轻型货车离合器的设计说明书

汽车设计第二章离合器设计设计参数车型：轻型货车整车质量（Kg）：3830发动机最大扭矩/转速（N·m/rpm）:220/2100最大功率/转速（Kw/rpm）:67/3000车轮滚动半径：（mm）：340一、离合器的设计目的及原理概述1.1离合器的设计目的了解轿车离合器的构造，掌握轿车离合器的工作原理。了解从动盘总成的结构，掌握从动盘总成的设计方法，了解压盘和膜片弹簧的结构，掌握压盘和膜片弹簧的设计方法，通过对以上几方面的了解，从而熟悉轿车离合器的工作原理。学会如何查找文献资料、相关书籍，培养自己的动手设计项目、自学的能力，掌握单独设计课题和项目的方法，设计出满足整车要求并符合相关标准、具有良好的制造工艺性且结构简单、便于维护的轿车离合器，为以后从事汽车方面的工作或工作中设计其它项目奠定良好的基础。1.2离合器的工作原理离合器通常装在发动机与变速器之间，其主动部分与发动机飞轮相连，从动部分与变速器相连。为各类型汽车所广泛采用的摩擦离合器，实际上是一种依靠其主、从动部分间的摩擦来传递动力且能分离的机构。离合器的主要功用是切断和实现发动机与传动系平顺的接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换档齿轮间的冲击；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，以防止传动系个零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪音。1.3离合器的设计要求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。二、离合器的结构方案分析2.1车型、技术参数车型：轻型载货汽车整车质量（Kg）：3830发动机最大扭矩/转速（N·m/rpm）:220/2100最大功率/转速（Kw/rpm）:67/3000车轮滚动半径：（mm）：3402.2从动盘数的选择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，离合器通常只设一片从动盘。2.3压紧弹簧和布置形式的选择离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。膜片弹簧与其他几类相比又有以下几个优点：（1）由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。当离合器分离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力；（2）膜片弹簧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，零件数目少，质量小；（3）高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显下降；（4）由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，可提高使用寿命；（5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长；（6）平衡性好；（7）有利于大批量生产，降低制造成本。但膜片弹簧的制造较复杂，其精度要求高，其非线性特性在生产中不易控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。近年来，由于材料性能提高，制造工艺和设计方法逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。因此，选用膜片弹簧式离合器。2.4膜片弹簧的支承形式我们选用了拉式膜片弹簧，图为拉式膜片弹簧的支承形式—单支承环形式，将膜片弹簧大端支承在离合器盖中的支承环上。2.5压盘的驱动方式在膜片弹簧离合器中，扭矩从离合器盖传递到压盘的方法有三种：1）凸台—窗孔式：它是将压盘的背面凸起部分嵌入在离合器盖上的窗孔内，通过二者的配合，将扭矩从离合器盖传到压盘上，此方式结构简单，应用较多；缺点：压盘上凸台在传动过程中存在滑动摩擦，因而接触部分容易产生分离不彻底。2）径向传动驱动式：这种方式使用弹簧刚制的径向片将离合器盖和压盘连接在一起，此传动的方式较上一种在结构上稍显复杂一些，但它没有相对滑动部分，因而不存在磨损，同时踏板力也需要的小一些，操纵方便；另外，工作时压盘和离合器盖径向相对位置不发生变化，因此离合器盖等旋转物件不会失去平衡而产生异常振动和噪声。3）径向传动片驱动方式：它用弹簧钢制的传动片将压盘与离合器盖连接在一起，除传动片的布置方向是沿压盘的弦向布置外，其他的结构特征都与径向传动驱动方式相同。经比较，我选择径向传动驱动方式。三、离合器主要参数的选择3.1后备系数β后备系数保证了离合器能可靠地传递发动机扭矩，同时它有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器的使用寿命。但为了离合器的尺寸不致过大，减少传递系的过载，使操纵轻便等，后备系数又不宜过大。由于所设计的离合器为膜片弹簧离合器，在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小（开始时还有些增加），轻型货车是在城乡间公路运输，使用条件较好，宜取小值，由《汽车设计》书表2-1，初取β=1.4。3.2单位压力0P单位压力0P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。0P取值范围见表：摩擦片材料单位压力p0/Mpa石棉基材料模压0.15～0.25编织0.25～0.35粉末冶金材料铜基0.35～0.50铁基金属陶瓷材料0.70～1.50摩擦片材料选择石棉基材料，模压制造取0P=0.2Mpa。3.3摩擦片外径D内径d和厚度b摩擦片外径D（mm）可以根据发动机最大转矩maxeT（N.m）按如下经验公式选用mmTKDeD24522016.5maxDK为直径系数由《汽车设计》书表2-3选取为16.5emaxT为发动机最大转矩m220emaxNT离合器摩擦片尺寸系列和参数表1外径D/mm160180200225250280300325350380405430内径d/mm110125140150155165175190195205220230厚度b/mm3.23.53.53.53.53.53.53.54444c=d/D0.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.5570.5400.5430.5351-c30.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.8000.8270.8430.8400.847单位面积1061321602213024024665466787299081037摩擦片标准系列尺寸，取D=250mm，d=155mm,b=3.5mm，c=d/D=0.6203.4计算校核3.4.1单位压力0P验算m3082204.1maxcNTTe)1(123330DdZDfpTcpa19.0)0525511(052226.030812)1(123333330MDdZDfTpc式中，f为摩擦因数取0.26；0p为单位压力（aMP）Z为摩擦面数取2；D为摩擦片外径取250mm；d为摩擦片内径取155mm；计算结果与前面所选择的单位压力0P相差不大，选择合理。摩擦片的工作条件比较恶劣，为了保证它能长期稳定的工作，根据汽车的的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求：⑴应具有较稳定的摩擦系数，温度，单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的影响小。⑵要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。⑶要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好⑷热稳定性要好，要求在高温时分离出的粘合剂较少，无味，不易烧焦⑸磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面⑹油水对摩擦性能的影响应最小⑺结合时应平顺而无“咬住”和“抖动”现象由以上的要求,目前车用离合器上广泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐热和化学稳定性能比较好的石棉和粘合剂及其它辅助材料混合热压而成，其摩擦系数大约在0.3左右,在该设计中选取的是石棉合成物制成的摩擦片。3.4.2最大圆周速度DvsmsmDnveD/70~65/4510052003060106033max式中，Dv为摩擦片最大圆周速度（m/s）；maxen为发动机最高转速取3000r/min；D为摩擦片外径径取250mm；故符合条件。3.4.2单位摩擦面积传递的转矩c0T0cT=)(422dDZTc)551052(22204.14222900.0(N·m/2mm)式中，cT为离合器传递的最大静摩擦力矩220mN；当摩擦片外径250~210D时，][0cT=0.0030N·m/2mm0.0029N·m/2mm，故符合要求。3.4.2单位摩擦面积滑磨功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=1800n2e2π(2g202raiirm)根据公式0gaiinr377.0u汽车的最大爬坡度为i=16.7，将爬坡度带入公式）（dtdu3600mu76140AuC3600Giu3600Gfu1a3aDaaeTP，式中，忽略空气阻力，dtdu=0将w67eKP，NG375348.93830，滚动阻力系数f取0.02代入计算得到一档时汽车的速度h/18kmuaa0gunr377.0ii36.21ii0gW=1800n2e2π(2g202raiirm)=1800001514.322(2236.210.343830)=11960(J)式中，W为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功(J)；ma为汽车总质量取3830kg；rr为轮胎滚动半径，约等于静负荷半径0.34m；ne为发动机转速(r/min),商用车ne取1500r/min;[w]=)(422dDZWπ=)551052(214.396011422=0.197J/2mm式中，W为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功取11960J满足w[w]=0.33J/mm2要求。摩擦片的相关参数表摩擦片外径D摩擦片内径d后备系数β厚度b单位压力Po250mm155mm1.43.50.20MPa四、膜片弹簧的设计4.1膜片弹簧的基本参数的选择4.1.1截锥高度H与板厚h比值hH和板厚h的选择为了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hH一般为1.5～2.0，板厚h为2～4mm故初选h=2mm,hH=1.7则H=1.6h=3.4mm.4.1.2自由状态下碟簧部分大端R、小端r的选择和rR比值当6.0Dd时，摩擦片平均半径Rc=)(25.10145515024mmdD，对于拉式膜片弹簧的R值，应满足关系RRc=101.25mm，故取R=105,再结合实际情况取R/r=1.25,则r=84m。4.1.3膜片弹簧起始圆锥底角的选择＝arctanH/(R-r)=arctan3.4/(105-84)≈10.3°，满足9°～15°的范围。4.1.4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。取分离之数目n=18。4.1.5膜片弹簧最小端内半径0r及分离轴承作用半径fr0r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。fr应该大于0r。4.1.6切槽宽度δ1、δ2及半径er取δ1＝3.4mm,δ2=10mm,er满足r-er=δ2,则er=r-δ2=84-10=74mm故取er＝74mm。4.1.7压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定R1和r1需满足下列条件：711RR，610rr故选择R1＝100mm，r1＝88mm.4.1.8膜片弹簧材料制造膜片弹簧用的材料，应具有高的弹性极限和屈服极限，高的静力强度及疲劳强度，高的冲击强度，同时应具有足够大的塑性变形性能。按上述要求，国内