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汽车离合器的设计.doc

汽车离合器的设计

給我一個理由再堅持_
2017-09-21 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《汽车离合器的设计doc》,可适用于综合领域

汽车离合器的设计目录封面目录第一章绪论离合器设计的目的离合器概述离合器设计的基本要求技术参数及设计要求第二章设计方案论证离合器的结构方案分析从动盘数及干湿式的选择压紧弹簧和布置形式周置弹簧离合器中央弹簧离合器斜置弹簧离合器膜片弹簧离合器膜片弹簧式离合器的拉式、推式的选择分析压盘传力方式的选择离合器的结构方案分析方案选择第三章设计计算及参数选择摩擦片的设计后备系数Β的选择摩擦片外径、内径和厚度单位压力P摩擦因数、摩擦面数、离合器间隙选择离合器基本参数的优化第四章结束语参考文献第一章绪论离合器设计的目的了解轿车离合器的构造掌握轿车离合器的工作原理。了解从动盘总成的结构压盘和膜片弹簧的结构通过对以上几方面的了解从而熟悉轿车离合器的工作原理。学会如何查找文献资料、相关书籍培养学生动手设计项目、自学的能力掌握单独设计课题和项目的方法设计出满足整车要求并符合相关标准、具有良好的制造工艺性且结构简单、便于维护的轿车离合器为以后从事汽车方面的工作或工作中设计其它项目奠定良好的基础。通过这次课程设计使学生充分地认识到设计一个工程项目所需经历的步骤以及身为一个工程技术人员所需具备的素质和所应当完成的工作为即将进入社会提供了一个良好的学习机会对于由学生向工程技术人员转变有着重大的实际意义。离合器概述离合器通常装在发动机与变速器之间其主动部分与发动机飞轮相连从动部分与变速器相连。为各类型汽车所广泛采用的摩擦离合器实际上是一种依靠其主、从动部分间的摩擦来传递动力且能分离的机构。离合器的主要功用是切断和实现发动机与传动系平顺的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档齿轮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以防止传动系个零部件因过载而损坏有效地降低传动系中的振动和噪音。离合器设计的基本要求、在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩并有适当的转矩储备。、接合时要平顺柔和以保证汽车起步时没有抖动和冲击。、分离时要迅速、彻底。、离合器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工作温度不致过高延长其使用寿命。、应使传动系避免扭转共振并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。、操纵轻便、准确以减轻驾驶员的疲劳。、作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小以保证有稳定的工作性能。、应有足够的强度和良好的动平衡以保证其工作可靠、寿命长。、结构应简单、紧凑、质量小制造工艺性好拆装、维修、调整方便等。、技术参数及设计要求表离合器设计参数汽车型号捷达GTIV发动机最大功率(kw)(rmin)总质量ma(Kg)发动机最大扭矩(Nm)轮胎规格VR最高车速(kmh)车轮半径r(mm)最高转速(rmin)后桥主减速比i载重量(kg)i变速器一档传动比g、设计任务要求()、自行选定结构中的零件材料()、根据选定材料及离合器的一般设计原则和设计经验选定相关参数并能在设计中根据具体情况进行调整。、具体设计任务()、方案分析()、阐述离合器的功用和要求()、离合器类型选择及方案设计()、离合器设计计算()、离合器主要参数的选择及校核第二章设计方案论证离合器的结构方案分析摩擦离合器结构选择汽车离合器有摩擦式、电磁式和液力式三种类型。其中摩擦式的应用最为广泛。现代汽车摩擦离合器的典型结构型式为单征或双片干式(图)它由从动盘、压盘驱动装置、压紧弹簧、离合器盖等构成本次设计选用摩擦式离合器。图图从动盘部分分解图摩擦片铆钉波形弹簧片平衡块从动片减振摩擦限位销从动盘毂调整垫片减振弹簧减振盘从动盘数及干湿式的选择单片离合器对乘用车和最大总质量小于t的商用车而言发动机的最大转矩一般不大在布置尺寸容许条件下离合器通常只设置有一片从动盘。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接合平顺。双片离合器双片离合器与单片离合器相比由于摩擦面数增加一部因而传递转矩的能力较大接合更为平顺、柔和在传递相同转矩的情况下径向尺寸较小踏板力较小中间压盘通风散热性差容易引起摩擦片过热加快其磨损甚至烧坏分离行程较大不易分离彻底所以设计时在结构上必须采取相应的措施轴向尺寸较大结构复杂从动部分的转矩较大且径向尺寸受到限制的场合。多片湿式离合器摩擦面更多接合更加平顺摩擦片浸在油中工作表面磨损小但分离行程大分离也不易彻底特别是在冬季油液粘度增大时轴向尺寸大从动部分的转动惯量大故过去未得到推广。近年来由于多片湿式离合器在技术方面的不断完善重型车上又有采用并不断有增加趋势。因为它采用油泵对摩擦表面强制冷却使起步时即使长时间打滑也不会过热起步性能好据其使用寿命可较干式高,倍。通过比较本次设计所选车型适合选用单片干式摩擦离合器。压紧弹簧和布置形式离合器压紧弹簧的结构型式有:圆柱螺旋弹簧、矩形断面的圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧等。可采用沿圆周布置、中央布置和斜置等布置型式根据其布置离合器可分为:周置弹簧离合器周置弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧并均匀地布置在一个或同心的两个圆周上其特点是结构简单、制造容易这去广泛应用于各类汽车上。此结构的弹簧压力直接作用于压盘上为了保证摩擦片上压力不均匀压紧弹簧的数目要随摩擦片直径的增大而增多而且应当是分离杠杆的倍数。因压紧弹簧直接与压盘接触易受热回火失效。当发动机最大转速很高时周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲使弹簧压紧力显著下降离合器传递转矩的能力也随之降低。此外弹簧靠在其定位座上造成接触部位严重磨损甚至会出现弹簧断裂现象。中央弹簧离合器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。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压紧弹簧不与压盘直接接触不会使弹簧受热回火失效通过调整垫片或螺纹容易实现压盘对压紧力的调整。这种结构较复杂轴向尺寸较大多用于发动机最大转矩大,于,Nm的商用车上以减轻其操纵力。斜置弹簧离合器是重型汽车采用的一种新型结构。以数目较多的一组圆柱螺旋弹簧为压紧弹簧分别以倾角斜向作用于传力套上后者再推动压杆并按杠杆比放大后作用到压盘上。这时作用在压杆内端的轴向推力等于弹簧压力的轴向分力。当摩擦片磨损后压杆内端随传力套前移使弹簧伸长压力减小倾角亦减小而cos值则增大。这样即可以使在摩擦片磨损范围内压紧弹簧的轴向推力几乎保持不变从而使压盘的压紧力也几乎保持不变。同样当离合器分离时后移动传力套压盘的压紧力也大致不变因此斜置弹簧离合器与前两种离合器相比其突出的优点是工作性能十分稳这定。与周布置弹簧离合器比较其踏板力约可降低。膜片弹簧离合器膜片弹簧(图)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。具有一系列优点:膜片弹簧具有较理想的非线性弹性特性弹簧压力在摩擦片的允许磨损范围内基本保持不变。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较稳定。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。图膜片弹簧离合器飞轮摩擦片压盘膜片弹簧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,本次设计采用膜片弹簧离合器。膜片弹簧式离合器的拉式、推式的选择分析膜片弹簧式离合器的结构形式有拉式和推式两种:推式膜片弹簧离合器按支撑结构又可分为双支撑环式、单支撑环式、无支撑环式:双支撑环式(图)图双支撑环式单支撑环式(图)图单支撑环式无支撑环式(图)图无支撑环式拉式膜片弹簧离合器:拉式膜片弹簧的支撑分两种如图(a)是无支撑环(b)是单支撑环图拉式膜片弹簧离合器支撑形式推式和拉式的离合器比较与推式膜片弹簧离合器相比拉式膜片弹簧离合器具有许多优点:拉式膜片弹簧离合器取消了中间支承各零件并不用支承环或只用一个支承环使其结构更简单、紧凑零件数目更少质量更小拉式膜片弹簧是以中部与鸦片相压在同样压盘尺寸的条件下可采用直径较大的膜片弹簧提高了压紧力的与传递转矩的能力且并不增大踏板力在传递相同的转矩时可采用尺寸较小的结构再结合或分离状态下离合器盖的变形量小刚度大分离效率更高拉式的杠杆比大于推式的杠杆比且中间支承少减少了摩擦损失传动效~率高踏板操纵更轻便拉式的踏板力比推式的一般可减少约无论在结合状态或分离状态拉式结构的膜片弹簧打断与离合器盖支承始终保持接触在支承环磨损后不会形成间隙而增大踏板自由行程不会产生冲击和噪音使用寿命更长。但是拉式膜片弹簧的分离指与分离轴承套筒总成嵌装在一起的需采用专门的分离轴承结构复杂安装拆卸较困难。由于拉式膜片弹簧离合器综合性能优越目前在各种汽车中的应用日趋广泛。本次设计采用双支撑环推式膜片弹簧。压盘传力方式的选择凸块窗孔式凸块窗孔式离合器盖用螺栓固定在飞轮上在盖上开有长方形的窗口压盘上则铸有相应的凸台凸台伸进盖上的窗口由离合器盖带动压盘。考虑到摩擦片磨损后压盘将向前移因此在设计新离合器时应使压盘凸台适当高出盖上窗口以外以保证摩擦片磨损至极限时仍能可靠传动。传力片式传力片式由弹簧钢带制成的传力片(图)一端铆在离合器盖上另一端用螺钉固定在压盘上。它一般都是沿圆周切向布置改善传力片的受力状况。这种传力片的连接方式还简化了压盘的结构降低了对装配精度的要求并且还有利于压盘的定中。图传力片从动片的结构型式整体式弹性从动片从动片沿半径方向开槽将外缘部分分割成许多扇形(图)并将扇形部分冲压成依次向不同方向弯曲的波浪形使其具有轴向弹性。两边的摩擦片则分别铆在扇形片上。在离合器接合时从动片被压紧弯曲的波浪形扇形部分逐渐被压平从动盘摩擦片所传递的转矩逐渐增大使接合过程(即转矩增长过程)较平顺、柔和。整体式弹性从动片根据从动片尺寸的大小可制成,个切槽。这种切槽还有利于减少从动片的翘曲。为了进一步减小从动片的刚度增加其弹性常将扇形部分与中央部分的连接处切成T形槽。图整体式弹性从动片分开式弹性从动片从动片采用分开式结构(图)从动片(图)波形片分开做成两件然后再用铆钉将其铆在一起由于波形弹簧片是由同一模具冲制而成故其刚度比较一致。另外这种结构的从动片也较容易得到较小的转动惯量。图分开式弹性从动片结图波形片方案选择通过上述各个方案的优缺点比较结合参考车型。本次设计为选用干式离合器不考虑湿式离合。从动盘数的选择由于该车型为乘用车总质量较小所以可以选用单片式使离合器结构相对简单轴向尺寸紧凑。压紧弹簧和布置形式的选择采用膜片弹簧离合器是因为膜片弹簧离合器具有很多优点:首先由于膜片弹簧具有非线性特性因此可设计成当摩擦片磨损后弹簧压力几乎可以保持不变且可减轻分离离合器时的踏板力使操纵轻便其次膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对的因此其压力实际上不受离心力的影响性能稳定平衡性也好再者膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用使离合器的结构大为简化零件数目减少质量减小并显著地缩短了其轴向尺寸另外由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触使压力分布均匀摩擦片的接触良好磨损均匀也易于实现良好的散热通风等。而推式膜片弹簧离合器在安装和维修方面较为容易。压盘的驱动方式选择传力片方式传力片方式设计简单传力片的弹性允许其作轴向移动与压盘的对中性能好使用平衡性好工作可靠帮命长。从动片的结构选择选用分开式弹性从动片可以更好的保证从动片能达到轴向弹性的要求。综上所述本次设计选择单片推式膜片弹簧离合器。第三章设计计算及参数选择离合器主要参数的选择摩擦片的设计)离合器摩擦片在性能上应满足如下要求: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。具有足够的机械强度与耐磨性。密度要小以减小从动盘的转动惯量。热稳定性要好在高温下分离出的粘合剂少无味不易烧焦。磨合性能好不致刮伤飞轮和压盘表面。接合时应平顺而不产生“咬合”或“抖动”现象。长期停放后摩擦面间不发生“粘着”现象。)摩擦离合器是靠存在于主、从动部分摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的离合器的静摩擦力矩为即Tc()TfFZRCC,(出自王望予汽车设计北京:机械工业出版社第二章)f式中摩擦面间的静摩擦因数计算时一般取,F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c,为摩擦面数单片离合器的,=双片离合器的,=本次设计选择单片离合器。离合器的基本参数主要有性能参数β和Po尺寸参数D、d和摩擦片厚度b以及结构参数摩擦面数,和离合间隙。后备系数β的选择后备系数β(表)是离合器设计中的一个很需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β时应考虑以下几个问题:)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矩。)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矩和防止离合器滑磨过大β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β又不宜选取太大当发动机后备功率较大、使用条件较好时β可选取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β应选取大些货车总质量越大β也应选得越大采用柴油机时由于工作比较粗暴转矩较不平稳选取的β值应比汽油机大些发动机缸数越多转矩波动越小β可选取小些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β值可比螺旋弹簧离合器小些双片离合器的β值应大于单片离合器。表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t的商用车,最大总质量为,t的商用车,挂车,T为保证离合器在任何工况下都可靠的传递发动机的最大转矩设计时应大于发动机最c大转矩即()TTCe,,max式中β离合器的后备系数β必须大于发动机最大扭矩。Temax由于捷达GTIV为乘用车由文献王望予汽车设计北京:机械工业出版社第二章得后备系数β取,。这里选β=,T由式()可知=Nm=Nmc摩擦片外径D、内径d和厚度b摩擦片(图)外径是离合器的基本尺寸它关系到离合器的结构重量和使用寿命它和离合器所需传递的转矩大小有一定关系。显然传递大的转矩需要有大的尺寸。根据《汽车离合器》徐石安可按经验公式选用()TemaxD,A式中系数A反映了不同结构和使用条件对D的影响可参考下列范围:小轿车A=一般载货汽车A=(单片)或A=(双片)自卸车或使用条件恶劣的载货汽车A=。由公式()代入相关数据理可得:D=mm按照我国摩擦片尺寸系列标准GBT《汽车用离合器面片》选取。图摩擦片表汽车用离合器面片外径Dmm内径dmm厚度mm'C=dD'C单面面积cm'C由上表初选摩擦片的尺寸为D=mmd=mmb=mm=R摩擦片中径,即cR,rRc,()R,r式中R为摩擦片外半径r为摩擦片内半径。'RcC当dD时即可由下式相当准确的计算即,,()DdRrRc,,Rc由()得=mm单位压力PP单位压力决定了摩擦表面的耐磨性对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PP汽车应取小些当摩托车擦片外径较大时为了降低摩擦片外缘处的热负荷应取P小些后备系数较大时可适当增大。根据《汽车设计》王望予,TemaxD,()fPc('),,ff式中摩擦因数本次设计=。根据初选D代入公式()得=MpaP摩擦因数、摩擦面数Z和离合器间隙,tff摩擦片的摩擦因数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、粉未冶金材料和金属陶瓷材料等。石棉基材料摩擦因f数受工作温度、单位压力和滑磨速度的影响较大而粉未冶金材料和金属陶瓷材料的摩擦ff因数较大且稳定。各种摩擦材料的摩擦因数的取值范围见下表。f表摩擦材料的摩擦因数的取值范围摩擦因数摩擦材料f模压,石棉基材料编织,铜基,粉末冶金材料铁基,金属陶瓷材料f,。综上本次设计可以选择粉末冶金材料铜基摩擦因数摩擦面数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由于是单片离合器因此摩擦面数Z=。离合器间隙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,t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可知,t间隙。由参考文献一般为,mm,这里初选mm。离合器基本参数的优化)约束条件摩擦片处径D(mm)的选取应使最大圆周速度不超过,ms即,,v,nD,~ms()Demaxnv式中为摩擦片最大圆周速度(ms)为发动机最高转速(rmin)。xeamDv代入相关数据得=ms符合要求。D摩擦片的内、外径比c应在,范围内即,,c由表可知c=在范围内符合要求。,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值,应在一定范围内最大范围为,本次设计取值为符合要求即,,,为了保证扭转减振器的安装摩擦片内径d必须大于减振器弹簧位置直径Ro约d,Rmmmm即oRd,(~)(~)()R本次设计取符合要求。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TcT,,,,T许用值()cc()πZD,dTT式中为单位摩擦面积传递的转矩()为其允许值()按N,mmmN,mmmcc表选取。表单位摩擦面积传递转矩的许用值离合器规格Dmm>,>,>,,TcT代入数据得=。N,mmmc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P根据所用的摩擦材料在一定范围内选取P的最大范围为,Mpa即由式()知P=符合要求。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W,,w,,w()πZ(D,d)w式中为单位摩擦面积滑功()为其许用值()对于乘用车JmmJmmw=JmmW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w,,πnmrear,,W,式计算:(),,iig,,式中为汽车总质量(kg)为轮胎滚动半径(m)为汽车起步是所用变速器挡位的rrmaig传动比为主减速器传动比为发动机转速(rmin)计算时乘用车取rmin商neion用车取rmin本次设计为乘用车即=rmineJmm计算得汽车起步的滑磨功为J单位摩擦面积滑功为符合要求。第四章结束语经过一周的课程设计,我发现我在收集文献资料、自学专业知识等各个方面的能力有了不少提高。我不仅对轿车离合器设计有了一定深度的了解还对机械产品设计开发过程有了一定的认识。本次课程设计是一个综合性较强的应用课题其涉及机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、、汽车构造和汽车设计等课程。此次课程设计在设计过程中得到了老师细心的指导同时也得到了热心同学的很多帮助你们真的给了我很大的帮助与支持让我有了不错的进步在这里一并向你们表示感谢。通过这次的课程设计使我们充分地认识到设计一个工程项目所需经历的步骤以及身为一个工程技术人员所需具备的素质和所应当完成的工作为我们即将进入社会提供了一个良好的学习机会对于我们由学生向工程技术人员转变有着重大的实际意义。参考文献陈家瑞汽车构造(下册)北京:机械工业出版社王望予汽车设计北京:机械工业出版社

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