时，黄铜铆钉不致像铝铆钉那样会加剧主动盘工作表面的局部磨损，磨损后的生成物附在工作表面上对摩擦系数的影响也较小。这种铆接法还有固紧可靠和磨损后换装摩擦片方便等优点。 22 车辆与交通工程学院课程设计说明书 结 论 本次课程设计根据给出的设计要求和原始设计参数，以及周置螺旋弹簧离合器及其操纵机构的工作原理和使用要求，通过对其工作原理的阐述、结构方案的比较和选择、相关零件参数的计算，大致确定了离合器及其操纵机构的基本结构和主要尺寸以及制造相关零部件所用的材料。 结构方面:根据设计要求，考虑到使用条件和其显著的优点，选用带扭转减振器的单片周置螺旋弹簧离合器，压盘驱动方式采用传动片传动，分离轴承采用自动调心式分离轴承，操纵机构采用液压式。 计算方面:确定了离合器的主要参数β、P0、D、d，结果按照基本公式运算得出并通过约束条件，检验合格。根据螺旋弹簧基本参数之间的约束关系，初步确定了弹簧的尺寸参数，并通过优化程序得出了螺旋弹簧尺寸的优化值，同时进行了强度校核。 选材方面:摩擦片选用编织石棉基材料，保证其有足够的强度和耐磨性、热稳定性、磨合性，不会发生粘着现象。膜片弹簧采用65Si2MnA，其中所含硅成分提高了机件的弹性，所含錳，加强了耐高温性;传动片采用80刚，满足其强度需要;压盘采用HT200，提高了耐磨性;离合器盖从用铸铁，提高了散热能力;设计后的离合器温升校核合格。 综上所述，本次设计遵从了:(1)分离彻底;(2)接合柔和;(3)操纵轻便，工作特征稳定;(4)从动部分转动惯量小的设计要点，数据全部通过约束条件检验，原件所使用的材料基本上符合耐磨，耐压和耐高温的要求，而且离合器尺寸合适，适宜安装，能最高效率传递发动机扭矩，符合 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 书及国家标准。 由于此次设计中因选取的部分零件作为主要设计对象，存在很多的不完善，设计过程中也遇到很多的困难，所以在本次设计中可能有很多错误和遗漏，希望各位老师批评指正。 23 车辆与交通工程学院课程设计说明书 参 考 文 献 [1] 徐石安,江发潮.汽车离合器[M].清华大学出版社.2005. 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