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1、交通与汽车工程学院 课程设计说明书 课 程 名 称: 汽车设计课程设计 课 程 代 码: 8203381 题 目:中型载重车膜片弹簧离合器设计 （后备功率小） 年级/专业/班: 学 生 姓 名: 学 号: 开 始 时 间: 20102010 年 1212 月 2727 日 完 成 时 间: 20112011 年 1 1 月 1414 日 课程设计成绩： 学习态度及平 时成绩（30） 技术水平与实 际能力（20） 创新 （5） 说明书（计算书、图纸、 分析报告）撰写质量 （45） 总 分 （100） 指导教师签名： 年 月 日 目录目录 摘要 2 引言 3 1 离合器基本参数及尺寸的确定 4 1
2、1 摩擦片的外径 D 及其他尺寸的确定 4 1.2 离合器后备系数 的确定 4 1.3 单位压力 P0的确定 5 2 离合器基本参数的约束条件 7 3 离合器主要零部件的设计计算 7 3.1 膜片弹簧设计 8 3.2 压盘设计14 3.3 离合器盖设计15 3.4 从动盘设计 15 4 操纵机构设计计算 16 4.1 选择操纵机构的型式17 4.2 确定操纵机构尺寸参数17 4.3 校核踏板行程18 4.4 校核踏板力18 5 参考文献 20 6 致谢 21 摘要摘要 本次设计的是中型载重车膜片弹簧离合器，根据所给汽车发动机的最大转矩、最 大转速、最大功率等基本参数确定离合器基本参数。在本次设
3、计中主要对膜片弹簧、压 盘、离合器盖、从动盘及操纵机构进行设计，同时也对膜片弹簧及操纵机构等的结构和 性能进行了校核。在设计过程中注重对膜片弹簧及操纵机构进行设计。同时应用计算机 语言编程对相关参数进行校核及调整。 关键词：关键词：膜片弹簧 、膜片弹簧离合器、操纵机构、强度 1 1 离合器基本参数及尺寸的确定离合器基本参数及尺寸的确定 1.11.1 摩擦片的外径摩擦片的外径 D D 及其他尺寸的确定及其他尺寸的确定 1.1.1 摩擦片的外径 D 是离合器的基本尺寸，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命 有决定性影响。设计上通常首先确定摩擦片的外径 D。 在确定外径 D 时，有下列经验公式可供初
4、选时使用： D= （1-1） KDTemax 为直径系数，Temax 为最大转矩 轿车：KD=14.5 轻、中型货车：单片 KD=16.018.5 双片 KD=13.515.0 重型货车：KD=22.524.0 本次设计所设计的是中型载重车（Temax/nT为 294.0Nm/2500rpm、Pemax/nP为 80.05kw/4700rpm）的膜片弹簧离合器。 所设计的离合器摩擦片为单片，由于 KD=16.018.5，所以 D=（16.018.5）=274.4317.27（mm）147.0 故取 D=280mm。 1.1.2 摩擦片的内径 d 及摩擦片厚度 b 由表 1 所示的摩擦片尺寸系列
5、可确定摩擦片的内径 D 及摩擦片厚度 b 表 1：摩擦片的尺寸系列 D(mm)160180200225250280300325350380405430 d(mm)110125140150155165175190195205220230 B(mm)3.23.54.0 因此，由表 1 选取：D=280mm d=165mm B=3.5mm 1.21.2 离合器后备系数离合器后备系数 的确定的确定 后备系数 保证了离合器能可靠地传递发动机转矩，同时，它有助于减少汽车起步 时的滑磨，提高离合器的使用寿命。 为可靠地传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大， 不宜选取太小；但是为了 使离合器尺寸不致过大，减
6、少传动系的过载，使操纵更轻便等，后备系数不宜过大。当 发动机后备功率较大、使用条件较好时， 取小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时， 为了提高起步能力，减少离合器滑磨， 取大些；货车总质量较大， 也应该选取大些； 采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取 应比汽油机大些；发动机缸 数越多，转矩波动越小， 也应选取小些。 在开始设计离合器时，一般是参照统计资料，并根据汽车的使用条件，离合器结构 形式的特点，初步选定后备系数 。 汽车离合器后备系数推荐如下： 轿车和微型、轻型货车： =1.201.75 中型和重型货车： =1.502.25 越野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽车： =1.50
7、2.25 选择 时，应从以下几个方面考虑：a. 摩擦片在使用中有一定磨损后，离合器还 能确保传递发动机最大扭矩；b. 防止离合器本身滑磨程度过大；c. 要求能够防止传动 系过载。通常中型和重型货车 =1.502.25。结合设计实际情况，故选择 =2。 1.31.3 单位压力单位压力 P P0 0的确定的确定 摩擦面上的单位压力 P0值和离合器本身的工作条件，摩擦片的直径大小，后备系数， 摩擦片的材料及质量等因素有关。 离合器使用频繁，发动机后备功率较小时，P0应取小些；当摩擦片外径较大时，为降低 摩擦片外缘热载荷，P0应取小些；后备系数较大时，可适当增大。 当摩擦片采用不同材料时，P0按下列范
8、围选取： 石棉基材料 P0 =0.100.35MPa 粉末冶金材料 P0 =0.350.60MPa 金属陶瓷材料 P0 =0.701.50MPa 本次设计中我们选取摩擦片的材料为石棉基材料。 离合器摩擦力矩根据摩擦定律可表示为： Tc=fFZRc (1-2) 式中，Tc-静摩擦力矩； f-摩擦面间的静摩擦因素，计算时一般取 0.250.30；选取 f=0.25 F-压盘施加在摩擦表面上的工作压力； Rc -摩擦片的平均摩擦半径； Z-摩擦面数，是从动盘的两倍； 所以，Z=2 假设摩擦片上工作压力均匀，则有： F= P0 A= P0(D2-d2)/4（1-3） 式中，P0-摩擦片单位压力； A-
9、一个摩擦面面积； D-摩擦片外径； d-摩擦片内径. 摩擦片的平均半径 Rc根据压力均匀的假设，可表示为： Rc =(D3-d3)/3(D2-d2) (1-4) 当 d/D0.6 时，Rc可相当准确的有下式计算： Rc =（D+d）/4 因为 d=150mm、D=225mm，所以 d/D=0.5890.6，则 Rc用（1-4）式计算 将（1-3） 、 （1-4）式代入（1-2）得： Tc=fZ P0(1-)/12 （1-5） 3 D 3 c 式中，c 为摩擦片内外径之比，c=d/D,一般在 0.530.70 之间。 为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的，设计时 Tc应大于发动机的
10、最大转矩，即 Tc =Temax （1-6） 式中，Temax=147.0N.m 为发动机最大转矩；=2 为离合器的后备系数。 把（1-6）式代入（1-5）式得： P0=12Temax/fZ (D2-d2)（D+d） 代入各参数可得 P0=0.257MPa 所得 P0在石棉基材料单位压力范围内，所以我们选取材料的单位压力 P0符合设计要 求。 2 2 离合器基本参数的约束条件离合器基本参数的约束条件 2.1 摩擦片外径 D（mm）的选取应使最大圆周速度 VD不超过 6570m/s，即 VD= nemaxD10-3/606570m/s 式中，nemax为发动机的最高转速（r/min） 。本次设计
11、中 nemax=4700 r/min，所以 VD= 470028010-3/60=68.91m/s 符合 VD6570m/s 的约束条件。 2.2 摩擦片的内外径比 c 应在 0.530.70 内。 c=d/D=165/280=0.589 符合约束条件 2.3 为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，不同车型的 值应 在一定范围内，应使 1.24.0，在前面参数选取中，我们选取 =2.0，符合此约束 条件。 2.4 为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径 d 必须大于减振器弹簧位置直径 2Ro 约 50mm，即 d2Ro+50 。d=165mm，Ro=50mm 符合要求。减振弹簧
12、的数目：6 2.5 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 Tc0=4Tc/Z(D2-d2) Tc0 式中：Tc0 为单位摩擦面积传递的转矩（N.m/mm2） ；Tc0为许用值（N.m/mm2） ，按表 2 选取。 通过计算：Tc0=0.007 N.m/mm2。 表 2、单位摩擦面积传递转矩的许用值 离合器的规格 D/mm 210 210250250325 325 Tc0/ 10-20.280.300.350.40 通过表 2 比较，Tc0Tc0符合设计要求。 2.6 为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，单位压力 P0对于不同车型，根据 所用
13、的摩擦材料在一定范围内选取，P0为 0.101.50MPa。 我们选取摩擦片的材料为石棉基材料，并且选取 P0=0.257MPa，符合此约束条件。 3 3 离合器主要零部件的设计计算离合器主要零部件的设计计算 3.13.1 膜片弹簧设计膜片弹簧设计 3.1.1 材料选取 我们选取 60Si2MnA 高精度钢板材料为膜片弹簧材料。 3.1.2 主要参数选择 3.1.2.1 比值 H/h 和 h 的选择 此值对膜片弹簧的弹性特性影响极大，分析式 1 中载荷与变形 1 之间的函数关系 可知，当时，F2 为增函数；时，F1 有一极值，而该极值点又恰为拐 点；时，F1 有一极大值和极小值；当时，F1 极小值在横坐标上，见 图 1。 （1） 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 1- 2- 3- 4- 5- 图 1 膜片弹簧的弹性特性曲线 为保证离合器压紧力变化不大和操纵方便，汽车离合器用膜片弹簧的 H/h 通常在 1.52 范围内选取。常用的膜片弹簧板厚为 24mm，本设计 H/h=1.6，h=2.5mm ，则 H=4mm 。 3.1.2.2 比值 R/r 和 R、r 的选择 通过分析表明，R/r
