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1、武汉理工大学汽车设计课程设计说明书05富康8V离合器设计 1 离合器的概述离合器安装在发动机与变速器之间，汽车从启动到行驶的整个过程中，经常需要使用离合器。它的作用是使发动机与变速器之间能逐渐接合，从而保证汽车平稳起步，暂时切断发动机与变速器之间的联系，以便于换档和减少换档时的冲击。当汽车紧急制动时能起分离作用，防止变速器等传动系统过载，起到一定的保护作用。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，其组成如下：离 合 器主动部分操纵机构压紧机构从动部分传动部件离合器踏板分离叉分离轴承压紧弹簧从动盘压盘离合器盘飞轮为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足如下基本要求：1
2、）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，又能防止传动系过载；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，延长其寿命；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，以保证其工作可靠、使用寿命长；8）能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力；9）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。2 结构方案的
3、选择现代各类汽车上应用最广泛的离合器是干式盘形摩擦离合器，可按从动盘数目不同、压紧弹簧布置形式不同、压紧弹簧结构形式不同和分离时作用力方向不同分类如下：摩 擦 离 合 器按作用力方向按弹簧形式按弹簧布置形式按从动盘数圆柱螺旋弹簧圆锥螺旋弹簧膜片弹簧推式拉式斜向布置中央布置圆周布置多片双片单片对乘用车和最大总质量小于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。单片离合器结构简单，轴向尺寸紧凑，散热性良好，维修调整方便，从动部分转惯量小，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接合平顺。全套图纸，加153893706膜片弹簧是一种由弹簧
4、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。膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比，有一系列优点：膜片弹簧具有较理想的非线性弹性特性，弹簧压力在摩擦片的允许磨损范围内基本保持不变；兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；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；易于实现良好的通风散热，使用寿命长；膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有许多优点：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
5、小等。3 离合器主要参数的确定摩擦离合器是靠摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为 式中，为静摩擦力矩；为摩擦面间的静摩擦因数，计算时一般取；为压盘施加在摩擦面上的工作压力；为摩擦片的平均摩擦半径；为摩擦面数，是从动盘数的两倍。设为摩擦面承受的单位压力，且压力分布均匀，则单元摩擦面积上产生的单元摩擦力矩为整个摩擦面上产生的摩擦力矩为式中，R为摩擦片外半径；r为摩擦片内半径。摩擦面承受的单位压力为 式中，D为摩擦片外径，D=2R；d为摩擦片内径，d=2r.对于具有Z个摩擦面的离合器，其摩擦力矩为 将式代入式得 比较式和式，可得摩擦片平均摩擦半径为 当时，可
6、由正式相当准确地计算将式与式代入式得 式中，c为摩擦片内、外径之比，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最大转矩，设计时应大于发动机最大转矩，即 式中，为发动机最大转矩；为离合器后备系数，定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，必须大于1.离合器的基本参数主要有性能参数和，尺寸参数D、d和摩擦片厚度b以及结构参数摩擦面数Z和离合器间隙，最后还有摩擦因数。3.1 后备系数 后备系数是离合器设计时用到的一个重要参数，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，应考虑以下几点： 1)摩擦片在使用中磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机
7、最大转矩。 2)要防止离合器滑磨过大。 3)要能防止传动系过载。 显然，为可靠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；为使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜选取太大；当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可选取小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力、减少离合器滑磨，应选取大些；货车总质量越大，也应选得越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取的值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的值应大于单片离合器。 在此设计中，05富
8、康8V的值查表取1.20。3.2 单位压力 单位压力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、发动机后备功率大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。离合器使用频繁、发动机后备系数较小时，应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处的热负荷，应取小些；后备系数较大时，可适当增大。当摩擦片采用不同的材料时，取值范围见表1。表1 摩擦片单位压力的取值范围摩擦材料单位压力P0/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 本次设计取0.3 MPa。3.3 摩擦因数、摩擦面数Z和离合器间隙
9、摩擦片的摩擦因数取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。摩擦因数的取值范围见表2。表2 摩擦材料的摩擦因数的取值范围摩擦材料单位压力P0/MPa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0.4 本次设计取0.3.3.4 摩擦片外径D、内径d和厚度b当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩已知，结合式和式，适当选取后备系数和单位压力，即可估算出摩擦片外径，即 摩擦片外径D也可根据发动机最大转矩按如下经验公式选用式中，为走私系数，取值范围可在相关资料上查询。 按以上两式计算可得D约等于170mm
10、。因为摩擦片内径d可根据d/D在0.530.70之间来确定，故可选取内径为100mm。4 离合器的基本参数的优化4.1 设计变量后备系数取决于离合器工作压力F和离合器的主要尺寸参数D和d。单位压力P也取决于离合器工作压力F和离合器的主要尺寸参数D和d。因此，离合器基本参数的优化设计变量选为：4.2 目标函数离合器基本参数优化设计追求的目标，是在保证离合器性能要求的条件下使其结构尺寸尽可能小，即目标函数为：4.3 约束条件1）摩擦片外径D的选取应使最大圆周速度不超过6570m/s，即式中，为摩擦片最大圆周速度；为发动机最高转速。2）摩擦片的内、外径比c应在0.530.70范围内，即3）为了保证离
11、合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，不同车型的值应一定的范围内，最大范围为1.24.0，即4）为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径必须大于减振器弹簧位置直径约50mm，即 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6）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，单位压力根据所用的摩擦材料在一定范围内选取，的最大范围为0.101.05MPa，即5 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。5.1 设计变量应选取这六个尺寸
12、参数以及在接合工作点相应于弹簧工作压紧力的大端变形量为优化设计变量，即5.2 目标函数目前，国内关于膜片弹簧优化设计的目标函数主要有以下几种：1) 弹簧工作时的最大应力为最小；2) 在从动盘摩擦片磨损前后，弹簧压紧力之差的绝对值为最小；3) 在分离行程中，驾驶员作用在分离轴承上的分离操纵力的平均值为最小；4) 在摩擦片磨损极限范围内，弹簧压紧力变化的绝对值的平均值为最小；5) 选3）和4)两个目标函数为双目标。为了保证离合器使用过程中传递转矩的稳定性，又不致严重过载，且能保证操纵省力，选取5）作为目标函数，通过两个目标函数分配不同的权重来协调它们之间的矛盾，并用转换函数将两个目标合成一个目标，
13、构成统一的总目标函数，则式中，和分别为两个目标函数和的加权因子，视设计要求选定。5.3 约束条件1）为了满足离合器使用性能的要求，弹簧的 与初始底锥角应在一定范围内；2）为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，拉式膜片弹簧的压盘加载点半径r1应位于摩擦片的平均半径与外半径之间；3）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6压盘的设计1）离合器盖应具有足够的刚度，板厚取4mm，乘用车离合器盖一般用08、10钢等低碳钢板。2）压盘传动方式的选择由于传统的凸台式连接方式、键式连接方式、销式连接方式存在传力处之间有间隙的缺点，故选择已被广泛采用的传动片传动方式。3）传动片由于各传动片沿圆周均匀分布，它们的变形不会影响到压盘的对中性和离合器的平衡性。传动片可选为3组，每组4片，每片厚度为1.2mm，一般由弹簧钢带65Mn制成。4）分离轴承由于=4000r/min，离心力造成的径向力很大，因此采用角接触式径向推力球轴承。7 总结体会这次汽车设计课程设计，我们通过对知识的综合利用，进行必要的分析，比较
