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SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)
學(xué)生姓名
張妤
系部
汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)、班級(jí)
車(chē)輛工程07- 班
指導(dǎo)教師姓名
石美玉
職稱(chēng)
教授
從事
專(zhuān)業(yè)
車(chē)輛工程
是否外聘
□是√否
題目名稱(chēng)
比亞迪轎車(chē)?yán)诫x合器設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)(論文)目的、意義
離合器看似結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但是其結(jié)構(gòu)的發(fā)展卻經(jīng)歷了上百年的歷史,融合了幾代人的智慧和心血。其設(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、控制等眾多領(lǐng)域。目前,離合器的發(fā)展也面臨著用新的技術(shù)進(jìn)行改造和提高的問(wèn)題。我國(guó)的車(chē)輛工業(yè)相對(duì)于世界上其他先進(jìn)國(guó)家相對(duì)落后,雖然從國(guó)外引進(jìn)了許多新產(chǎn)品、新技術(shù),但是對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的消化掌握還有一段距離。課題立足于國(guó)內(nèi),以最常用的膜片彈簧離合器進(jìn)行設(shè)計(jì),希望能起到拋磚引玉的作用,使離合器的自主開(kāi)發(fā)能力及產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平進(jìn)一步提高。通過(guò)對(duì)汽車(chē)離合器現(xiàn)有的各種類(lèi)型進(jìn)行研究,并對(duì)部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),使設(shè)計(jì)的離合器具有較高的性能質(zhì)量和較低的成本。
二、設(shè)計(jì)(論文)內(nèi)容、技術(shù)要求(研究方法)
設(shè)計(jì)內(nèi)容:
1.離合器設(shè)計(jì)的目的意義、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀;
2.離合器的功用、分類(lèi)與工作原理;
3.離合器的設(shè)計(jì)理論;
4.比亞迪轎車(chē)離合器設(shè)計(jì);
5.離合器性能結(jié)構(gòu)分析。
技術(shù)要求:
發(fā)動(dòng)機(jī)排量:1.0L
最大功率(Kw(ps)/rpm)48/5700;
最大扭矩(N?m/rpm)88/3500;
最高車(chē)速(km/h) 140;
整車(chē)質(zhì)量:1270kg;
要求:拉式膜片彈簧離合器;
生產(chǎn)綱領(lǐng):成批生產(chǎn)。
三、設(shè)計(jì)(論文)完成后應(yīng)提交的成果
CAD繪制離合器裝配圖、零件圖折合0號(hào)圖紙3張以上;設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)15000字以上。
四、設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度安排
(1)知識(shí)準(zhǔn)備、調(diào)研、收集資料、完成開(kāi)題報(bào)告 第1~2周(2.28~3.11)
(2)整理資料、提出問(wèn)題、撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)草稿、繪制裝配草圖 第3~5周(3.14~4.1)
(3)理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題,完成完成離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算,主要性能參數(shù)驗(yàn)算,離合器性能結(jié)構(gòu)分析,CAD繪制離合器圖紙等部分設(shè)計(jì)內(nèi)容,中期檢查 第6~8周(4.4~4.22)
(4)改進(jìn)完成設(shè)計(jì),改進(jìn)完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),指導(dǎo)教師審核,學(xué)生修改 第9~12周(4.25~5.20)
(5)評(píng)閱教師評(píng)閱、學(xué)生修改 第13周(5.23~5.27)
(6)畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯 第14周(5.30~6.3)
(7)畢業(yè)設(shè)計(jì)修改 第15~16周(6.6~6.17)
(8)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 第17周(6.20~6.24)
五、主要參考資料
1.徐石安,江發(fā)潮.汽車(chē)離合器(汽車(chē)設(shè)計(jì)叢書(shū)).北京:清華大學(xué)出版社,2005
2.阮中堂.聯(lián)軸器、離合器設(shè)計(jì)與選用指南.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005
3.陳立德主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》.高等教育出版社,2000.4
4.王寶璽主編.《汽車(chē)制造工藝學(xué)》(3).機(jī)械工業(yè)出版社,2007.5
5.陳秀寧,施高義編.《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》.浙江大學(xué)出版社
6.劉惟信主編.《汽車(chē)設(shè)計(jì)》.清華大學(xué)出版社,
7.李碩根,楊興駿編.《互換性與技術(shù)測(cè)量》.中國(guó)計(jì)量出版社
8.汽車(chē)構(gòu)造、汽車(chē)?yán)碚?、汽?chē)設(shè)計(jì)書(shū)籍
9.比亞迪轎車(chē)離合器資料
10.網(wǎng)絡(luò)資源,超星數(shù)字圖書(shū)館
11.近幾年相關(guān)專(zhuān)業(yè)CNKI網(wǎng)絡(luò)期刊等
六、備注
指導(dǎo)教師簽字:
年 月 日
教研室主任簽字:
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
設(shè)計(jì)(論文)題目:
院 系 名 稱(chēng):
專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí):
學(xué) 生 姓 名:
導(dǎo) 師 姓 名:
開(kāi) 題 時(shí) 間:
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn):
簽字: 年 月 日
開(kāi)題報(bào)告撰寫(xiě)要求
一、“開(kāi)題報(bào)告”參考提綱
1. 課題研究目的和意義;
2. 文獻(xiàn)綜述(課題研究現(xiàn)狀及分析);
3. 基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題;
4. 技術(shù)路線或研究方法;
5. 進(jìn)度安排;
6. 主要參考文獻(xiàn)。
二、“開(kāi)題報(bào)告”撰寫(xiě)規(guī)范
請(qǐng)參照《黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及畢業(yè)論文撰寫(xiě)規(guī)范》要求。字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上,文字要精練通順,條理分明,文字圖表要工整清楚。
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
張妤
系部
汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)、班級(jí)
車(chē)輛工程07-3班
指導(dǎo)教師姓名
石美玉
職稱(chēng)
教授
從事
專(zhuān)業(yè)
車(chē)輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱(chēng)
比亞迪轎車(chē)?yán)诫x合器設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
本次設(shè)計(jì),我力爭(zhēng)把離合器設(shè)計(jì)系統(tǒng)化,為離合器設(shè)計(jì)者提供一定的參考價(jià)值。拋棄傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器,設(shè)計(jì)新式的拉式膜片彈簧離合器是本次設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。近年來(lái)各國(guó)政府都從資金、技術(shù)方面大力發(fā)展汽車(chē)工業(yè),使其發(fā)展速度明顯比其它工業(yè)要快的多,因此汽車(chē)工業(yè)迅速成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。
離合器的設(shè)計(jì)要求是在任何條件下行駛,既能可靠的傳遞的發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩,并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲(chǔ)備,有能防止傳動(dòng)系過(guò)載,接合時(shí)要完全,平順,柔和,保證汽車(chē)起動(dòng)時(shí)沒(méi)有抖動(dòng)和沖擊,分離時(shí)要迅速,徹底,從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小,以減輕換擋時(shí)的變速器齒輪間的沖擊,便于換擋和減少同步器的磨損。應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)能力,以保證工作時(shí)的溫度不致過(guò)高,延長(zhǎng)其使用壽命。應(yīng)能避免和衰減傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)與振動(dòng),并且具有吸收振動(dòng),緩和沖擊和降低噪聲的能力。操縱輕便,準(zhǔn)確,以減輕駕駛員的疲勞。作用在從動(dòng)盤(pán)的總壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在離合器工作過(guò)程中變化要盡可能小,以保證有穩(wěn)定的工作性能。具有足夠的強(qiáng)度與動(dòng)態(tài)平衡,以保證其工作可靠,使用壽命長(zhǎng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,緊湊,質(zhì)量小,制造工藝性好,拆裝,維修,調(diào)整方便等。
國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
對(duì)于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)來(lái)說(shuō),離合器在機(jī)械傳動(dòng)系中作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在,它是汽車(chē)傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接聽(tīng)總成。目前,各種汽車(chē)廣泛采用的摩擦式離合器主要依靠主、從動(dòng)部分之間的摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力且能分離的裝置。
在早期研發(fā)的離合器中,錐形離合器最為成功?,F(xiàn)今所用的盤(pán)片式離合器的先驅(qū)是多片盤(pán)式離合器,它是直到1925年以后才出現(xiàn)的。20世紀(jì)20年代末,直到進(jìn)入30年代時(shí),只有工程車(chē)輛、賽車(chē)和大功率的轎車(chē)上才采用多片離合器。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨向于首選單片干式離合器[1]。
隨著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率不斷提高和汽車(chē)電子技術(shù)的高速發(fā)展,人們對(duì)離合器的要求越來(lái)越高。從提高離合器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)正逐步地向拉式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)發(fā)展,傳統(tǒng)的操縱形式正向自動(dòng)操縱的形式發(fā)展。因此,提高離合器的可靠性和延長(zhǎng)其使用壽命,適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速,增加離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡(jiǎn)化操縱,已成為離合器的發(fā)展趨勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展,設(shè)計(jì)工作已從手工轉(zhuǎn)向電腦,包括計(jì)算、性能演示、計(jì)算機(jī)繪圖、制成后的故障統(tǒng)計(jì)等等。
我國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展取得成就舉世矚目,在國(guó)家汽車(chē)產(chǎn)業(yè)振興政策的促動(dòng)下,我國(guó)自改革開(kāi)放以來(lái)在2009年,汽車(chē)工業(yè)發(fā)展史上增長(zhǎng)速度最快的年份。
據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),2009年我國(guó)汽車(chē)工業(yè)全年產(chǎn)量為1379.10萬(wàn)輛,同比增長(zhǎng)48.3%,其中,乘用車(chē)產(chǎn)量為1038.38萬(wàn)輛,同比增長(zhǎng)54.11%;商用車(chē)產(chǎn)量為340.72萬(wàn)輛,同比增長(zhǎng)33.02%。我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量基數(shù)已經(jīng)達(dá)到千萬(wàn)輛規(guī)模,在如此規(guī)?;鶖?shù)的情況下,可見(jiàn)2009年我國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)售市場(chǎng)的火爆場(chǎng)面。由于汽車(chē)離合器的需求規(guī)模與整車(chē)產(chǎn)量關(guān)系密切,過(guò)去的一年也是我國(guó)汽車(chē)離合器總成行業(yè)發(fā)展最好的一年,一改我國(guó)汽車(chē)離合器行業(yè)增長(zhǎng)緩慢的局面。汽車(chē)產(chǎn)業(yè)振興政策帶動(dòng)了我國(guó)汽車(chē)零部件產(chǎn)業(yè),從2008年9月美國(guó)爆發(fā)的金融危機(jī)迅速轉(zhuǎn)化為一場(chǎng)全球性的經(jīng)濟(jì)危機(jī)。汽車(chē)零部件產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展帶動(dòng)了我國(guó)離合器行業(yè)的發(fā)展,根據(jù)我們對(duì)主要汽車(chē)離合器企業(yè)的統(tǒng)計(jì),我國(guó)汽車(chē)離合器行業(yè)主要企業(yè)去年銷(xiāo)售收入總體增長(zhǎng)幅度達(dá)到16.2%,一些企業(yè)如長(zhǎng)安離合器、桂林福達(dá)、寧波宏協(xié)、榮成黃海、南京法雷奧等還投資擴(kuò)大生產(chǎn)能力以滿足國(guó)內(nèi)主機(jī)廠商不斷增長(zhǎng)的要求。由于自動(dòng)檔車(chē)型和手動(dòng)擋車(chē)型采用不同的傳動(dòng)部件,所以它們之間比重發(fā)生的變化也會(huì)影響到離合器與液力變矩器兩者產(chǎn)品市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的變化影響到我國(guó)傳統(tǒng)汽車(chē)離合器行業(yè)發(fā)展的前景。據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果顯示,我國(guó)乘用車(chē)上采用自動(dòng)變速器的俄車(chē)型覆蓋范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,這反映了近年來(lái)自動(dòng)檔轎車(chē)越來(lái)越被人們所接受和認(rèn)可的趨勢(shì),整車(chē)廠商也力推自動(dòng)擋轎車(chē)。但根據(jù)中國(guó)汽車(chē)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì),我國(guó)自動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)量比重在最近三年中比重卻在不斷下架,手動(dòng)檔汽車(chē)產(chǎn)量的比重卻在持續(xù)上升。首先固然是與目前國(guó)家實(shí)施的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整有關(guān),但其次更深層次的原因是我們認(rèn)為當(dāng)前中國(guó)人均生活水平仍還處于比較低的情況下,汽車(chē)仍然是作為一種奢侈消費(fèi)品和投資的工具,因此在5-10年內(nèi),我國(guó)汽車(chē)自動(dòng)檔仍難占據(jù)主流地位。
國(guó)內(nèi)關(guān)于自動(dòng)變速器的技術(shù)路線之爭(zhēng),目前好像越來(lái)越明朗,雙離合器變速器已經(jīng)越來(lái)越得到整車(chē)廠家的青睞,稱(chēng)為發(fā)展的熱點(diǎn)。
當(dāng)前,我國(guó)汽車(chē)離合器技術(shù)也正處于發(fā)生深刻變化的時(shí)期。隨著多種變速箱技術(shù)的發(fā)展和齊頭并進(jìn),我國(guó)離合器技術(shù)也逐漸由單一的、傳統(tǒng)的摩擦式離合器向多種傳動(dòng)技術(shù)并存的方向發(fā)展。我國(guó)離合器技術(shù)發(fā)展也由傳統(tǒng)摩擦彈簧離合器向多種傳動(dòng)方式的發(fā)展。螺旋彈簧離合器基本上即將退出市場(chǎng),膜片彈簧已成為我國(guó)目前離合器的主流技術(shù),一些特殊需求如要求傳遞扭矩大的多片干式離合器、拉式離合器,在我國(guó)也實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。
與跨國(guó)企業(yè)相比較,我國(guó)汽車(chē)離合器的技術(shù)差距,可以表現(xiàn)為兩個(gè)方面:一方面是在商用車(chē)尤其在載貨車(chē)領(lǐng)域,跨國(guó)企業(yè)的離合器產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)產(chǎn)品存在差距,也即國(guó)內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)品有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。另一方面,在乘用車(chē)領(lǐng)域,我國(guó)離合器產(chǎn)品與跨國(guó)企業(yè)的產(chǎn)品有很大的差距,跨國(guó)企業(yè)產(chǎn)品有很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。中外汽車(chē)離合器技術(shù)的差距產(chǎn)生因素,主要有市場(chǎng)、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、工業(yè)基礎(chǔ)、車(chē)主消費(fèi)習(xí)慣、政策環(huán)境等因素。提高我國(guó)的汽車(chē)離合器技術(shù)的策略有:第一,企業(yè)要關(guān)注汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)和重視調(diào)查未來(lái)離合器的發(fā)展趨勢(shì)。第二,加強(qiáng)科研所的聯(lián)合和相關(guān)學(xué)科的研究。第三,注重引進(jìn)國(guó)外技術(shù)。第四,解決市場(chǎng)應(yīng)用的問(wèn)題。我國(guó)汽車(chē)離合器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有三點(diǎn)值得重視,第一就是我國(guó)變速器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),第二十離合器總成朝模塊化方向發(fā)展的趨勢(shì),第三是電子自動(dòng)控制技術(shù)
二、設(shè)計(jì)(論文)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
1.離合器設(shè)計(jì)的目的意義
(1)離合器設(shè)計(jì)的目的意義
汽車(chē)離合器設(shè)計(jì)提出如下基本要求:
1)在任何行駛條件下均能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩,并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲(chǔ)備。
2)接合時(shí)要平順柔和,以保證汽車(chē)起步時(shí)沒(méi)有抖動(dòng)和沖擊。
3)分離時(shí)要迅速、徹底。
4)離合器從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小,以減輕換擋時(shí)變速器齒輪間的沖擊,便于換擋和減小同步器的磨損。
5)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(guò)高,延長(zhǎng)其使用壽命。
6)應(yīng)使傳動(dòng)系避免扭轉(zhuǎn)共振,并具有吸收振動(dòng)、緩和沖擊和減小噪聲的能力。
7)操縱輕便、準(zhǔn)確,以減輕駕駛員的疲勞。
8)作用在從動(dòng)盤(pán)上的壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在使用過(guò)程中變化要盡可能小,以保證有穩(wěn)定的工作性能。
9)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和良好的動(dòng)平衡,以保證其工作可靠、壽命長(zhǎng)。
10)結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量小,制造工藝性好。
2.了解離合器的功用分類(lèi)與工作原理
功用:離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸接合,保證汽車(chē)平穩(wěn)起步。如前所述,現(xiàn)代車(chē)用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)不能帶負(fù)荷啟動(dòng),它必須先在空負(fù)荷下啟動(dòng),然后再逐漸加載。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后,得以穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速約為300~500r/min,而汽車(chē)則只能由靜止開(kāi)始起步,一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī),要帶一個(gè)靜止的傳動(dòng)系,是不能突然剛性接合的。因?yàn)槿绻峭蝗坏膭傂赃B接,就必然造成不是汽車(chē)猛烈攢動(dòng),就是發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。所以離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸地柔和地接合在一起,使發(fā)動(dòng)機(jī)加給傳動(dòng)系的扭矩逐漸變大,至足以克服行駛阻力時(shí),汽車(chē)便由靜止開(kāi)始緩慢地平穩(wěn)起步了。
分類(lèi):按操縱傳動(dòng)分:自動(dòng)、手動(dòng)。按離合器本體分:摩擦式、非摩擦式。
摩擦式按從動(dòng)作形式分:盤(pán)式、錐式、 鼓式。摩擦片按多少分:?jiǎn)纹?、多片、雙片。
按工作環(huán)境分:干式、濕式。按產(chǎn)生工作壓力分:機(jī)械力、電磁力。按彈簧布置位置分:中央彈簧、斜置彈簧、圓周布置彈簧。按彈簧形式分:螺旋彈簧、膜片彈簧。
按分離力作用方向分:推式、拉式。
工作原理:離合器在接合狀態(tài)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩自曲軸傳出,通過(guò)飛輪和壓盤(pán)借摩擦作用傳給從動(dòng)盤(pán),在通過(guò)從動(dòng)軸傳給變速器。當(dāng)駕駛員踩下踏板時(shí),通過(guò)拉桿,分離叉、分離套筒和分離軸承,將分離杠桿的內(nèi)端推向右方,由于分離杠桿的中間是以離合器蓋上的支柱為支點(diǎn),而外端與壓盤(pán)連接,所以能克服壓緊彈簧的力量拉動(dòng)壓盤(pán)向左,這樣,從動(dòng)盤(pán)兩面的壓力消失,因而摩擦力消失,發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩就不再傳入變速器,離合器處于分離狀態(tài)。當(dāng)放開(kāi)踏板,回位彈簧克服各拉桿接頭和支承中的摩擦力,使踏板返回原位。此時(shí)壓緊彈簧就推動(dòng)壓盤(pán)向右,仍將從動(dòng)盤(pán)壓緊在飛輪上,這樣發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩又傳入變速器。
3.離合器性能結(jié)構(gòu)分析
膜片彈簧離合器是用膜片彈簧代替了一般螺旋彈簧及分離杠桿機(jī)構(gòu)而做成的離合器,因?yàn)樗贾迷谥醒耄砸部梢运阒醒霃椈呻x合器,其結(jié)構(gòu)在離合器中采用了膜片彈簧做壓簧有很多優(yōu)點(diǎn)。首先,膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離桿的作用,使零件數(shù)目減少,重量減輕;其次,離合器結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化并顯著的縮短了離合器的軸向尺寸;再者,膜片彈簧具有良好的非線性特性,設(shè)計(jì)合適,可使摩擦片磨損到極限,壓緊力仍能維持很少改變,可減輕分離離合器時(shí)的踏板力,使操縱輕便。
4.擬解決的主要問(wèn)題
1.摩擦式離合器的基本結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)的選擇與計(jì)算。
2.離合器總成的選擇與計(jì)算。
3.對(duì)所設(shè)計(jì)的離合器進(jìn)行檢測(cè)并得到合理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
4.打破傳統(tǒng)離合器的不足之處。
三、技術(shù)路線(研究方法)
調(diào)研、收集資料及總體方案論證
離合器的基本組成和工作原理
根據(jù)車(chē)型進(jìn)行離合器的參數(shù)選擇
離合器傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)計(jì)算
離合器操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
是否合理
利用Autocad軟件繪制離合器圖紙
是否合理
校核、修改、完善
撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
四、進(jìn)度安排
(1)知識(shí)準(zhǔn)備、調(diào)研、收集資料、完成開(kāi)題報(bào)告 第1~2周
(2)整理資料、提出問(wèn)題、撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)草稿、繪制裝配草圖 第3~5周
(3)理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題,完成離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算,主要性能參數(shù)驗(yàn)算,離合器性能結(jié)構(gòu)分析,CAD繪制離合器圖紙等部分涉及內(nèi)容。中期檢查 第6~8周
(4)改進(jìn)完成設(shè)計(jì),改進(jìn)完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),指導(dǎo)教師審核,學(xué)生修改 第9~12周
(5)評(píng)閱教師評(píng)閱、學(xué)生修改 第13周
(6)畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯 第14周
(7)畢業(yè)設(shè)計(jì)修改 第15~16周
(8)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 第17周
五、參考文獻(xiàn)
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六、備注
指導(dǎo)教師意見(jiàn):
簽字: 年 月 日
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
比亞迪轎車(chē)?yán)诫x合器設(shè)計(jì)
系部名稱(chēng): 汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)班級(jí): 車(chē)輛工程 B07-3班
學(xué)生姓名: 張 妤
指導(dǎo)教師: 石美玉
職 稱(chēng): 教授
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of BYD Pull-type Clutch
Candidate:Zhang Yu
Specialty: Vehicle Engineering
Class: B07-3
Supervisor:Prof. Shi Meiyu
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第 1 章 緒 論
1.1選題的目的
離合器的設(shè)計(jì)要求是在任何條件下行駛,既能可靠的傳遞的發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩,并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲(chǔ)備,有能防止傳動(dòng)系過(guò)載,接合時(shí)要完全,平順,柔和,保證汽車(chē)起動(dòng)時(shí)沒(méi)有抖動(dòng)和沖擊,分離時(shí)要迅速,徹底,從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小,以減輕換擋時(shí)的變速器齒輪間的沖擊,便于換擋和減少同步器的磨損。應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)能力,以保證工作時(shí)的溫度不致過(guò)高,延長(zhǎng)其使用壽命。應(yīng)能避免和衰減傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)與振動(dòng),并且具有吸收振動(dòng),緩和沖擊和降低噪聲的能力。操縱輕便,準(zhǔn)確,以減輕駕駛員的疲勞。作用在從動(dòng)盤(pán)的總壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在離合器工作過(guò)程中變化要盡可能小,以保證有穩(wěn)定的工作性能。具有足夠的強(qiáng)度與動(dòng)態(tài)平衡,以保證其工作可靠,使用壽命長(zhǎng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,緊湊,質(zhì)量小,制造工藝性好,拆裝,維修,調(diào)整方便等。本次設(shè)計(jì),我力爭(zhēng)把離合器設(shè)計(jì)系統(tǒng)化,為離合器設(shè)計(jì)者提供一定的參考價(jià)值。拋棄傳統(tǒng)的退市膜片彈簧離合器,設(shè)計(jì)新式的拉式膜片彈簧離合器是本次設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。
1.2離合器國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
近年來(lái)各國(guó)政府都從資金、技術(shù)方面大力發(fā)展汽車(chē)工業(yè),使其發(fā)展速度明顯比其它工業(yè)要快的多,因此汽車(chē)工業(yè)迅速成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。
對(duì)于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)來(lái)說(shuō),離合器在機(jī)械傳動(dòng)系中作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在,它是汽車(chē)傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接聽(tīng)總成。目前,各種汽車(chē)廣泛采用的摩擦式離合器主要依靠主、從動(dòng)部分之間的摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力且能分離的裝置。
在早期研發(fā)的離合器中,錐形離合器最為成功?,F(xiàn)今所用的盤(pán)片式離合器的先驅(qū)是多片盤(pán)式離合器,它是直到1925年以后才出現(xiàn)的。20世紀(jì)20年代末,直到進(jìn)入30年代時(shí),只有工程車(chē)輛、賽車(chē)和大功率的轎車(chē)上才采用多片離合器。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨向于首選單片干式離合器[1]。
據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),2009年我國(guó)汽車(chē)工業(yè)全年產(chǎn)量為1379.10萬(wàn)輛,同比增長(zhǎng)48.3%,其中,乘用車(chē)產(chǎn)量為1038.38萬(wàn)輛,同比增長(zhǎng)54.11%;商用車(chē)產(chǎn)量為340.72萬(wàn)輛,同比增長(zhǎng)33.02%。我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量基數(shù)已經(jīng)達(dá)到千萬(wàn)輛規(guī)模,在如此規(guī)?;鶖?shù)的情況下,可見(jiàn)2009年我國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)售市場(chǎng)的火爆場(chǎng)面。由于汽車(chē)離合器的需求規(guī)模與整車(chē)產(chǎn)量關(guān)系密切,過(guò)去的一年也是我國(guó)汽車(chē)離合器總成行業(yè)發(fā)展最好的一年,一改我國(guó)汽車(chē)離合器行業(yè)增長(zhǎng)緩慢的局面。汽車(chē)產(chǎn)業(yè)振興政策帶動(dòng)了我國(guó)汽車(chē)零部件產(chǎn)業(yè),從2008年9月美國(guó)爆發(fā)的金融危機(jī)迅速轉(zhuǎn)化為一場(chǎng)全球性的經(jīng)濟(jì)危機(jī)。汽車(chē)零部件產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展帶動(dòng)了我國(guó)離合器行業(yè)的發(fā)展,根據(jù)我們對(duì)主要汽車(chē)離合器企業(yè)的統(tǒng)計(jì),我國(guó)汽車(chē)離合器行業(yè)主要企業(yè)去年銷(xiāo)售收入總體增長(zhǎng)幅度達(dá)到16.2%,一些企業(yè)如長(zhǎng)安離合器、桂林福達(dá)、寧波宏協(xié)、榮成黃海、南京法雷奧等還投資擴(kuò)大生產(chǎn)能力以滿足國(guó)內(nèi)主機(jī)廠商不斷增長(zhǎng)的要求。由于自動(dòng)檔車(chē)型和手動(dòng)擋車(chē)型采用不同的傳動(dòng)部件,所以它們之間比重發(fā)生的變化也會(huì)影響到離合器與液力變矩器兩者產(chǎn)品市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的變化影響到我國(guó)傳統(tǒng)汽車(chē)離合器行業(yè)發(fā)展的前景。據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果顯示,我國(guó)乘用車(chē)上采用自動(dòng)變速器的俄車(chē)型覆蓋范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,這反映了近年來(lái)自動(dòng)檔轎車(chē)越來(lái)越被人們所接受和認(rèn)可的趨勢(shì),整車(chē)廠商也力推自動(dòng)擋轎車(chē)。但根據(jù)中國(guó)汽車(chē)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì),我國(guó)自動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)量比重在最近三年中比重卻在不斷下架,手動(dòng)檔汽車(chē)產(chǎn)量的比重卻在持續(xù)上升。首先固然是與目前國(guó)家實(shí)施的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整有關(guān),但其次更深層次的原因是我們認(rèn)為當(dāng)前中國(guó)人均生活水平仍還處于比較低的情況下,汽車(chē)仍然是作為一種奢侈消費(fèi)品和投資的工具,因此在5-10年內(nèi),我國(guó)汽車(chē)自動(dòng)檔仍難占據(jù)主流地位。
1.3離合器的概述
1.3.1 膜片彈簧離合器的概述
膜片彈簧離合器是用膜片彈簧代替了一般螺旋彈簧及分離杠桿機(jī)構(gòu)而做成的離合器,因?yàn)樗贾迷谥醒耄砸部伤阒醒霃椈呻x合器,其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。在離合器中采用膜片彈簧做壓簧有很多優(yōu)點(diǎn)。首先,膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離桿的作用,使零件數(shù)目減少,重量減輕;其次,離合器結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化并顯著地縮短了離合器的軸間尺寸;再者,膜片彈簧具有良好的非線性特性,設(shè)計(jì)合適,可使摩擦片磨損到極限,壓緊力仍能維持很少改變,且可減輕分離離合器時(shí)的踏板力,使操縱輕便。其工作特性見(jiàn)圖1-4。此外,膜片彈簧的安裝位置對(duì)離合器的旋轉(zhuǎn)軸線是完全對(duì)稱(chēng)的,因此,它的壓緊力不會(huì)受離心力的影響,很適于高速旋轉(zhuǎn)。
離合器壓盤(pán)升程和分離軸承行程之間的關(guān)系,對(duì)膜片彈簧離合器工作性能好壞影響很大。從理論上說(shuō),壓盤(pán)升程和分離軸承行程之間的關(guān)系為線性關(guān)系,見(jiàn)圖1-2。但實(shí)際上,由于離合器蓋等零件在外力作用下的變形和支承接觸處間隙的存在,在離合器分離過(guò)程中,壓盤(pán)的升程會(huì)有些滯后,如圖1-3所示。并且隨著使用時(shí)間的增加、作用次數(shù)的增多以及膜片彈簧安裝方法的不同,會(huì)使壓盤(pán)開(kāi)始的升程更往后延。這實(shí)際上是減少了壓盤(pán)的升程,并有可能導(dǎo)致分離不徹底。
1-軸承 2-飛輪 3-從動(dòng)盤(pán) 4-壓盤(pán) 5-離合器蓋螺栓
6-離合器蓋 7-膜片彈簧 8-分離軸承 9-軸
圖1.1 離合器總成
由于膜片彈簧離合器有上述一系列的優(yōu)點(diǎn),并且制造膜片彈簧的工藝水平在不斷提高,因而這種離合器在汽車(chē)上用得越來(lái)越廣。但膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)、制造技術(shù)要求比周置螺旋彈簧離合器高,如設(shè)計(jì)、制造不當(dāng),其使用性能可能還不如普通螺旋離合器。
要使膜片彈簧有好的特性,可以從以下兩個(gè)方面著手進(jìn)行:
(1) 優(yōu)選膜片彈簧有關(guān)幾何尺寸參數(shù);
(2) 改善膜片彈簧與壓盤(pán)支撐表面接觸狀態(tài)。
圖1.2 理論曲線 圖1.3 實(shí)際曲線
圖1.4 膜片彈簧工作特性
1.3.2離合器的功用
離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸接合,保證汽車(chē)平穩(wěn)起步。如前所述,現(xiàn)代車(chē)用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)不能帶負(fù)荷啟動(dòng),它必須先在空負(fù)荷下啟動(dòng),然后再逐漸加載。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后,得以穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速約為300~500r/min,而汽車(chē)則只能由靜止開(kāi)始起步,一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī),要帶一個(gè)靜止的傳動(dòng)系,是不能突然剛性接合的。因?yàn)槿绻峭蝗坏膭傂赃B接,就必然造成不是汽車(chē)猛烈攢動(dòng),就是發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。所以離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸地柔和地接合在一起,使發(fā)動(dòng)機(jī)加給傳動(dòng)系的扭矩逐漸變大,至足以克服行駛阻力時(shí),汽車(chē)便由靜止開(kāi)始緩慢地平穩(wěn)起步了。
雖然利用變速器的空檔,也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的分離。但變速器在空檔位置時(shí),變速器內(nèi)的主動(dòng)齒輪和發(fā)動(dòng)機(jī)還是連接的,要轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),就必須和變速器內(nèi)的主動(dòng)齒輪一起拖轉(zhuǎn),而變速器內(nèi)的齒輪浸在黏度較大的齒輪油中,拖轉(zhuǎn)它的阻力是很大的。尤其在寒冷季節(jié),如沒(méi)有離合器來(lái)分離發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系,發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)是很困難的。所以離合器的第二個(gè)功用,就是暫時(shí)分開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的聯(lián)系,以便于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。
汽車(chē)行駛中變速器要經(jīng)常變換檔位,即變速器內(nèi)的齒輪副要經(jīng)常脫開(kāi)嚙合和進(jìn)入嚙合。如在脫檔時(shí),由于原來(lái)嚙合的齒面壓力的存在,可能使脫檔困難,但如用離合器暫時(shí)分離傳動(dòng)系,即能便利脫檔。同時(shí)在掛檔時(shí),依靠駕駛員掌握,使待嚙合的齒輪副圓周速度達(dá)到同步是較為困難的,待嚙合齒輪副圓周速度的差異將會(huì)造成掛檔沖擊甚至掛不上檔,此時(shí)又需要離合器暫時(shí)分開(kāi)傳動(dòng)系,以便使與離合器主動(dòng)齒輪聯(lián)結(jié)的質(zhì)量減小,這樣即可以減少掛擋沖擊以便利換檔。
離合器所能傳遞的最大扭矩是有一定限制的,在汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí),傳動(dòng)系受到很大的慣性負(fù)荷,此時(shí)由于離合器自動(dòng)打滑,可避免傳動(dòng)系零件超載損壞,起保護(hù)作用。
1.3.3離合器的工作原理
如圖1-1所示,摩擦離合器一般是有主動(dòng)部分、從動(dòng)部分組成、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)四部分組成。
離合器在接合狀態(tài)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩自曲軸傳出,通過(guò)飛輪2和壓盤(pán)借摩擦作用傳給從動(dòng)盤(pán)3,在通過(guò)從動(dòng)軸傳給變速器。當(dāng)駕駛員踩下踏板時(shí),通過(guò)拉桿,分離叉、分離套筒和分離軸承8,將分離杠桿的內(nèi)端推向右方,由于分離杠桿的中間是以離合器蓋5上的支柱為支點(diǎn),而外端與壓盤(pán)連接,所以能克服壓緊彈簧的力量拉動(dòng)壓盤(pán)向左,這樣,從動(dòng)盤(pán)3兩面的壓力消失,因而摩擦力消失,發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩就不再傳入變速器,離合器處于分離狀態(tài)。當(dāng)放開(kāi)踏板,回位彈簧克服各拉桿接頭和支承中的摩擦力,使踏板返回原位。此時(shí)壓緊彈簧就推動(dòng)壓盤(pán)向右,仍將從動(dòng)盤(pán)3壓緊在飛輪上2,這樣發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩又傳入變速器。
1.3.4拉式膜片彈簧離合器與推式的比較
拉式膜片彈簧離合器中的膜片彈簧安裝方向,與傳統(tǒng)的推式結(jié)構(gòu)相反,并將支承點(diǎn)移動(dòng)到膜片彈簧最大端附近。接合時(shí),膜片彈簧的大端支承在離合器蓋上,以中部壓緊在壓盤(pán)上,將分離軸承向外拉離飛輪實(shí)現(xiàn)離合器的分離。
與推式相比,拉式膜片彈簧離合器具有許多優(yōu)點(diǎn):取消了中間支承各零件,并不用支承環(huán)或只用一個(gè)支承環(huán),使其結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、緊湊,零件數(shù)目更少,質(zhì)量更少;拉式膜片彈簧是中部與壓盤(pán)相壓在同樣壓盤(pán)尺寸的條件下可采用直徑較大的膜片彈簧,提高了壓緊力與傳遞轉(zhuǎn)矩的能力,且并不增大踏板力,在傳遞相同的轉(zhuǎn)矩時(shí),可采用尺寸較小的結(jié)構(gòu);在接合或分離狀態(tài)下,離合器蓋的變形量小,剛度大,分離效率更高;拉式的杠桿比大于推式的杠桿比,且中間支承減少了摩擦損失,傳動(dòng)效率較高,踏板操縱更輕便,拉式的踏板力比推式的一般可減少約;無(wú)論在接合狀態(tài)或分離狀態(tài),拉式結(jié)構(gòu)的膜片彈簧大端與離合器蓋支承始終保持接觸,在支承環(huán)磨損后不會(huì)形成間隙而增大踏板自由行程,不會(huì)產(chǎn)生沖擊和哭聲;使用壽命更長(zhǎng)。
但是,拉式膜片彈簧的分離指是與分離軸承套筒總成嵌裝在一起的,需采用專(zhuān)門(mén)的分離軸承如圖1-5所示。結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,安裝拆卸較困難。由于拉式膜片彈簧離合器綜合性能優(yōu)越,目前在各種汽車(chē)中的應(yīng)用日趨廣泛。
表1.1 推式和拉式膜片彈簧優(yōu)缺點(diǎn)比較
項(xiàng)目
類(lèi)型
離合器蓋變形
分離軸承
膜片彈簧外徑
彈簧
應(yīng)力
夾緊
載荷
支承
環(huán)數(shù)
設(shè)計(jì)
負(fù)荷
安裝
推式
大
簡(jiǎn)單
大
容易
相對(duì)小
相對(duì)大
相對(duì)小
2
拉式
小
復(fù)雜
小
較難
相對(duì)大
相對(duì)小
相對(duì)大
1
1-軸承內(nèi)圈 2-軸承外圈 3-軸承罩 4-波形彈簧
5-分離套筒 6-碟形彈簧 7-擋環(huán) 8-鎖環(huán)
圖1.5 拉式自動(dòng)調(diào)心式分離軸承裝置
1.4 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容
各種汽車(chē)廣泛采用的摩擦離合器是一種依靠主、從動(dòng)部分之間的摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力且能分離的裝置。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)等四部分。離合器的主要功用就是切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞,保證汽車(chē)起步時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順地接合,確保汽車(chē)平穩(wěn)起步。本章中主要介紹設(shè)計(jì)的拉式膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)、功用及其工作原理,并且與以往推式膜片彈簧相比較,突出了拉式膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn)。
第 2 章 離合器基本結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)的選擇
表2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
參數(shù)
項(xiàng)目
參數(shù)
項(xiàng)目
預(yù)選車(chē)型
比亞迪f0
主要尺寸
3588×1563×1533(m)
整車(chē)質(zhì)量
1270(Kg)
最大功率
48/5700(KW)
最高車(chē)速
140(Km/h)
最大扭矩
88/3500(N·m)
主減速器傳動(dòng)比
5.46
一檔傳動(dòng)比
3.40
2.1 離合器的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
2.1.1 從動(dòng)盤(pán)數(shù)的選擇
1. 單片離合器
對(duì)乘用車(chē)和最大總質(zhì)量小于6t的商用車(chē)而言,發(fā)動(dòng)機(jī)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(shè)有一遍從動(dòng)盤(pán)。單片離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,軸向尺寸緊湊,散熱性良好,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(pán)可保證接合平順。
2. 雙片離合器
雙片離合器與單片離合器相比,由于摩擦因數(shù)增加一倍,因而傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大;接合更為平順、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;中間壓盤(pán)通風(fēng)散熱性能差,容易引起摩擦片過(guò)熱,加快其磨損甚至燒壞;分離行程較大,不易分離徹底,。
3. 多片離合器
多片離合器多為濕式,具有接合更加平順、柔和,摩擦表面溫度較低,磨損較小,使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
本次設(shè)計(jì)為單片離合器。
2.1.2 壓緊彈簧和布置形式的選擇
離合器壓緊裝置可分為周布彈簧式、中央彈簧式、斜置彈簧式、膜片彈簧式等。其中膜片彈簧的主要特點(diǎn)是用一個(gè)膜片彈簧代替螺旋彈簧和分離杠桿。
膜片彈簧與其他幾類(lèi)相比又有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
(1)由于膜片彈簧有理想的非線性特征,彈簧壓力在摩擦片磨損范圍內(nèi)能保證大致不變,從而使離合器在使用中能保持其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力不變。當(dāng)離合器分離時(shí),彈簧壓力不像圓柱彈簧那樣升高,而是降低,從而降低踏板力;
(2)膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用,使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,軸向尺寸小,零件數(shù)目少,質(zhì)量??;
(3)高速旋轉(zhuǎn)時(shí),壓緊力降低很少,性能較穩(wěn)定;而圓柱彈簧壓緊力明顯下降;
(4)由于膜片彈簧大斷面環(huán)形與壓盤(pán)接觸,故其壓力分布均勻,摩擦片磨損均勻,可提高使用壽命;
(5)易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱,使用壽命長(zhǎng);
(6)平衡性好;
(7)有利于大批量生產(chǎn),降低制造成本。
但膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜,對(duì)材料質(zhì)量和尺寸精度要求高,其非線性特性在生產(chǎn)中不易控制,開(kāi)口處容易產(chǎn)生裂紋,端部容易磨損。近年來(lái),由于材料性能的提高,制造工藝和設(shè)計(jì)方法的逐步完善,膜片彈簧的制造已日趨成熟。因此,我選用膜片彈簧式離合器。
2.1.3 膜片彈簧的支撐形式
拉式膜片彈簧的支承結(jié)構(gòu)形式分為無(wú)支承環(huán)形式,將膜片彈簧的大端直接支承在離合器蓋中沖出的環(huán)形凸臺(tái)上;單支承環(huán)形式如圖2-1所示,將膜片彈簧大端支承在離合器蓋中的支承環(huán)上。
圖2.1 單支承環(huán)支承形式
2.2 離合器基本性能關(guān)系式
離合器的基本功能之一是傳遞轉(zhuǎn)矩,因此離合器轉(zhuǎn)矩容量是離合器最為基本的性能之一,但通常它只能用來(lái)初步定出離合器的原始參數(shù)、尺寸,它們是否適合最終取決于試驗(yàn)驗(yàn)證。
將離合器轉(zhuǎn)矩容量和發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩關(guān)系式:
(2.1)
2.3 基本結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)的選擇
2.3.1 摩擦片外徑D的確定
摩擦片外徑是離合器的基本尺寸,它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命,它和離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小有一定關(guān)系。
當(dāng)按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩(N·m)來(lái)選定D時(shí),有公式
(2.2)
A=47,小轎車(chē)。
表2.2 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)
外徑D\mm
160
180
200
225
250
280
300
325
內(nèi)徑d\mm
110
125
140
150
155
165
175
190
厚度/mm
3.2
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
0.687
0.694
0.700
0.667
0.620
0.589
0.583
0.585
0.676
0.667
0.657
0.703
0.762
0.796
0.802
0.800
單面面積cm2
106
132
160
221
302
402
466
546
根據(jù)表2-1標(biāo)準(zhǔn)尺寸選取
D=180mm,d=125mm,h=3.5mm ,=0.667 ,a=132mm2 。
2.3.2 離合器后備參數(shù)β的確定
表2.3 離合器的后備參數(shù)的取值范圍
車(chē)型
后備系數(shù)β
乘用車(chē)及最大總質(zhì)量小于6t的商用車(chē)
1.20~1.75
最大總質(zhì)量為6~14t的商用車(chē)
1.50~2.25
掛車(chē)
1.80~4.00
對(duì)小轎車(chē)離合器推薦的后備參數(shù)β取值為1.2。
2.3.3 單位壓力P的確定
1) 壓緊力F
F=3000β(D+d)/μZ(D2+Dd+d2)=2093.16~2378.59N (2.3)
石棉基材料μ=0.3,單片離合器Z=2。
摩擦片單位壓力P P=F/a=0.159~0.181MPa
2) 單位壓力P
當(dāng)摩擦片的外徑較大時(shí),要適當(dāng)降低摩擦面上的單位壓力P,離合器使用頻繁,工作條件比較惡劣時(shí),單位壓力P取較小的值為好,因此只有降低單位壓力P增大摩擦面積,加大容許的磨耗的體積,增加使用磨耗量,才能延長(zhǎng)使用時(shí)間。
對(duì)于采用有機(jī)材料為基礎(chǔ)的摩擦面F列數(shù)據(jù)可做參考。
小轎車(chē)D≤230mm時(shí),P約為0.25MPa
= β=πμZPD3(1-C3) (2.4)
其中 β=1.2,μ=0.3。
P=12β/πμZPD3(1-C3)=0.173MPa (2.5)
表2.4 摩擦材料的摩擦因數(shù)的取值范圍
摩擦材料
摩擦因數(shù)
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
0.30~0.50
金屬陶瓷材料
0.4
表2.5 摩擦片單位壓力的取值范圍
摩擦片材料
單位壓力/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
金屬陶瓷材料
0.70~1.50
單位壓力P在容許范圍之內(nèi),認(rèn)為所選離合器的尺寸、參數(shù)適合。
2.4 本章小結(jié)
如上一章所述,汽車(chē)上所用的摩擦離合器是拉式膜片彈簧離合器,又要靠它的滑磨來(lái)使汽車(chē)平穩(wěn)起步,工作條件甚為惡劣。因此在設(shè)計(jì)離合器時(shí),不僅要求它在任何情況下都能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩,而且還應(yīng)使它有足夠的使用壽命,本章提供了為以后設(shè)計(jì)離合器時(shí)重要的結(jié)構(gòu)尺寸和設(shè)計(jì)參數(shù)。
第 3 章 離合器零件的結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)計(jì)算
在進(jìn)行離合器的具體設(shè)計(jì)時(shí),首先應(yīng)保證傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩為前提,然后滿足下列條件:
(1)如前所述,扇形波狀彈簧對(duì)置分布鉚接在從動(dòng)鋼片上,并在從動(dòng)盤(pán)上設(shè)置扭轉(zhuǎn)減震器保證離合器接合柔和,摩擦片制成一定錐度(從動(dòng)盤(pán)錐形量約為0.5mm)使其大端面向飛輪,這樣從動(dòng)盤(pán)轂在從動(dòng)軸(即變速器第一軸)花鍵上易于滑動(dòng),有利于離合器徹底分離。
(2)離合器主動(dòng)部分與從動(dòng)部分的連接和支撐形式,離合器的主動(dòng)部分包括飛輪,離合器蓋與他們一起轉(zhuǎn)動(dòng)并能軸向移動(dòng)的壓盤(pán),壓盤(pán)通過(guò)鋼片與離合器蓋相連,離合器從動(dòng)部分有從動(dòng)盤(pán),從動(dòng)軸,從動(dòng)軸裝在飛輪與壓盤(pán)之間,可在從動(dòng)軸花鍵上滑動(dòng),設(shè)計(jì)時(shí)把離合器從動(dòng)軸的前軸承安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的中心孔內(nèi)。
(3)離合器從動(dòng)軸的軸向定位及軸承潤(rùn)滑,離合器從動(dòng)軸在安裝后應(yīng)保持軸向定位,在拆卸時(shí)便于離合器中抽出來(lái)。因此,設(shè)計(jì)時(shí)使從動(dòng)軸前軸承外圓與飛輪為過(guò)渡配合,而前軸承內(nèi)圈與從動(dòng)軸為間隙配合,離合器的從動(dòng)軸軸向定位是靠從動(dòng)軸后軸承來(lái)保證的。離合器分離軸承靠注入黃油潤(rùn)滑的,而從動(dòng)軸前軸承靠油杯定期注入潤(rùn)滑。 為防止?jié)櫥土鞯侥Σ烈r面,造成離合器打滑,除在軸承處安有自緊油封外,還在飛輪上開(kāi)泄油孔。
(4)離合器運(yùn)動(dòng)零件的限位,離合器處于接合時(shí)為使壓盤(pán)與摩擦片很好接合,應(yīng)使分離彈簧與分離軸承之間保持一定間隙,這是分離軸承回位彈簧加以保證。分離時(shí),應(yīng)對(duì)踏板的最大行程加以限制。
3.1從動(dòng)盤(pán)總成
從動(dòng)盤(pán)有兩種結(jié)構(gòu)型式:帶扭轉(zhuǎn)減振器的和不帶扭轉(zhuǎn)減振器的,帶扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。
扇形波狀彈簧兩兩對(duì)置鉚接與從動(dòng)鋼片上,兩側(cè)在鉚接摩擦片,鉚釘都采用鋁制埋頭鉚釘,摩擦襯面在鉚接后腰磨削加工,使其工作表面的不平度誤差小于0.2mm,從動(dòng)盤(pán)本體采用45號(hào)鋼沖壓加工得到,為防止其彎曲變形而引起分離不徹底,一般在從動(dòng)盤(pán)本體上設(shè)徑向切口。
1,13-摩擦片 2,14,15-鉚釘 3-波形彈簧片 4-平衡塊 5-從動(dòng)片
6,9-減振摩擦片 7-限位銷(xiāo) 8-從動(dòng)盤(pán)轂 10-調(diào)整墊片 11-減振彈簧 12-減振盤(pán)
圖3.1 帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤(pán)
從動(dòng)盤(pán)總成由摩擦片,從動(dòng)片,減震器和從動(dòng)盤(pán)穀等組成。它雖然對(duì)離合器工作性能影響很大的構(gòu)件,但是其工作壽命薄弱,因此在結(jié)構(gòu)和材料上的選擇是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。從動(dòng)盤(pán)總成應(yīng)滿足如下設(shè)計(jì)要求:
(1)為了減少變速器換擋時(shí)輪齒間的沖擊,從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能小。
(2)為了保證汽車(chē)平穩(wěn)起步,摩擦面片上的壓力分布更均勻等,從動(dòng)盤(pán)應(yīng)具有軸向彈性。
(3)為了避免傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)共振以及緩和沖擊載荷,從動(dòng)盤(pán)中應(yīng)裝有扭轉(zhuǎn)減振器。
(4)要有足夠的抗爆裂強(qiáng)度。
從動(dòng)盤(pán)的軸向彈性可改善離合器性能,使離合器接合柔和,摩擦面接觸均勻,磨損較小。為使從動(dòng)盤(pán)有軸向彈性,單獨(dú)制造扇形波狀彈簧與從動(dòng)鋼片鉚接。波狀彈簧可用比鋼片輕薄的材料制造,軸向彈性較好,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,適宜高速旋轉(zhuǎn),且彈簧對(duì)置分布,彈性好。因此設(shè)計(jì)中選用此類(lèi)彈簧。
3.1.1 從動(dòng)片
(1)設(shè)計(jì)從動(dòng)片時(shí), 要盡量減輕其質(zhì)量,并應(yīng)使其質(zhì)量的分布盡可能地靠近旋轉(zhuǎn)中心,已獲得最小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。通常是用1.3~2.0mm厚的鋼板沖壓而成,為了進(jìn)一步減小從動(dòng)片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,有時(shí)將從動(dòng)片外緣的盤(pán)形部分磨薄至0.65~1.0mm,使其質(zhì)量分布更加靠近旋轉(zhuǎn)中心。
(2)為了使離合器接合平順,保證汽車(chē)起步平穩(wěn),單片離合器的從動(dòng)片一般都做成具有軸向彈性的結(jié)構(gòu)。對(duì)于單片離合器的乘用車(chē)而言,通常只設(shè)有一個(gè)從動(dòng)盤(pán)。
3.1.2 從動(dòng)盤(pán)轂
從動(dòng)盤(pán)數(shù)及干、濕式的選擇單片干式摩擦離合器,這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,調(diào)整方便,軸向尺寸緊湊,分離徹底,從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,散熱性能好,采用軸向有彈性的從動(dòng)盤(pán)時(shí)也能接順平和等優(yōu)點(diǎn)符合離合器的設(shè)計(jì)要求。
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是經(jīng)過(guò)從動(dòng)盤(pán)轂的花鍵孔輸出,變速器第Ⅰ軸花鍵軸就插在該花鍵孔內(nèi),從動(dòng)盤(pán)轂和變速器第Ⅰ軸的花鍵接合方式。見(jiàn)下表。
表3.1 從動(dòng)盤(pán)轂花鍵尺寸系列
摩擦片
外徑
D/mm
發(fā)動(dòng)機(jī)的
最大轉(zhuǎn)矩
Temax/N·m
花鍵尺寸
擠壓應(yīng)力
σj/Mpa
齒數(shù)
N
外徑
D′/mm
內(nèi)徑
d′/mm
齒厚
b/mm
有效齒長(zhǎng)
l/mm
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
花鍵選取后應(yīng)進(jìn)行擠壓應(yīng)力σj(MPa)及剪切應(yīng)力τj(MPa)的強(qiáng)度校核:
(3.1)
P--花鍵的齒面?zhèn)让鎵毫?
(3.2)
(3.3)
式中,--分別為花鍵內(nèi)外徑;
h--花鍵的工作高度;
Z--從動(dòng)盤(pán)轂的數(shù)目
從動(dòng)盤(pán)轂一般由中碳鋼鍛造而成,并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理,其擠壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)20MPa 合格。
3.1.3 從動(dòng)盤(pán)摩擦材料
單片離合器因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,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)能保證分離徹底接合平順,所以被廣泛使用于轎車(chē)和中、小型貨車(chē),因此該設(shè)計(jì)選擇單片離合器。摩擦片數(shù)為2。
摩擦片要求:摩擦系數(shù)穩(wěn)定、工作溫度、單位壓力的變化對(duì)其影響要小,有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性;熱穩(wěn)定性好,磨合性好,密度??;有利于結(jié)合平順,長(zhǎng)期停放離合器摩擦片不會(huì)粘著現(xiàn)象的。綜上所述,選擇石棉基材料。石棉基摩擦材料是由石棉或石棉織物、粘結(jié)劑(樹(shù)脂或硅膠)和特種添加劑熱壓制成,其摩擦系數(shù)大約在0.3左右(0.25~0.5之間),其允許的單位壓力在0.2MPa左右。密度小,價(jià)格便宜,多年來(lái)在汽車(chē)離合器上使用效果良好。同時(shí),摩擦片從動(dòng)鋼片用鉚釘連接,連接可靠,更換摩擦片方便,而且適宜在從動(dòng)鋼片上裝波形彈簧片以獲得軸向彈性。
1) 摩擦片基本尺寸的確定
D=180mm ,d=125mm ,h=3.5mm。
2) 摩擦片的校核
(1)摩擦片外徑D的選擇應(yīng)使最大圓周率速度不超過(guò)65-70m/s。
(3.4)
(2)摩擦片的內(nèi)徑比C應(yīng)為0.53-0.70范圍內(nèi)。
(3)保證離合器可靠性地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩,并防止傳動(dòng)系過(guò)載,β應(yīng)在1.2-4.0之間。
(4)為減少汽車(chē)起步過(guò)程中的離合器的滑磨,防止摩擦片表面溫度過(guò)高而發(fā)生燒傷,離合器每一次接合的單位面積滑磨功應(yīng)小于其許用值
(3.5)
式(3.3)中,——汽車(chē)總質(zhì)量(Kg);
——輪胎滾動(dòng)半徑(m);
——汽車(chē)起步時(shí)所用變速器擋位的傳動(dòng)比;
——主減速器傳動(dòng)比;
——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min。
計(jì)算時(shí)乘用車(chē)取r/min,商用車(chē)取r/min。
其中: m Kg。
(3.6)
經(jīng)過(guò)校核可知,摩擦片的設(shè)計(jì)符合相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求
(5)為了保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝,摩擦片內(nèi)徑d必須大于減振器振器彈簧位置直徑約50mm,即mm
(6)為反映離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩并保護(hù)過(guò)載的能力,單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于其許用值,即
(3.7)
表3.2 單位摩擦面積傳遞轉(zhuǎn)矩的許用值
離合器規(guī)格
0.28
0.30
0.35
0.40
為單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩(N.m/mm2),可查表選取經(jīng)檢查,合格。
(7)離合器的接合升溫
°C (3.8)
式(3.10)中,t——壓盤(pán)溫升,不超過(guò)°C;
c——壓盤(pán)的比熱容,J/(Kg·°C);
γ——傳到壓盤(pán)的熱量所占的比例,對(duì)單片離合器壓盤(pán);。
——壓盤(pán)的質(zhì)量;Kg 。
將數(shù)據(jù)帶入(3.8)中得°C,合格。
3.2 壓盤(pán)設(shè)計(jì)
3.2.1 壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式
在膜片彈簧離合器中,扭矩從離合器蓋傳遞到壓盤(pán)的方法有三種:
(1)凸臺(tái)—窗孔式:它是將壓盤(pán)的背面凸起部分嵌入在離合器蓋上的窗孔內(nèi),通過(guò)二者的配合,將扭矩從離合器蓋傳到壓盤(pán)上,此方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,應(yīng)用較多;缺點(diǎn):壓盤(pán)上凸臺(tái)在傳動(dòng)過(guò)程中存在滑動(dòng)摩擦,因而接觸部分容易產(chǎn)生分離不徹底。
(2)徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)式:這種方式使用彈簧剛制的徑向片將離合器蓋和壓盤(pán)連接在一起,此傳動(dòng)的方式較上一種在結(jié)構(gòu)上稍顯復(fù)雜一些,但它沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)部分,因而不存在磨損,同時(shí)踏板力也需要的小一些,操縱方便;另外,工作時(shí)壓盤(pán)和離合器蓋徑向相對(duì)位置不發(fā)生變化,因此離合器蓋等旋轉(zhuǎn)物件不會(huì)失去平衡而產(chǎn)生異常振動(dòng)和噪聲。
(3)徑向傳動(dòng)片驅(qū)動(dòng)方式:它用彈簧鋼制的傳動(dòng)片將壓盤(pán)與離合器蓋連接在一起,除傳動(dòng)片的布置方向是沿壓盤(pán)的弦向布置外,其他的結(jié)構(gòu)特征都與徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式相同。
經(jīng)比較,我選擇徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。
傳力片在不同的離合器結(jié)構(gòu)中,起的作用不完全相同。在膜片彈簧離合器中的壓盤(pán)傳力片,除了要承擔(dān)傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩之外,還要依靠傳力片的彈性作用使壓盤(pán)分離。壓盤(pán)通過(guò)傳力片和離合器蓋相連而被驅(qū)動(dòng)。根據(jù)對(duì)傳力片的功能要求,決定了他的一端用鉚釘固定在壓盤(pán)上,另一端用螺釘與離合器蓋相連,它們沿圓周切向分布,一遍布置有3~4組,而每組由3~4個(gè)彈性薄片組成。片厚一般為1~1.2mm,保證其既有足夠的軸向彈性使壓盤(pán)容易分離,又有足夠的強(qiáng)度不至于因彎曲拉壓而斷裂。
3.2.2 壓盤(pán)的選材
壓盤(pán)的材料選用HT20-40鑄造制成。它要有一定的質(zhì)量和剛度,以保證足夠的熱容量和防止溫度升高而產(chǎn)生的彎曲變形。壓盤(pán)應(yīng)與飛輪保持良好的對(duì)中,并進(jìn)行靜平衡。壓盤(pán)的摩擦工作面需平整光滑,其端面粗糙不低于0.8。壓盤(pán)殼用M8螺栓將其一端固定在飛輪端面上,另一端固定在壓盤(pán)端面上。
壓盤(pán)是離合器的主要部分,在傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí),它和飛輪一起帶動(dòng)從動(dòng)片轉(zhuǎn)動(dòng),在單片離合器中的壓盤(pán)常采用凸臺(tái)式連接方式。
壓盤(pán)一般做的比較厚(一般不小于10mm)而且在內(nèi)緣做成一定錐度以彌補(bǔ)壓盤(pán)因受熱變形后內(nèi)緣的凸起。
壓盤(pán)設(shè)計(jì)時(shí),在初步確定壓盤(pán)厚度以后,應(yīng)校核離合器接合一次時(shí)的溫升,它不應(yīng)超過(guò)8—10℃。
(3.9)
式中,——溫升;
L——滑磨功;
c——壓盤(pán)比熱容c=544.28J/Kg ;
—分配到壓盤(pán)上的滑磨功所占百分比; 單片離合器=0.50。
m—壓盤(pán)質(zhì)量 取3Kg。
帶入(3.9)中得,
℃ 合格。
壓盤(pán)形狀一般比較復(fù)雜而且還要求耐磨、傳熱性好,通常要灰鑄鐵鑄成硬度為HB170—227。
凸臺(tái)強(qiáng)度校核
(3.10)
式中,F(xiàn)—作用在每個(gè)凸臺(tái)的力
A—離合器蓋魚(yú)凸臺(tái)的接觸面積
(3.11)
單片離合器Z=1,=2。
(3.12)
凸臺(tái)擠壓應(yīng)力10—15MPa。
3.3 離合器蓋設(shè)計(jì)
離合器蓋與飛輪用螺栓固定在一起,通過(guò)它傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分轉(zhuǎn)矩給壓盤(pán),此外它還是離合器壓緊彈簧和分離杠桿的支承殼體。
1.剛度問(wèn)題
離合器分離杠桿支承在離合器蓋上,如果蓋剛度不夠,則當(dāng)離合器分離時(shí),可能會(huì)使蓋產(chǎn)生較大的變形。為了減輕重量和增加剛度,轎車(chē)的離合器蓋常用厚度約為3~5mm的低碳鋼板(如08鋼板)沖壓成比較復(fù)雜的形狀。
2. 通風(fēng)散熱問(wèn)題
試驗(yàn)表明,摩擦片的磨損是隨壓盤(pán)溫度的升高而增大的,當(dāng)壓盤(pán)工作表面超過(guò)°C時(shí)摩擦片磨損劇烈增加,正常使用條件的離合器盤(pán),工作表面的瞬時(shí)溫度一般在°C以下。在特別頻繁的使用下,壓盤(pán)表面的瞬時(shí)溫度有可能達(dá)到1000℃。過(guò)高的溫度能使壓盤(pán)受壓變形產(chǎn)生裂紋和碎裂。為使摩擦表面溫度不高,除要求壓盤(pán)有足夠大的質(zhì)量以保證足夠的熱容量外,還要求散熱通風(fēng)好。改善離合器散熱通風(fēng)結(jié)構(gòu)的措施有:在壓盤(pán)上設(shè)散熱筋,或鼓風(fēng)筋;在離合器中間壓盤(pán)內(nèi)鑄通風(fēng)槽;將離合器蓋和壓桿制成特殊的葉輪形狀,用以鼓風(fēng);在離合器外殼內(nèi)裝導(dǎo)流罩。膜片彈簧式離合器本身構(gòu)造能良好實(shí)現(xiàn)通風(fēng)散熱效果,故不需作另外設(shè)置。
3. 對(duì)中問(wèn)題
離合器蓋內(nèi)裝有壓盤(pán)、分離桿、壓緊彈簧等零件,因此它相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪曲軸中心線必須要有良好的定心對(duì)中,否則會(huì)破壞系統(tǒng)整體的平衡,嚴(yán)重影響離合器的正常工作。
3.4 扭轉(zhuǎn)減振器
3.4.1扭轉(zhuǎn)減振器的概述
扭轉(zhuǎn)減振器主要由彈性元件和阻尼元件等組成,彈性元件的主要作用是降低傳動(dòng)系的首段扭轉(zhuǎn)剛度,從而降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階固有頻率,改變系統(tǒng)的固有振型,使之盡可能避開(kāi)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散振動(dòng)能量。因此,扭轉(zhuǎn)減振器具有一下功能:
(1) 見(jiàn)底發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與傳動(dòng)系接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度,調(diào)諧傳動(dòng)系扭振固有頻率。
(2) 增加傳動(dòng)系扭振阻尼,抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)振幅,并衰減因沖擊產(chǎn)生的瞬間扭振。
(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)定工況下傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)沖擊載荷,改善離合器的接合平順性。
3.4.2扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù)的選擇
減振器極轉(zhuǎn)矩: N·m
摩擦轉(zhuǎn)矩: N·m
預(yù)緊轉(zhuǎn)矩: N·m
極限轉(zhuǎn)角: °
圖3.2 帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤(pán)
3.4.3 減振彈簧的安裝位置
(3.13)
結(jié)合mm,得取40mm,則。
3.4.4 全部減振彈簧總的工作負(fù)荷
N (3.14)
3.4.5 單個(gè)減振彈簧的工作負(fù)荷
N (3.15)
式中:Z——減振彈簧的個(gè)數(shù)
根據(jù)表3-3選擇:取Z=6。
表3.3 減振彈簧個(gè)數(shù)的選取
摩擦片的外徑D/mm
225~250
250~325
325~350
〉350
Z
4~6
6~8
8~10
〉10
3.4.6 減振彈簧尺寸
(1)選擇材料,計(jì)算許用應(yīng)力
根據(jù)《機(jī)械原理與設(shè)計(jì)》(機(jī)械工業(yè)出版社)采用65Mn彈簧鋼絲, 設(shè)彈簧絲直徑mm,MPa,MPa。
(2)選擇旋繞比,計(jì)算曲度系數(shù)
根據(jù)下表3-4選擇旋繞比
表3.4 旋繞比的薦用范圍
d/mm
C
確定旋繞比,曲度系數(shù)
(3)強(qiáng)度計(jì)算
mm (3.16)
與原來(lái)的d接近,合格。
中徑: mm;外徑: mm。
(4)極限轉(zhuǎn)角°取 °,則mm
(5)剛度計(jì)算
彈簧剛度
mm (3.17)
其中,為最小工作力,。
彈簧的切變模量MPa,則彈簧的工作圈數(shù)
(3.18)
取,總?cè)?shù)為。
(6)彈簧的最小高度
mm
(7)減振彈簧的總變形量
mm
(8)減振彈簧的自由高度
mm
(9)減振彈簧預(yù)緊變形量
mm
(10)減振彈簧的安裝高度
mm
(11)定位鉚釘?shù)陌惭b位置
取mm,則°,mm,mm,,合格。
3.5 從動(dòng)軸的計(jì)算
3.5.1 選材
40Cr調(diào)質(zhì)鋼可用于載荷較大而無(wú)很大沖擊的重要軸,初選40Cr調(diào)質(zhì) 。
3.5.2 確定軸的直徑
(3.19)
式中:
A——由材料與受載情況決定的系數(shù)。
表3.5 軸常用幾種材料的及A值
軸的材料
Q235-A,20
Q275,35
(1Cr18Ni9Ti)
45
40Cr,35SiMn
38SiMnMo,3Cr13
15~25
20~35
25~45
35~56
A
149~126
135~112
126~103
112~97
取,n 為軸的轉(zhuǎn)速,r/min,則
mm,取mm。
3.6 本章小結(jié)
離合器是汽車(chē)傳動(dòng)系中的重要部件,他的構(gòu)造特性與發(fā)展和傳動(dòng)系緊密相關(guān),因此首先必須了解汽車(chē)傳動(dòng)系的概貌以及離合器的主要結(jié)構(gòu)。汽車(chē)離合器雖然有摩擦式、液力式、電磁式三種類(lèi)型,但摩擦式較為廣泛,所以本章系統(tǒng)介紹了膜片彈簧離合器的主要組成部件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并講述了離合器各零件的結(jié)構(gòu)和材料,以及各部分的連接關(guān)系,并根據(jù)任務(wù)書(shū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,主要有:離合器主要零部件的計(jì)算,包括從動(dòng)盤(pán)的設(shè)計(jì)計(jì)算;摩擦片主要參數(shù)的選擇、設(shè)計(jì)計(jì)算以及優(yōu)化;扭轉(zhuǎn)減振器與減震彈簧的計(jì)算。本章中最初的原始數(shù)據(jù)與比亞迪F0的數(shù)據(jù)類(lèi)似,故設(shè)計(jì)中參考實(shí)際車(chē)型相比較,驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性。
第 4 章 膜片彈簧的設(shè)計(jì)
4.1 膜片彈簧的概述
從圖4-1中可以看出,膜片彈簧在結(jié)構(gòu)形狀上分為兩部分,一部分在膜片彈簧大端處,為一個(gè)完整的截錐體,膜片彈簧的另一部分就是 它的徑向開(kāi)槽部分,像一圈伸出的手指,其作用是作為分離桿。離合器的分離正是利用這些徑向開(kāi)槽部分作為“杠桿”,使其碟簧部分脫開(kāi)與壓盤(pán)的接觸,故又稱(chēng)它為分離指。分離指與碟簧部分交界處的徑向槽較寬,呈長(zhǎng)方形圓孔。
圖4.1 膜片彈簧
膜片彈簧使用優(yōu)質(zhì)高精質(zhì)鋼。其碟簧部分的尺寸精度要求高,碟簧材料為60SiMnA。為了提高膜片彈簧的承載能力,要對(duì)膜片彈簧進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,得具有高抗疲勞能力的回火索氏體。要防止膜片內(nèi)緣離開(kāi),同時(shí)對(duì)膜片彈簧進(jìn)行強(qiáng)壓處理(將彈簧壓平并保持小時(shí)),使其高壓力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應(yīng)力,對(duì)膜片彈簧的凹表面進(jìn)行噴丸處理,噴丸是φ0.8的白口鐵小丸, 可提高彈簧的疲勞壽命。同時(shí),為提高分離指的耐磨性,對(duì)其進(jìn)行局部高頻淬火式鍍鉻。采用乳白鍍鉻,若膜片彈簧許用應(yīng)力可取為1500~1700N/mm2。
4.2 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇
4.2.1 膜片彈簧主要參數(shù)的計(jì)算
1. 比較H/h的選擇
此值對(duì)膜片彈簧的彈性特性影響極大,分析載荷與變形1之間的函數(shù)關(guān)系可知,當(dāng)時(shí),F(xiàn)2為增函數(shù);時(shí),F(xiàn)1有一極值,而該極值點(diǎn)又恰為拐點(diǎn);時(shí),F(xiàn)1有一極大值和極小值;當(dāng)時(shí),F(xiàn)1極小值在橫坐標(biāo)上
圖4.2 膜片彈簧的彈性特性曲線
為保證離合器壓緊力變化不大和操縱方便,汽車(chē)離合器用膜片彈簧的H/h通常在1.5~2范圍內(nèi)選取。常用的膜片彈簧板厚為2~4mm,本設(shè)計(jì) ,h=2.5mm ,則H=5mm 。
2. R/r選擇
通過(guò)分析表明,R/r越小,應(yīng)力越高,彈簧越硬,彈性曲線受直徑誤差影響越大。汽車(chē)離合器膜片彈簧根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求,R/r常在1.2~1.3 的范圍內(nèi)取值。
本設(shè)計(jì)中取,摩擦片的平均半徑
mm (4.1)
取mm則mm 則。
3.圓錐底角
汽車(chē)膜片彈簧在自由狀態(tài)時(shí),圓錐底角α一般在°范圍內(nèi),本設(shè)計(jì)中
(4.2)
得°在°之間,合格。分離指數(shù)常取為18,大尺寸膜片彈簧有取24的,對(duì)于小尺寸膜片彈簧,也有取12的,本設(shè)計(jì)所取分離指數(shù)為18。
4.切槽寬度
mm,mm,取mm,mm,應(yīng)滿足的要求。
5. 壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑的確定
應(yīng)略大于且盡量接近r,應(yīng)略小于R且盡量接近R。本設(shè)計(jì)取mm,mm。膜片彈簧應(yīng)用優(yōu)質(zhì)高精度鋼板制成,其碟簧部分的尺寸精度要高。國(guó)內(nèi)常用的碟簧材料的為60Si2MnA,當(dāng)量應(yīng)力可取為1600~1700N/mm2。
6. 公差與精度
離合器蓋的膜片彈簧支承處,要具有大的剛度和高的尺寸精度,壓力盤(pán)高度(從承壓點(diǎn)到摩擦面的距離)公差要小,支承環(huán)和支承鉚釘安裝尺寸精度要高,耐磨性要好。
圖4.3 膜片彈簧尺寸符號(hào)示意圖
4.2.2 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)
(1)為了滿足離合器使用性能的要求,彈簧的與初始錐角
應(yīng)在一定范圍內(nèi),即
(2)彈簧各部分有關(guān)尺寸的比值應(yīng)符合一定的范圍,即
(3)為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻,推式膜片彈簧的壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑(或拉式膜片彈簧的壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑)應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間,即
拉式:
(4)根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求,與,與之差應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取,即
(5)膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用,,因此杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取,即
拉式:
由(4)和(5)得mm,mm。
4.2.3 膜片彈簧的載荷與變形關(guān)系
碟形彈簧的形狀如圖3-2所示的錐型墊片,它具有獨(dú)特的彈性特征,廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)中。膜片彈簧是具有特殊結(jié)構(gòu)的碟形彈簧,在碟簧的小端伸出許多由徑向槽隔開(kāi)的掛狀部分——分離指。膜片彈簧的彈性特性與尺寸如其碟簧部分的碟形彈簧完全相同(當(dāng)加載點(diǎn)相同時(shí))。因此,碟形彈簧有關(guān)設(shè)計(jì)公式對(duì)膜片彈簧也適用。通過(guò)支承環(huán)和壓盤(pán)加在膜片彈簧上的沿圓周分布的載荷,假象集中在支承點(diǎn)處,用F1表示,加載點(diǎn)間的相對(duì)變形(軸向)為λ1,則壓緊力F1與變形λ1之間的關(guān)系式為:
(4.3)
式中: E——彈性模量,對(duì)于鋼,;
μ——泊松比,對(duì)于鋼,μ=0.3;
H——膜片彈簧在自由狀態(tài)時(shí),其碟簧部分的內(nèi)錐高度;
h——彈簧鋼板厚度;
R——彈簧自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的大端半徑;
r——彈簧自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的小端半徑;
R1——壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑;
r1——支承環(huán)加載點(diǎn)半徑。
表4.1 膜片彈簧彈性特性所用到的系數(shù)
R
r
R1
r1
H
h
95
76
93
78
5
2.5
代入上式(4.3)得
(4.4)
對(duì)式(4.4)求一次導(dǎo)數(shù),可解出λ1=F1的凹凸點(diǎn),求二次導(dǎo)數(shù)可得拐點(diǎn)。
凸點(diǎn):mm時(shí),N
凹點(diǎn):mm時(shí),N
拐點(diǎn):mm時(shí),N
當(dāng)離合器分離時(shí),膜片彈簧加載點(diǎn)發(fā)生變化。設(shè)分離軸承對(duì)膜片彈簧指所加的載荷為F2,對(duì)應(yīng)此載荷作用點(diǎn)的變形為λ2。
(4.5)
(4.6)
根據(jù)以上公式可求出下列表中數(shù)據(jù):
表4.2 膜片彈簧工作點(diǎn)的數(shù)據(jù)
2.31
5.59
3.39
1.73
4.19
2.97
3678.88
2060.86
2868.86
1618.71
906.78
1262.30
膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇。從膜片彈簧的彈性特性曲線圖分析出,該曲線的拐點(diǎn)H對(duì)應(yīng)著膜片彈簧壓平位置,而。新離合器在接合狀態(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Δλ范圍內(nèi)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 ,為最大限度地減小踏板力,C點(diǎn)應(yīng)盡量靠近N點(diǎn)。為了保證摩擦片磨損后仍能可靠的傳遞傳矩,并考慮摩擦因數(shù)的下降,摩擦片磨損后彈簧工作壓緊力應(yīng)大于或等于新摩擦片時(shí)的壓緊力
4.2.4 膜片彈簧的應(yīng)力計(jì)算
假定膜片彈簧在承載過(guò)程中其子午斷面剛性地繞此斷面上的某中性點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)。斷面在O點(diǎn)沿圓周方向的切向應(yīng)變?yōu)榱?,故該點(diǎn)的切向應(yīng)力為零,O點(diǎn)以外的點(diǎn)均存在切向應(yīng)變和切向應(yīng)力?,F(xiàn)選定坐標(biāo)于子午斷面,使坐標(biāo)原點(diǎn)位于中性點(diǎn)O。令X軸平行于子午斷面的上下邊,其方向如上圖所示,則斷面上任意點(diǎn)的切向應(yīng)力為:
(4.7)
圖4.4 膜片彈簧工作點(diǎn)位置
式中: φ——碟簧部分子午斷面的轉(zhuǎn)角(從自由狀態(tài)算起);
α——碟簧部分子有狀態(tài)時(shí)的圓錐底角;
e ——碟簧部分子午斷面內(nèi)中性點(diǎn)的半徑;
e=(R-r)/In(R/r) (4.8)
為了分析斷面中斷向應(yīng)力的分布規(guī)律,將上式寫(xiě)成Y與X軸的關(guān)系式:
(4.9)
圖4.5 切向應(yīng)力在子午斷面的分布
由式(4.9)可知,當(dāng)膜片彈簧變形位置φ一定時(shí),一定的切向應(yīng)力αt在X-Y坐標(biāo)系里呈線性分布。
當(dāng)時(shí),因?yàn)榈闹岛苄?,我們可以將看成,由上式可?xiě)成。此式表明,對(duì)于一定的零應(yīng)力分布在中性點(diǎn)O而與X軸承角的直線上??梢钥闯霎?dāng)時(shí)無(wú)論取任何值,都有。顯然,零應(yīng)力直線為K點(diǎn)與O點(diǎn)的連線,在零應(yīng)力直線內(nèi)側(cè)為壓應(yīng)力區(qū),外側(cè)位拉應(yīng)力區(qū),等應(yīng)力直線離應(yīng)力直線越遠(yuǎn),其應(yīng)力越高。由此可知,碟簧部分內(nèi)緣點(diǎn)B處切向壓應(yīng)力最大,A處切向拉應(yīng)力最大,分析表明,B點(diǎn)的切向應(yīng)力最大,計(jì)算膜片彈簧的應(yīng)力只需校核B處應(yīng)力就可以了,將B點(diǎn)的坐標(biāo)X=(e-r)和Y=h/2 代入(4.9)中有
(4.10)
令可以求出切向壓應(yīng)力達(dá)極大值的轉(zhuǎn)角
由于 mm
所以 ,N/mm2
B點(diǎn)作為分離指根部的一點(diǎn),在分離軸承推力F2作用下還受有彎曲應(yīng)力:
(4.11)
式中: n——分離指數(shù)目; n=18
Br——單個(gè)分離指的根部寬;
mm (4.12)
因此 N/mm2
由于σrB是與切向壓應(yīng)力σtB垂直的拉應(yīng)力,所以根據(jù)最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論,B點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力為:
N/mm (4.13)
N/mm2
膜片彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力一般都稍高于材料的局限,為提高膜片彈簧的承載能力,一般要經(jīng)過(guò)以下工藝:先對(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,得到具有較高抗疲勞能力的回火索氏體,對(duì)膜片彈簧進(jìn)行強(qiáng)壓處理(將彈簧壓平并保持12~14h),使其高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應(yīng)力,對(duì)膜片彈簧的凹表面進(jìn)行噴丸處理,提高彈簧疲勞壽命,對(duì)分離指進(jìn)行局部高頻淬火或鍍鋁,以提高其耐磨性。
4.3本章小結(jié)
膜片彈簧的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜,按照參考樣件或先期的經(jīng)驗(yàn)初步選定膜片彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸,然后對(duì)其工作彈性、應(yīng)力強(qiáng)度等作出分析,最終經(jīng)過(guò)優(yōu)選定出其合理的結(jié)構(gòu)尺寸。在本章中詳細(xì)對(duì)膜片彈簧進(jìn)行計(jì)算分析。
第 5 章 離合器操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5.1 操縱機(jī)構(gòu)
汽車(chē)離合器操縱機(jī)構(gòu)是駕駛員用來(lái)控制離合器分離又使之柔和接合的一套機(jī)構(gòu)。它始于離合器踏板,終止于離合器殼內(nèi)的分離軸承。由于離合器使用頻繁,因此離合器操縱機(jī)構(gòu)首先要求操作輕便。輕便性包括兩個(gè)方面,一是加在離合器踏板上的力不應(yīng)過(guò)大,另一方面是應(yīng)有踏板形成的校正機(jī)構(gòu)。離合器操縱機(jī)構(gòu)按分離時(shí)所需的能源不同可分為機(jī)械式、液壓式、彈簧助力式、氣壓助力機(jī)械式、氣壓助力液壓式等等。
離合器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足的要求是[3]:
(1)踏板力要小,轎車(chē)一般在80~150N范圍內(nèi),貨車(chē)不大于150~200N;
(2)踏板行程對(duì)轎車(chē)一般在mm范圍內(nèi),對(duì)貨車(chē)最大不超過(guò)180mm;
(3)踏板行程應(yīng)能調(diào)整,以保證摩擦片磨損后分離軸承的自由行程可復(fù)原;
(4)應(yīng)有對(duì)踏板行程進(jìn)行限位的裝置,以防止操縱機(jī)構(gòu)因受力過(guò)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(chē)架和駕駛室的變形不會(huì)影響其正常工作。
機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)有杠系傳動(dòng)和繩索系兩種傳動(dòng)形式,杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,但是機(jī)械效率低,質(zhì)量大,車(chē)架和駕駛室的形變可影響其正常工作,遠(yuǎn)距離操縱桿系,布置困難,而繩索傳動(dòng)可消除上述缺點(diǎn),但壽命短,機(jī)構(gòu)效率不高。