汽车双片摩擦片离合器设计

汽车双片摩擦片离合器 摘 要 离合器是汽车传动系中的重要部件，主要功用是是切断和实现发动机对传动 系的动力传递，保证汽车平稳起步，保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动系 统所承受的最大转矩，防止传动系统过载。膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型 汽车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平衡性好， 也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。此设计书详细的说明了轻 型汽车膜片弹簧离合器的结构形式，参数选择以及计算过程。 本文采用系统化设计 方法，把离合器分为主动部分、从动部分、操纵机构。通过对各个部分设计方案的 原理阐释和优缺点的比较， 确定了相关部分的基本结构及其零部件的制造材料。根 据车辆使用条件和车辆参数，按照离合器系统的设计步骤和要求，主要进行了以下 工作:选择相关设计参数主要为:摩擦片外径 D的确定，离合器后备系数β的确定， 单位压力的确定。并进行了总成设计主要为:分离装置的设计，以及从动盘设计(从 动盘毂的设计)和膜片弹簧设计等。关键词:离合器，双片摩擦片，机械操纵，膜 片弹簧 目录摘 要............................................................................................................................................ ......0前 言............................................................................................................................................ ......3第 1 章离合器的设计原理及其要 求...............................................................................................4 1.1 离合器简 介 ........................................................................................................................4 . 1.2 汽 车离合器的主要的功用.................................................................................................4 1.2.1 保证汽车平稳起步:..............................................................................................4 1.2.2 便于换档: ............................................................................................................4 . 1.2.3 防止传动系过载:..................................................................................................4第 2 章离合器设计的相关参数和要 求...........................................................................................6第 3 章离合器摩擦片参数 设计.......................................................................................................7 3.1 离合器摩擦 片参数设计基本原理.....................................................................................7 3.2 离合器 摩擦片参数设计计算.............................................................................................7 3.2.1 摩擦因数 f、摩擦面数 Z 和离合器间隙?t.........................................................8 3.2.2 摩擦片外径 D、内径 d 和厚度 b 的确定..............................................................8 3.2.3 离合器后备系数β的确定......................................................................................9 3.2.4 离合器传递的最大静摩擦力矩 TC.........................................................................9 3..5 单位压力 .................................................................................错误～未定义书签。 . 3.3 离合器摩擦片基本参数的校核.......................................................................................10 3.3.1 最大圆周速度 .......................................................................................................10 . 3.3.2 单位摩擦面积传递的转矩 Tc0 .............................................................................10 3.3.3 单位压力 P ...........................................................................................................10 0 3.3.4 单位摩 擦面积滑磨功............................................................................................11第 4 章膜片 弹簧设计 ....................................................................................................................12 . 4.1 膜片弹簧主要参数的选 择...............................................................................................12 4.1.1H/h 比值的选择.....................................................................................................12 4.1.2R 及 R/r 的确定.....................................................................................................13 4.1.3 膜片弹簧起始圆锥底角α....................................................................................13 4.1.4 分离指的数目 n 和切槽宽δ1、δ2 及半径 re..................................................13 4.2 绘制膜片弹簧的特性曲线...............................................................................................14 4.3 确定膜片弹簧的工作点位置...........................................................................................15 4.6 膜片弹簧强度校核 ..........................................................................................................16 . 4.7 膜片弹簧材料及制造工艺...............................................................................................17第 5 章扭转减震器的设计计 算.....................................................................................................18 5.1 扭转减震器主要参数的选择...........................................................................................18 Tj 5.1.1 极限转矩 ...........................................................................................................18 K 5.1.2 扭转刚度 .........................................................................................................18 5.1.3 阻尼摩擦转矩 T .................................................................................................18 5.1.4 预紧转矩 T n .........................................................................................................18 5.1.5 减震弹簧的位置半径 R o .....................................................................................19 5.1.6 减震弹簧的个数 Z j .............................................................................................19 5.1.7 减震弹簧总压力, .............................................................................................19第 6 章从动盘总成设计计 算.........................................................................................................20 6.1 从动片...............................................................................................................................20 6.2 从动盘毂...........................................................................................................................20 第 7 章压盘和离合器盖得设 计.....................................................................................................22 7.1 压盘几何尺寸的确定.......................................................................................................22 7.2 离合器盖的设计 .............................................................................................................22 . 7.3 支承环..............................................................................................................................23第 8 章离合器的操纵系统设 计.....................................................................................................24 8.1 对离合器操纵机构的基本要求.......................................................................................24 8.2 踏板位置...........................................................................................................................24 8.3 踏板行程...........................................................................................................................24结论............................................................................................................................................ ....26参考文 献.........................................................................................................................................27 前言 汽车从无到有并迅猛发展。从 20 世纪初到 20 世纪 50 年代，汽车产量大幅增加，汽车技术也有很大进步，相继出现了高速汽油机、柴油机:弧齿锥齿轮和准双面锥齿轮传动、 带同步器的齿轮变速器、 化油器、 差速器、摩擦片式离合器、等速万向节、液压减震器、石棉制动片、充气式橡胶轮胎等。 20 世纪 50 年代到 70 年代，汽车的主要技术是高速、方便、舒适、流线型车身、前轮独立悬架、液力自 动变速器、动力转向、全轮驱动、低压轮胎、子午线轮胎都相继出现。 20 世纪 70 年代至今，汽车技术的主要发展是提高安全性、降低排放污染。由此各种保障安全、减少排放污染的新技术、新车型相继出现，如各种防抱死系统、电子控制喷油、电子点火、三元催化转化系统、电动汽车等。现代汽车技术发展的方向主要表现在以下几个方面: 1)安全可靠应用汽车防抱死制动系统 、 (ABS) 汽车驱动防滑系统 (ASR) 、电控稳定程序(ESP)、电子巡航控制系统(CCS)、安全带、安全气囊(SRS)等。 2)环境保护采用电控燃油喷射(EFI)、无分电器点火(DLI)、废气再循环控制系统、燃油蒸发排放控制系统、气门升程与配气相位可变控制系统、断油控制、进气压力波增压及废气涡轮增压控制、共轨电控柴油喷射系统等技术。 3)节约能源 1、整车轻量化美国专家认为今后轻量化的途径主要是将目前汽车质量 70的钢铁材料换成轻的其他材料，特别是塑料和铝。2、降低轮胎的滚动阻力采用子午线轮胎、高性能专用轮胎。3、降低空气阻力汽车造型更加光顺圆滑。 4)代用材料采用合成燃料、液化石油气、压缩天然气、醇类燃料等代用燃料。 5)操纵轻便、乘坐舒适采用自动变速器、电控动力转向、电控悬架、汽车空调、全球卫星定位系统、不停车收费系统、自动避撞系统等技术。 摩擦离合器是应用的最广泛也是历史最久的一类离合器， 它基本上是由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于结合状态并能传动动力的基本机构， 而离合器的操纵机构主要是使离合器分离的装置。 在以内燃机为动力的汽车机械传动系中， 离合器用来切断和实现对传动系的动力传递，以保证:在汽车岂不是将发动机与传动系平顺结合，使汽车能平稳起步，在换挡时将发动机与传动系迅速彻底的分离，减少变速器中齿轮冲击，以便于换挡:在工作中受过大的载荷时，考离合器打滑来保护传动系，防止零件因过载而损坏。 随着汽车发动机转速和功率的不断提升、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，传统的推式膜片离合器结构正在逐渐的向拉式膜片弹簧离合器结构发展， 传统的操作形式正向自动操纵形式发展。因此，提高离合器的可靠性和使用寿命，适应高转速，增加传递转矩的能力和简化操作，已成为离合器的发展趋势。 第 1 章离合器的设计原理及其要求1.1 离合器简介 联轴器、离合器和制动器是机械传动系统中重要的组成部分，共同被称为机械传动中的三大器。它们涉及到了机械行业的各个领域。广泛用于矿山、冶金、航空、兵器、水电、化工、轻纺和交通运输各部门。 离合器是一种可以通过各种操作方式，在机器运行过程中，根据工作的需要使两轴分离或结合的装置。 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。 离合器作为一个独立的部件而存在。它实际上是一种依靠其主、从动件之间的摩擦来传递动力且能分离的机构。1.2 汽车离合器的主要的功用 1.2.1 保证汽车平稳起步: 起步前汽车处于静止状态，如果发动机与变速箱是刚性连接的，一旦挂上档，汽车将由于突然接上动力突然前冲，不但会造成机件的损伤，而且驱动力也不足以克服汽车前冲产生的巨大惯性力，使发动机转速急剧下降而熄火。如果在起步时利用离合器暂时将发动机和变速箱分离，然后离合器逐渐接合，由于离合器的主动部分与从动部分之间存在着滑动磨擦的现象，可以使离合器传出的扭矩 由零逐渐增大，而汽车的驱动力也逐渐增大，从而让汽车平稳地起步。 1.2.2 便于换档: 汽车行驶过程中，经常换用不同的变速箱档位，以适应不断变化的行驶条件。如果没有离合器将发动机与变速箱暂时分离，那么变速箱中啮合的传动力齿轮会因载荷没有卸除，其啮合齿面间的压力很大而难于分开。另一对待啮合齿轮会因二者圆周速度不等而难于啮合。即使强行进入啮合也会产生很大的齿端冲击，容易损坏机件。利用离合器使发动机和变速箱暂时分离后进行换档，则原来啮合的一对齿轮因载荷卸除，啮合面间的压力大大减小，就容易分开。而待啮合的另一对齿轮，由于主动齿轮与发动机分开后转动惯量很小，采用合适的换档动作就能使待啮合的齿轮圆周速度相等或接近相等，从而避免或减轻齿轮间的冲击。 1.2.3 防止传动系过载: 汽车紧急制动时，车轮突然急剧降速，而与发动机相连的传动系由于旋转的惯性， 仍保持原有转速，这往往会在传动系统中产生远大于发动机转矩的惯性矩，使传动系的零件容易损坏。 由于离合器是靠摩擦力来传递转矩的，所以当传动系内载荷超过摩擦力所能传递的转矩时，离合器的主、从动部分就会自动打滑，因而起到 、弹簧压紧力均匀，受离心了防止传动系过载的作用。膜片弹簧离合器的优点: 1 力影响小 2、即使摩擦片磨损，压紧负荷也不减小 3、离合器结构简单，轴向尺寸小，动平衡性能好 由于离合器上述三方面的功用，使离合器在汽车结构上有着举足轻重的地位。然而早期的离合器结构尺寸大， 从动部分转动惯量大，引起变速器换档困难，而且这种离合器在结合时也不够柔和，容易卡住，散热性差，操纵也不方便，平衡性能也欠佳。因此为了克服上述困难，可以选择膜片弹簧离合器，它的转矩容量大且较稳定，操纵轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。 第 2 章离合器设计的相关参数和要求 设计涉及的车辆技术参数:某货车总 ma 5800kg 质量，后桥驱动质量分配前轴占 40。后轴占 60。轴距， L 2750mm ，质心高度 hg 980mm ，要求设计最高车速 umax 50km / h ，最低车速为 umin 5.0km / h 。 设计涉及的发动机参数;功率 150 马力即 110KW，转速，最大转矩。 基本参数主要有性能参数β和，尺寸参数 D 和 d 及摩擦片厚度 b。以及结构参数摩擦面数 Z 和离合器间隙Δt，最后还有摩擦因数 f。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)能可靠的传递发动机的最大转矩。 2)结合过程要平顺柔和，使汽车岂不是没有抖动和冲击。 3)分离时要迅速彻底。 4)离合器从动部分的转动惯量要小，以减轻换挡是变速器轮齿间的冲击力并方便换挡。 5)高速旋转时具有可靠的强度，应注意平衡免受离心力的影响。 6)应使汽车传动系避免共振，具有吸收振动，冲击和减小噪声的能力。 7)操纵轻便，工作性能稳定，使用寿命长。 以上这些要求中最重要的是使用可靠，寿命长以及生产和使用中的良好技术经济指标和环保指标。 第 3 章离合器摩擦片参数设计3.1 离合器摩擦片参数设计基本原理 摩擦离合器是靠存在于主从动部分摩擦表面尖的摩擦力矩来传递发动机扭矩的. 离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为 Tc fFZRC 2.1 式中 f 为摩擦面间的摩擦因数;F 为压盘施加在摩擦面上的工作压力;Rc为摩擦片的平均摩擦半径;Z 为摩擦面数;单片摩擦离合器 Z2，双片摩擦离合器 Z4。 假设摩擦片上工作压力均匀，则有 D 2 d 2 F 0 A 0 4 2.2 式中 p0 为单位压力;D 为摩擦片外径;d 为摩擦片内径。 摩擦片的平均摩擦半径 RC 根据压力均匀的假设，可表示为 2.3 D3 d 3 Rc 3 D 2 d 2 当 d/D?0.6 时，RC 可相当准确地由下式计算 2.4 Dd Rc 4 则有: 2.5 Tc fZ 0 D 3 1 c 3 12 式中，c 为摩擦片内外径 之比，cd/D，一般在 0.53,0.70 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TC 应大于发动机最大转矩，即 Tc Te max 2.6 T 式中， e max 为发动机最大转矩。 β为离合器的后备系数， 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，β必须大于 1。 基本参数主要有性能参数β和，尺寸参数 D 和 d 及摩擦片厚度 b。以及结构参数摩擦面数 Z 和离合器间隙Δt，最后还有摩擦因数 f。3.2 离合器摩擦片参数设计?扑?3.2.1 摩擦因数 f、摩擦面数 Z 和离合器间隙?t 表摩擦材料的摩擦因数 f 的取值范围 摩擦片材料 摩擦因数 f 模压 0.20-0.25 石棉基材料 编织 0.25-0.35 铜基 0.25-0.35 粉末冶金材料 .