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1、沈阳理工大学课程设计论文一、离合器概述对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动系中是作为一个独立的总成而存在的，它是汽车传动系中直接与发动机相连的总成。目前，各种汽车广泛采用的摩擦离合器是一种依靠主从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构、和操纵机构等四部分。离合器的功用主要的功用是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；在换档时将发动机与传动系分离，减少变速器中换档齿轮之间的冲击；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系各零件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动
2、和噪声。二、设计要求及其技术参数1.基本要求：1） 在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止过载。2） 接合时要完全、平顺、柔和，保证起初起步时没有抖动和冲击。3） 分离时要迅速、彻底。4） 从动部分转动惯量要小，以减轻换档时变速器齿轮间的冲击，便于换档和减小同步器的磨损。5） 应有足够的吸热能力和良好的通风效果，以保证工作温度不致过高，延长寿命。6） 操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。7） 具有足够的强度和良好的动平衡，一保证其工作可靠、使用寿命长。技术参数: 整车质量：1429kg最大扭矩：76Nm/3200/rpm轮胎规格：13主减速比：4.5变速
3、器一档传动比:3.090三、结构方案分析3.1从动盘数的选择：单片离合器单片离合器：对乘用车和最大质量小于6t的商用车而言，发动机的最大转矩一般不大，在布置尺寸容许条件下，离合器通常只设有一片从动盘。单片离合器的结构简单，轴向尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底，采用轴向有弹性的从动盘可保证结合平顺。3.2压紧弹簧和布置形式的选择：推式膜片弹簧离合器膜片弹簧是一种由弹簧钢制成的具有特殊结构的碟形弹簧，主要由碟簧部分和分离指部分组成。3.2.1 膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比，有如下优点：1) 具有较理想的非线性弹性特性。2) 兼起压紧弹簧和分离杠杆
4、的作用。3) 高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定。4) 以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀。5) 通风散热良好，使用寿命长。6) 膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。四、离合器主要参数的选择4.1后备系数后备系数是离合器设计中的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时，应考虑摩擦片在使用中的磨损后离合器仍能可靠地传递发动机最大转矩、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系过载以及操纵轻便等因素。乘用车选择：1.201.75 ，本次设计取 = 1.2。4.2摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙t摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所用的材料及
5、其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。摩擦因数f的取值范围见下表。表4-1 摩擦材料的摩擦因数f的取值范围摩 擦 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0.350.50金属陶瓷材料0.701.50本次设计取f = 0.30 。摩擦面数Z为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸。本次设计取单片离合器 Z = 2 。离合器间隙t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，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全结合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。该间隙t一般为34mm 。本次设计取
6、t =3 mm 。4.3摩擦片外径D、内径d和厚度b摩擦片外径、内径和厚度摩擦片外径是离合器的重要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。根据参考文献23.2.1公式：mm 式中为汽车的最大转矩；乘用车取；根据汽车设计课程设计指导书（王国权，龚国庆编著，机械工业出版社出版）表4-2可知，摩擦片（圆环形）推荐值外径D/mm内径d/mm厚度t/mm单面面积a/mm22001403.51602212251503.522089.3取； ； 由于；摩擦片的厚度主要有三种。取 取4.4单位压力p单位压力决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作
7、条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。计算：，根据参考文献1公式2-8: 可求得 在范围之内。式中取 单位压力p 决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。p 取值范围见表4-3。表4-3摩擦片单位压力p的取值范围摩擦片材料单位压力p/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由表知选择编织石棉基材料.五、离合器的设计与计算5.1离合器基本参数的优化设计离合器要确定离合器的
8、性能参数和尺寸参数，这些参数的变化直接影响离合器的工作性能和结构尺寸。这些参数的确定在前面是采用先初选、后校核的方法。下面采用优化的方法来确定这些参数。1） 摩擦片外径D（mm）的选取应使最大圆周速度v不超过6570m/s，即v =nD10 =33.4 2R+50 mm。5）为降低离合器滑磨时的热负荷,防止摩擦片损伤,对于不同车型,单位压力p根据所用的摩擦材料在一定范围内选取，p的最大范围为0.101.50 Mpa。 故满足要求6）为反映离合器传递的转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即 式中，为单位摩擦面积传递的转矩(N.m/mm2)，可按表5-1选取经检查,合格。表
9、5-1单位摩擦面积传递转矩的许用值离合器规格D/mm0280300350407）为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，离合器每一次结合的单位摩擦面积滑磨功w应小于其许用值w。汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功(J)为：W = () =()=10554.6 (J) 式中，m 为汽车总质量(kg)；rr 为轮胎滚动半径(m)；i为汽车起步时所用变速器档位的传动比；i为主减速器传动比；n为发动机转速(r/min)；乘用车n取2000 r/min 。w = = 0.33 w = 0.4 J/mm 满足要求5.2膜片弹簧的弹性特性曲线5.3膜片弹簧基本参数的选择1）
10、比值H/h 和 h 的选择 为保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的H/h 一般为1.52.0 ，板厚 h 为24 mm 。取h = 2 mm ，H/h =1.8 ，即 H = 1.7h =3.6 mm 。2）R/r比值和 R、r的选择研究表明。R/r越大，弹簧材料利用率越低，弹簧越硬，弹性特性曲线直径误差的影响越大，且应力越高。根据结构布置和压紧力的要求。R/r一般为1.201.35 。为使摩擦片上的压力分布较均匀，推式膜片弹簧的R值宜应取为大于或等于摩擦片平均半径，小于摩擦片外径半径。85mm=R=摩擦片外径100mm 取R=90mm取R/r=1.26，则r=70mm3
11、）的选择膜片弹簧自由状态下圆锥角与内截锥高度H关系密切，一般在915范围内。 = arctan H/(R-r) = 10 ，符合要求。4.）分离指数目n的选取 分离指数目n常取18，大尺寸膜片弹簧可取24，小尺寸膜片弹簧可取12 。取185）膜片弹簧小段内半径r及分离轴承作用半径r的确定r由离合器的结构决定，其最小值应大于变速器第一轴花键的外径。r应大于r 。由文献4得知花键尺寸ro=26 rf=30 6）切槽宽度、及半径r 的确定= 3.23.5 mm，= 910 mm，r 的取值应满足r - r 。本次设计取 = 3.5 mm，= 10 mm ，r r -= 60 mm 。7）压盘加载点半
12、径R 和支承环加载点半径r 的确定应略大于且尽量接近r，应略小于R且尽量接近R。R=85 r=755.4 膜片弹簧的优化设计膜片弹簧的优化设计就是要确定一组弹簧的基本参数，使其弹性特性满足离合器的使用性能要求，而且弹簧强度也满足设计要求，以达到最佳的综合效果。1）为了满足离合器使用性能的要求，弹簧的H/h 与初始底锥角H/(R-r)应在一定范围内，即 1.6 H/h = 1.8 2.2 9H/(R-r)=10 152）弹簧各部分有关尺寸的比值应符合一定的范围，即1.20 R/r=1.26 1.353.5R / r0=3.5 5.03）为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，推式膜片弹簧的压盘加载点
13、半径r1应位于摩擦片的平均半径与外半径之间，即(D+d)/4 R1 = 85 D/24）根据弹簧结构布置要求，R1与R，rf与r0之差应在一定范围内，即 1 R-R1 = 5 7 0 rf-r0 = 4 45）膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用，因此其杠杆比应在一定范围内选取，即 2.3=()/()=4.55.5膜片弹簧的载荷与变形关系碟形弹簧的形状如以锥型垫片，见图3.2，它具有独特的弹性特征，广泛应用于机械制造业中。膜片弹簧是具有特殊结构的碟形弹簧，在碟簧的小端伸出许多由径向槽隔开的挂状部分分离指。膜片弹簧的弹性特性与尺寸如其碟簧部分的碟形弹簧完全相同（当加载点相同时）。因此，碟形弹簧有关设计公式对膜片弹簧也适用。通过支承环和压盘加在膜片弹簧上的沿圆周分布的载荷，假象集中在支承点处，用F1表示，加载点间的相对变形（轴向）为1，则压紧力F1与变形1之间的关系式为: (3.10) 式中： E弹性模量，对于钢， 泊松比，对于钢，=0.3 H膜片弹簧在自由状态时，其碟簧部分的内锥高度 h弹簧钢板厚度 R弹簧自由状态时碟簧部分的大端半径r弹簧自由状态时碟簧部分的小端半径R1压盘加载点半径r1支承环加载点半径表3.8
