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車輛與動(dòng)力工程學(xué)院說明書
目 錄
第一章 前言...........................................1
第二章 離合器的設(shè)計(jì)................................... 2
§2.1離合器概述 ..................................... 2
§2.2離合器結(jié)構(gòu)方案分析. ............................3
§2.3離合器主要參數(shù)選擇 ...........................4
§2.3.1后備系數(shù). ........................ ........4
§2.3.2單位壓力..................................5
§2.3.3摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度b.................6
§2.3.4摩擦因數(shù)f、摩擦面數(shù)Z和離合器間隙.........7
§2.3.5離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .......... .............8
§2.3.6膜片彈簧的特性................. ...... ....10
§2.3.7膜片彈簧材料及制造工藝...................13
第三章 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)..........................15
第四章 離合器操縱機(jī)構(gòu).............................19
§4.1離合器操縱機(jī)構(gòu)的要求 .. ...................19
§4.2離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算..................20
第五章離合器蓋主要零部件的設(shè)計(jì)…...............21
§5.1從動(dòng)盤總成 ....................................21
§5.1.1從動(dòng)盤轂...................................21
§5.1.2摩擦片.....................................21
§5.1.3從動(dòng)片.....................................22
§5.1.4波形片和減振彈簧..........................22
§5.2離合器蓋總成 ..................................22
§5.2.1離合器蓋….................................22
§5.2.2 壓盤......................................23
§5.2.3傳動(dòng)片.....................................24
§5.2.4分離杠桿...................................24
§5.2.5支承環(huán).....................................24
§5.3分離軸承........................................24
第六章 傳動(dòng)軸.......................................25
§6.1概述............................................25
§6.2萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)分析...............................25
§6.2.1十字軸萬向節(jié)..............................25
§6.2.2十字軸萬向節(jié)的設(shè)計(jì)........................26
§6.3傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)........................27
§6.4萬向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算..........................28
§6.5中間支承........................................29
第七章 結(jié)論....................................... ...31
參考文獻(xiàn)..............................................32
致謝....................................................32
附錄....................................................33
推式膜片彈簧離合器及萬向傳動(dòng)軸
摘 要
汽車無疑是當(dāng)今世界最主要的交通運(yùn)輸工具。柴油SUV作為新型的乘用車，是目前國際上發(fā)展趨勢(shì)，其特點(diǎn)是比汽油SUV有更強(qiáng)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、市場(chǎng)潛力巨大，鑒于此，我們選擇這種車型作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目，其中本文主要設(shè)計(jì)離合器和萬向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)部分。離合器是汽車傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的總成，其主要功用是切斷和實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞，以保證汽車起步時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順結(jié)合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換檔時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系分離，減小變速器中換檔齒輪之間的沖擊；工作中受到大的載荷時(shí)能限制傳動(dòng)系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，防止傳動(dòng)系各零件因過載而損壞；有效降低傳動(dòng)系中的振動(dòng)和噪聲。萬向傳動(dòng)軸是用于工作過程中相對(duì)位置不斷改變的兩軸之間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；保證所連接的兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)，由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷，振動(dòng)和噪聲應(yīng)在允許的范圍內(nèi)，在使用車速范圍內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。
隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率不斷提高，汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)離合器的傳動(dòng)軸的要求越來越高，本著提高離合器和傳動(dòng)軸工作性能的設(shè)計(jì)思想，通過方案分析和比較，參數(shù)的選擇和優(yōu)化，最終采用推式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)。液壓操縱機(jī)構(gòu)和分兩段的傳動(dòng)軸及十字軸萬向節(jié)，并力圖在結(jié)構(gòu)元件中有所創(chuàng)新設(shè)計(jì)出性能更好更符合汽車發(fā)展趨勢(shì)的離合器幾萬向傳動(dòng)軸。
關(guān)鍵詞：柴油SUV， 新型乘用車， 平穩(wěn)起步， 最大轉(zhuǎn)矩， 膜片彈簧， 萬向傳動(dòng)軸
THE PUSHING DIAPHRAGM SPRING DISC SPRING CLUTCH
ABSTRACT
Automobile is certainly the most primary transports in this world。Diesel SUV as a new automobile its character well power economical so the more people are enjoy diesel SUV that’s why we choose it as our graduation subject. This paper deals with the design of clutch and universal joint shaft. The clutch is assembled in which the power train directly connecting with engine. Its primary functions are: switch off and transfer power for train in order to guarantee to connect smoothly engine to power train when automobile is starting. Then automobile may start smoothly; make engine away from power train and reduce the impact among the gears when the transmission shift; restrict the maximal torque that power train can endure when it come in for larger dynamic load; reduce effectively vibration and roar of the power. Universal joint shaft is used to two shaft configuration difference in every minute. It can transfer torque from transmission to Trans axle, and turning movement; It also can match the two shaft have the same movement. Because of the card a joint angle which produce additional load, chatter phenomena and voice should limit and it can’t produce resonance in general movement.
With people expect better clutch and universal joint shaft base an the design spirit of keeping improving. Through contrast of various precepts choice and majority of the parameter, finally I adopt the pushing diaphragm spring disc spring clutch, the hydrostatic controls and universal joint shaft, In order to scheme out better clutch and shaft which is congress step with trend of automobile development. I will try my best to create new structure in some components.
KEY WORDS: Diesel SUV，new automobile， start smoothly， maximal to torque，diaphragm spring disc，universal joint shaft
IV
外文資料譯文
英文翻譯
車輪和輪胎
2.1 輪胎的功能
輪胎對(duì)變速器的縱向、橫向、垂直放置在車和路面之間起關(guān)鍵作用的重要部件。輪胎的特性應(yīng)當(dāng)盡可能的保持和及時(shí)的被駕駛員觀察到。輪胎靜態(tài)或動(dòng)態(tài)變化也會(huì)使變速器的性能發(fā)生改變，根據(jù)不同汽車的需要也應(yīng)滿足如下要求：
由于輪胎對(duì)汽車的操縱性能有重要影響，最初的輪胎是汽車制造商和輪胎制造商特意提供給汽車顧客的，然而，備用汽車輪胎和原裝輪胎通常是不同的，盡管它們有形似的設(shè)計(jì)；從此時(shí)汽車的操縱性能可能會(huì)發(fā)生改變，個(gè)別汽車制造商已經(jīng)決定按照他們自己的技術(shù)規(guī)則通過在輪胎側(cè)面標(biāo)示自己的標(biāo)志來體現(xiàn)他們自己的輪胎或者把輪胎賣給那些自己的分銷分支機(jī)構(gòu)。
2.2輪胎的互換性
所有的輪胎和輪輞被標(biāo)準(zhǔn)化保證了輪胎的互換性，例如，汽車的相同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和在世界范圍內(nèi)嚴(yán)格執(zhí)行的輪胎標(biāo)準(zhǔn)，盡可能的保證了可以使用不同制造商的輪胎。
在歐洲，標(biāo)準(zhǔn)化已被歐盟輪胎輪輞技術(shù)協(xié)會(huì)執(zhí)行，具體的條款如下：
1.?輪胎和輪輞的大小尺寸
2.?輪胎的類型代碼編號(hào)和尺寸
3.?壓力量度和速度標(biāo)志
乘用車輪胎有UNO管理、調(diào)控、ECE-R30，商用車是R-54，備用輪胎R64，汽車輪胎的類型被EC92/23EC直接認(rèn)可。
在美國，交通運(yùn)輸部對(duì)安全標(biāo)準(zhǔn)負(fù)責(zé)，有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)如下：
109號(hào)標(biāo)準(zhǔn) 乘用車
119號(hào)標(biāo)準(zhǔn) 摩托車和其它乘用車
輪胎和輪輞聯(lián)合會(huì)或者簡稱TRA負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)
在澳大利亞，這些標(biāo)準(zhǔn)被澳大利亞聯(lián)邦公路安全辦公室和汽車、摩托車制造商授權(quán)書印在一起發(fā)布。
ARD23 澳大利亞乘用車設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
23/01 是被使用的標(biāo)準(zhǔn)
在德國，DIN標(biāo)準(zhǔn)和WDK指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)是專門負(fù)責(zé)輪胎的數(shù)據(jù)資料，所有的人都認(rèn)可這兩個(gè)組織。國際標(biāo)準(zhǔn)化ISO也是為輪胎制定了標(biāo)準(zhǔn)，并且ISO標(biāo)準(zhǔn)已被翻譯為多種語言文本。
2.1.2乘用車的要求
乘用車和輕型商用車輪胎的技術(shù)要求可以分成如下幾組：
1.行駛安全性
2.操縱性
3.舒適性
4.使用壽命
5.經(jīng)濟(jì)性
6 環(huán)境的適應(yīng)能力
為了確定駕駛的安全性，輪胎需要堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)固的安裝在輪輞內(nèi)，這有專門設(shè)計(jì)的輪胎小孔和安全輪輞完成，它是至今僅有被用的輪胎類型，它不僅具備輪胎要求的一個(gè)巨大進(jìn)步，而且，輪胎必須密封起來，這是一種無內(nèi)胎結(jié)構(gòu)的內(nèi)廓，它是被用來防止空氣從輪胎逃逸。
例如，它可以防止輪胎氣壓降低，然而，它的壓力每年要損失掉25%~30%，這就是為什么要經(jīng)常檢查輪胎的壓力。
汽車底盤
為了保證駕駛的安全性要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，就要確保輪胎盡可能有超載和輪胎對(duì)尖銳物的防護(hù)性，并且，輪胎要有在緊急情況下行駛的能力，駕駛員能夠在輪胎破壞的情況下安全的停下來。
操縱性包括下面幾點(diǎn)
1.輪胎在任何情況下都要有良好的摩擦系數(shù)；
2.輪胎受到側(cè)面力不會(huì)突然改變；
3.良好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性；
4.迅速、準(zhǔn)確的反映方向盤的轉(zhuǎn)向性；
5.能夠承受最高車速的要求；
6.車輪承受壓力時(shí)要盡可能小的波動(dòng)。
駕駛的舒適性包括下面幾點(diǎn)：
1.良好的懸掛和防振性能；
2.良好的平順性，所以子午線輪胎平衡性良好；
3.停車或行駛時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的影響要小；
4.?低噪聲。
耐用性與一下幾點(diǎn)有關(guān)：
1.較長的耐用性；
2.高速的穩(wěn)定性；
上面兩點(diǎn)都要在鼓狀公路上作標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試
經(jīng)濟(jì)性有一下幾點(diǎn)決定
1.購買費(fèi)用；
2.行駛里程（包括盡可能的翻新后使用）；
3.耐磨損性；
4.滾動(dòng)阻力；
5.有必要的充氣容量；
6.車輪殼空間大小和備用輪胎的質(zhì)量；
7.壓力比。
適應(yīng)環(huán)境保護(hù)能力的重要性，包括以下幾點(diǎn)
1.輪胎的噪音；
2.在制造和清除雜物時(shí)消耗的原始材料；
3.盡可能完整的內(nèi)在構(gòu)成物；
重要點(diǎn)
輪胎設(shè)計(jì)，側(cè)面設(shè)計(jì)和高寬比同樣不能忽視，更多的細(xì)節(jié)在4、6、7、9條；
2.1.3商用車的要求
原則上，商用車和乘用車有相同的使用標(biāo)準(zhǔn)，但優(yōu)先權(quán)有所不同，保證安全的前提下，經(jīng)濟(jì)性是商用車考慮的主要因素，要求有以下幾點(diǎn)：
1.有較高的行駛里程，即使在輪胎磨損的情況下，
2.低的滾動(dòng)阻力；
3.好的附著性；
4.輪胎的重量低；
5.能夠安裝防滑鏈；
6.能夠給輪胎裝新胎面。
與乘用車輪胎相比，低的滾動(dòng)阻力，輪胎對(duì)商用車在燃料消耗上有更大影響（20%~30%），而且這是很重要的一點(diǎn)。
2.2輪胎的設(shè)計(jì)
2.2.1普通斜交輪胎
在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家，普通斜交輪胎已不在乘用車上的原裝輪胎或者備用輪胎上使用，這些地方?jīng)]有那些很壞的公路，對(duì)輪胎的側(cè)面影響較小，在商用車上和拖車上也是這樣，這些國家的子午線輪胎已經(jīng)取代了那些普通斜交輪胎，由于子午線輪胎的優(yōu)點(diǎn)，目前，普通斜交輪胎僅用在：
1.乘用車的臨時(shí)備用胎；
2.摩托車；
3.賽車；
4.農(nóng)用車上。
普通斜交輪胎支撐物構(gòu)成簾布層使外胎骨架，用以保持外胎的尺寸和形狀，通常有雙數(shù)的多層橡膠粘合而成，簾布的連線與輪胎的子午斷面的交角基本上在20~40度之間，上用膠片和兩層或數(shù)層掛膠稀簾布組成，故彈性較大，能緩和汽車在行駛時(shí)所受到不平路面的沖擊，并防止汽車在緊急制動(dòng)時(shí)，胎面與簾布層的脫離，在無內(nèi)胎上必須提供密封墊。
汽車車輪在行駛時(shí)，車輪外胎面的構(gòu)造體與路面接觸，有些輪胎即使增加了一些骨架結(jié)構(gòu)。
一方面，輪胎的牙面和肩融合在一起，與輪胎側(cè)面連接在一起，那是一層保護(hù)結(jié)構(gòu)，這個(gè)防護(hù)層和那個(gè)肩面有不同的橡膠粘合在胎牙上，因?yàn)樗鼈兪前惭b在那些光禿的面上，當(dāng)輪胎滾動(dòng)時(shí)，很容易被損壞，這就是我們所說的花紋，保護(hù)側(cè)面的造型被設(shè)計(jì)成能防止與尖銳物破壞，這里也有氣體發(fā)生器的槽，使輪胎能夠被恰好安裝在輪輞內(nèi)。普通斜交輪胎的設(shè)計(jì)和極限速度被明確的標(biāo)示在輪輞的寬度之間的字母。
Fig1.83，不同種類的四輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
發(fā)動(dòng)機(jī)
位置
減速比
驅(qū)動(dòng)
形式
四輪驅(qū)動(dòng)
結(jié)合形式
獨(dú)立滑轉(zhuǎn)
有中間差速鎖
前橋差速鎖止
制動(dòng)
后橋差
速器鎖止
縱置
2.05：1
后
人力單向
式離合器
N/A
n
n
n
縱置
1.425：1
后
人力單向
式離合器
N/A
n
n
多片式
離合器
縱置
2.15：1
后
人力單向
式離合器
N/A
n
n
n
縱置
2.43：1
后
人力單向
式離合器
N/A
n
n
多片式
離合器
縱置
2.48：1
后
多片式
離合器
自動(dòng)式
N/A
n
n
多片式
離合器
橫置
2.72：1
前
多片式
離合器
自動(dòng)式
N/A
n
n
n
縱置
后
半自動(dòng)式
N/A
n
n
多片式
離合器
橫置
前
半自
動(dòng)式
N/A
n
n
多片式
離合器
橫置
前
半自動(dòng)式
N/A
n
n
n
縱置
后
半自動(dòng)式
N/A
n
n
多片式
離合器
橫置
前
半自動(dòng)式
N/A
n
n
n
橫置
前
半自動(dòng)式
N/A
n
n
n
橫置
前
半自動(dòng)式
N/A
n
n
n
縱置
前+后
多片式爪型離合器
N/A
n
n
多片式
離合器
縱置
前+后
N/A
n
n
多片式
離合器
縱置
2.64：1
前+后
N/A
n
n
n
縱置
前+后
N/A
n
n
n
縱置
前+后
N/A
n
n
縱置
前+后
N/A
n
n
縱置
1.21：1
前+后
N/A
n
n
這種網(wǎng)層登記保證了簾布的強(qiáng)度也表明了所需的網(wǎng)層數(shù)目，（如圖2.5）常規(guī)標(biāo)記為：
5.60-15/4PR（發(fā)動(dòng)機(jī)后置，速度達(dá)到150Km/h乘用車的輪胎）
7.00-14/8PR（速度達(dá)到150Km/h的貨車輪胎）
9.00-20/14PR（商用車輛的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)輪胎）
而且VW GOLF的備用輪胎要求胎壓為4.2bar在速度達(dá)到80Km/h能被驅(qū)動(dòng)。
2.2.2子午線輪胎
子午線輪胎由兩個(gè)通過簾布層徑向連接在一起的中心凸緣組成，因此也稱為徑向輪胎．一系列簾布層提供了所必須的剛度，盡管內(nèi)胎由胎面，胎緣，內(nèi)部簾線組成，但它也確保了輪胎的密封性（如圖２.５和２.１）．在乘用車的輪胎上，簾布層一般有人造纖維或尼龍簾線，帶狀鋼絲簾線或者由許多細(xì)鋼絲線連接在一起的鋼絲簾線，完全鋼絲簾線．為了突出帶狀鋼絲這一特點(diǎn)，這些輪胎也稱為＂鋼絲徑向輪胎＂，這些材料在胎緣上的位置如圖２.１８（７，８）．在商用車上，這種設(shè)計(jì)方法尤其重要，而且簾布層很可能由鋼絲組成．
堅(jiān)硬的帶將引起徑向震蕩，這不得不將車身和車輪懸架用一個(gè)徑向可塑性的構(gòu)件隔開，否則擔(dān)負(fù)在卵石路面或不好的路面上以不小于８０Ｋm／h的速度行使時(shí)將引起車身枯燥的噪音（參看圖３.６.５.２和５.１.２）．子午線另外的一個(gè)缺點(diǎn)就是，和斜交輪胎相比它的薄薄的輪胎胎緣的敏感性容易受損，它的優(yōu)點(diǎn)大于斜交輪胎的是：
更大有效行使里程；
轉(zhuǎn)矩小；
8
9
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
（學(xué)生填表）
院系：車輛與動(dòng)力工程學(xué)院
課題名稱
柴油動(dòng)力SUV車設(shè)計(jì)--傳動(dòng)軸、離合器及操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
專業(yè)班級(jí)
課題類型
指導(dǎo)教師
職稱
課題來源
1. 設(shè)計(jì)（或研究）的依據(jù)與意義
SUV興起于上世紀(jì)90年代，我國是在2003年以后才逐漸流行起來，而且越來越受到廣大消費(fèi)者、特別是年輕人認(rèn)可。 SUV底盤高，有大梁，可以牽引，后行李箱的空間寬大，SUV是集越野、儲(chǔ)物、旅行、牽引多種功能為一體的，所以稱之為運(yùn)動(dòng)多功能車輛。隨著柴油車技術(shù)的不斷成熟和人們的購車能力不斷的提高。在未來家庭轎車中必將占有重要地位。
而離合器作為汽車傳動(dòng)系中的重要部件 ，要保證任何行駛條件下，既能可靠傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩，也要由有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩 儲(chǔ)備，又能防止傳動(dòng)系過載。應(yīng)能避免和衰減傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，并具有吸收振動(dòng)、緩和沖擊和降低噪聲的能，以及操縱輕便、準(zhǔn)確，以便減輕駕駛員的疲勞。這對(duì)汽車的性能以及行駛的安全性都有重要影響。近年來研究發(fā)現(xiàn)離合器的摩擦材料對(duì)環(huán)境有影響，其中以前廣泛應(yīng)用的石棉基材料會(huì)危害人的身體健康。
傳動(dòng)軸總成的不平衡是傳動(dòng)系彎曲振動(dòng)的一個(gè)激勵(lì)源，當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，將產(chǎn)生明顯的振動(dòng)和噪聲。在乘用車中，有時(shí)為了提高傳動(dòng)系的彎曲剛度，改善傳動(dòng)系彎曲振動(dòng)特性，減小噪聲，也將傳動(dòng)軸分成兩段。當(dāng)傳動(dòng)軸分段時(shí)，需加設(shè)中間支承。中間支承通常安裝在車架橫梁上或車身底架上，以補(bǔ)償傳動(dòng)軸軸向和角度方向的安裝誤差，以及車輛行駛過程中由于彈性支承的發(fā)動(dòng)機(jī)的竄動(dòng)和車架變形所引起的位移。
隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率不斷提高，汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)離合器的傳動(dòng)軸的要求越來越高。SUV作為新型車用車，我們需要對(duì)離合器進(jìn)行更為深入的研究，提高其性能，更好的滿足未來汽車的需要。
2. 國內(nèi)外同類設(shè)計(jì)（或同類研究）的概況綜述
離合器的傳動(dòng)軸看似簡單，工作原理淺薄但是結(jié)構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了上百年，融合了幾代人的智慧和心血才達(dá)到今天的地步。離合器是汽車傳動(dòng)中的重要部件，根據(jù)德國出版的03年世界汽車年檢可以看出大多汽車還是用機(jī)械傳動(dòng)，目前常用的是摩擦干式離合器，近年來離合器的進(jìn)一步發(fā)展，濕式離合器不斷得到改進(jìn)，國外的某些重型汽車和自卸車是用多片濕式離合器，因?yàn)樗辛己玫钠鸩侥芰?；傳?dòng)軸的技術(shù)也相當(dāng)成熟，近年來主要研究動(dòng)平衡性部分車型已開始采用兩軸、三軸式和中間加支撐的空心傳動(dòng)軸，而且設(shè)計(jì)還日益專業(yè)化，國內(nèi)外都有眾多廠商生產(chǎn)離合器和傳動(dòng)軸。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率的不斷提高和電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)離合器和傳動(dòng)軸的要求也越來越高。從提高離合器和傳動(dòng)軸工作性能的角度出發(fā)，傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)正逐步的向拉式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)發(fā)展，傳統(tǒng)的操作形式正向自動(dòng)操作的形式發(fā)展。而傳動(dòng)軸有傳統(tǒng)的實(shí)心發(fā)展到空心，有一根發(fā)展成多段。因此，提高離合器和傳動(dòng)軸的可靠性和延長其使用壽命，適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速，已成為發(fā)展的趨勢(shì)。
目前國內(nèi)外離合器的種類有摩擦離合器、液力耦離合器、電磁離合器等幾種。
電磁離合器靠線圈的通斷電來控制離合器的結(jié)合與分離。如在主動(dòng)與從動(dòng)件之間放置磁粉，則可加強(qiáng)兩者之間的結(jié)合力，既是磁粉式電磁離合器。
3. 課題設(shè)計(jì)（或研究）的內(nèi)容
本次設(shè)計(jì)的是SUV柴油車，要能夠適應(yīng)較多的復(fù)雜路面，行駛速度較高，對(duì)某些通過性及爬坡度要求較高，因此考慮采用雙片干式離合器，液力操控式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，是由于其技術(shù)成熟布置方便成本低，也容易減少駕駛員的疲勞程度，傳動(dòng)軸考慮采用空心傳動(dòng)軸，其質(zhì)量小能傳遞的轉(zhuǎn)矩大，比實(shí)心軸有更高的零件轉(zhuǎn)速，萬向節(jié)采用十字軸萬向節(jié)。要研究柴油SUV離合器系統(tǒng)、操縱機(jī)構(gòu)和萬向傳動(dòng)軸的基本結(jié)構(gòu)于設(shè)計(jì)方法。
完成動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算，繪制離合器、萬向傳動(dòng)軸以及操縱機(jī)構(gòu)的總成圖，完成總和不少于三張零號(hào)圖紙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、裝配圖和零件圖，其中應(yīng)包含計(jì)算機(jī)繪制的具有中等難度的1號(hào)圖紙一張以上。
4. 設(shè)計(jì)（或研究）方法
收集資料熟悉離合器、傳動(dòng)軸和操縱機(jī)構(gòu)的種類結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)等，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案分析，確定設(shè)計(jì)總體方案。根據(jù)要求并結(jié)合實(shí)際情況選擇離合器的主要參數(shù)，主要包括后備系數(shù)、單位壓力p、摩擦片的直徑厚度、摩擦因數(shù)等，萬向傳動(dòng)軸的十字叉及零件轉(zhuǎn)速，然后對(duì)離合器傳動(dòng)軸和操縱機(jī)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。
5. 實(shí)施計(jì)劃
5周 調(diào)研，搜集、分析資料；
6周 討論，制定、確定總體方案；
7--10周 完成主要總圖設(shè)計(jì)；
11--14周 完成零、部件圖設(shè)計(jì)說明書等；
15周 整理圖紙及全部設(shè)計(jì)文件，最后交卷；
16周 審核、互審評(píng)閱設(shè)計(jì)；
17周 答辯，評(píng)定成績。
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
研究所（教研室）意見
研究所所長（教研室主任）簽字： 年 月 日
車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
第 一 章
前 言
離合器和傳動(dòng)軸看似簡單，工作原理淺薄，但其結(jié)構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了上百年，融合幾代人的智慧和心血才達(dá)到今天的地步，多年來實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的改進(jìn)，從單片干式摩擦離合器發(fā)展到雙片以及多片離合器，從原來的周置彈簧離合器、中央彈簧離合器、斜置彈簧離合器發(fā)展到膜片彈簧離合器，目前膜片彈簧離合器已廣泛利用到各種車型上，因?yàn)樗幸幌盗袃?yōu)點(diǎn)，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，散熱性好，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，尺寸緊湊，分離徹底等優(yōu)點(diǎn)。近年來，濕式離合器在技術(shù)上不斷改進(jìn)，國外某些重型牽引汽車，開始了多片濕式離合器。
汽車后驅(qū)動(dòng)橋的萬向傳動(dòng)軸，簡稱傳動(dòng)軸，它是有萬向節(jié)軸管及伸縮花鍵等組成，對(duì)于長軸矩汽車的分段傳動(dòng)軸，還要有中間支承。在乘用車中，有時(shí)為了提高傳動(dòng)系的彎曲剛度，改善傳動(dòng)系的彎曲振動(dòng)特性，減小噪聲，也將傳動(dòng)軸分成兩段。當(dāng)傳動(dòng)軸分段時(shí)，需加中間支承。
實(shí)心傳動(dòng)軸僅用于作為與等速萬向節(jié)相連的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋的半軸，或用于作斷開式驅(qū)動(dòng)橋的擺動(dòng)半軸；空心傳動(dòng)軸具有較小質(zhì)量，能傳遞較大轉(zhuǎn)矩，比實(shí)心傳動(dòng)軸具有更高的臨界轉(zhuǎn)速，主要應(yīng)用于傳動(dòng)系的萬向傳動(dòng)軸。傳動(dòng)軸的伸縮花鍵一端不應(yīng)靠近后驅(qū)動(dòng)橋，而應(yīng)靠近變速器或中間支承，以減小其軸向阻力和磨損。
隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率的不斷提高和汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)離合器和萬向傳動(dòng)軸的要求越來越高。離合器和萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)理論也從傳統(tǒng)的機(jī)械力學(xué)領(lǐng)域深入到熱、電、材料、控制等眾多的學(xué)科領(lǐng)域。今天，技術(shù)已發(fā)展到電子化、信息化。離合器和萬向傳動(dòng)軸的發(fā)展也面臨著用新技術(shù)改造和提高。
第二章 離合器設(shè)計(jì)
§2.1 離合器概述
對(duì)于以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車，離合器在機(jī)械傳動(dòng)系中是做為一個(gè)獨(dú)傳中相連接的總成。目前，汽車上廣泛采用摩擦離合器是一種能分離的裝置。它主要包括主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)。
為了保證離合器有良好的工作性能，涉及離合器應(yīng)忙組如下要求：
在保證任何行駛條件下，既能可靠傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩，必有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲(chǔ)備，又能防止傳動(dòng)系過載。
1．接合是要完全、平順、柔和 ，保證汽車豈不是沒有抖動(dòng)和沖擊。
2．分離是要迅速、徹底。
3．從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕變速器換擋是變速器齒輪間的沖擊，便于換擋和減小同步器的磨損。
4．應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)散熱效果，以保證工作溫度不致過高，延長其使用壽命。
5．應(yīng)能避免和衰減傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，并具有吸收振動(dòng)、緩和沖擊和降低噪聲的能力。
6．操縱輕便、準(zhǔn)確，以便減輕駕駛員的疲勞。
7．作用在從動(dòng)盤上的總壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在離合器工作過程中要盡可能小，以保證穩(wěn)定的工作性能。
8．結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量小，制造工藝性好，拆裝、維修、調(diào)整方便等。
隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率的不斷提高和汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)離合器的要求越來越高。從提高離合器的工作性能的角度出發(fā)，傳統(tǒng)的推式 膜片離合器結(jié)構(gòu)正在向拉是膜片彈簧離合器發(fā)展。傳統(tǒng)的操縱形式正向自動(dòng)操縱形式發(fā)展。因此，提高離合器的可靠性和延長其使用壽命，適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速，增加離合器的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的能力和簡化操縱，易辰各位離合器的發(fā)展趨勢(shì)。?
§2.2 離合器的結(jié)構(gòu)方案分析
現(xiàn)代各類汽車上應(yīng)用最廣泛的離合器是干式盤形摩擦離合器，可按從動(dòng)盤數(shù)目不同、壓緊彈簧布置形式不同、壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)形式不同和分離時(shí)作用力方向不同分類如下：
一、從動(dòng)盤的選擇
1.???單片離合器
單片離合器結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸緊湊，散熱良好，維修調(diào)整方便，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，在使用時(shí)能保證分離徹底，采用軸向有彈性的從動(dòng)盤可保證結(jié)合平衡。
2.??雙片離合器
雙片離合器與單片離合器相比，由于摩擦面增加一倍，因而傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大；結(jié)合更為平順、柔和；在傳遞相同轉(zhuǎn)矩的情況下，徑向尺寸較小，踏板力較小。
3.??多片離合器
多片離合器多為濕式，具有結(jié)合更加平順、柔和，摩擦表面溫度較低，磨損較小，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。但分離行程大，分離不徹底，軸向尺寸和從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，主要應(yīng)用于最大總質(zhì)量大于14t的商用車上。
二、壓緊彈簧和布置形式的選擇
1.??周置彈簧離合器
過去廣泛應(yīng)用于各類汽車上，現(xiàn)在已很少用。
2.??中央彈簧離合器
中央彈簧離合器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸向尺寸較大，多用于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩大于400~500N·m的商用車上，以減輕其操縱力。
3.??斜置彈簧離合器
與上述兩種離合器相比，它具有工作性能穩(wěn)定、踏板力小的突出特點(diǎn)。此結(jié)構(gòu)在最大總質(zhì)量大于14t的商用車上。
4.??膜片彈簧離合器
膜片彈簧是一種由彈簧鋼制成的具有特殊結(jié)構(gòu)的碟形彈簧，主要由碟簧部分和分離指部分組成，膜片彈簧離合器與其他形式的離合器相比，具有一系列優(yōu)點(diǎn)：①膜片彈簧具有較理想的非線性彈性特性，彈簧壓力在摩擦片的允許磨損范圍內(nèi)基本不變，因而離合器工作中能保持傳遞的轉(zhuǎn)矩大致不變；相對(duì)圓柱螺旋彈簧，其壓力大大下降，離合器分離時(shí)，彈簧壓力有所下降，從而降低了踏板力。對(duì)于圓柱螺旋彈簧，其壓力則大大增加。②膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量小。③高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧壓緊力降低很少，性能穩(wěn)定；而圓柱螺旋彈簧壓緊力明顯下降。④膜片彈簧以整個(gè)圓周與壓盤接觸，使壓力分布均勻，摩擦片接觸良好，磨損均勻。⑤易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長。⑥膜片彈簧中心與離合器中心線重合，平衡性好。
但膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜，制造成本較高，對(duì)材質(zhì)和尺寸精度要求較高，其非線性彈性特性在生產(chǎn)中不易控制，開口處容易產(chǎn)生裂紋，端部容易磨損。近年來，由于材料性能的提高，制造工藝和設(shè)計(jì)方法逐步完善，膜片彈簧的制造已日趨成熟。因此，膜片彈簧離合器不僅在乘用車上被大量采用，而且在各種形式的商用車上也被廣泛采用。
表2-1推式和拉式比較
項(xiàng)目
類型
離合器各外形
分離軸承
膜片彈簧
外徑尺寸
彈簧
應(yīng)力
壓緊
載荷
支撐
環(huán)數(shù)
設(shè)計(jì)
負(fù)荷
安裝
推式
大
簡單
大
容易
相對(duì)小
大
小
2
拉式
小
復(fù)雜
小
較難
相對(duì)大
小
大
1
拉式膜片膜片彈簧離合器較推式性能上有更多優(yōu)點(diǎn)，由于受到分離軸承機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，拆裝復(fù)雜等因素困饒，因此在許多場(chǎng)合還是寧愿采用推式結(jié)構(gòu)型。
§2.3 離合器的主要參數(shù)選擇
§2.3.1 后備系數(shù)
后備系數(shù)是離合器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)距的可靠程度。在選擇時(shí)，應(yīng)考慮摩擦片在使用中磨損后離合器仍能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)距、防止離合器滑磨時(shí)間過長、防止傳動(dòng)系過載以及操縱輕便等因素。顯然，為可靠傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)距和防止離合器滑磨時(shí)間過長， 不宜選得太??；為使離合器尺寸不致過大、使用條件好時(shí)，可選得小些；當(dāng)使用條件惡劣、需要拖帶掛車時(shí)，為提高起步能力，減少離合器滑磨，應(yīng)選得大些；汽車總質(zhì)量越大，業(yè)應(yīng)選得越大；采用柴油機(jī)時(shí)，由于工作比較粗暴，轉(zhuǎn)距較不平穩(wěn)，選取的值應(yīng)比汽油機(jī)大些；發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)越多，轉(zhuǎn)距波動(dòng)越小， 可選得越小；膜片彈簧離合器由于摩擦片磨損后壓力保持較穩(wěn)定，選取值可比螺旋彈簧離合器小些；雙片離合器的 值應(yīng)大于彈片離合器。各類汽車離合器 得取值范圍見表2-1。
表2-2離合器后備系數(shù) 得取值范圍
車 型
后 備 系 數(shù)
乘用車及最大總質(zhì)量小于6t的商用車
1.20~1.75
最大總質(zhì)量為6~14t的商用車
1.50~2.25
掛車
1.80~4.00
§2.3.2單位壓力
單位壓力決定了摩擦表面的耐磨性，對(duì)離合器工作性能和使用壽命有很大影響，選取時(shí)應(yīng)考慮離合器的工作條件、發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。對(duì)于離合器使用頻繁、發(fā)動(dòng)機(jī)后備系數(shù)較小、載質(zhì)量大或經(jīng)常在壞路面上行駛的汽車，應(yīng)取小些；當(dāng)摩擦片外徑較大時(shí)，為了降低摩擦片外緣處的熱負(fù)荷，應(yīng)取小些；后備系數(shù)較大時(shí)，可適當(dāng)增大。
當(dāng)摩擦片采用不同的材料時(shí)，取值范圍見表2-2
表2-3 摩擦片單位壓力x的取值范圍
摩擦片材料
單位壓力Map
石棉基材料
模壓
0.15~0.25
編織
0.25~0.35
粉末冶金材料
銅基
0.35~0.50
鐵基
金屬陶瓷材料
0.70~1.50
§2.3.3 摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度b
摩擦片外徑是離合器的重要參數(shù)，它對(duì)離合器的輪廓尺寸、質(zhì)量和使用壽命有決定性的影響。
當(dāng)離合器結(jié)構(gòu)形式及摩擦片材料已選定，發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)距A已知，結(jié)合式（2-6）和式（2-7），適當(dāng)選取后備系數(shù) 和單位壓力x，可估算出摩擦片外徑，即單位壓力摩擦片外經(jīng)D、內(nèi)徑 d 和厚度b 最大轉(zhuǎn)矩
D=
摩擦片外徑D（mm）也可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)距
按如下經(jīng)驗(yàn)公式選用
經(jīng)驗(yàn)公式D= （2-1）
直徑系數(shù) 車用車=14.6
D=＝14.6×＝219mm
摩擦片內(nèi)徑 可根據(jù)d/D=0.53~0.70之間來確定 式中，c為直徑系數(shù)，取值范圍見表2-3。
表2-3 直徑系數(shù) 的取值范圍
車型
直徑系數(shù)
乘用車
14.6
最大總質(zhì)量為1.8~14.0t的商用車
16.0~18.5（單片離合器）
13.5~15.0（雙片離合器）
最大總質(zhì)量大于14.0t的商用車
22.5~24.0
蕩摩擦片外徑D確定后，摩擦片內(nèi)徑d可根據(jù)d/D在0.53`0.70之間來確定。在同樣摩擦片外徑D時(shí)，選用較小的摩擦片內(nèi)徑d雖可增大摩擦面積，提高傳遞轉(zhuǎn)距的能力，但會(huì)使摩擦面上的壓力分布不均勻，使摩擦片內(nèi)、外緣圓周的相對(duì)滑磨速度差別太大而造成摩擦面磨損不均勻，且不利于散熱和扭轉(zhuǎn)減振器的安裝。摩擦片尺寸應(yīng)符合尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)GB/T57641998〈汽車用離合器面片〉，所選的D應(yīng)使摩擦片最大圓周速度不超過65~70m/s，以免摩擦片發(fā)生分離。
摩擦片的厚度b主要有3.2mm、3.5mm和4.0mm三種。
§2.3.4摩擦因數(shù)f、摩擦面數(shù)Z和離合器間隙
摩擦片的摩擦因數(shù)f取決于摩擦片所用的材料及其工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素。摩擦片的材料主要有石棉基材料、粉末冶金材料和金屬陶瓷材料等。石棉基材料的摩擦因數(shù)f受工作溫度、單位壓力和滑磨速度的影響較大，而粉末冶金材料和金屬陶瓷材料的摩擦因數(shù)f較大且穩(wěn)定。各種摩擦材料的摩擦因數(shù)f的取值范圍見表2-4
表2-4摩擦材料的摩擦因數(shù)f的取值范圍
摩擦材料
摩擦因數(shù)f
石棉基材料
模壓
0.20~0.25
編織
0.25~0.35
粉末冶金材料
銅基
0.25~0.35
鐵基
0.35~0.50
金屬陶瓷材料
0.4
摩擦面數(shù)Z為離合器從動(dòng)盤數(shù)的兩倍，決定于離合器所需傳遞轉(zhuǎn)距的大小及其結(jié)構(gòu)尺寸。
離合器間隙是指離合器處于正常結(jié)合狀態(tài)、分離套筒被回位彈簧拉到后極限位置時(shí)，為保證摩擦片正常磨損過程中離合器仍能完全結(jié)合，在分離軸承和分離杠桿內(nèi)端之間留有的間隙。該間隙 一般為3~4mm。
§2.3.5離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算
約束條件
1）=65~70m/s ＝3600ｒ／min為發(fā)動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速（r/min）
＝0.345ｍ
2）內(nèi)外半徑比0.53 c 0.70
查標(biāo)準(zhǔn)系列根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果可?。模?25㎜同樣可查?。洌?50㎜
3)后備系數(shù) 1.2 4.0
根據(jù)后備系數(shù)的選擇原則，本次設(shè)計(jì)的ＳＵＶ
選＝1.30
4）為了保證扭轉(zhuǎn)減震器的安裝摩擦片的內(nèi)徑 d必須大于彈簧位置直徑２約50cm
d> 2+50 即：取48㎜
5）為了反映離合器轉(zhuǎn)矩比保護(hù)過載的能力
（2-2） （Nm/）
汽車設(shè)計(jì)表2-4取銅基ｆ＝0.30，有表2-3取 ＝0.40Map
Ｚ＝4，代入公式
＝0.28×0.30×合適
單位面積傳遞轉(zhuǎn)矩的使用值。（N·m/ ）
離合器規(guī)格D/㎜
210
>210~250
>250～325
>325
0.28
0.30
0.35
0.40
6）為了將地理和氣化模式的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，對(duì)于不單位壓力，根據(jù)所用摩擦材料在一定范圍內(nèi)選取。的最大值為0.10~1.50Map
即：0.10 1.50Map
＝＝0.11Maｐ滿足要求。
7)為了減小汽車起步過程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過高而燒傷，離合器每接合一次的單位摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其使用值
即：
ｗ為單位摩擦面積滑磨功（Ｊ／）對(duì)于乘用車：［ｗ］＝0.40Ｊ／
對(duì)于最大宗質(zhì)量小于6噸的商用車：［ｗ］＝0.33Ｊ／，對(duì)于最大總質(zhì)量大于6噸的商用車［ｗ］＝0.25Ｊ／，
(2-3)
為汽車總質(zhì)量取2325㎏??；為輪胎滾動(dòng)半徑去取0.362㎜；汽車起步時(shí)所用變速器檔位的傳動(dòng)比取4.11；為主減速器的傳動(dòng)比取4.6；為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速取2000，計(jì)算時(shí)乘用車去2000r/min，商用車取1500r/min將數(shù)值代入公式
＝18676.36Ｊ／
又有
獎(jiǎng)上市計(jì)算結(jié)果代入得：ｗ＝0.2114＜0.4，合 適。
校核
＝284.8 ＝1.3合適。
根據(jù)汽車設(shè)計(jì)叢書表3.2.1選擇摩擦片系列參數(shù)
Ｄ＝225㎜ ?。洌?50㎜ 厚度3.5㎜
，＝ｄ／Ｄ＝0.667 單位面積211
§2.3.6膜片彈簧的特性
假設(shè)膜片彈簧在承載過程中其子午斷面剛性的饒某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)通過支撐環(huán)和壓盤在膜片彈簧上的載荷 (2-4 ) 試中，E為彈簧的彈性模量對(duì)于鋼：E=2.1×Map; 為材料的松泊比對(duì)于鋼=0.3；H為膜片彈簧鋼板厚度；R, r分別為碟簧部分大、小端半徑；、 分別為壓盤加載點(diǎn)和支撐環(huán)加載點(diǎn)半徑。
當(dāng)離合器分離時(shí)膜片彈簧的加載點(diǎn)將發(fā)生變化。設(shè)分離軸承分離指端所加的載荷為，相應(yīng)作用點(diǎn)變形為，另外在分離與壓緊狀態(tài)下，只要膜片彈簧變形到相同位置有如下關(guān)系：
膜片彈簧的強(qiáng)度計(jì)算
膜片彈簧的子午線斷面在中性點(diǎn)演員周方向的切向
變?yōu)榱?
則斷面任意點(diǎn)（ｘ，ｙ）切向應(yīng)力：
，為自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的圓錐角；為從自由狀態(tài)起碟簧子午線斷面轉(zhuǎn)角，ｅ中性點(diǎn)半徑。
(2-5)
令＝0
圖2-1
初達(dá)到最大值時(shí)的轉(zhuǎn)角
=(D+d)/4=93.75㎜ R大于
取R=95㎜ r=73㎜
因?yàn)橐话鉘/ r=1.2～1.35，95/73=1.301合適。
代入數(shù)值得：18.34度。
取=0.3 ， E=2.1×Map,代入(1) 得：=1738.6Map
膜片彈簧的節(jié)本參數(shù)選擇
⑴ 比值H/h選擇 比值H/h對(duì)膜片彈簧的影響巨大，對(duì)（1）分析當(dāng)H/h小于時(shí)為增函數(shù)，H/h=時(shí)有極值，當(dāng)H/h大于時(shí)有一極大值和一極小值，汽車離合器使用的膜片彈簧的H/h比值，一般為1.5~2.0，板后h為2~4㎜.
⑵ R/r比值和R、r的選擇 研究表明，R/r越大，彈簧材料利用率越低，彈簧越硬，彈性特性曲線受直徑誤差的影響越大，且應(yīng)力越高。根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求，R/r一般為1.20~1.35。為使摩擦片上的壓力分布較為均勻，推式磨片彈簧的R值應(yīng)取為大于或等于摩擦片的平均半徑Rc，拉式膜片彈簧的r值宜取為大于或等于Rc。而且，對(duì)于同樣的摩擦片尺寸，拉式的R值比推式的大
⑶的選擇 膜片彈簧自由狀態(tài)下圓錐底角與內(nèi)截錐高度H關(guān)系密切，=arctanH/(R-r) H/(R-r),帶入數(shù)值，H=4.5,R=95,r=73一般在 ～
=11.56
⑷ 膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇
膜片彈簧工作點(diǎn)位置如圖2-14所示。該曲線的拐點(diǎn)H對(duì)應(yīng)著膜片彈簧的壓平位置，而且= （+）/2 。新離合器在結(jié)合狀態(tài)時(shí)，膜片彈簧工作點(diǎn)B一般取在凸點(diǎn)M和拐點(diǎn)H之間，且靠近或在H點(diǎn)處，一般 ，以保證摩擦片在最大磨損限度 范圍內(nèi)的壓緊力從F1B 到F1A變化不大。當(dāng)分離時(shí)，膜片彈簧工作點(diǎn)從B變到C。為最大限度的減小踏板力，C點(diǎn)應(yīng)盡量靠近N點(diǎn)
圖 2-2
⑸分離指數(shù)目n的選取 分離指數(shù)目n常取為18，大尺寸膜片彈簧可取24，小尺寸膜片彈簧可取12。
（6）膜片彈簧小端內(nèi)半徑r0（圖2-15）及分離軸承作用半徑的確定 ： r0由離合器的結(jié)構(gòu)決定，其最小值應(yīng)大于變速器第一軸花鍵的外徑。 應(yīng)大于 > 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式=25～27㎜，取26㎜
取=27㎜，=28㎜
⑺切槽寬度 \ 及半徑（圖2-15）的確定 的取值應(yīng)滿足r －的要求。=9～10㎜ =3.2～3.5 ㎜ 因?yàn)閞=73㎜,取=9.5㎜，代數(shù)值求得：=63.5㎜
⑻壓盤加載點(diǎn)半徑R1和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑 的確定 和 的取值將影響膜片彈簧的剛度。應(yīng)略大于 且盡量接近r應(yīng)略小于R且盡量接近R。
r ,R 取=74㎜，=94㎜
§2.3.7膜片彈簧材料及制造工藝
國內(nèi)膜片彈簧一般采用60Si2MnA或50CrVA等優(yōu)質(zhì)高精度鋼板材料。為了保證其硬度、幾何形狀、金相組織、載荷特性和表面質(zhì)量等要求，需進(jìn)行一系列熱處理。為了提高膜片彈簧的承載能力，要對(duì)膜片彈簧進(jìn)行強(qiáng)壓處理，即沿其分離狀態(tài)的工作方向，超過徹底分離點(diǎn)后繼續(xù)施加過量的位移，使其過分離3~8次，以產(chǎn)生一定的塑性變形，從而使膜片彈簧的表面產(chǎn)生與使用狀態(tài)反方向的殘余應(yīng)力而達(dá)到強(qiáng)化的目的。一般來說，經(jīng)強(qiáng)壓處理后，在同樣的工作條件下，可提高膜片彈簧的疲勞壽命5%~30%。另外，對(duì)膜片彈簧的凹面或雙面進(jìn)行噴丸處理，即以高速彈丸流噴射到膜片彈簧表面，使表層產(chǎn)生塑性變形，從而形成一定厚度的表面強(qiáng)化層，起到冷作硬化的作用，同樣也可提高承載能力和疲勞強(qiáng)度。
膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)
約束條件：① =A=0.11×/4×=2363N把膜片彈簧個(gè)尺寸和松泊比=0.3彈性模量 E=2.1×Map代入
=3.5 則=1027N
=8.05㎜
② =（0.8～1.0） （/）
3.0 3.75
③ 1.6H/h2.2
④1.20 R/r 1.35 70 2R/h 100
3.5 R/ 5.0
⑥推式：(D+d)/4D/2
拉式：(D+d)/4D/2
本次采用推式，代入檢驗(yàn)合適。
⑦根據(jù)彈簧不知要求應(yīng)滿足：
1Ｒ - 7 0－ｒ6 0－4
代入數(shù)值經(jīng)檢驗(yàn)均滿足要求。
⑧膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用因此其杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取
推式： 2.3 （ － ）／（－） 4.5
拉 式：3.5 （－）／（－）9.0
本次采用推式，代入檢驗(yàn)合適。
⑨=1738.6Map
可以滿足要求。
第3章 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)
扭轉(zhuǎn)減振器主要由彈性元件（減振彈簧或橡膠）和阻尼元件（阻尼片）等組成。彈性元件的主要作用是降低傳動(dòng)系的首端扭轉(zhuǎn)剛度，從而降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階（通常為三階）固有頻率，改變系統(tǒng)的固有振型使之盡可能避開由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵(lì)引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地耗散振動(dòng)能量。因此，扭轉(zhuǎn)減振器具有如下功能：
1） 降低發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與傳動(dòng)系結(jié)合部分的扭轉(zhuǎn)剛度，調(diào)諧傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)固有頻率。
2） 增加傳動(dòng)系扭振阻尼，抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)振幅，并衰減因沖擊而產(chǎn)生的順態(tài)扭振。
3） 控制動(dòng)力傳動(dòng)系總成怠速時(shí)離合器與變速器軸系的扭振，消減變速器怠速噪聲和主減速器與變速器的扭振及噪聲。
4） 緩和非穩(wěn)定工況傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)沖擊載荷，改善離合器的結(jié)合平順性。
減振器的扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼摩擦元件的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩 是兩個(gè)主要參數(shù)，決定了減振器的減振效果。其設(shè)計(jì)參數(shù)還包括極限轉(zhuǎn)矩 、預(yù)緊轉(zhuǎn)矩和極限轉(zhuǎn)角 等。
1．轉(zhuǎn)矩
極限轉(zhuǎn)矩是指減振器在消除了限位銷與從動(dòng)盤轂缺口之間的間隙 時(shí)所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，即限位銷起作用時(shí)的轉(zhuǎn)矩。它受限于減振彈簧的許用應(yīng)力等因素，與發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩有關(guān)，一般可取轉(zhuǎn)矩有關(guān)，一般可取
=（1.5～2.0） （3-1）
式中，商用車：系數(shù)取1.5；乘用車：系數(shù)取2.0。
試驗(yàn)表明，當(dāng)減振器傳遞的極限轉(zhuǎn)距 與汽車后驅(qū)動(dòng)輪的最大附著力 相等時(shí)，傳動(dòng)系的動(dòng)載荷為最小；若 ，系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生沖擊載荷；若 ，則會(huì)增大減振器的角剛度，使傳動(dòng)系動(dòng)載荷有所增大。
2.扭轉(zhuǎn)角剛度=T/（3-2）
為了避免引起傳動(dòng)系統(tǒng)的共振，要合理選擇減振器的扭轉(zhuǎn)角剛度 ，使共振現(xiàn)象不發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)正常的工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。決定于減振器彈簧的線形剛度及其結(jié)構(gòu)布置尺寸。
設(shè)減振器彈簧分布在半徑為 的圓周上，當(dāng)從動(dòng)片相對(duì)從動(dòng)盤轂轉(zhuǎn)過 時(shí)，彈簧相應(yīng)變形量 。此時(shí)所需加在從動(dòng)片上的扭轉(zhuǎn)角剛度
T=1000k （3-3）
=1000k （3-4）
初選13=13×450=5850
取=5000Nm/rad
3.阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩 圖3-1
由于減振器扭轉(zhuǎn)剛度受結(jié)構(gòu)及發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的限制，不可能很低，故為了在發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)最有效地消振，必須合理選擇減振器阻尼裝置的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩。一般可按下式初選為
4.預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 =（0.06～0.17） (3-5 )
減振彈簧安裝時(shí)都有一定的預(yù)緊。研究表明，增加，共振頻率向減小向移動(dòng)，這是有利的。但是不應(yīng)大于，否則在反向工作時(shí)，扭轉(zhuǎn)減振器將提前停止工作，故取
=（0.06～0.17）×225=13.5～38.25 Nm
初選13=13×450=5850
取=5000Nm/rad
4.預(yù)緊轉(zhuǎn)矩
減振彈簧在安裝時(shí)都有一定的預(yù)緊，研究表明，增加，共振頻率將向減小頻率方向移動(dòng)，這是有利的。但是不應(yīng)大于，否則在反向工作時(shí)，扭轉(zhuǎn)減振器將提前停止工作。
=（0.05～0.15） (3-6 )
=（0.05～0.15）×225=11.25～33.75 N·m
取=20 N·m
5.減振彈簧的位置半徑件
的尺寸應(yīng)盡可能大
=（0.6～0.75）×75=42～51㎜ (3-7)
取=48㎜
6.減振彈簧的個(gè)數(shù)
摩擦片外徑
225～250
250～350
325～350
>350
z
4～6
6～8
8～10
>10
經(jīng)濟(jì)可取=6
7.減振彈簧的總壓力
當(dāng)限位銷與從動(dòng)盤轂之間的間隙被消除，減振彈簧傳遞的轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值，減振彈簧受到的壓力為
= / ( 3-8) =11～15 取=14㎜
彈簧鋼絲直徑d= (3-9) p取600Map 代入數(shù)值得：d=3㎜
減振彈簧的有效圈數(shù)i= (3-10 ) 代入數(shù)值 的：i=6
k==
8.極限轉(zhuǎn)角
減振器從預(yù)緊轉(zhuǎn)矩增加到極限轉(zhuǎn)矩，從動(dòng)片相對(duì)從動(dòng)盤轂的極限轉(zhuǎn)角為=2arcsin/2
對(duì)汽車平順要求高或發(fā)動(dòng)機(jī)工作不均勻時(shí)，取上限。
通常取３～，代入數(shù)值：=3.52
9.限位銷直徑取10㎜
第四章 離合器的操縱機(jī)構(gòu)
§4.1?對(duì)離合器操作機(jī)構(gòu)的要求
1）?踏力板要盡可能小，乘用車一般在80~150N范圍內(nèi)，商用車不大于150~200N。
2）?踏板行程一般在80~150mm范圍內(nèi)，最大不應(yīng)超過180mm。
3）?應(yīng)有踏板行程調(diào)整裝置，以保證摩擦片磨損后分離軸承的自由行程可以復(fù)原。
4）?應(yīng)有踏板行程限位裝置，以防止操縱機(jī)構(gòu)的零件因受力過大而損壞。
5）?應(yīng)具有足夠的剛度。
6）?傳動(dòng)效率要高。
7）?發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)及車架和駕駛室的變形不會(huì)影響其正常工作。
8）?工作可靠、壽命長，維修保養(yǎng)方便。
2.?操作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式選擇
1）?常用的離合器操縱機(jī)構(gòu)，主要有機(jī)械式、液壓式、機(jī)械式和液壓式的助力器、氣壓式和自動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)等。
機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)有桿系和繩索兩種形式。桿系操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，廣泛應(yīng)用于各種汽車中。但其質(zhì)量大，傳動(dòng)效率低，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和車架和駕駛室的變形會(huì)影響其正常工作，在遠(yuǎn)距離操縱時(shí)，布置較為困難。繩索操縱機(jī)構(gòu)可克服上述缺點(diǎn)，且可采用適宜駕駛員操縱的吊掛式踏板結(jié)構(gòu)；但其壽命較短，機(jī)械效率仍不高，多用于發(fā)動(dòng)機(jī)排量小于1.6L的乘用車中。
液壓式操縱機(jī)構(gòu)主要由吊掛式離合器踏板、主缸、工作缸、管路系統(tǒng)和回位彈簧組成，具有傳動(dòng)效率高、質(zhì)量小、布置方便、便于采用吊掛式套板、駕駛市容易密封、發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和變形不會(huì)影響其正常工作、離合器接合較柔和等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用于各種形式的汽車中。
本次設(shè)計(jì)的柴油SUV采用液壓式操縱機(jī)構(gòu)。
圖4-1
§4.2.2?離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
踏板行程S由自由行程 和工作行程 兩部分組成，即
S=+=（+ ）/ （4-1）
=10～16 =2.7～5.4
代入得上式：S=133㎜
離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
分離軸承的自由行程，一般為1.5~3.0mm；反映了自由踏板上的自由行程 一般為20~30mm； 分別為主缸和工作缸直徑；Z為摩擦片面數(shù)； 為離合器分離時(shí)對(duì)偶摩擦面間的間隙，單片：=0.85～1.30㎜,雙片：=0.75～0.90㎜
不考慮回位彈簧的作用，分離離合器所作的功 ，根據(jù)具壓盤的質(zhì)量初估踏板得力為135N
把數(shù)值代入：
考慮回位彈簧時(shí)：合適
在規(guī)定的踏板力和行程的允許范圍內(nèi)，駕駛員分離離合器所作的功不應(yīng)大于30J。
第五章 ?離合器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
§5.1、從動(dòng)盤總成
從動(dòng)盤總成主要由從動(dòng)盤轂、摩擦片、從動(dòng)片、扭轉(zhuǎn)減振器等組成。從動(dòng)盤對(duì)離合器工作性能影響很大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足如下要求：
1）? 從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能小，以減小變速器換擋時(shí)輪齒間的沖擊。
2）? 從動(dòng)盤具有軸向彈性，使離合器接合平順，便于起步，而且使摩擦面壓力均勻，以減小磨損。
3）? 應(yīng)安裝扭轉(zhuǎn)減振器，以避免傳動(dòng)系共振，并緩和沖擊。
§5.1.1?從動(dòng)盤轂
從動(dòng)盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受了由發(fā)動(dòng)機(jī)傳來的全部轉(zhuǎn)矩。它一般采用齒側(cè)對(duì)中的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上，花鍵的尺寸可根據(jù)摩擦片的外徑D與發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩選取。
從動(dòng)盤轂軸向長度不宜過小，以免在花鍵軸上滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生偏斜而使分離不徹底，一般取1.0~1.4倍的花鍵軸直徑。從動(dòng)盤轂一般采用鍛剛，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，表面和心部的硬度一般在26~32HRC。為提高花鍵內(nèi)孔表面硬度和耐磨性，可采用鍍鉻工藝；對(duì)減振彈簧窗口及從動(dòng)片配合處，應(yīng)進(jìn)行高頻處理。
§5.1.2摩擦片
離合器摩擦片在性能上 應(yīng)滿足如下要求：
1）?摩擦因數(shù)較高且較穩(wěn)定，工作溫度、單位壓力、滑磨速度的變化對(duì)其影響要小；
2）?具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性。
3）?密度要小，以減小從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
4）?熱穩(wěn)定性好，在高溫下分離出來的粘合劑少，無味，不易燒焦。
5）?磨合性好，不致刮傷飛輪和壓盤表面；
6）?接合時(shí)應(yīng)平順而不產(chǎn)生“咬合”或“抖動(dòng)”現(xiàn)象。
7）?長期停放后，摩擦面間不發(fā)生“粘著”現(xiàn)象。
離合器摩擦片所用的材料主要有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金屬陶瓷摩擦材料。石棉基摩擦材料具有摩擦因數(shù)較高、密度較小、制造容易、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。但它性能不夠穩(wěn)定，摩擦因數(shù)受工作溫度、單位壓力、滑磨速度的影響較大，故目前主要應(yīng)用于中、輕載荷下工作。由于石棉在生產(chǎn)或使用過程中對(duì)環(huán)境有污染，對(duì)人體有害，故以玻璃纖維、金屬纖維等代替石棉纖維。粉末冶金和金屬陶瓷摩擦材料具有傳熱性好、熱穩(wěn)定性與耐磨性好、摩擦因數(shù)較高且穩(wěn)定、能承受單位壓力較高以及壽命較長等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較貴，密度較大，接合平順性較差，主要應(yīng)用于載質(zhì)量較大的商用車上。
摩擦片與從動(dòng)片的連接方式有鉚接和粘接兩種。鉚接方式可靠，更換摩擦片方便，適宜在從動(dòng)片的安裝波形片，但其摩擦面積利用率小，使用壽命短。
§5.1.3 從動(dòng)片
從動(dòng)片要求質(zhì)量輕，具有軸向彈性，硬度和平面度要求高。材料常用中碳鋼板或低碳鋼板。一般厚度為1.3~2.5mm，表面硬度為35~40HRC。
§5.1.4 波形片和減振彈簧
波形片一般采用65Mn，厚度小于1mm，硬度為40~46HRC，并經(jīng)過表面發(fā)藍(lán)處理。減振彈簧常采用60Si2MnA、50CrVA、65Mn等彈簧鋼絲。
§5.2 離合器蓋總成
離合器蓋總成除了壓緊彈簧外，還有離合器蓋、壓盤、傳動(dòng)片、分離杠桿裝置及支承環(huán)等。
§5.2.1??離合器蓋
對(duì)離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：
1）?應(yīng)具有足夠的剛度，否則將影響離合器的工作特性，增大操縱時(shí)的分離行程，減小壓盤升程，嚴(yán)重時(shí)不能使摩擦面徹底分離。為此可采取如下措施：適當(dāng)增大蓋的板厚，一般為2.5~4.0mm；在蓋上沖制加強(qiáng)肋或在蓋內(nèi)圓周處翻邊；尺寸大的離合器可改用鑄鐵鑄造。
2）?應(yīng)與飛輪保持良好對(duì)中，以免影響總成的平衡和正常的工作。對(duì)中方式采用定位銷或定位螺栓，也可采用止口對(duì)中。
3）?蓋的膜片彈簧支承處應(yīng)具有高的尺寸精度。
4）?為了便于通風(fēng)和散熱，防止摩擦表面溫度過高，可在離合器蓋上開較大的通風(fēng)窗孔，或在蓋上加設(shè)通風(fēng)扇片等。
乘用車和載質(zhì)量較小的商用車的離合器蓋一般用08、10鋼等低碳鋼板、載質(zhì)量較大的商用車則常用鑄鐵件和鋁合金鑄件。
§5.2.2 壓盤
對(duì)壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求：
1）?壓盤應(yīng)具有較大的質(zhì)量，以增大熱容量、減小溫升，防止其產(chǎn)生裂紋和破碎，有時(shí)可以設(shè)置各種形狀的散熱筋或鼓風(fēng)筋，以幫助散熱通風(fēng)。中間壓盤可鑄出通風(fēng)槽，也可采用傳熱系數(shù)較大的鋁合金壓盤。
2）?壓盤具有較大的剛度，使壓緊力在摩擦面上的壓力分布均勻并減小受熱后的翹曲變形，以免影響摩擦片的均勻壓緊及與離合器的徹底分離厚度約為15~25mm。
3）?與飛輪保持良好的對(duì)中，并要進(jìn)行靜平衡，壓盤單件的平衡精度不低于15~20g·cm。
4）?壓盤高度公差要小。壓盤的厚度初步確定后，應(yīng)根據(jù)下式來校核離合器依次接合的溫升
?壓盤 （5-1）
ｔ＝８～10
Ｃ＝481.4Ｊ／㎏·ｃ
＝0.5單，
＝0.25雙，中間壓盤＝0.5 Ｗ＝1876.36Ｊ ?。恚健 。剑?8×㎏/ 代入數(shù)值得：ｍ＝13.76kg
代入數(shù)值。ｔ＝1.3度。合適
壓盤形狀復(fù)雜，要求傳熱性好，具有較高的摩擦因數(shù)，通常采用灰鑄鐵，一般采用HT200、HT250、HT300，硬度為170~227HBS。也有少數(shù)采用合金壓鑄件。
§5.2.3???傳動(dòng)片
傳動(dòng)片的作用是離合器接合時(shí)，離合器蓋通過它來驅(qū)動(dòng)壓盤共同旋轉(zhuǎn)，分離時(shí)，利用它的彈性來牽動(dòng)壓盤軸向分離并使操縱力減小。由于各傳動(dòng)片沿圓周均勻分布，它們的變形不會(huì)影響壓盤的對(duì)中性和離合器的平衡。
傳動(dòng)片常用3~4組，每組2~3片，每片厚度0.5~1.0mm，一般由彈簧鋼帶65Mn制成。
§5.2.4分離杠桿
對(duì)分離杠桿裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：
(1)?分離杠桿應(yīng)具有較大的彎曲剛度，以免分離時(shí)桿件彎曲變形過大，減小了壓盤行程，使分離不徹底。
(2)?應(yīng)使分離杠桿和支承機(jī)構(gòu)與壓盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)上不發(fā)生干涉。
(3) 分離杠桿內(nèi)端高度應(yīng)能調(diào)整，使各內(nèi)端位于平行于壓盤的同有平面，其高度差不大于0.2mm。
(4)?分離杠桿的支承處應(yīng)采用滾針軸承、滾銷或刀口支承，以減小摩擦和磨損。
(5)?應(yīng)避免在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)因分離杠桿的離心力作用而降低了壓緊力。
(6)?為了提高通風(fēng)散熱能力，可將分離杠桿制成特殊的葉輪形狀，用以鼓風(fēng)。
分離杠桿主要由08低碳鋼板沖壓和35等中碳鋼成形而成。
§5.2.5支承環(huán)
支承環(huán)和支承鉚釘?shù)陌惭b尺寸精度要高，耐磨性好。支承環(huán)
一般采用3.0~4.0的碳素彈簧鋼絲。
§5.3分離軸承總成
分離軸承總成由分離軸承、分離套筒等組成。分離軸承在工作中主要承受軸向分離力，同時(shí)還承受在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力作用下的徑向力。本次設(shè)計(jì)SUV采用推力球軸承。
第六章 萬向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
§6.1概述
萬向傳動(dòng)軸由萬向節(jié)、軸管及其伸縮花鍵等組成，對(duì)于長軸距的汽車，有時(shí)還加裝中間支承。它主要用于工作過程中相對(duì)位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求：
1. 保證所連接的兩軸的夾角及相對(duì)位置在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，能可靠而穩(wěn)定地傳遞動(dòng)力。
2.保證所連接的兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)。由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動(dòng)和噪聲應(yīng)在允許的范圍內(nèi)，在使用車速范圍內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。
3.傳動(dòng)效率高，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，維修容易等。
萬向傳動(dòng)軸在汽車上的應(yīng)用比較廣泛。發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪或全輪驅(qū)動(dòng)汽車行駛時(shí)，由于懸架不斷變形，變速器或分動(dòng)器的輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸軸線之間的相對(duì)位置經(jīng)常變化，因而普遍采用可伸縮的十字軸萬向傳動(dòng)軸；某些汽車根據(jù)總布置要求需將離合器與變速器、變速器與分動(dòng)器之間拉開一段距離，考慮到它們之間很難保證軸與軸同心及車架的變形，所以常采用十字軸萬向傳動(dòng)軸或擾性萬向傳動(dòng)軸；對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，左、右驅(qū)動(dòng)輪需要隨汽車行駛軌跡變化而改變方向，這時(shí)多采用等速萬向傳動(dòng)軸。
§6.2?萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析
§6.2.1十字軸式萬向節(jié)
根據(jù)在扭轉(zhuǎn)方向上是否有明顯的彈性，萬向節(jié)分為剛性萬向節(jié)和擾性萬向節(jié)。剛性萬向節(jié)是靠零件的鉸鏈?zhǔn)竭B接傳遞動(dòng)力，又分成不等速萬向節(jié)、準(zhǔn)等速萬向節(jié)和等速萬向節(jié)；擾性萬向節(jié)是靠彈性零件傳遞動(dòng)力的，具有緩沖減振作用不等速萬向節(jié)是指萬向節(jié)連接的兩軸夾角大于零時(shí)，輸出軸和輸入軸之間以變化的瞬時(shí)角速度比傳遞運(yùn)動(dòng)，但平均角速度相等的萬向節(jié)。準(zhǔn)等速萬向節(jié)是指在設(shè)計(jì)角度下以相等的瞬時(shí)角速度傳遞運(yùn)動(dòng)，而在其他角度下以近似相等的瞬時(shí)角速度傳遞運(yùn)動(dòng)的萬向節(jié)。輸出軸和輸入軸以始終相等的瞬時(shí)角速度傳遞運(yùn)動(dòng)的萬向節(jié)，稱之為等速萬向節(jié)。
普通的十字軸式萬向節(jié)主要由主動(dòng)叉、從動(dòng)叉、十字軸、滾針軸承及其軸向定位和橡膠密封件等組成。
目前，常見的滾針軸承軸向定位方式有蓋板式、卡環(huán)式、瓦蓋固定式和塑料環(huán)定位式等?？ōh(huán)式又分為外卡式和內(nèi)卡式兩種，它們具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、零件少和質(zhì)量小的優(yōu)點(diǎn)。
十字軸式萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度高，耐久性好，傳動(dòng)效率高，生產(chǎn)成本低；但所連接的兩軸夾角不宜過大。
§6.2.2 十字軸式萬向節(jié)設(shè)計(jì)
十字軸式萬向節(jié)的損壞形式主要有十字軸軸頸和滾針軸承的磨損，十字軸軸頸和滾針軸承碗工作表面出現(xiàn)壓痕和剝落。一般情況下，當(dāng)磨損或壓痕超過0.15mm時(shí)便應(yīng)報(bào)廢。十字軸主要失效形式是軸頸根部斷裂，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證該處有足夠的抗彎強(qiáng)度。
設(shè)作用于十字軸軸頸中點(diǎn)的力為
?F= （6-1） =927N 為主從動(dòng)叉軸的最大夾角。
十字軸滾針軸承中的滾針直徑 通常不小于1.6mm，以免壓碎，而且尺寸差別較小，否則回加重載荷在滾針間分配不均勻性，公差帶控制在0.003mm以內(nèi)。滾針軸承頸向間隙過大時(shí)，承受載荷的滾針數(shù)減少，有出現(xiàn)滾針卡住的可能性；間隙過小又有可能出現(xiàn)受熱卡住或因臟物阻滯卡住。滾針的長度一般不超過軸竟頸的長度，這可使其既具有較高的承載能力，又不致因滾針過長發(fā)生歪斜而造成應(yīng)力集中。
初選 Map （6-2）
（6-3）十字軸滾針軸承中的滾針直徑 通常不小于1.6mm，以免壓碎，而且尺寸差別較小，否則回加重載荷在滾針間分配不均勻性，公差帶控制在0.003mm以內(nèi)。滾針軸承頸向間隙過大時(shí)，承受載荷的滾針數(shù)減少，有出現(xiàn)滾針卡住的可能性；間隙過小又有可能出現(xiàn)受熱卡住或因臟物阻滯卡住。滾針的長度一般不超過軸竟頸的長度，這可使其既具有較高的承載能力，又不致因滾針過長發(fā)生歪斜而造成應(yīng)力集中。十字滾針軸承
（6-4）
式中N （6-5）
代入數(shù)值得：=89.9Map 滿足
當(dāng)滾針和十字軸軸頸表面硬度在58HRC以上時(shí)，許用接觸應(yīng)力為3000~3200Mpa。
通常情況下，十字軸式萬向節(jié)的傳動(dòng)效率越為97%~99%。
十字軸常用材料為20CrMnTi、20Cr、20MnVB等低碳合金鋼，軸頸表面進(jìn)行滲碳淬火處理，滲碳層深度為0.8~1.2mm，表面硬度為58~64HRC，軸頸端面硬度不低于55HRC，心部硬度為33~48HRC。萬向節(jié)叉一般采用35、40、45中碳鋼等調(diào)質(zhì)處理。
§6.3 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)
傳動(dòng)軸中由滑動(dòng)叉和矩形或漸開線花鍵軸組成的滑動(dòng)花鍵來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)長度的變化。當(dāng)傳遞轉(zhuǎn)矩的花鍵伸縮時(shí)，產(chǎn)生的軸向阻力
（6-6）
=4340.9N 初古軸長尾L=2760㎜
為了減小滑動(dòng)花鍵的軸向滑動(dòng)阻力和磨損，有時(shí)對(duì)花鍵齒進(jìn)行磷化處理或噴涂尼龍層。有時(shí)對(duì)于有嚴(yán)重沖擊載荷的傳動(dòng)，還采用具有彈性的傳動(dòng)軸。傳動(dòng)軸上的花鍵應(yīng)有潤滑及防塵措施，花鍵齒與鍵槽間隙不宜過大，且應(yīng)按對(duì)應(yīng)標(biāo)記裝配，以免裝錯(cuò)而破壞傳動(dòng)軸總成的動(dòng)平衡。
實(shí)心傳動(dòng)軸僅用于作為與等速萬向節(jié)相連的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋的半軸，或用于作斷開式驅(qū)動(dòng)橋的擺動(dòng)半軸；空心傳動(dòng)軸具有較小質(zhì)量，能傳遞較大轉(zhuǎn)矩，比實(shí)心傳動(dòng)軸具有更高的臨界轉(zhuǎn)速，主要應(yīng)用于傳動(dòng)系的萬向傳動(dòng)軸。傳動(dòng)軸的伸縮花鍵一端不應(yīng)靠近后驅(qū)動(dòng)橋，而應(yīng)靠近變速器或中間支承，以減小其軸向阻力和磨損。
傳動(dòng)軸管由壁厚均勻易平衡、壁薄、管徑較大、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度高、彎曲高度大、適用于高速旋轉(zhuǎn)的低碳鋼板卷制的電焊鋼管制成。
傳動(dòng)軸的長度和夾角及它們的變化范圍，由汽車總布置設(shè)計(jì)決定。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在傳動(dòng)軸處在最大值時(shí)，花鍵套與花鍵軸有足夠的配合長度；而在長度處于最小時(shí)，兩者不頂死。傳動(dòng)軸夾角大小影響萬向節(jié)十字軸和滾針軸承的壽命、萬向傳動(dòng)效率和十字軸旋轉(zhuǎn)的不均勻性。
在長度一定時(shí)，傳動(dòng)軸的斷面尺寸應(yīng)保證傳動(dòng)軸具有足夠的強(qiáng)度和足夠高的臨界轉(zhuǎn)速。所謂臨界轉(zhuǎn)速就是當(dāng)傳動(dòng)軸的工作轉(zhuǎn)速接近于其彎曲固有震動(dòng)頻率時(shí)，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，以致振幅急劇增加而引起傳動(dòng)軸折斷時(shí)的轉(zhuǎn)速，它決定于傳動(dòng)軸的尺寸、結(jié)構(gòu)及其支承情況。
§6.4 萬向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
⑴十字軸萬向節(jié)設(shè)計(jì)?
在設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸時(shí)，取安全系數(shù)K=1.2~2.0，K=1.2用于精確動(dòng)平衡、高精度的伸縮花鍵及萬向節(jié)間隙比較小時(shí)為傳動(dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速 。
傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)算傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速
（6-7）
安全系數(shù) K=/ =1.2~2.0
實(shí)心軸比空心軸的臨界轉(zhuǎn)速低，且浪費(fèi)材料。另外，當(dāng)傳動(dòng)軸超1.5m時(shí)，為了提高 以及總布置上的考慮，常將傳動(dòng)軸斷開成兩根或三根，萬向節(jié)用三個(gè)或四個(gè)，而在中間傳動(dòng)軸上加設(shè)中間支承。
傳動(dòng)軸軸管斷面尺寸除應(yīng)滿足臨界轉(zhuǎn)速的要求以外，還應(yīng)保證具有足夠的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。軸管扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)滿足傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 Map （6-8）
代入數(shù)值，得： = 90.68Map
對(duì)于傳動(dòng)軸上的花鍵軸，通常以底徑計(jì)算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，許用應(yīng)力一般按安全系數(shù)2~3確定。
= （6-9）
?傳動(dòng)軸花鍵的齒側(cè)擠壓應(yīng)力
（6-10）
=927 =1.3~1.4，取1.3
代入數(shù)值求得：40㎜
=50㎜
傳動(dòng)軸總成的不平衡是傳動(dòng)系彎曲振動(dòng)的一個(gè)激勵(lì)源，當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，將產(chǎn)生明顯的振動(dòng)和噪聲。萬向節(jié)中十字軸的軸向竄動(dòng)、傳動(dòng)軸的滑動(dòng)花鍵中的間隙、傳動(dòng)軸總成兩端的連接處的定心精度、高速回轉(zhuǎn)時(shí)傳動(dòng)軸的彈性變形、傳動(dòng)軸上點(diǎn)焊平衡片的熱影響等因素。都能改變傳動(dòng)軸總成的不平衡度。提高滑動(dòng)花鍵的耐磨性和萬向節(jié)花鍵的配合精度、縮短傳動(dòng)軸長度并增加其彎曲剛度，都能降低傳動(dòng)軸的不平衡度。為了消除點(diǎn)焊平衡片的熱影響，應(yīng)在冷卻后再進(jìn)行動(dòng)平衡檢驗(yàn)。傳動(dòng)軸的不平衡度，對(duì)于乘用車。在3000~6000r/min時(shí)應(yīng)大于25~35g·cm；對(duì)于商用車，在1000~4000r/min時(shí)不大于50~100 g·cm。另外，傳動(dòng)軸的總成的徑向全跳動(dòng)不應(yīng)大于0.5~0.8mm。
§6.5 中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)
在長軸距汽車上，為了提高傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速，避免共振以及考慮整車總體布置上讀需要，常將傳動(dòng)軸分段。在乘用車中，有時(shí)為了提高傳動(dòng)系的彎曲剛度，改善傳動(dòng)系彎曲振動(dòng)特性，減小噪聲，也將傳動(dòng)軸分成兩段。當(dāng)傳動(dòng)軸分段時(shí)，需加設(shè)中間支承。中間支承通常安裝在車架橫梁上或車身底架上，以補(bǔ)償傳動(dòng)軸軸向和角度方向的安裝誤差，以及車輛行駛過程中由于彈性支承的發(fā)動(dòng)機(jī)的竄動(dòng)和車架變形所引起的位移。
中間支承的固有頻率可按下式計(jì)算
中間支撐
（6-11）
式中，f0為中間支承的固，有頻率；中間支承橡膠彈性元件的徑向剛度， m為中間支承懸置質(zhì)量，它等于傳動(dòng)軸落在中間支承上的一部分質(zhì)量與中間支承軸承及其軸承座所承受的質(zhì)量之和。
在設(shè)計(jì)中間支承時(shí)，應(yīng)合理選擇橡膠彈性元件的徑向剛度 ，使固有頻率對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速n=60 f0 盡可能低于傳動(dòng)軸的傳動(dòng)轉(zhuǎn)速范圍，以免共振，保證隔振效果好。許用臨界轉(zhuǎn)速為1000~2000r/min，對(duì)于乘用車，取下限。
n=60 f0
=1000/60=66.7赫茲
大于55000N/mm
結(jié) 論
通過兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我將大學(xué)四年所學(xué)的理論知識(shí)用于實(shí)踐，我從一開始就認(rèn)真對(duì)待本次設(shè)計(jì)，因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)我可以從中學(xué)到很多東西。
在本次設(shè)計(jì)過程中遇到過不少難題，但我不急于求成，努力將任務(wù)往前趕，遇到難題首先自己去思考，然后去校圖書館、院資料室查閱相關(guān)資料，或去汽車研究所陳列室去考查，另一方面，主動(dòng)與同組特別是相同部件設(shè)計(jì)的同學(xué)進(jìn)行討論驗(yàn)證，并虛心請(qǐng)教其他同學(xué)和老師，使問題得到解決。
總之，我從畢業(yè)設(shè)計(jì)中我學(xué)會(huì)了如何思考、查閱資料，也學(xué)會(huì)了CAD繪圖，也學(xué)會(huì)了應(yīng)用一些計(jì)算機(jī)軟件，讓我感覺到有很大收獲，但其中還有不完善的地方尚待努力提高。
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致 謝
本次設(shè)計(jì)中多次得到李水良老師的多次悉心指導(dǎo)，并得到本組刑華佩同學(xué)、謝軍紅及他同學(xué)的熱情幫助與支持在此一起表示衷心的感謝！
附錄
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