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1、武漢理工大學《汽車設計》課程設計說明書 05富康8V離合器設計 1 離合器的概述 離合器安裝在發(fā)動機與變速器之間，汽車從啟動到行駛的整個過程中，經(jīng)常需要使用離合器。它的作用是使發(fā)動機與變速器之間能逐漸接合，從而保證汽車平穩(wěn)起步，暫時切斷發(fā)動機與變速器之間的聯(lián)系，以便于換檔和減少換檔時的沖擊。當汽車緊急制動時能起分離作用，防止變速器等傳動系統(tǒng)過載，起到一定的保護作用。它主要包括主動部分、從動部分、壓緊機構(gòu)和操縱機構(gòu)等四部分，其組成如下： 離 合 器 主動部分 操縱機構(gòu) 壓緊機構(gòu) 從動部分 傳動部件 離合器踏板 分離叉 分離軸承

2、 壓緊彈簧 從 動盤 壓 盤 離合器盤 飛 輪 為了保證離合器具有良好的工作性能，設計離合器應滿足如下基本要求： 1）在任何行駛條件下，既能可靠地傳遞發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當?shù)霓D(zhuǎn)矩儲備，又能防止傳動系過載； 2）接合時要完全、平順、柔和，保證起初起步時沒有抖動和沖擊； 3）分離時要迅速、徹底； 4）從動部分轉(zhuǎn)動慣量要小，以減輕換檔時變速器齒輪間的沖擊，便于換檔和減小同步器的磨損； 5）應有足夠的吸熱能力和良好的通風效果，以保證工作溫度不致過高，延長其壽命； 6）操縱方便、準確，以減少駕駛員的疲勞； 7）具有

3、足夠的強度和良好的動平衡，以保證其工作可靠、使用壽命長； 8）能避免和衰減傳動系的扭轉(zhuǎn)振動，并具有吸收振動、緩和沖擊和降低噪聲的能力； 9）結(jié)構(gòu)應簡單、緊湊，質(zhì)量小，制造工藝性好，拆裝、維修、調(diào)整方便等。 2 結(jié)構(gòu)方案的選擇 現(xiàn)代各類汽車上應用最廣泛的離合器是干式盤形摩擦離合器，可按從動盤數(shù)目不同、壓緊彈簧布置形式不同、壓緊彈簧結(jié)構(gòu)形式不同和分離時作用力方向不同分類如下： 摩 擦 離 合 器 按作用力方向 按彈簧形式 按彈簧布置形式 按從動盤數(shù) 圓柱螺旋彈簧 圓錐螺旋彈簧 膜片彈簧 推 式 拉 式 斜向布置

4、 中央布置 圓周布置 多 片 雙 片 單 片 對乘用車和最大總質(zhì)量小于6t的商用車而言，發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩一般不大，在布置尺寸容許條件下，離合器通常只設有一片從動盤。單片離合器結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸緊湊，散熱性良好，維修調(diào)整方便，從動部分轉(zhuǎn)慣量小，在使用時能保證分離徹底，采用軸向有彈性的從動盤可保證接合平順。 全套圖紙，加153893706 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，有一系列優(yōu)點：①膜片彈簧具有較理想的非線

5、性彈性特性，彈簧壓力在摩擦片的允許磨損范圍內(nèi)基本保持不變；②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，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；④以整個圓周與壓盤接觸，使壓力分布均勻，摩擦片接觸良好，磨損均勻；⑤易于實現(xiàn)良好的通風散熱，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。 與推式相比，拉式膜片彈簧離合器具有許多優(yōu)點：取消了中間支承各零件，并不用支承環(huán)或只用一個支承環(huán)，使其結(jié)構(gòu)更簡單、緊湊，零件數(shù)目更少，質(zhì)量更小等。 3 離合器主要參數(shù)的確定 摩擦離合器是靠摩擦表面間的摩擦力矩來傳遞發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的。離合器的靜摩擦力矩根據(jù)摩擦定律

6、可表示為 ① 式中，為靜摩擦力矩；為摩擦面間的靜摩擦因數(shù)，計算時一般??；為壓盤施加在摩擦面上的工作壓力；為摩擦片的平均摩擦半徑；為摩擦面數(shù)，是從動盤數(shù)的兩倍。 設為摩擦面承受的單位壓力，且壓力分布均勻，則單元摩擦面積上產(chǎn)生的單元摩擦力矩為 整個摩擦面上產(chǎn)生的摩擦力矩為 式中，R為摩擦片外半徑；r為摩擦片內(nèi)半徑。 摩擦面承受的單位壓力為 ②

7、式中，D為摩擦片外徑，D=2R；d為摩擦片內(nèi)徑，d=2r. 對于具有Z個摩擦面的離合器，其摩擦力矩為 ③ 將式②代入式③得 ④ 比較式①和式④，可得摩擦片平均摩擦半徑為 ⑤ 當時，可由正式相當準確地計算 將式②與式⑤代入式①得 ⑥ 式中，c為摩擦片內(nèi)、外徑之比，，一般在0.53～0.70之間。 為了保證離合器在任何工況下都能可靠地傳

8、遞發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩，設計時應大于發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，即 ⑦ 式中，為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩；為離合器后備系數(shù)，定義為離合器所能傳遞的最大靜摩擦力矩與發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩之比，必須大于1. 離合器的基本參數(shù)主要有性能參數(shù)和，尺寸參數(shù)D、d和摩擦片厚度b以及結(jié)構(gòu)參數(shù)摩擦面數(shù)Z和離合器間隙，最后還有摩擦因數(shù)。 3.1 后備系數(shù) 后備系數(shù)是離合器設計時用到的一個重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度。在選擇時，應考慮以下幾點： 1)摩擦片在使用中磨損后，離合器還應能可靠地傳遞發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩。 2)要防止離

9、合器滑磨過大。 3)要能防止傳動系過載。 顯然，為可靠傳遞發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和防止離合器滑磨過大，不宜選取太??；為使離合器尺寸不致過大，減少傳動系過載，保證操縱輕便，又不宜選取太大；當發(fā)動機后備功率較大、使用條件較好時，可選取小些；當使用條件惡劣，需要拖帶掛車時，為提高起步能力、減少離合器滑磨，應選取大些；貨車總質(zhì)量越大，也應選得越大；采用柴油機時，由于工作比較粗暴，轉(zhuǎn)矩較不平穩(wěn)，選取的值應比汽油機大些；發(fā)動機缸數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩波動越小，可選取小些；膜片彈簧離合器由于摩擦片磨損后壓力保持較穩(wěn)定，選取的值可比螺旋彈簧離合器小些；雙片離合器的值應大于單片離合器。 在此設計中，

10、05富康8V的值查表取1.20。 3.2 單位壓力 單位壓力對離合器工作性能和使用壽命有很大影響，選取時應考慮離合器的工作條件、發(fā)動機后備功率大小、摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。離合器使用頻繁、發(fā)動機后備系數(shù)較小時，應取小些；當摩擦片外徑較大時，為了降低摩擦片外緣處的熱負荷，應取小些；后備系數(shù)較大時，可適當增大。 當摩擦片采用不同的材料時，取值范圍見表1。 表1 摩擦片單位壓力的取值范圍 摩擦材料 單位壓力P0/MPa 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

11、瓷材料 0.70～1.50 本次設計取0.3 MPa。 3.3 摩擦因數(shù)、摩擦面數(shù)Z和離合器間隙 摩擦片的摩擦因數(shù)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。摩擦因數(shù)的取值范圍見表2。 表2 摩擦材料的摩擦因數(shù)的取值范圍 摩擦材料 單位壓力P0/MPa 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 本次設計取0.3. 3.4 摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度b 當離合器結(jié)構(gòu)形式及摩擦片材料已選定，發(fā)動機

12、最大轉(zhuǎn)矩已知，結(jié)合式①和式⑦，適當選取后備系數(shù)和單位壓力，即可估算出摩擦片外徑，即 ⑧ 摩擦片外徑D也可根據(jù)發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩按如下經(jīng)驗公式選用 式中，為走私系數(shù)，取值范圍可在相關資料上查詢。 按以上兩式計算可得D約等于170mm。因為摩擦片內(nèi)徑d可根據(jù)d/D在0.53～0.70之間來確定，故可選取內(nèi)徑為100mm。 4 離合器的基本參數(shù)的優(yōu)化 4.1 設計變量 后備系數(shù)β取決于離合器工作壓力F和離合器的主要尺寸參數(shù)D和d。單位壓力P

13、也取決于離合器工作壓力F和離合器的主要尺寸參數(shù)D和d。因此，離合器基本參數(shù)的優(yōu)化設計變量選為： 4.2 目標函數(shù) 離合器基本參數(shù)優(yōu)化設計追求的目標，是在保證離合器性能要求的條件下使其結(jié)構(gòu)尺寸盡可能小，即目標函數(shù)為： 4.3 約束條件 1）摩擦片外徑D的選取應使最大圓周速度不超過65~70m/s，即 式中，為摩擦片最大圓周速度；為發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速。 2）摩擦片的內(nèi)、外徑比c應在0.53~0.70范圍內(nèi)，即 3）為了保證離合器可靠地傳遞發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩，并防止傳動系過載，不同車型的值應一定的范圍內(nèi)，最大范圍為1.2~4.0，即 4）為了保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝，摩

14、擦片內(nèi)徑必須大于減振器彈簧位置直徑約50mm，即 5）為反映離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩并保護過載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應小于其許用值，即 6）為降低離合器滑磨時的熱負荷，防止摩擦片損傷，對于不同車型，單位壓力根據(jù)所用的摩擦材料在一定范圍內(nèi)選取，的最大范圍為0.10~1.05MPa，即 5 膜片彈簧的優(yōu)化設計 膜片彈簧的優(yōu)化設計就是要確定一組彈簧的基本參數(shù)，使其彈性特性滿足離合器的使用性能要求，而且彈簧強度也滿足設計要求，以達到最佳的綜合效果。 5.1 設計變量 應選取這六個尺寸參數(shù)以及在接合工作點相應于彈簧工作壓緊力的大端變形量為優(yōu)化設計變量，即

15、 5.2 目標函數(shù) 目前，國內(nèi)關于膜片彈簧優(yōu)化設計的目標函數(shù)主要有以下幾種： 1) 彈簧工作時的最大應力為最??； 2) 在從動盤摩擦片磨損前后，彈簧壓緊力之差的絕對值為最??； 3) 在分離行程中，駕駛員作用在分離軸承上的分離操縱力的平均值為最??； 4) 在摩擦片磨損極限范圍內(nèi)，彈簧壓緊力變化的絕對值的平均值為最??； 5) 選3）和4)兩個目標函數(shù)為雙目標。 為了保證離合器使用過程中傳遞轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性，又不致嚴重過載，且能保證操縱省力，選取5）作為目標函數(shù)，通過兩個目標函數(shù)分配不同的權(quán)重來協(xié)調(diào)它們之間的矛盾，并用轉(zhuǎn)換函數(shù)將兩個目標合成一個目標，構(gòu)成統(tǒng)一的總目標函數(shù)，則 式中

16、，和分別為兩個目標函數(shù)和的加權(quán)因子，視設計要求選定。 5.3 約束條件 1）為了滿足離合器使用性能的要求，彈簧的 與初始底錐角應在一定范圍內(nèi)； 2）為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，拉式膜片彈簧的壓盤加載點半徑r1應位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間； 3）膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用，因此其杠桿比應在一定范圍內(nèi)選取，即 6壓盤的設計 1）離合器蓋應具有足夠的剛度，板厚取4mm，乘用車離合器蓋一般用08、10鋼等低碳鋼板。 2）壓盤傳動方式的選擇 由于傳統(tǒng)的凸臺式連接方式、鍵式連接方式、銷式連接方式存在傳力處之間有間隙的缺點，故選擇已被廣泛采用的傳動片傳動方式。

17、 3）傳動片 由于各傳動片沿圓周均勻分布，它們的變形不會影響到壓盤的對中性和離合器的平衡性。傳動片可選為3組，每組4片，每片厚度為1.2mm，一般由彈簧鋼帶65Mn制成。 4）分離軸承 由于=4000r/min，離心力造成的徑向力很大，因此采用角接觸式徑向推力球軸承。 7 總結(jié)體會 這次汽車設計課程設計，我們通過對知識的綜合利用，進行必要的分析，比較，從而檢驗了我們平時的學習效果，對相關知識有了更深了理解。雖然此次課程設計與實際操作分析還有很大的差距，但是它提高了我們綜合解決問題的能力，為我們以后的學習打下了基礎。 因為平時都是在老師的帶領下的

18、習，在此次課程設計中，真正做到了自己查閱資料、自己解決問題。這次課程設計使我離合器有了更深的了解。在課程設計的過程中，我也遇到了很多的困難。通過解決課程設計的這些難點，與其說是增加了的知識，不如說培養(yǎng)了我們一個積極的心態(tài)。當遇到困難時，端正態(tài)度，認真地查資料，跟老師和同學討論，以一個最積極的充滿信心的態(tài)度，最終總會解決問題。 這次課程設計，使我懂得了只有課堂知識是遠遠不夠的，只有把所學的知識綜合起來，從理論中得出結(jié)論，提高自己獨立思考的能力，才會對自己的將來有幫助。在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設計，把以前所學過的知識重新溫

19、故，鞏固了所學的知識。 我們的《汽車設計》這本書雖然看起來很薄，但里面的包含的知識很多，同時有些地方講的較簡略，在自己獨立學習時會遇到很大的困難。因此這本書在一個學期內(nèi)講完，學時太少，感覺學的太急，沒有能力消化。若在平時的教學過程中同時融入實際的訓練，必將獲得更好的效果。 文獻檢索 1.徐石安，江發(fā)潮.汽車離合器.北京:清華大學出版社,2005 本書從分析汽車傳動系的發(fā)展狀況為起端，系統(tǒng)敘述汽車離合器結(jié)構(gòu)的發(fā)展及其未來的趨向，指出離合器產(chǎn)品應具有的功能和對產(chǎn)品設計的基本要求。 本書著力于介紹為培養(yǎng)和提高離合器產(chǎn)品自主開發(fā)能力所必備的基本知識和

20、技能，包括： 離合器及其操縱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)知識、設計理論、設計理念及方法，有關離合器試驗和離合器的故障分析及排除等。 本書對離合器及其操縱系統(tǒng)主要零部件的設計計算都做了較詳細的敘述，其中重點介紹有一定難度的膜片彈簧和扭轉(zhuǎn)減振器的設計計算理論、方法和思路，并附有算例，對近年來發(fā)展起來的新技術(shù)——雙質(zhì)量飛輪及電控離合器也有較詳細的說明。 本書寫作力求說理清楚，適合從事離合器產(chǎn)品開發(fā)和應用的工程技術(shù)人員、相關專業(yè)的大學生閱讀，對研究生也有一定的參考意義。廣大汽車愛好者如果想了解汽車傳動系及離合器本身，閱讀本書也會有所裨益。 2.王望予.汽車設計.北京：機械工業(yè)出版社,2006年 　　 本書從分析

21、汽車傳動系的發(fā)展狀況為起端，體系敘述汽車離合器結(jié)構(gòu)的發(fā)展及其未來的趨向，指出離合器產(chǎn)品應具有的功能和對產(chǎn)品設計的基本要求。本書出力于介紹為培養(yǎng)和提高離合器產(chǎn)品自主開發(fā)能力所必須具備的基本知識和技能，包括：離合器及其操縱體系的結(jié)構(gòu)知識、設計理論、設計理念及方法，關于離合器試驗和離合器的故障分析及排除等。本書對離合器及其操縱體系主要零部件的設計計較都做了較詳細的敘述，其中重點介紹有一定難度的膜片彈簧和扭轉(zhuǎn)減振器的設計計較理論、方法和思路，并附有算例，對近年來發(fā)展起來的新技術(shù)—雙質(zhì)量飛輪及電控離合器也有較詳細的說明。 3.劉濤.汽車設計.北京:北京大學出版社,2008 本書全面系統(tǒng)地介紹了汽

22、車設計理論與設計方法，包括整車及底盤各主要總成所需要的基本知識。其內(nèi)容有汽車總體設計、離合器設計、變速器設計、萬向傳動軸設計、驅(qū)動橋設計、從動橋設計、車架設計、懸架設計、轉(zhuǎn)向系設計和制動系設計等各總成設計應滿足的要求、結(jié)構(gòu)方案分類與分析、主要參數(shù)及零部件載荷的確定、強度計算方法以及部分總成的設計實例。對近年來汽車設計中應用的新技術(shù)，如數(shù)字汽車車身設計、現(xiàn)代汽車設計方法等，用專門章節(jié)進行了概述。本書內(nèi)容豐富，實用性強，可供高等院校車輛工程及相關專業(yè)學生作為汽車設計課程的教材，也可供從事汽車及其零部件設計的工程技術(shù)人員參考之用。 4.劉惟信.汽車設計(第1版).北京：清華大學出版社,2010

23、 本書全面而系統(tǒng)地介紹了汽車設計理論與方法。內(nèi)容主要有：汽車設計理論與設計技術(shù)的發(fā)展，汽車設計的內(nèi)容、特點、設計過程與發(fā)展趨勢，汽車的產(chǎn)品型號，汽車的總布置設計，汽車零件的載荷與計算工況和計算方法，汽車各系統(tǒng)、各總成及主要零部件的結(jié)構(gòu)分析與設計計算以及各總成的試驗等。本書可作為高等工科院校機械類專業(yè)汽車工程專業(yè)方向的汽車設計課教材，供高年級學生用于學習汽車設計理論、設計計算方法以及指導其設計實踐。本書亦可作為有關行業(yè)尤其是從事汽車設計和研究的工程技術(shù)人員的參考書。 5.張衛(wèi)波. 汽車膜片彈簧離合器智能優(yōu)化設計技術(shù)研究.中國工程機械學報, 2007年01期 離合器是汽車傳動系中重要的組

24、成部件,對汽車整車性能具有重要的影響.因此提出了一種基于知識的自適應產(chǎn)品模型創(chuàng)建方法,并在此基礎上創(chuàng)建離合器自適應產(chǎn)品模型,利用該模型實現(xiàn)離合器智能設計.同時引入微粒群優(yōu)化算法對離合器關鍵零件的結(jié)構(gòu)進行設計優(yōu)化.對優(yōu)化的零件進行特性分析,分析結(jié)果滿足該零件特性要求. 參考文獻 [1]徐石安，江發(fā)潮.汽車離合器.北京:清華大學出版社,2005 [2]王望予.汽車設計.北京：機械工業(yè)出版社,2006年 [3]劉濤.汽車設計.北京:北京大學出版社,2008 [4]劉惟信.汽車設計(第1版).北京：清華大學出版社,2010 [5]張衛(wèi)波.汽車膜片彈簧離合器智能優(yōu)化設計技術(shù)研究.中國工程機械學報, 2007年01期 12