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1、-推式离合器设计-第 13 页辽 宁 工 业 大 学 汽车设计 课程设计（论文）题目： 飞度08款轿车离合器设计 院（系）： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 112 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 副教授 起止时间：2014.12.152014.12.26课程设计（论文）题目飞度08款轿车离合器设计课程设计（论文）任务设计技术参数：发动机功率：Pemax=74KW/6000r/min发动机扭矩：Temax=127N.m/4800r/min传动系传动比：1挡：4.21 主传动比：3.182车轮轮胎规格： 175/65R15总质量：1450KG其余系数查相应车型参数。设计要
2、求：1要求用膜片弹簧压紧型式，拉式或推式。2画出总装配图。前面相关件从飞轮开始，输出端到输出轴（变速器输入轴）为止，操纵机构画到分离轴承。3要进行方案、结构分析及相关计算。4进行典型零部件设计，包括从动盘总成、膜片弹簧、压盘、离合器盖等。工作量：1.部件装配草图1张；2.正式装配图1张；3.零件图23张；4.设计说明书一份（约3000-5000字）。指导教师评语及成绩综合运用所学基础知识和汽车设计等专业知识，较好地完成了离合器的设计。设计过程中，认真查阅相关设计资料，设计方案合理、结构分析及计算准确，装配图和零件图表达清楚，尺寸标住基本正确，说明书完整，并按时完成了设计任务书所要求的工作量。成
3、绩： 指导教师签字： 年 月 日第一章 离合器国内外发展概况对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动系中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式离合器是一种依靠主、从动部分之间的摩擦来传动力矩且能分离的装置。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。随着汽车发动机转速、功率的不断提高和汽车电子技术的发展，人们对离合器的使用要求越来越高。推式膜片弹簧离合器主要有以下优点：推式膜片弹簧离合器是因为其结构简单，可靠性强，维修方便，目前大多数汽车都采用这种形式的离合器。采用膜片弹簧离合器是因为膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，
4、由于膜片弹簧具有非线性特性，因此可设计成摩擦片磨损后，弹簧压力几乎可以保持不变，且可减轻分离离合器时的踏板力，是操纵轻便；其次，膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对的，因此其压力实际上不受离心力的影响，性能稳定，平衡性也好；再者，膜片弹簧本身兼其压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著的缩短了其轴向尺寸；另外，由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触，是压力分布均匀，摩擦片的接触良好，磨损均匀，也易于实现良好的散热通风等。由于膜片弹簧离合器具有上述一系列的优点，并且制造膜片弹簧的工艺水平也在不断的提高，因而这种离合器在轿车及微型轻型客车上得到了广泛的应用。拉
5、式膜片弹簧离合器有很多缺点，例如：拉式膜片弹簧的分离指是与分离轴承套筒嵌装在一起的，需要采用专门的分离轴承，结构复杂，安装拆卸较困难，制造成本高。由于本车属于小型车，转矩小，综合以上推式和拉式离合器的优缺点，故本车采用单片推式膜片弹簧离合器。第二章 离合器的功用及工作原理离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其主要功用是：(1)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；(2)在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；(3)限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；(4)有效地降低传动系中的振动和噪声。发动机发出的转矩，通过飞轮及压盘与从
6、动盘接触面的摩擦作用，传给从动盘再通过从动盘毂花键齿传递给离合器输入轴。当驾驶员踩下离合器踏板时，通过机件的传递，使膜片弹簧大端带动压盘后移，此时从动部分与主动部分分离。摩擦片式离合器有推式和拉式两种：推式膜片弹簧是一种传统的膜片弹簧离合器，其结构简单、紧凑，分离行程小；与推式相比，拉式离合器有很多优点，取消了中间支撑各零件，使其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更小；以中部与压盘相接触，在同样的尺寸下可采用直径较大的膜片弹簧，提高了压紧力与传递转矩的能力，且不增加踏板力，在传递相同的转矩时，可采用尺寸较小的结构；在分离或结合状态下，离合器盖的变形量小、刚度大，分离效率高；拉式的杠杆比大于推
7、式的，传动效率高，操纵踏板更省轻便；无论在分离或结合状态下，拉式结构的膜片弹簧大端与离合器盖支撑始终接触，不会增大踏板自由行程，不会产生冲击和噪音；使用寿命更长。飞度08款轿车离合器设计，选择了单片膜片弹簧离合器，并采用推式离合器。在膜片弹簧上，靠中心部分开有18个径向切口，形成18个分离指，起弹性杠杆作用。膜片弹簧两侧有钢丝支承圈，安装在离合器盖上。在离合器盖未固定到飞轮上时，膜片弹簧不受力，处于自由状态。此时离合器盖与飞轮安装面有一距离。当见个离合器盖用螺钉固定到飞轮上时，由于离合器盖靠向飞轮，钢丝支承圈压膜片弹簧使之发生弹性变形（锥角变小）。同时，在膜片弹簧被压在钢丝支承圈上，其径向截面
8、以支承圈为支点转动（膜片弹簧呈反锥形），于是膜片弹簧外端右移，并通过分离弹簧钩拉动压盘使离合器分离。第三章 设计方案的分析与确定离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，以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；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；在工作中受到大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，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和噪声。为了保证离合器具有良好的工作性能，对汽车离合器设计提出如下基本要求：1)在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备。2
9、)接合时要平顺柔和，以保证汽车起步时没有抖动和冲击。3)分离时要迅速、彻底。4)离合器从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡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散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命。6)应使传动系避免扭转共振，并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。7)操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。8)作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。9)应有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、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。摩擦片离合器
10、主要由主动部分(发动机飞轮、离合器盖和压盘等)、从动部分(从动盘)、压紧机构(压紧弹簧)和操纵机构(分离叉、分离轴承、离合器踏板及传动部件等)四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传递动力的基本结构，操纵机构是使离合器主、从动部分分离的装置。随着汽车发动机转速和功率的不断提高、汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发，传统的圆柱弹簧离合器已经不太被人们所认可，因为人们对离合器的工作性能有着更高的要求，因此就产生了膜片弹簧离合器，它的性能更加的可靠，更能满足人们的要求。选择膜片弹簧压紧,有以下一系列优点:1、膜片弹簧具有较理想的非
11、线性特性,弹簧压力在磨擦片磨损范围内基本保持不变，因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变。2、高速旋转时,弹簧压紧力降低很少，性能较稳定。3、膜片弹簧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。4、易于实现良好的散热通风，使用寿命长。5、膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀。6、膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。同时，当膜片弹簧磨损到一定程度的时候，膜片弹簧离合器的压紧力下降很小，而圆柱弹簧离合器的压紧力下降很大，严重影响了离合器的使用性能。离合器分离时，在同一工作点位置时，采用膜片弹簧离合器的踏板力
12、要远远小于圆柱弹簧离合器的踏板力，从而增加了驾驶员的操纵轻便性。推式膜片弹簧离合器是目前汽车离合器中比较流行的新结构，它克服了拉式膜片弹簧离合器分离轴承的结构复杂和拆装较困难的缺点。推式膜片弹簧是一种传统的膜片弹簧离合器，使其结构简单、紧凑。零件数目更少，质量更小。它是以中部与压盘相压，在同样压盘尺寸下可采用直径较小的膜片弹簧，从而可以减小离合器的总体尺寸。而并不增加踏板力，在接合和分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，故分离效果更高，拉式杠杆比大于推式杠杆比，传动效率更高，使用寿命长，它的分离与分离轴承套筒总成装在一起，需专门分离轴承，结构复杂。推式摸片弹簧结构简单，安装拆卸较简单，分离行
13、程比拉式小。综合以上原因，选择推式膜片弹簧离合器。第四章 离合器总布置设计4.1 从动盘数的选择从动盘数由计算尺寸查汽车设计标准资料手册取标准。磨擦片材料的选择：选择粉末冶金材料制成的。摩擦片在性能上应满足如下要求:磨擦系数比较稳定,工作温度,磨损速度,单位压力的变化对其影响要小,足够的机械强度和耐磨性,热稳定性好,磨合性能好,密度要小,有利于结合平顺,长期停放,离合器磨擦面间不发生“粘着现象”。摩擦片与从动盘片的连接用铆钉联接。从动盘具有轴向弹性,可改变离合器性能,使离合器接合柔和,减小冲击，磨擦面接触较为均匀,磨损较小，从动毂在变速器第一轴花键上易于滑动。单片离合器结构简单，尺寸紧凑，散热
14、良好，维修调整方便，在使用时能保证分离彻底，接合平顺。多片离合器分离不彻底，轴向尺寸大，质量大，易烧坏摩擦片。综合以上原因，故选择单片离合器。4.2 压紧弹簧形式选择周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲，使弹簧压紧力下降，离合器传递扭矩的能力降低，另外，弹簧压到它定位面上，造成接触部位严重磨损，会出现弹簧断裂现象。中央弹簧此结构轴向尺寸大。斜置弹簧在重型汽车上使用，突出优点是工作性能十分稳定，踏板力较小。膜片弹簧弹簧压力在摩擦片允许范围内基本不变，能保持传递的转矩大致不变，另外它兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，质量小。由于它大断面环形与压盘接触，其压力分布均匀，摩擦片磨
15、损均匀，提高使用寿命，平衡性好。综合以上原因，故选择膜片弹簧。4.3 压盘驱动形式选择窗孔式、销钉式、键块式它们缺点是在联接件间有间隙，在驱动中将产生冲击噪声，而且零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低离合器传动效率。传动片式此结构中压盘与飞轮对中性好，使用平衡性好，简单可靠，寿命长。综合以上原因，故选择传动片式。4.4 分离时离合器受力形式选择推式膜片弹簧是一种传统的膜片弹簧离合器，使其结构简单、紧凑。零件数目更少，质量更小。它是以中部与压盘相压，在同样压盘尺寸下可采用直径较小的膜片弹簧，从而可以减小离合器的总体尺寸。而并不增加踏板力，在接合和分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，故分离效果更高
16、，拉式杠杆比大于推式杠杆比，传动效率更高，使用寿命长，它的分离与分离轴承套筒总成装在一起，需专门分离轴承，结构复杂。推式摸片弹簧结构简单，安装拆卸较简单，分离行程比拉式小。综合以上原因，故选择推式膜片弹簧。4.5 扭转减振器它能降低发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率，增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的瞬态扭振，控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器的扭振与噪声，缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷和改善离合器的接合平顺性。综合以上原因，故要有扭转减振器。4.6 分离轴承的选择根据汽车实用技术手册选单向拉力轴承，分离轴承与分离杠杆通过轴承外圈
17、联接，轴承内圈通过挡圈与膜片弹簧锁止在一起,分离轴承与分离杠杆间有轴向滑动,同时也有径向滑动。4.7 离合器的散热通风实验表明,磨擦片的磨损是随压盘的温度的升高而增大的,温度超过180200时,磨擦片磨损急剧增加.正常条件下,压盘表面工作温度在180以下。改善离合器结构措施有:在压盘上设散热筋和毂风筋,在离合器盖上开较大的通风口；在离合器外窗设有通风窗,在离合器外壳内装一导流罩,加强通风，使工作温度保持在180以下。第五章 主要零部件设计计算和验算5.1 摩擦片的设计 一、参数选择1.摩擦片数单片2.摩擦面数二、摩擦片设计计算摩擦片外径D与内径dA取47后备系数 取1.2摩擦因数 取0.25摩
18、擦片单位压力 取0.25摩擦片内、外径之比 取0.7 164mm根据国家标准取摩擦片外径200mm, 摩擦片内径140mm ，厚度b=3.5mm离合器间隙t=3mm摩擦片平均半径mm三、离合器静摩擦力矩:=1.2127=152.4 N.m四、后备系数： 34000.30.0852/127=1.36后备系数的取值范围： 1.21.7 符合要求五、约束条件:1、摩擦片外径D应使最大圆周速度不超过6570m/s 6570m/s 符合要求2、摩擦片内径必须大于减速减振器弹簧位置直径约50mm即 mm(0.600.75)mm所以 mm 符合要求3、单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值=0.28 符合要求
19、5.2 膜片弹簧的弹性特性及膜片弹簧基本参数的选择一、膜片弹簧基本参数的选择：1、比值和的选择 一般为1.52.0,板厚为24mm。取mm, ,则mm2、比值和R、r的选择 一般为1.201.35。取mm, , 则mm3、的选择 915满足要求4、分离指数目n的选择 取5、膜片弹簧小端内半径及分离轴承作用半径的确定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。应大于。取mm, mm6、切槽宽度、及半径的确定3.23.5mm,910mm, 的取值应满足的要求。取mm, 9mm, 58mm 图5.2-1膜片弹簧7、压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定应略大于且尽量接近，应略小于且尽量
20、接近取mm, mm二、约束条件1、弹簧各部分有关尺寸的比值应符合一定的范围 符合要求2、为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半径应位于摩擦片的平均半径与外半径之间。即 符合要求3、根据弹簧结构布置要求, 与,与,与之差应在一定范围内,即 符合要求4、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先取,即拉式: 符合要求 52-2 膜片弹簧自由状态三、膜片弹簧的弹性特性的计算 根据汽车设计的分析，膜片弹簧的特性与其碟形部分的弹性是相当的，在碟形弹簧的力学分析中有如下的关系式： 式中：膜片弹簧在离合器压盘支承处的载荷（N） 膜片弹簧在压盘支承处的变形量，也即压盘
21、的行程（mm）弹性模量 对钢取MPa材料的泊松比 对60si2MnA取把膜片弹簧的有关尺寸参数代入公式中经过计算以后，可得与之间的对应数量关系。也可以画成弹性特性，曲线见下图。52-3 子午断面绕中性点的转动 52-4 弹性特性曲线四、离合器的后备系数由膜片弹簧弹性特性曲线得出弹簧变形量与的值，mm, mm,由于，且一般（0.81.0）取,则3.18mm.则由膜片弹簧的特性可得离合器压盘加于摩擦片的工作压力N由汽车设计 式中 摩擦片的摩擦系数 取0.3摩擦面数目摩擦片 取2平均半径 取85将各值代入，则可算出后备系数在取值范围内5.3 膜片弹簧的强度验算根据摩片弹簧的强度分析理论，其最大的应力
22、值可由下式计算其中 式中 分离指数目 一个分离指的根部宽度 mm 中性点的半径 mm 弹簧部分子午断面的转角 弹簧部分自由状态的圆锥底角 最大应力时的子午断面转角rad代入式中可求 N/m2根据膜片弹簧的计算公式可求N则 N/m2最大应力 Mpa=15001700MPa 5.4 扭转减振器的参数选择与计算： 极限转矩：Tj=(1.5-2.0)Temax=2.0127=254 N.m 扭转角刚度：KTj=13254=3302 N扭转弹簧中心半径：Ro=（0.6-0.7）d/2=42mm取K=2200，则扭转减振器线刚度K= K/(1000Ro2*Zj)=312 N/mm取减振弹簧直径Dc=14m
23、m ， 钢丝直径d=（8pDc/3.14）=4.4mm =550Mpa扭转弹簧受到的力F=Tj/Ro =254/0.042=6 KN单个减振弹簧工作压力p=F/Zj=6000/4=1500 pa有效圈i=Gd4/(8Dc3*k)=8.41010(4.410-3)4/(80.0143312)=5总圈数n=（1.52）+ i=7最小高度Lmin=1.1dn=1.14.47=33.88mm弹簧总变形量l=p/k=1500/312=4.8mm减振弹簧总变形量lo=Lmin + l=38.68mm预变形量l =Tn/(kRoZj)=0.1Tn/(1500) 40.042=0.05mm安装高度L=lo -
24、 l =38.68-0.05=38.63mm从动片相对于从动盘毂最大转角 = 2arcsin（l/(2Ro)）=6.6 阻尼摩擦转矩： T=（0.06-0.17）Temax=0.12Temax=15.24 N.m 预紧转矩：Tn=（0.05-0.15）Temax 且 TnT Tn=14.5N.m 扭转弹簧个数：D=200 Z=4-6 个 所以取 Z 为 6 限位销直径d = 10mm5.5离合器从动盘毂花键的强度验算：查标准取: 外径mm, 内径mm, 齿数 花键有效长度 mm 齿厚 4mm 花键齿工作高度 mm发动机最大扭矩 Nm花键的挤压应力 NMPa=20Mpa5.6其他关键部件的结构设
25、计： 压盘： 厚度 1520 mm 取 h=20 D=204 d=132 温升 t= W/mc = 3 810 其中 m=V =1.87 kg W=5293 c=481.4J/kg. =0.5 传动片： 3组 ，每组2片，每片厚度为 0.8 mm。 支撑环： 直径 3 mm。 分离轴承： 按照标准取。 扭转减震器弹簧： 按标准取大径为 14mm ， 直径为4.4mm。 扭转减震器限位销： 按标准取 d=10mm 从动片厚度 2mm 波形片厚度0.8mm 6个波形片总结本文针对汽车设计了一款推式膜片弹簧离合器，汽车发动机的最大输出转矩，是离合器设计的主要依据。设计膜片弹簧离合器，能够满足飞度08
26、款轿车在正常行驶中，对离合器保证汽车平稳起步、顺利换挡、防止传动系过载等基本要求。在选择离合器后备系数时，适当增大离合器后备系数，以保证对离合器的要求。个人体会通过这些天的离合器设计过程，我对推式膜片弹簧离合器的结构、组成、工作原理等有了更深刻的了解，对每一个零件的功用都具体的去学习了。另外，在这个过程中，我也学习了离合器设计的一般过程：从设计前的准备，到设计计算、选材、验算、校核、画图、合理性分析等，这些都让我记忆深刻。在此，感谢各位老师给我的指导和帮助。谢谢！参考文献1 王望予.汽车设计 .第4版.吉林大学.北京：机械工业出版社,2006年1月2 吴宗泽.机械零件设计手册. 北京：机械工业
27、出版社,2003年11月3 陈家瑞. 吉林大学汽车工程系.汽车构造.第四版. 北京：人民交通出版社,2003年12月4 龚微寒.汽车现代设计制造. 北京：人民交通出版社,1995年8月5 机械设计手册编委会编著.第3版.机械设计手册/第1卷. 北京：机械工业出版社,2004年8月附录clc %清理屏幕clear %清理内存%参数输入E = 2.1e5; %材料的弹性模型（MPa）nu = 0.3; %材料的泊松比R = 88; %自由状态下碟片大端半径（mm）r = 67; %自由状态下碟片小端半径（mm）h = 2.1; %膜片弹簧钢板厚度（mm）H = 3.78; %自由状态下碟片内截锥高度（mm）R1 = 87; %压盘加载位置半径（mm）r1 = 68; %支撑环加载位置半径（mm）lamd1 = 0:0.001:10; %膜片弹簧轴向变形量P1=(pi*E*h.*lamd1/(6*(1-nu2).*log(R/r)/(R1-r1)2.*(H-lamd1*(R-r)/(R1-r1).*(H-lamd1/2*(R-r)/(R1-r1)+h2);plot(lamd1,P1)grid onaxis(0 10 0 8000)xlabel(变形量mm)ylabel(工作压力N)hold on