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汽車設(shè)計課程設(shè)計說明書 設(shè)計題目：拉式膜片彈簧離合器設(shè)計 姓 名 高陽 周龍輝 程續(xù)朝 褚?guī)? 院 系 交通學(xué)院 　 專 業(yè) 交通運輸 年 級 交通本1401 學(xué) 號 20142803331 20142803330 20142803329 20142803325 2017年06月30日 目 錄 摘 要 ………………………………………………………………………………………… 1 1 緒論 …………………………………………………………………………………………2 1.1 離合器概論 ……………………………………………………………………………… 2 1.2 離合器的功用 ……………………………………………………………………………2 1.3 離合器的工作原理 ………………………………………………………………………3 1.4 膜片彈簧離合器的概論 …………………………………………………………………4 1.5 拉式膜片彈簧離合器的優(yōu)點 ……………………………………………………………5 2 離合器結(jié)構(gòu)方案選取 ………………………………………………………………………5 2.1 離合器車型的選定 ………………………………………………………………………5 2.2 離合器設(shè)計的基本要求 …………………………………………………………………5 2.3 離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計 …………………………………………………………………………6 2.3.1 摩擦片的選擇 …………………………………………………………………………6 2.3.2 壓緊彈簧布置形式的選擇 ……………………………………………………………6 2.3.3 壓盤的驅(qū)動方式 ………………………………………………………………………6 2.3.4 分離杠桿、分離軸承 …………………………………………………………………7 2.3.5 離合器的散熱通風(fēng) ……………………………………………………………………7 3 離合器基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 ………………………………………………………………7 3.1 摩擦片主要參數(shù)的選擇 …………………………………………………………………7 3.2 離合器后備系數(shù)β的確定 ………………………………………………………………8 3.3 單位壓力P的確定 ………………………………………………………………………9 3.4單位壓力P0的確定 ………………………………………………………………………9 4 離合器壓盤設(shè)計 …………………………………………………………………………10 4.1 壓盤的傳力方式選擇 ……………………………………………………………………10 4.2 壓盤的幾何尺寸的確定 …………………………………………………………………10 4.3 壓盤傳動片的材料選擇 …………………………………………………………………10 5離合器膜片彈簧設(shè)計 ………………………………………………………………………11 5.1 膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點 ……………………………………………………………………11 5.2 膜片彈簧的變形特性和加載方式 ………………………………………………………11 5.3 膜片彈簧的彈性變形特性 ………………………………………………………………11 5.4 膜片彈簧的參數(shù)尺寸確定 ………………………………………………………………13 5.4.1 H/h比值的選取 ………………………………………………………………………14 5.4.2 R及R/r確定 …………………………………………………………………………14 5.4.3 膜片彈簧起始圓錐底角 ……………………………………………………………14 5.4.4 膜片彈簧小端半徑r及分離軸承的作用半徑r……………… …………………15 5.4.5 分離指數(shù)目n、切槽寬、窗孔槽寬、及半徑r ……………………………15 5.4.6 膜片彈簧與壓盤接觸半徑l和支承環(huán)作用半徑L的確定…………………………15 5.4.7 膜片彈簧工作點位置的選擇…………………………………………………………15 5.4.8 膜片彈簧強度計算……………………………………………………………………16 結(jié) 論 …………………………………………………………………………………………18 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………………19 致 謝 …………………………………………………………………………………………20 摘 要 離合器是汽車傳動系中的重要部件，主要功用是是切斷和實現(xiàn)發(fā)動機對傳動系的動力傳遞，保證汽車平穩(wěn)起步，保證傳動系統(tǒng)換擋時工作平順以及限制傳動系統(tǒng)所承受的最大轉(zhuǎn)矩，防止傳動系統(tǒng)過載。膜片彈簧離合器是近年來在轎車和輕型汽車上廣泛采用的一種離合器，它的轉(zhuǎn)矩容量大而且較穩(wěn)定，操作輕便，平衡性好，也能大量生產(chǎn)，對于它的研究已經(jīng)變得越來越重要。此設(shè)計說明書詳細(xì)的說明了中型貨車?yán)侥て瑥椈呻x合器的結(jié)構(gòu)形式，參數(shù)選擇以及計算過程。 關(guān)鍵字：離合器 膜片彈簧 從動盤 壓盤 摩擦片 一、原始條件： 車型 中型貨車 驅(qū)動形式 FR42 發(fā)動機位置 前置、縱置 最高車速 Umax=90km/h 最大爬坡度 imax≥28% 汽車總質(zhì)量 ma=9290kg 滿載時前軸負(fù)荷率 25.4% 外形尺寸 總長La總寬Ba總高Ha 691024702455mm 軸距 L=3950mm 前輪距 B1=1810mm 后輪距 B2=1800mm 迎風(fēng)面積 A≈B1Ha 空氣阻力系數(shù) CD=0.9 輪胎規(guī)格 9.00—20或9.0R20 離合器 單片干式摩擦離合器 變速器 中間軸式、五擋 根據(jù)上述參數(shù)，確定發(fā)動機為 發(fā)動機最大功率 由已知參數(shù)得：Pe>=69.41Kw 根據(jù)最大功率，選用的發(fā)動機為濰柴WP4.135140,參數(shù)為： 發(fā)動機最大功率 100kw 最大轉(zhuǎn)矩 435.93N*M 根據(jù)資料，確定選取普通花紋的輪胎，r=0.4942 由發(fā)動機參數(shù)，確定的傳動系主減速比為4.76~5.96，初選為i0=5.0，確定的傳動系一檔傳動比為7.1~15.13，初選為8.935 1 緒論 1.1 離合器概述 按動力傳遞順序來說，離合器應(yīng)是傳動系中的第一個總成。顧名思義，離合器是“離”與“合”矛盾的統(tǒng)一體。離合器的工作，就是受駕駛員操縱，或者分離，或者接合，以完成其本身的任務(wù)。離合器是設(shè)置在發(fā)動機與變速器之間的動力傳遞機構(gòu)，其功用是能夠在必要時中斷動力的傳遞，保證汽車平穩(wěn)地起步；保證傳動系換檔時工作平穩(wěn)；限制傳動系所能承受的最大扭矩，防止傳動系過載。為使離合器起到以上幾個作用，目前汽車上廣泛采用彈簧壓緊的摩擦式離合器，摩擦離合器所能傳遞的最大扭矩取決于摩擦面間的工作壓緊力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面狀況等。即主要取決于離合器基本參數(shù)和主要尺寸。膜片彈簧離合器在技術(shù)上比較先進(jìn)，經(jīng)濟性合理，同時其性能良好，使用可靠性高壽命長，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，操作輕便，在保證可靠地傳遞發(fā)動機最大扭矩的前提下，有以下優(yōu)點[2]： （1）結(jié)合時平順、柔和，使汽車起步時不震動、沖擊； （2）離合器分離徹底； （3）從動部分慣量小，以減輕換檔時齒輪副的沖擊； （4）散熱性能好； （5）高速回轉(zhuǎn)時只有可靠強度； （6）避免汽車傳動系共振，具有吸收震動、沖擊和減小噪聲能力； （7）操縱輕便； （8）工作性能（最大摩擦力矩和后備系數(shù)保持穩(wěn)定） （9）使用壽命長。 1.2 離合器的功用 離合器可使發(fā)動機與傳動系逐漸接合，保證汽車平穩(wěn)起步。如前所述，現(xiàn)代車用活塞式發(fā)動機不能帶負(fù)荷啟動，它必須先在空負(fù)荷下啟動，然后再逐漸加載。發(fā)動機啟動后，得以穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速約為300～500r/min，而汽車則只能由靜止開始起步，一個運轉(zhuǎn)著的發(fā)動機，要帶一個靜止的傳動系，是不能突然剛性接合的。因為如果是突然的剛性連接，就必然造成不是汽車猛烈攢動，就是發(fā)動機熄火。所以離合器可使發(fā)動機與傳動系逐漸地柔和地接合在一起，使發(fā)動機加給傳動系的扭矩逐漸變大，至足以克服行駛阻力時，汽車便由靜止開始緩慢地平穩(wěn)起步了。 雖然利用變速器的空檔，也可以實現(xiàn)發(fā)動機與傳動系的分離。但變速器在空檔位置時，變速器內(nèi)的主動齒輪和發(fā)動機還是連接的，要轉(zhuǎn)動發(fā)動機，就必須和變速器內(nèi)的主動齒輪一起拖轉(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)，如沒有離合器來分離發(fā)動機和傳動系，發(fā)動機起動是很困難的。所以離合器的第二個功用，就是暫時分開發(fā)動機和傳動系的聯(lián)系，以便于發(fā)動機起動。 汽車行駛中變速器要經(jīng)常變換檔位，即變速器內(nèi)的齒輪副要經(jīng)常脫開嚙合和進(jìn)入嚙合。如在脫檔時，由于原來嚙合的齒面壓力的存在，可能使脫檔困難，但如用離合器暫時分離傳動系，即能便利脫檔。同時在掛檔時，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造成掛檔沖擊甚至掛不上檔，此時又需要離合器暫時分開傳動系，以便使與離合器主動齒輪聯(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，在汽車緊急制動時，傳動系受到很大的慣性負(fù)荷，此時由于離合器自動打滑，可避免傳動系零件超載損壞，起保護(hù)作用。 1.3 離合器的工作原理 摩擦離合器一般是有主動部分、從動部分組成、壓緊機構(gòu)和操縱機構(gòu)四部分組成。 離合器在接合狀態(tài)時，發(fā)動機扭矩自曲軸傳出，通過飛輪2和壓盤借摩擦作用傳給從動盤3，在通過從動軸傳給變速器。當(dāng)駕駛員踩下踏板時，通過拉桿，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，而外端與壓盤連接，所以能克服壓緊彈簧的力量拉動壓盤向左，這樣，從動盤3兩面的壓力消失，因而摩擦力消失，發(fā)動機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。此時壓緊彈簧就推動壓盤向右，仍將從動盤3壓緊在飛輪上2，這樣發(fā)動機的扭矩又傳入變速器。 圖1.1 離合器總成 1-軸承 2-飛輪 3-從動盤 4-壓盤 5-離合器蓋螺栓 6-離合器蓋 7-膜片彈簧 8-分離軸承 9-軸 1.4 膜片彈簧離合器概述 膜片彈簧離合器是近年來在轎車和輕型載貨汽車上廣泛采用的一種離合器。因其作為壓簧，可以同時兼起分離杠桿的作用，使離合器的結(jié)構(gòu)大為簡化，質(zhì)量減少，并顯著地縮短了離合器的軸向尺寸。其次，由于膜片彈簧與壓盤以整個圓周接觸，使壓力分布均勻。另外由于膜片彈簧具有非線性彈性特性，故能在從動盤摩擦片磨損后，彈簧仍能可靠的傳遞發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩，而不致產(chǎn)生滑離。離合器分離時，使離合器踏板操縱輕便，減輕駕駛員的勞動強度。此外，因膜片是一種對稱零件，平衡性好，在高速下，其壓緊力降低很少，而周布置彈離合器在高速時，因受離心力作用會產(chǎn)生橫向撓曲，彈簧嚴(yán)重鼓出，從而降低了對壓盤的壓緊力，從而引起離合器傳遞轉(zhuǎn)矩能力下降。那么可以看出，對于輕型車膜片彈簧離合器的設(shè)計研究對于改善汽車離合器各方面的性能具有十分重要的意義。 作為壓緊彈簧的所謂膜片彈簧，是由彈簧鋼沖壓成的，具有“無底碟子”形狀的截錐形薄壁膜片，且自其小端在錐面上開有許多徑向切槽，以形成彈性杠桿，而其余未切槽的大端截錐部分則起彈簧作用。膜片彈簧的兩側(cè)有支承圈，而后者借助于固定在離合器蓋上的一些（為徑向切槽數(shù)目的一半）鉚釘來安裝定位。當(dāng)離合器蓋用螺栓固定到飛輪上時，由于離合器蓋靠向飛輪，后支承圈則壓膜片彈簧使其產(chǎn)生彈性變形，錐頂角變大，甚至膜片彈簧幾乎變平。同時在膜片彈簧的大端對壓盤產(chǎn)生壓緊力使離合器處于結(jié)合狀態(tài)。當(dāng)離合器分離時，分離軸承前移膜片彈簧壓前支承圈并以其作為支點發(fā)生反錐形的轉(zhuǎn)變，使膜片彈簧大端后移，并通過分離鉤拉動壓盤后移使離合器分離。膜片彈簧離合器具有很多優(yōu)點：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此設(shè)計摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎不變，且可以減輕分離離合器時的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對離合器軸的中心線是對稱的，因此其壓緊力實際上不受離心力的影響，性能穩(wěn)定，平衡性也好；再者，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器結(jié)構(gòu)大為簡化，零件數(shù)目減少，質(zhì)量減小并顯著縮短了軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤是以整個圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，摩擦均勻，也易于實現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱等。 由于膜片彈簧離合器具有上述一系列優(yōu)點，并且制造膜片彈簧離合器的工藝水平在不斷提高，因此這種離合器在轎車及微型、輕型客車上得到廣泛運用，而且正大力擴展到載貨汽車和重型汽車上，國外已經(jīng)設(shè)計出了傳遞轉(zhuǎn)矩為80~~2000N.m、最大摩擦片外徑達(dá)420的膜片彈簧離合器系列，廣泛用于轎車、客車、輕型和中型貨車上。甚至某些總質(zhì)量達(dá)28~32t的重型汽車也有采用膜片彈簧離合器的，但膜片彈簧的制造成本比圓柱螺旋彈簧要高。膜片彈簧離合器的操縱曾經(jīng)都采用壓式機構(gòu)，即離合器分離時膜片彈簧彈性杠壓桿內(nèi)端的分離指處是承受壓力。當(dāng)前膜片彈簧離合器的操縱機構(gòu)已經(jīng)為拉式操縱機構(gòu)所取代。后者的膜片彈簧為反裝，并將支承圈移到膜片彈簧的大端附近，使結(jié)構(gòu)簡化，零件減少、裝拆方便；膜片彈簧的應(yīng)力分布也得到改善，最大應(yīng)力下降；支承圈磨損后仍保持與膜片的接觸使離合器踏板的自由行程不受影響。而在壓式結(jié)構(gòu)中支承圈的磨損會形成間隙而增大踏板的自由行程。 1.5 拉式膜片彈簧離合器的優(yōu)點 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)量更少；拉式膜片彈簧是中部與壓盤相壓在同樣壓盤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，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)磨損后不會形成間隙而增大踏板自由行程，不會產(chǎn)生沖擊和哭聲；使用壽命更長。 2 離合器結(jié)構(gòu)方案選取 2.1離合器車型的選定 本設(shè)計針對的車型是：中型貨車 其基本參數(shù)為： 最大扭矩： 435.93Nm 最高轉(zhuǎn)速： 3700r/min 整車質(zhì)量：9290 kg 2.2 離合器設(shè)計的基本要求 為了保證離合器具有良好的工作性能，設(shè)計離合器應(yīng)滿足以下要求： 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(dāng)?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，保證汽車起步時沒有抖動和沖擊。 3) 分離要迅速、徹底。 4) 從動部分轉(zhuǎn)動慣量要小，以減輕換擋時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高，延長其使用壽命。 6) 應(yīng)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。 7) 操縱輕便、準(zhǔn)確，以減輕駕駛員的疲勞。 8) 作用在從動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變化要盡可能小，以保證有穩(wěn)定的工作性能。 9) 具有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。 10) 結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、緊湊，質(zhì)量小，制造工藝性好，拆裝、維修、調(diào)整方便。 2.3 離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.3.1 摩擦片的選擇 單片離合器因為結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，散熱良好，維修調(diào)整方便，從動部分轉(zhuǎn)動慣量小，在使用時能保證分離徹底接合平順，所以被廣泛使用于轎車和中、小型貨車，因此該設(shè)計選擇單片離合器。 2.3.2 壓緊彈簧布置形式的選擇 離合器壓緊裝置可分為周置彈簧式、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是用一個膜片彈簧代替螺旋彈簧和分離杠桿。膜片彈簧與其他幾類相比又有以下幾個優(yōu)點： （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，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，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）易于實現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長； （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。 2.3.3 壓盤的驅(qū)動方式 壓盤的驅(qū)動方式主要有凸塊—窗孔式、傳力銷式、鍵塊式和彈性傳動片式等多種。前三種的共同缺點是在連接件之間都有間隙，在傳動中將產(chǎn)生沖擊和噪聲，而且在零件相對滑動中有摩擦和磨損，降低了離合器的傳動效率。 彈性傳動片式是近年來廣泛采用的驅(qū)動方式，沿圓周切向布置的三組或四組薄彈簧鋼片帶傳動片兩端分別與離合器蓋和壓盤以鎦釘或螺栓聯(lián)結(jié)，傳動片的彈性允許其作軸向移動。 2.3.4 分離杠桿、分離軸承 分離杠桿的作用由膜片彈簧承擔(dān)，其作用是通過分離軸承克服離合器彈簧的拉力并拉動壓盤移動，從而使壓盤與從動盤和從動盤與飛輪相互分離，截斷動力的傳遞，分離杠桿要具有足夠的強度和剛度，以承受反復(fù)作用在其上面的彎曲應(yīng)力，分離軸承的作用是通過分離叉的作用使分離軸承沿變速器前端蓋導(dǎo)向套作軸向移動，拉動旋轉(zhuǎn)中的膜片彈簧中部分離前端，使離合器起到分離作用。分離本次設(shè)計選用的是油封軸承，它可以將潤滑脂密封在軸承殼內(nèi)，使用中不需要增加潤滑，相比供油式軸承則需增加。 2.3.5 離合器的散熱通風(fēng) 試驗表明，摩擦片的磨損是隨壓盤溫度的升高而增大的，當(dāng)壓盤工作表面超過C時摩擦片磨損劇烈增加，正常使用條件的離合器盤，工作表面的瞬時溫度一般在C以下。在特別頻繁的使用下，壓盤表面的瞬時溫度有可能達(dá)到。過高的溫度能使壓盤受壓變形產(chǎn)生裂紋和碎裂。為使摩擦表面溫度不致過高，除要求壓盤有足夠大的質(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：在壓盤上設(shè)散熱筋，或鼓風(fēng)筋；在離合器中間壓盤內(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)造能良好實現(xiàn)通風(fēng)散熱效果，故不需作另外設(shè)置。 3 離合器基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 3.1摩擦片主要參數(shù)的選擇 摩擦片外徑是離合器的主要參數(shù)，它對離合器的輪廓尺寸、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)動機最大轉(zhuǎn)矩已知，適當(dāng)選取后備系數(shù)β和單位壓力P0，可估算出摩擦片外徑。 摩擦片外徑D（mm）也可以根據(jù)發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩（N.m）按如下經(jīng)驗公式選用 式中，為直徑系數(shù)，取值范圍見表。 由選車型得=435.93Nm，=16， 則將各參數(shù)值代入式后計算得 D=350mm 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 根據(jù)離合器摩擦片的標(biāo)準(zhǔn)化，系列化原則，根據(jù)表 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)（即GB1457—74） 外徑D/mm 160 180 200 225 250 280 300 325 350 內(nèi)徑d/mm 110 125 140 150 155 165 175 190 195 厚度h/ 3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 4 =d/D 0.687 0.694 0.700 0.667 0.589 0.583 0.585 0.56 0.540 1－ 0.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 0.824 單位面積F/ 106 132 160 221 302 402 466 546 678 可?。耗Σ疗嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)尺寸： 外徑D=350mm 內(nèi)徑d=195mm 厚度h=4mm 內(nèi)徑與外徑比值 =0.56 1－=0.824 3.2約束條件 　　摩擦片外徑D（mm）的選取應(yīng)使最大圓周速度vD不超過65～70m /s，即 將數(shù)據(jù)代入公式得： Vd=67.71<=60`70m/s 滿足要求，所以確定摩擦片相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尺寸： 外徑D=350mm 內(nèi)徑d=195mm 厚度h=4mm 內(nèi)徑與外徑比值 =0.56 1－=0.824 3.3離合器后備系數(shù)β的確定 后備系數(shù)β是離合器的重要參數(shù)，反映離合器傳遞發(fā)動機最大扭矩的可靠程度，選擇β時，應(yīng)從以下幾個方面考慮：a. 摩擦片在使用中有一定磨損后，離合器還能確保傳遞發(fā)動機最大扭矩；b. 防止離合器本身滑磨程度過大；c. 要求能夠防止傳動系過載。通常轎車和輕型貨車β=1.2～1.75。 本設(shè)計的是9噸中型貨車離合器，參看有關(guān)統(tǒng)計質(zhì)料“離合器后備系數(shù)的取值范圍”，并根據(jù)最大總質(zhì)量超過6噸的載貨汽車=1.50—2.25，結(jié)合設(shè)計實際情況，故選擇β=1.5。 　離合器后備系數(shù)的取值范圍 車 型 后備系數(shù)β 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 3.4單位壓力P0的確定 摩擦面上的單位壓力P0的值和離合器本身的工作條件,摩擦片的直徑大小,后備系數(shù),摩擦片材料及質(zhì)量等有關(guān). 離合器使用頻繁,工作條件比較惡劣(如城市用的公共汽車和礦用載重車),單位壓力P0較小為好。當(dāng)摩擦片的外徑較大時也要適當(dāng)降低摩擦片摩擦面上的單位壓力P。因為在其它條件不變的情況下，由于摩擦片外徑的增加，摩擦片外緣的線速度大，滑磨時發(fā)熱厲害，再加上因整個零件較大，零件的溫度梯度也大，零件受熱不均勻，為了避免這些不利因素，單位壓力P0應(yīng)隨摩擦片外徑的增加而降低。 前面已經(jīng)初步確定了摩擦片的基本尺寸； 外徑D=350㎜ 內(nèi)徑d=195㎜ 厚度h=4㎜ 內(nèi)徑與外徑比值 =0.56 1－=0.824 由公式得 　　　　P0=0.18MPa 滿足約束條件。 4 離合器壓盤設(shè)計 4.1壓盤的傳力方式的選擇 壓盤是離合器的主動部分，在傳遞發(fā)動機轉(zhuǎn)矩時，它和飛輪一起帶動從動盤轉(zhuǎn)動，所以它必須和飛輪連接在一起，但這種連接應(yīng)允許壓盤在離合器的分離過程中能自由的沿軸向移動。如前面所述采用的傳力方式。由彈簧鋼帶制成的傳動片一端鉚在離合器蓋上，另一端鉚在壓盤上，為了改善傳動片的受力情況，它一般都是沿圓周布置。 4.2壓盤的幾何尺寸的確定 由于摩擦片的的尺寸在前面已經(jīng)確定，故壓盤的內(nèi)外徑也可因此而確定。 壓盤外徑D=350㎜ 壓盤內(nèi)徑d=195㎜ 壓盤的厚度確定主要依據(jù)以下兩點： （1）壓盤應(yīng)有足夠的質(zhì)量 在離合器的結(jié)合過程中，由于滑磨功的存在，每結(jié)合一次都要產(chǎn)生大量的熱，而每次結(jié)合的時間又短（大約在3秒鐘左右），因此熱量根本來不及全部傳到空氣中去，這樣必然導(dǎo)致摩擦副的溫升。在頻繁使用和困難條件下工作的離合器，這種溫升更為嚴(yán)重。它不僅會引起摩擦片摩擦系數(shù)的下降，磨損加劇，嚴(yán)重時甚至?xí)鹉Σ疗蛪罕P的損壞。 由于用粉末冶金材料制成的摩擦片導(dǎo)熱性比較差，在滑磨過程中產(chǎn)生的熱主要由飛輪和壓盤等零件吸收，為了使每次接合時的溫升不致過高，故要求壓盤有足夠大的質(zhì)量以吸收熱量。 （2）壓盤應(yīng)具有較大的剛度 壓盤應(yīng)具有足夠大的剛度，以保證在受熱的情況下不致產(chǎn)生翹曲變形，而影響離合器的徹底分離和摩擦片的均勻壓緊。 鑒于以上兩個原因壓盤一般都做得比較厚（載重汽車上一般不小于15㎜），但一般不小于10㎜ 在該設(shè)計中，初步確定該離合器的壓盤的厚度為25㎜ 4.3壓盤傳動片的材料選擇 壓盤形狀一般比較復(fù)雜，而且還需要耐磨，傳熱性好和具有較高的摩擦系數(shù)，故通常用灰鐵鑄造而成，其金相組織呈珠光體結(jié)構(gòu)，硬度為170～227HBS，其摩擦表面的光潔度不低與1.6。為了增加機械強度，還可以另外添加少量合金元素。在本設(shè)計中用材料為HT200，工作表面光潔度取為1.6。 5 離合器膜片彈簧設(shè)計 5.1 膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點 由前面可以知道，本設(shè)計中的壓緊彈簧是膜片彈簧。而膜片彈簧離合器分推式和拉式，在本設(shè)計中采用拉式結(jié)構(gòu)。 膜片彈簧在結(jié)構(gòu)形狀上分為兩部分。在膜片彈簧的大端處為一完整的截錐體，它的形狀像一個無底的碟子和一般機械上用的碟形彈簧完全一樣，故稱作碟簧部分。膜片彈簧起彈性作用的正是其碟簧部分。碟形彈簧的彈性作用是這樣：沿其軸線方向加載，碟簧受壓變平，卸載后又恢復(fù)原形所?？梢哉f膜片彈簧是碟形彈簧的一種特殊結(jié)構(gòu)形式。所不同的是，在膜片彈簧上還包括有徑向開槽部分。膜片彈簧上的徑向開槽部分像一圈瓣片，它的作用是，當(dāng)離合器分離時作為分離杠桿。故它又稱分離爪。分離爪與碟簧部分交接處為圓形孔。這樣做，一方面可以減少分離爪根部應(yīng)力集中，一方面又可用來安置銷釘固定膜片彈簧，分離爪根部的過渡圓角R＞4.5。 5.2 膜片彈簧的變形特性和加載方式 由于膜片彈簧采用拉式結(jié)構(gòu)，故其正裝。離合器在分離和接合時，膜片彈簧的加載情況不一樣，相應(yīng)的有兩種加載方式和變形情況： （1）接合時：離合器接合時，膜片彈簧起壓緊彈簧之用，在壓盤——離合器蓋總成未與飛輪裝合以前，膜片彈簧近似處于自由狀態(tài)，膜片彈簧對壓盤無壓緊作用。當(dāng)壓盤——離合器蓋總成與飛輪裝合時，離合器蓋前端面向飛輪前端面靠攏。因此，離合器蓋通過支承環(huán)4對膜片彈簧施加載荷P，膜片彈簧幾乎變平。同時在壓盤處也作用有載荷P。我們把P稱作壓緊力。支承環(huán)4和膜片彈簧壓盤接觸處之間的高度變化稱作大端變形，膜片彈簧分離軸承相對于壓盤高度的變化稱之為小端變形。 （2）分離時：當(dāng)分離軸承以P力作用在膜片彈簧的小端時，支承環(huán)4逐漸不起作用，而支承環(huán)5開始起作用。當(dāng)P力達(dá)到一定值時，膜片彈簧被壓翻。分離時在膜片彈簧的大端處及小端處將進(jìn)一步產(chǎn)生附加變形和。此時膜片彈簧大端處的變形=+。 5.3 膜片彈簧的彈性變形特性 前面說過膜片彈簧起彈性作用的部分是其碟簧部分，碟簧部分的彈性變形特性和螺旋彈簧是不一樣的，它是一種非線性的彈簧，其特性和碟簧部分的原始內(nèi)截錐高H及彈簧片厚h的比值H/h有關(guān)。不同的H/h值可以得到不同的特性變形特性。一般可以分成下列四中情況： （1）＜ 如下圖5.1中H/h=0.5的曲線,其曲線形狀表現(xiàn)為:載荷P的增加,變形總是不斷增加.這種彈簧的剛度很大,可以承受很大的載荷,適合與作為緩沖裝置中的行程限制器。 ⑵ = 如圖5.1中H/h=1.5≈的曲線,彈性特性曲線在中間有一段很平直,變形的增加,載荷P幾乎不變.這種彈簧叫做零剛度彈簧. ⑶＜＜2 如圖5.1中=2.75者,彈簧的特性曲線中有一段負(fù)剛度區(qū)域,即當(dāng)變形增加時,載荷反而減少具有這種特性的膜片彈簧很適合用于作為離合器的壓緊彈簧,因為可利用其負(fù)剛度區(qū),達(dá)到分離離合器時載荷下降,操縱省力的目的,當(dāng)然負(fù)剛度過大也不適宜,以免彈簧工作位置略微變動造成彈簧壓緊力過大. ⑷＞ 如下圖,這種彈簧的的特性曲線中具有更大的負(fù)剛度不穩(wěn)定工作區(qū),而且有載荷為負(fù)值的區(qū)域.這種彈簧適合于汽車液力傳動中的鎖止機構(gòu)。 圖 圖5.1 三種不同H/h值時的無因次特曲線 圖5.2 各種不同H/h值時的無因次彈性變形特性 5.4 膜片彈簧的參數(shù)尺寸確定 在設(shè)計膜片彈簧時，一般初步選定其全部尺寸然后進(jìn)行一系列的驗算，最后優(yōu)選最合適的尺寸。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖5.3 圖5.3 膜片彈簧示意簡圖 5.4.1 H/h比值的選取 設(shè)計膜片彈簧時，要利用其非線性的彈性變形規(guī)律，因此要正確選擇其特性曲線的形狀，以獲得最佳性能。一般汽車汽車膜片彈簧的H/h值的范圍在1.6～2.2之間。 我設(shè)計的膜片彈簧?。?=2 所以，H=5.0mm；h=2.5mm 5.4.2 R及R/r確定 比值R/r對彈簧的載荷及應(yīng)力特性都有影響，從材料利用率的角度，比值在1.8～2.0時，碟形彈簧儲存彈性的能力為最大，就是說彈簧的質(zhì)量利用率和好。因此設(shè)計用來緩和沖擊，吸收振動等需要儲存大量彈性能時的碟簧時選用。 對于汽車離合器的膜片彈簧，設(shè)計上并不需要儲存大量的彈性能，而是根據(jù)結(jié)構(gòu)布置與分離的需要來決定，一般R/r取值為1.2～1.3. 對于R,膜片彈簧大端外徑R應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)上的要求和摩擦片的外徑相適應(yīng)，大于摩擦片內(nèi)徑，近于摩擦片外徑。此外，當(dāng)H，h及R/r等不變時，增加R有利于膜片彈簧應(yīng)力的下降。 R=（D+d）/4=(350+195)/4=136.25 初步確定R=136.5mm；r=105mm 所以，R/r=1.3 5.4.3 膜片彈簧起始圓錐底角 汽車膜片彈簧一般起始圓錐底角在9～15之間，≈ （7-1） 代入數(shù)值計算可得：=10.78 離合器從動盤轂花鍵尺寸系列 摩擦片 外徑 D/mm 發(fā)動機的 最大轉(zhuǎn)矩 Temax/Nm 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 l/mm 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 5.4.4 膜片彈簧小端半徑r及分離軸承的作用半徑r r的值主要由結(jié)構(gòu)決定，最小值應(yīng)大于變速器第一軸花鍵外徑，分離軸承作用半徑r大于 r。 因為花鍵外徑D=40㎜，要使2 r＞D，所以取r=28㎜，r=30㎜ 5.4.5 分離指數(shù)目n、切槽寬、窗孔槽寬、及半徑 汽車離合器膜片彈簧的分離指數(shù)目n＞12，一般在18左右，采用偶數(shù)，便于制造時模具分度切槽寬=3.2~3.5㎜，=9~10㎜，窗孔半徑r一般情況下由 （r－r）≈(0.8～1.4) 所以取r－r=1=10㎜ 可取得n=18、=3.4㎜、=9㎜,、r=105-9=96mm 5.4.6 膜片彈簧與壓盤接觸半徑l和支承環(huán)作用半徑L的確定 L和l的取值將影響膜片彈簧的剛度。一般，L應(yīng)接近R而略小于R，l應(yīng)盡量接近r而略大于r。 取L=106mm，l=136mm。 5.4.7 膜片彈簧工作點位置的選擇 假設(shè)膜片彈簧在承載過程中，其子午截面剛性地繞該截面上的某中性點O轉(zhuǎn)動。工作壓力與軸向變形的關(guān)系式： 式中：E—彈性模量，對于鋼：E=MPa； μ—泊松比，對于鋼：μ=0.3； 代入數(shù)據(jù)，得： 由上式可繪制出膜片彈簧的特性曲線，如圖5-4所示： 圖5-4 膜片彈簧的特性曲線 由圖可得：，， 得： 彈簧工作點B一般取在凸點M和拐點H之間，且靠近或在H點處，一般 取，同時：膜片彈簧小端分離軸承處作用有分離力： 得： 5.4.8 膜片彈簧強度計算 由前述假設(shè)可知，子午截面在中性點o點處沿圓周方向的切向應(yīng)變?yōu)榱悖试擖c的切向應(yīng)力也為零，o點以外的點均存在切向應(yīng)變和切向應(yīng)力。建立如圖5-5所示的坐標(biāo)系xoy，則截面上任意點(x,y)的切向應(yīng)力(MPa)為： 式中：—從自由狀態(tài)起，碟簧部分子午截面的轉(zhuǎn)角，rad； —碟簧自由狀態(tài)時的圓錐底角，rad； —中性點o的半徑，mm，。 圖5-5 中性點o為坐標(biāo)原點在子午截面處建立x-y坐標(biāo)系 分析表明，B點的應(yīng)力值最高，通常只計算B點的應(yīng)力來校核碟簧的強度。即當(dāng)x=-(e-r)，y=h/2，時，取得最大值， 得： 在分離軸承推力作用下，B點還受彎曲應(yīng)力， 式中：為分離指根部的寬度，mm，。 當(dāng)徹底分離時，，，此時，代入數(shù)據(jù)得： ， 考慮到彎曲應(yīng)力是與切向應(yīng)力相互垂直的拉應(yīng)力，根據(jù)最大切應(yīng)力強度理論，B點的當(dāng)量應(yīng)力為 代入數(shù)據(jù)得：，滿足強度要求。 膜片彈簧所有的尺寸： H=6mm，h=3mm，R=136.5mm，r=105mm，L=106mm，l=136mm，=10.78 =28mm，=30mm，n=18，=3.4mm，=9mm，=96mm。 膜片彈簧零件示意圖如下： 圖5-6 膜片彈簧零件圖 結(jié)論 本次課程設(shè)計根據(jù)給出的設(shè)計要求和原始設(shè)計參數(shù)，以及拉式膜片彈簧離合器及其操縱機構(gòu)的工作原理和使用要求，通過對其工作原理的闡述、結(jié)構(gòu)方案的比較和選擇、相關(guān)零件參數(shù)的計算，大致確定了離合器及其操縱機構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和主要尺寸以及制造相關(guān)零部件所用的材料。 結(jié)構(gòu)方面：根據(jù)設(shè)計要求，考慮到使用條件和其顯著的優(yōu)點，選用帶扭轉(zhuǎn)減振器的單片拉式膜片彈簧離合器，壓盤驅(qū)動方式采用傳動片傳動，分離軸承采用拉式自動調(diào)心式分離軸承，操縱機構(gòu)采用液壓式。 計算方面：確定了離合器的主要參數(shù)β、P0、D、d，結(jié)果按照基本公式運算得出并通過約束條件，檢驗合格。根據(jù)膜片彈簧基本參數(shù)之間的約束關(guān)系，初步確定了膜片彈簧的尺寸參數(shù)，并通過優(yōu)化程序得出了膜片彈簧尺寸的優(yōu)化值，并進(jìn)一步確定了膜片彈簧的工作點，同時進(jìn)行了強度校核。 選材方面：摩擦片選用粉末冶金材料，保證其有足夠的強度和耐磨性、熱穩(wěn)定性、磨合性，不會發(fā)生粘著現(xiàn)象。膜片彈簧采用65Si2MnA，其中所含硅成分提高了機件的彈性，所含錳，加強了耐高溫性；傳動片采用80剛，滿足其強度需要；壓盤采用HT200，提高了耐磨性；離合器蓋從用45鋼，提高了散熱能力；設(shè)計后的離合器溫升校核合格。 綜上所述，本次設(shè)計遵從了：（1）分離徹底；（2）接合柔和；（3）操縱輕便，工作特征穩(wěn)定；（4）從動部分轉(zhuǎn)動慣量小的設(shè)計要點，數(shù)據(jù)全部通過約束條件檢驗，原件所使用的材料基本上符合耐磨，耐壓和耐高溫的要求，而且離合器尺寸合適，適宜安裝，能最高效率傳遞發(fā)動機扭矩，符合計劃書及國家標(biāo)準(zhǔn)。 由于自己的水平有限，本次設(shè)計中可能有很多錯誤和遺漏，希望各位老師批評指正。 參考文獻(xiàn) [1] 徐石安,江發(fā)潮.汽車離合器[M].清華大學(xué)出版社.2005. 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