汽车设计离合器优秀课程设计.docx
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1、汽车设计课程设计离合器设计说明书姓名:范小南班级:B110210学号:B11021023目 录一、离合器设计目标及相关概述11.1 离合器基础功用11.2 离合器相关结构介绍11.3 离合器设计要求21.4拉式膜片弹簧优点3二、离合器摩擦片参数确实定32.1摩擦片相关参数确定之前数据准备32.1.1后背系数确定32.1.2单位压力确实定42.1.3摩擦因数、摩擦面数和离合器间隙42.2 摩擦片参数选择5 2.2.1初选摩擦片参数外径D、内径d和厚度b5 2.2.2 离合器传输最大转矩62.3摩擦片参数校核6 2.3.1 摩擦片最大圆周速度校核6 2.3.1 单位滑磨功校核6三、膜片弹簧设计63
2、.1 膜片弹簧参数设计73.2 膜片弹簧参数校核9四、关键零部件设计104.1 扭转减震器设计104.2 扭转用弹簧设计124.3 从动盘毂设计144.4 离合器盖结构设计154.5 压盘设计144.5.1 设计要求154.5.2 压盘几何尺寸及材料确实定154.5.3 压盘校核164.6 支撑环16五、操纵机构165.1 操纵机构介绍165.2离合器踏板行程计算185.3 踏板力计算13六、设计小结19七、参考文件21附录22一、离合器设计目标及相关概述了解乘用车离合器结构,掌握离合器工作原理,了解从动盘总成结构,掌握从动盘总成设计方法,了解压盘和膜片弹簧结构,掌握压盘和膜片弹簧设计方法,经
3、过对以上几方面了解,从而熟悉轿车离合器工作原理,同时,学会怎样查找文件资料、相关书籍,培养学生动手设计项目,掌握单独设计课题和项目标方法,从而设计出满足整车要求并符合相关标准、含有良好制造工艺性,结构简单,便于维护乘用车离合器,为以后从事汽车方面工作或工作设计打下良好基础,经过这次课程设计,使学生充足认识到设计工程所需要步骤,和本身所应含有专业素质,未进入社会提供良好学习机会,对和由学生向工程技术人员转变含相关键现实意义。1.1 离合器基础功用离合器通常安装在发动机和变速器之间,其主动部分和发动机飞轮相连,从动部分和变速器相连。1)在汽车起步时,经过离合器主、从动部分滑磨而使它们转速逐步靠近,
4、以确保汽车起步平稳。2) 当变速器换挡时,经过离合器主、从动部分快速分离来切断动力传输,以减轻齿轮冲击,确保换挡时工作平稳。3) 当离合器转矩超出其所能传输最大转矩时,其主、从动部分之间将产生滑磨,以预防传动系统过载。1.2 离合器相关结构介绍膜片弹簧离合器总成由膜片弹簧、离合器盖、压盘、传动片和分离轴承总成等部分组成。1)离合器盖离合器盖通常为或旋转对称板壳冲压结构,经过螺栓和飞轮连接在一起。离合器盖是离合器中结构形状比较复杂承载构建,压紧弹簧压紧力最总全部要由它来承受。2)膜片弹簧膜片弹簧是离合器最关键压紧元件,在其内孔圆周表面上开有很多均布长径内槽,在槽根部制成较大长圆形或矩形孔,能够穿
5、过支撑铆钉,这部分称之为分离指;从窗孔底部直弹簧外圆周部分形状像一个无底宽边碟子,其截面为截圆锥形,称之为碟簧部分。3)压盘压盘结构通常是环形盘状铸件,离合器经过压盘和发动机紧密相连。压盘靠近外圆周面处有继续环形职称凸台,最外缘均布有三个或四个传力凸耳。4)传动片离合器结合时,飞轮驱动离合器盖带动压盘一起转动,并经过压盘和从动盘摩擦片之间摩擦力使从动盘转动;离合器分离时,压盘相对于离合器盖做自由轴向移动,使从动盘松开。这些动作全部有传动片完成。传动片两端分别和离合器盖和压盘以铆钉或螺栓连接,通常才用轴向部署。在离合结合时,离合器盖经过它来驱动压盘共同旋转;在离合器分离时,可利用它弹性恢复力来牵
6、动压盘轴向分离并使操纵力降低。5)分离轴承总成分离轴承总成由分离轴承、分离套筒等组成。分离轴承在工作时关键承受轴向力,同时还承受高速旋转时离心力作用下径向力。现在国产汽车中多使用角接触推力球轴承,采取全密封结构和高温润滑脂,其端面形状和分离指舌尖部分形状相匹配,舌尖部为平面时采取球星端面,为弧面时采取平端面或凹弧形断面。1.3 离合器设计要求为了确保汽车含有良好工作性能,对汽车离合器设计提出以下基础要求:1)在任何行驶条件下均能可靠地传输发动机最大转矩,并有合适转矩贮备;2)接合时要平顺柔和,以确保汽车起步时没有抖动和冲击;3)分离时要快速、根本;4)离合器从动部分转动惯量要小,以减轻换挡时变
7、速器齿轮间冲击,便于换挡和减小同时器磨损;5)应有足够吸热能力和良好通风散热效果,以确保工作温度不致过高,延长其使用寿命;6)应使传动系避免扭转共振,并含有吸收振动、缓解冲击和减小噪声能力;7)操纵轻便、正确,以减轻驾驶员疲惫;8)作用在从动盘上压力和摩擦材料摩擦因数在使用过程中改变要尽可能小,以确保有稳定工作性能;9) 应有足够强度和良好动平衡,以确保其工作可靠、寿命长;10) 结构应简单、紧凑、质量小,制造工艺性好,拆装、维修、调整方便等。依据离合器设计要求,进行离合器总体方案设计和选择,因为膜片式离合器有自动调整压紧力、操作轻便、结构简单紧凑、高速时平衡性好和寿命长等优点,所以选择膜片拉
8、式离合器。1.4 拉式膜片弹簧优点和推式相比,拉式膜片弹簧离合器含有很多优点:取消了中间支承各零件,并不用支承环或只用一个支承环,使其结构更简单、紧凑,零件数目更少,质量更少;拉式膜片弹簧是中部和压盘相压在一样压盘尺寸条件下可采取直径较大膜片弹簧,提升了压紧力和传输转矩能力,且并不增大踏板力,在传输相同转矩时,可采取尺寸较小结构;在接合或分离状态下,离合器盖变形量小,刚度大,分离效率更高;拉式杠杆比大于推式杠杆比,且中间支承降低了摩擦损失,传动效率较高,踏板操纵更轻便,拉式踏板力比推式通常可降低约25%30%;不管在接合状态或分离状态,拉式结构膜片弹簧大端和离合器盖支承一直保持接触,在支承环磨
9、损后不会形成间隙而增大踏板自由行程,不会产生冲击和哭声;使用寿命更长。二、离合器摩擦片参数确实定2.1 摩擦片相关参数确定之前数据准备2.1.1 后备系数确实定后背系数确保离合器能可靠传输发动机扭矩,同时它有利于降低汽车起步时滑磨,提升了离合器使用寿命。但为了使离合器尺寸不至于过大,降低传输系过载,使操作轻便等,后背系数有不宜过大。因为所设计离合器为膜片弹簧离合器,在使用时其摩擦片磨损工作压力几乎不会变小(开始时还会少许增加),再加上乘用车后备功率比较大,使用条件比很好,宜取较小值,因为取值范围为1.201.75,则取=1.5。2.1.2单位压力确实定单位压力决定了摩擦表面耐磨性,对离合器工作
10、性能和使用寿命有很大影响,选择时应考虑离合器工作条件、发动机后备功率大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等原因。当摩擦片采取不一样材料时,取值范围见下表1:表1 摩擦片单位压力取值范围摩擦片材料单位压力/MPa石棉基材料模压0.150.25编织0.250.35粉末冶金材料铜基0.350.50铁基金属陶瓷材料0.701.50由上表可知:选择模压石棉基材料,取值=0.2/MPa。2.1.3摩擦因数、摩擦面数和离合器间隙确实定多种摩擦材料摩擦因数取值范围见下表2:表2 摩擦材料摩擦因数取值范围摩擦片材料摩擦因数石棉基材料模压0.200.25编织0.250.35粉末冶金材料铜基0.250.35铁基
11、0.350.50金属陶瓷材料0.4摩擦片摩擦因数取决于摩擦片所选择材料、工作温度、单位压力和滑磨速度等原因。由上表可知摩擦片材料关键有石棉基材料、粉末冶金材料和金属陶瓷材料。石棉基材料膜材因数受温度、单位压力和滑磨速度影响较大,而粉末冶金材料和金属陶瓷材料摩擦因数较大且稳定。所以选择铜基粉末冶金材料,取f=0.3。因为离合器为单片摩擦离合器。则。离合器是指离合器处于正常结合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时,为确保摩擦片正常磨损过程中仍能完全结合,在分离轴承和分离杠杆之间留有间隙。通常t为34mm。这里取t=3mm。摩擦片厚度关键有3.2mm、3.5mm、4.0mm三种,这里取b=3.5
12、mm。2.2摩擦片参数选择2.2.1初选摩擦片外径D、内径d、厚度b参数摩擦片外径是离合器基础尺寸,它关系到离合器结构重量和寿命,她和离合器传输转矩大小有一定关系: Temax=TbmaD=312TemaxfZp01-c3式中,比转矩Tb=103 Nmt-1;汽车总质量;后背系数=1.5;摩擦因数f=0.3;摩擦面数Z=2;摩擦片内、外径之比;摩擦片单位压力=0.2Mpa;代入上述数据得摩擦片外径D=215.74mm。由离合器摩擦片尺寸系列和参数可知,以下表3:表3 离合器摩擦片尺寸系列和参数外径D/mm160180200225250280内径d/mm110125140135155165厚度b
13、/mm3.23.53.53.53.53.5c=d/D0.6870.6940.7000.6670.6200.589单位面积106132160221302402所以选外径D=225mm,内径d=135mm,厚度b=3.5mm。2.2.2离合器传输最大力矩为了能确保离合器在任何工况下全部能可靠传动发动机最大转矩,设计时应大于发动机最大转矩,即Tc=Temax=1.5164.8=247.2Nm2.3 摩擦片参数校核2.3.1 摩擦片最大圆周速度校核摩擦片外径D(mm)选择应使最大圆周速度不超出6570m/s,即代入数据得vD=65.9470m/s,则符合要求。2.3.2 单位滑磨功校核为了降低汽车起步
14、过程中离合器滑磨,预防摩擦片表面温度过高而发生烧伤,离合器每一次接合单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值,即式中,乘用车单位面积滑磨功需用值;乘用车发动机转速;轮胎半径;取汽车起步时变速器档位传动比取主减速传动比代入数据得,则符合要求。三、 膜片弹簧设计3.1膜片弹簧参数设计1)比值和h选择取,h=2.5mm,H=3.75mm2)比值和R、r选择研究表明,越大,弹簧材料利用率越低,弹簧越硬,弹性特征曲线受直径误差影响越大,且应力越高。则代入数据得=91.88mm。为了使摩擦片上压力分布均匀,拉式膜片弹簧r值宜取为大于或等于=91.88mm,=1.21.35,则取r=92mm,=1.25,R=115
15、mm。3)选择膜片弹簧只有状态下圆锥角和内锥高H关系亲密,通常在915。即=tan-1HR-rHR-r代入数据得=10。4)膜片弹簧工作位置点选择经过MATLAB计算曲线拐点为3.59,3.12103,最值以下图表示图 一 膜片弹簧最值载荷力由上图可知,最大载荷点坐标为2.9,3.17103,最小值坐标4.28,3.07103(程序见附录)。因为该曲线拐点对应这膜片弹簧压平位置,新离合器在结合时,膜片弹簧工作点应该在最大值和拐点之间,而且靠近或在拐点处,以确保摩擦片最大磨损程度范围内压紧力改变不大,当分离时,膜片弹簧工作点位置改变能够最大程度降低踏板力。4)分离指数目n选择分离指数目n常取为1
16、8,大尺寸膜片弹簧可取24,小尺寸膜片弹簧可取12。这里取分离指数目n=18。5)膜片弹簧小端内半径、分离轴承作用半径确实定膜片弹簧小端内半径由离合器结构决定,其最小值应大于变速器第一轴花键外径。应大。各弹簧部分全部应符合一定范围,使Rr0=3.55.0,则取,所以r0=28.75mm。取r0=29mm,。6)切槽宽度、及半径确实定因为1=3.23.5mm,2=910mm,取=3.4mm,=9mm,取值应满足r-re2要求,则得re83mm,所以取=83mm。7)压盘加载点半径和支撑环加载点半径确实定和取值将直接影响膜片弹簧刚度,应略大于且靠近于,应略小于且靠近。所以取=113mm,=92.5
17、mm。8)膜片弹簧弹性特征经过支撑环和压盘加在膜片弹簧上载荷(N)集中在支撑点处,加载点间相对轴向变形为(mm),则膜片弹簧弹性特征以下式表示式中,E为材料弹性模量(Mpa),取;u为材料泊松比,取u=0.3;H为膜片弹簧自由状态下碟簧部分内锥高度(mm);h为膜片弹簧钢板厚度(mm);R、r分别为自由状态下碟簧部分大、小端半径(mm);、分别为压盘加载点和支撑点加载点半径(mm);利用数学工具MATLAB软件作图以下:图二 膜片弹簧弹性特征曲线3.2 膜片弹簧校核1)依据弹簧结构部署要求,和、和、和之间差应在一定范围,即代入对应数据得R-R1=27,r1-r=0.56,rf-r0=14,则符
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