北京切諾基越野車離合器設計【含CAD圖紙和文檔全套】【LB3】

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SY-025-BY-4 畢業(yè)設計（論文）指導記錄 日期 地點 指導方式 指導記錄 （指導內容、存在問題及解決思路） 學生（記錄人）簽名： 指導教師簽名： 日期 地點 指導方式 指導記錄 （指導內容、存在問題及解決思路） 學生（記錄人）簽名： 指導教師簽名： 日期 地點 指導方式 指導記錄 （指導內容、存在問題及解決思路） 學生（記錄人）簽名： 指導教師簽名： SY-025-BY-5 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 填表日期 2010年4月 18日 迄今已進行 8 周剩余 8 周 學生姓名 張夢筆 系部 汽車工程 專業(yè)、班級 車輛工程06-8 指導教師姓名 王瑛璞 職稱 高級實驗師 從事 專業(yè) 汽車運用 是否外聘 □是√否 題目名稱 北京切諾基越野車離合器設計 學 生 填 寫 畢業(yè)設計（論文）工作進度 已完成主要內容 待完成主要內容 （1）資料收集、調研，完成開題報告 （2）熟悉車輛及離合器各參數(shù)，掌握設計方法及過程 （3）離合器基本參數(shù)的選擇，從動盤總成設計計算，壓盤總成設計計算，膜片彈簧設計計算 （1） 對數(shù)據(jù)的演算和修改 （2） 圖紙繪制 （3） 完成所有設計內容 存在問題及努力方向 　 傳力片的設計校核遇到了困難，扭轉減震器的分析過程中得個別步驟理解不明確，對于涉及的總體進度進行的偏慢，在剩余時間內要努力提高效率，加快進程，準時完成所有設計內容。 學生簽字： 指導教師 意 見 指導教師簽字： 教研室 意 見 教研室主任簽字： 年 月 日 SY-025-BY-6 畢業(yè)設計指導教師評分表 學生姓名 張夢筆 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程BW06-8 指導教師姓名 王瑛璞 職稱 高級實驗師 從事 專業(yè) 汽車運用 是否外聘 □是√否 題目名稱 北京切諾基越野車離合器設計 序號 評 價 項 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況；題目難易度 10 2 題目工作量；題目與生產、科研、實驗室建設等實際的結合程度 10 3 綜合運用知識能力（設計涉及學科范圍，內容深廣度及問題難易度）；應用文獻資料能力 15 4 設計（實驗）能力；計算能力（數(shù)據(jù)運算與處理能力）；外文應用能力 20 5 計算機應用能力；對實驗結果的分析能力（或綜合分析能力、技術經濟分析能力） 10 6 插圖（圖紙）質量；設計說明書撰寫水平；設計的實用性與科學性；創(chuàng)新性 20 7 設計規(guī)范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等） 5 8 科學素養(yǎng)、學習態(tài)度、紀律表現(xiàn)；畢業(yè)論文進度 10 得 分 X= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點） 　 　 　 　 　 　 　　 指導教師簽字： 年 月 日 SY-025-BY-7 畢業(yè)設計評閱人評分表 學生 姓名 張夢筆 專業(yè) 班級 車輛工程BW06-8 指導教 師姓名 王瑛璞 職稱 高級實驗師 題目 北京切諾基越野車離合器設計　 序號 評 價 項 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況；題目難易度 10 2 題目工作量；題目與生產、科研、實驗室建設等實際的結合程度 10 3 綜合運用知識能力（設計涉及學科范圍，內容深廣度及問題難易度）；應用文獻資料能力 15 4 設計（實驗）能力；計算能力（數(shù)據(jù)運算與處理能力）；外文應用能力 25 5 計算機應用能力；對實驗結果的分析能力（或綜合分析能力、技術經濟分析能力） 15 6 插圖（圖紙）質量；設計說明書撰寫水平；設計的實用性與科學性；創(chuàng)新性 20 7 設計規(guī)范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等） 5 得 分 Y= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點） 　 　　 　 　 　 　 　　 　 　 　　 　 　 評閱人簽字 ： 年 月 日 SY-025-BY-8 畢業(yè)設計答辯評分表 學生 姓名 張夢筆 專業(yè) 班級 車輛工程BW06-8 指導 教師 王瑛璞 職 稱 高級實驗師 題目 北京切諾基越野車離合器設計 答辯 時間 月 日 時 答辯組 成員姓名 出席 人數(shù) 序號 評 審 指 標 滿 分 得 分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況，題目難易度、工作量、與實際的結合程度 10 2 設計（實驗）能力、對實驗結果的分析能力、計算能力、綜合運用知識能力 10 3 應用文獻資料、計算機、外文的能力 10 4 設計說明書撰寫水平、圖紙質量，設計的規(guī)范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等）、實用性、科學性和創(chuàng)新性 15 5 畢業(yè)設計答辯準備情況 5 6 畢業(yè)設計自述情況 20 7 畢業(yè)設計答辯回答問題情況 30 總 分 Z= 答辯過程記錄、評語： 　 　 　 　 　 　 　 　 　 答辯組長簽字： 年 月 日 SY-025-BY-9 畢業(yè)設計（論文）成績評定表 學生姓名 張夢筆 性別 男 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè) 車輛工程 班級 BW06-8 設計（論文）題目 北京切諾基越野車離合器設計 指導教師姓名 職稱 指導教師 評分（X） 評閱教師姓名 職稱 評閱教師 評分（Y） 答辯組組長 職稱 答辯組 評分（Z） 畢業(yè)設計（論文）成績 百分制 五級分制 答辯委員會評語： 答辯委員會主任簽字（蓋章）： 系部公章： 年 月 日 注：1、指導教師、評閱教師、答辯組評分按百分制填寫，畢業(yè)設計（論文）成績百分制=0.3X+0.2Y+0.5Z 2、評語中應當包括學生畢業(yè)設計（論文）選題質量、能力水平、設計（論文）水平、設計（論文）撰寫質量、學生在畢業(yè)設計（論文）實施或寫作過程中的學習態(tài)度及學生答辯情況等內容的評價。 SY-025-BY-10 優(yōu)秀畢業(yè)設計（論文）推薦表 題 目 北京切諾基越野車離合器設計 類別 Z 學生姓名 張夢筆 系、專業(yè)、班級 車輛與交通工程學院 車輛工程BW06-8 指導教師 王瑛璞 職 稱 高級實驗師 設計成果明細： 答辯委員會評語： 答辯委員會主任簽字（蓋章）： 系部公章： 年 月 日 備 注： 注：“類別”欄填寫畢業(yè)論文或畢業(yè)設計 SY-025-BY-2 畢業(yè)設計（論文）任務書 學生姓名 張夢筆 系部 汽車與交通工程 學院 專業(yè)、班級 車輛工程BW06-8 指導教師姓名 王瑛璞 職稱 高級實驗師 從事 專業(yè) 汽車運用 是否外聘 □是√否 題目名稱 北京切諾基越野車離合器設計 一、設計（論文）目的、意義 離合器是汽車傳動系中的重要部件，它的構造特性與發(fā)展和傳動系緊密相關。在我國，轎車和客車中裝有自動擋的車款只占全國平均數(shù)的1/3；在商用車中更是多數(shù)采用手動變速器，采用手動變速器的汽車目前仍然是世界汽車的主流。因此，根據(jù)整車的主要技術指標，進行離合器的結構形式選擇、設計參數(shù)選取及設計計算對汽車的整車設計極其重要。設計一臺匹配性好的離合器，就成為了汽車設計的一項重要工作。 本設計題目要求學生利用計算機CAD軟件完成北京切諾基越野車離合器的結構設計，包括主動部分、從動盤及膜片彈簧的設計以及相應零件的校核。通過設計可以使學生掌握汽車離合器結構設計原則，設計與專業(yè)關系緊密，可綜合利用所學的專業(yè)課有汽車構造、汽車設計、機械設計、工程材料和CAD繪圖等知識。 二、設計（論文）內容、技術要求（研究方法） 1、設計的主要內容 （1）推式膜片彈簧離合器壓盤總成設計、從動盤總成設計、膜片彈簧的參數(shù)、尺寸、材料的選擇及結構設計、操縱機構的設計； （2）運用CAD繪制推式膜片彈簧離合器的裝配及零件 CAD工程圖； （3）完成設計說明書。 2、技術要求（研究方法） （1）通過文獻資料，熟悉汽車離合器設計和CAD的相關知識，掌握汽車離合器設計計算方法。 （2）調研，掌握汽車離合器設計過程。 （3）確定汽車離合器各項參數(shù)，計算確定各元件的參數(shù)和尺寸，完成CAD圖紙。 （4）畢業(yè)設計說明書格式規(guī)范，設計思路清晰，方案選擇合理，具有可行性，圖紙繪制符合制圖標準,結構合理，滿足設計要求。 三、設計（論文）完成后應提交的成果 折合0號圖紙3張； 設計說明書達到1.5萬字以上。 四、設計（論文）進度安排 （1）資料收集、調研，完成開題報告 第1~2周（3月1日~3月14日） （2）熟悉車輛及離合器各參數(shù)，掌握設計方法及過程 第3周（3月15日~3月21日） （3）設計方案確定 第4~5周（3月22日~4月4日） （4）設計參數(shù)的選擇、設計、計算 第6~10周（4月5日~5月9日） （5）設計說明書定稿，完成圖紙繪制 第11~14周（5月10日~6月6日） （6）設計審核、修改 第15~16周（6月7日~6月20日） （7）準備答辯 第17周（6月21日~6月27日） 五、主要參考資料 [1] 劉惟信.汽車設計[M].北京:清華大學出版社,2001. [2] 王望予.汽車設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000. [3] 陳家瑞.汽車構造[M].北京:人民交通出版社，2001. [4]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊[M].北京:人民交通出版社,2001. [5] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000. [6] 張洪欣.汽車底盤設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998. [7] 成大先．機械設計手冊[M]．北京:化學工業(yè)出版社，2004. [8] 閻春利. 汽車離合器膜片彈簧的優(yōu)化設計[J]. 林業(yè)機械與木工設備，2006，3. [9] 張衛(wèi)波. 汽車膜片彈簧離合器智能優(yōu)化設計技術研究[J]. 中國工程機械學報，2007，1. [10] 趙波. 汽車離合器的相關參數(shù)化設計與分析[J]. 拖拉機與農用運輸車，2007，2. 六、備注 指導教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 SY-025-BY-1 畢業(yè)設計（論文）題目審定表 指導教師姓名 王瑛璞 職稱 高級實驗師 從事 專業(yè) 汽車運用 是否外聘 □是√否 題目名稱 北京切諾基越野車離合器設計 課題適用專業(yè) 車輛工程 課題類型 Z 課題簡介：（主要內容、意義、現(xiàn)有條件、預期成果及表現(xiàn)形式。） 1、主要內容 （1）推式膜片彈簧離合器壓盤總成設計、從動盤總成設計、膜片彈簧的參數(shù)、尺寸、材料的選擇及結構設計、操縱機構的設計； （2）運用CAD繪制推式膜片彈簧離合器的裝配及零件 CAD工程圖； （3）完成設計說明書。 2、意義 離合器是汽車傳動系中的重要部件，它的構造特性與發(fā)展和傳動系緊密相關。在我國，轎車和客車中裝有自動擋的車款只占全國平均數(shù)的1/3；在商用車中更是多數(shù)采用手動變速器，采用手動變速器的汽車目前仍然是世界汽車的主流。因此，根據(jù)整車的主要技術指標，進行離合器的結構形式選擇、設計參數(shù)選取及設計計算對汽車的整車設計極其重要。設計一臺匹配性好的離合器，就成為了汽車設計的一項重要工作。 3、現(xiàn)有條件 汽車構造實驗室；微機；AUTOCAD軟件。 4、預期成果及表現(xiàn)形式： 0號圖紙（折合）3張；設計說明書1.5萬字以上。 指導教師簽字： 年 月 日 教 研 室 意 見 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合度 □好 □較好 □一般 □較差 2 對學生能力培養(yǎng)及全面訓練的程度 □好 □較好 □一般 □較差 3 選題與生產、科研、實驗室建設等實際的結合程度 □好 □較好 □一般 □較差 4 論文選題的理論意義或實際價值 □好 □較好 □一般 □較差 5 課題預計工作量 □較大 □適中 □較小 6 課題預計難易程度 □較難 □一般 □較易 教研室主任簽字： 年 月 日 系（部）教學指導委員會意見： 負責人簽字： 年 月 日 注：課題類型填寫 W.科研項目；X.生產（社會）實際；Y.實驗室建設；Z.其它。 畢業(yè)設計（論文）過程管理材料 題 目 北京切諾基越野車 離合器設計 學生姓名 張夢筆 系部名稱 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級 車輛工程BW06-8 指導教師 王瑛璞 職 稱 高級實驗師 教研室 車輛工程 起止時間 2010.3.1-2010.6.25 教 務 處 制 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 摘 要 離合器是汽車傳動系中的重要部件，它的構造特性與發(fā)展和傳動系緊密相關，本文針對切諾基汽車的各項參數(shù)，設計推式膜片彈簧離合器。 離合器設計的內容主要包括壓盤總成、從動盤總成、膜片彈簧三個部分。首先，對離合器各零件的參數(shù)、尺寸、材料、及結構進行設計，然后用Auto CAD工程圖。 隨著汽車運輸?shù)陌l(fā)展，汽車性能趨于高速化，載貨汽車趨于大型化，要求發(fā)動機的功率和轉速不斷地提高，使離合器的使用條件也日漸惡化。因此，增加離合器傳遞轉矩的能力，提高其使用可靠性及壽命，簡化操作(在某些車型上以至向自動操縱發(fā)展)，已成為當代汽車離合器的發(fā)展趨勢。 本文還重點研究了膜片彈簧在分離過程中的受力，對受力過程進行數(shù)學分析，并對其進行校核，以提高膜片彈簧離合器的使用壽命，使膜片彈簧離合器在工作過程中處于最佳狀態(tài)。 關鍵詞：離合器；膜片彈簧；設計；壓盤；從動盤 ABSTRACT The clutch is an important part of the automobile power train, its characteristic and development have close relation with the power train. Based on Beijing qienuoji’s parameter, this paper aim to design pushing type diaphragm-spring clutch. There are three main parts of the clutch design: driven disc design, diaphragm-spring design and the driving disc design. Firstly, this paper calculates the parameters, and chooses sizes and materials for the clutch’s parts. Then draw the three-dimension-blueprint of the assembly and components. Finally transforms the three-dimension-blueprint into Auto CAD engineering plat. Along with the development of automobile transportation, car performance, auto high-speed tends to request the engine tends to large-scale, power and speed continuously improve the conditions of use, make clutch is worsening. Therefore, to increase the ability of transmission torque clutch, improve its use, simplify the operation reliability and life (in some models and automatic controlling to develop), has become the development trend of modern automobile clutch. This paper also studies force exerted on diaphragm in the process of separation, and analyzing the process mathematically, then examines and calculates relative parameter. In conclusion, the design will prolong the lifetime of diaphragm-spring clutch, and makes the clutch in best state when it’s working. Key words:Clutch; Diaphragm-spring; Design; Pressure-plate; Platen 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 目 錄 摘要 Ⅰ Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 離合器的設計要求 1 1.2 離合器的工作原理 2 1.3 離合器的分類 2 1.4 膜片彈簧離合器的優(yōu)點 2 1.5 離合器設計內容 3 第2章 離合器基本尺寸參數(shù)的選擇 4 2.1 離合器基本性能關系式 4 2.2 離合器后備系數(shù)的選擇 4 2.3 摩擦材料中單位壓力和摩擦因力的選擇 5 2.4 本章小結 5 第3章 離合器從動盤總成設計 6 3.1 摩擦片的設計 6 3.2 從動盤轂的設計 8 3.3 從動片和波形彈簧片的設計 9 3.4 扭轉減振器的設計 10 3.5 本章小結 13 第4章 離合器壓盤總成設計 14 4.1 壓盤的設計 14 4.2 離合器蓋的設計 15 4.3 傳動片的設計 15 4.4 本章小結 16 第5章 膜片彈簧設計 17 5.1 膜片彈簧初選 17 5.2 膜片彈簧的分析 18 5.3 膜片彈簧的校核 20 5.4 膜片彈簧的材料以及制造工藝 20 5.5 本章小結 21 第6章 離合器的滑磨及熱工況 22 6.1 工況分析 22 6.2 約束條件 27 6.3 本章小結 28 結論 29 參考文獻 30 致謝 31 附錄A 32 附錄B 35 本科學生畢業(yè)設計 北京切諾基越野汽車離合器設計 系部名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 車輛工程 B06-8班 學生姓名： 張夢筆 指導教師： 王瑛璞 職 稱： 高級實驗師 黑 龍 江 工 程 學 院 二○一○年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree Design of BeiJing Cherokee Cross-countey Vehicle Clutch Candidate：Zhang Mengbi Specialty：Vehicle Engineering Class：B06-8 Supervisor：senior experimentalist:Wang Yingpu Heilongjiang Institute of Technology 2010-06·Harbin SY-025-BY-3 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 張夢筆 系部 汽車與交通工程 學院 專業(yè)、班級 BW06—8班 指導教師姓名 王瑛璞 職稱 高級實驗師 從事 專業(yè) 汽車運用 是否外聘 □是√否 題目名稱 北京切諾基越野車離合器設計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 1、課題研究現(xiàn)狀 離合器作為汽車傳動系中的重要部件，安裝在變速器和發(fā)動機之間，用于分離或接合發(fā)動機與驅動輪的動力傳遞。 隨著汽車運輸?shù)陌l(fā)展，汽車性能趨于高速化，載貨汽車趨于大型化，要求發(fā)動機的功率和轉速不斷地提高，使離合器的使用條件也日漸惡化。因此，增加離合器傳遞轉矩的能力，提高其使用可靠性及壽命，簡化操作(在某些車型上以至向自動操縱發(fā)展)，已成為當代汽車離合器的發(fā)展趨勢。因此，在汽車個零部件中離合器起著十分重要的作用，所以離合器設計的好壞也十分重要 早期離合器的結構型式是錐形摩擦式的。其傳遞轉矩的能力比相同直徑的其他結構型式的摩擦離合器要大，但其從動部分的轉動慣量太大，引起變速器換檔困難，且接合也不夠柔和，容易卡住。因此，為浸在油中工作的濕式多片離合器所取代。但多片濕式摩擦離合器的片與片間容易被油粘住(尤其在冷天油液變濃時)，致使分離不徹底，造成換檔困難。所以它又被干式所取代。多片干式摩擦離合器的接觸面數(shù)多，使接合平順柔和，保證了汽車的平穩(wěn)起步。但片數(shù)多又使從動部分的轉動慣量較大，還是感到換檔不夠容易。另外，其通風散熱性不好，易引起過熱，加快了摩擦片的磨損甚至燒傷和碎裂。調整不當還會引起離合器分離不徹底。多年的實踐經驗使人們逐漸趨向于采用單片干式摩擦離合器。它具有從動部分轉動慣量小，散熱性好，結構簡單，調整方便，尺寸緊湊，分離徹底等優(yōu)點。而且只要在結構上采取一定措施，也能使其接合平順。因此，它不僅極為廣泛地用在轎車、中小型客車及載貨汽車上，近年來在大型汽車(當發(fā)動機最大轉矩小于1000N.m時)上的應用也日益增多。如今，單片干式摩擦離合器在結構設計方面已相當完善:采用具有軸向彈性的從動盤，提高了離合器的接合平順性;加裝扭轉減振器，防止傳動系的共振，減小了噪聲;采用摩擦較小的分離桿機構等。另外，采用膜片彈簧作為壓簧，可同時兼起分離桿的作用，使離合器結構大為簡化并顯著地縮短了其軸向尺寸。膜片彈簧和壓盤的環(huán)形接觸，可保證壓盤上的壓力均勻。由于膜片彈簧本身的特性，當摩擦片磨損時，彈簧壓力幾乎不會有變化，且可減輕分離離合器時所需要的踏板力。 2、選題目的和意義 一款性能良好的離合器，對汽車的各項功能和安全性都起著十分重要的作用。在設計過程中根據(jù)要求選擇正確的結構形式。了解掌握壓緊彈簧的結構形式及布置方法、壓盤的驅動方式和分離杠桿的結構形式及分離軸承的類型，并學會它們的設計方法。根據(jù)整車的主要技術指標、發(fā)動機的最大轉矩，來確定離合器的基本參數(shù)及各項書記的計算，并用CAD繪制成圖。 通過對離合器設計可以使學生掌握汽車設計原則和方法，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的工作作風。設計與專業(yè)關系緊密，可綜合利用所學的專業(yè)課有汽車構造、汽車設計、機械設計、工程材料和CAD繪圖等知識。 二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 1、設計的主要內容 （1）擦找文獻對離合器進行初步了解 （2）正確選擇離合器的結構形式 （3）確定汽車離合器各項參數(shù) （4）運用CAD繪制推式膜片彈簧離合器的裝配及零件 CAD工程圖； （5）完成設計說明書。 2、擬解決的主要問題 （1）推式膜片彈簧離合器壓盤總成設計; (2) 從動盤總成設計; (3) 膜片彈簧的參數(shù)、尺寸、材料的選擇及結構設計、操縱機構的設計 (4) 計算確定各元件的參數(shù)和尺寸 （5）利用CAD畫裝配圖、零件圖。 三、技術路線（研究方法） 調查研究 摩擦離合器結構形式的選澤 離合器基本參數(shù)的確定 其它主要零件的設計計算 扭轉減震器的設計計算suan算 壓緊彈簧的設計計算 繪制圖紙 形成研究成果 四、進度安排 （1）資料收集、調研，完成開題報告 第1~2周（3月1日~3月14日） （2）熟悉車輛及離合器各參數(shù)，掌握設計方法及過程 第3周（3月15日~3月21日） （3）設計方案確定 第4~5周（3月22日~4月4日） （4）設計參數(shù)的選擇、設計、計算 第6~10周（4月5日~5月9日） （5）設計說明書定稿，完成圖紙繪制 第11~14周（5月10日~6月6日） （6）設計審核、修改 第15~16周（6月7日~6月20日） （7）準備答辯 第17周（6月21日~6月27日） 五、參考文獻 [1] 陳家瑞.汽車構造[M].北京:人民交通出版社，2001. [2] 林明芳等.汽車優(yōu)化設計[M].吉林科學出版社，1991 [3] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2000. [4] 孫桓，傅傅則紹.機械原理[M].高等教育出版社，1988 [5] 劉道春.現(xiàn)代汽車離合器技術拓展新天地[M].城市車輛，2009. [6] 成大先．機械設計手冊[M]．北京:化學工業(yè)出版社，2004. [7] 閻春利. 汽車離合器膜片彈簧的優(yōu)化設計[J]. 林業(yè)機械與木工設備，2006，3. [8] 張衛(wèi)波. 汽車膜片彈簧離合器智能優(yōu)化設計技術研究[J]. 中國工程機械學報，2007，1. [9] 趙波. 汽車離合器的相關參數(shù)化設計與分析[J]. 拖拉機與農用運輸車，2007，2. [10] 朱茂桃，高翔.膜片彈簧離合器分離特性的研究[J].拖拉機與農用運輸車，1996 ，1. [11] 張俊智，王麗芳，等.自動膜片彈簧離合器的接合控制[J] .清華大學學報，1999，5. [12] 劉道春.現(xiàn)代設計技術在汽車離合器行業(yè)研發(fā)中的應有[J]市場與應有，2007，7. [13] 楊小輝.片彈簧離合器分離特性的分析與計算[J].西北工業(yè)大學學報，2009，7. [14] M.velardocchia and F.Amisano.R.FloraA linear thermal model for an automotive clutch,SAE2000-01-0834 [15] Christopher C.Bostwick and Andrew Szadkowski.Self-Excited Vibrations During Engagements of Dry Friction Clutches,SAE982846 六、備注 指導教師意見: 簽字： 年 月 日 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 第1章 緒 論 1.1 離合器的設計要求 在任何條件下行駛，既能可靠的傳遞的發(fā)動機最大轉矩，并有適當?shù)霓D矩儲備,有能防止傳動系過載，接合時要完全，平順，柔和，保證汽車起動時沒有抖動和沖擊，分離時要迅速，徹底，從動部分轉動慣量要小，以減輕換擋時的變速器齒輪間的沖擊，便于換擋和減少同步器的磨損。應有足夠的吸熱能力和良好的通風能力，以保證工作時的溫度不致過高，延長其使用壽命。應能避免和衰減傳動系的扭轉與振動，并且具有吸收振動，緩和沖擊和降低噪聲的能力。操縱輕便，準確，以減輕駕駛員的疲勞。作用在從動盤的總壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在離合器工作過程中變化要盡可能小，以保證有穩(wěn)定的工作性能。具有足夠的強度與動態(tài)平衡，以保證其工作可靠，使用壽命長。結構簡單，緊湊，質量小，制造工藝性好，拆裝，維修，調整方便等。[1] 1.2 離合器的工作原理 當離合器工作時，發(fā)動機飛輪是離合器的主動部件，帶有摩擦片的從動盤和從動盤轂借滑動花鍵與變速器第一軸（離合器從動軸）相連。壓緊彈簧將從動盤緊在飛輪端面上。發(fā)動機轉矩即靠飛輪與從動盤接觸面之間的摩擦作用而傳到從動盤上，在由此經過變速器的第一軸和傳動系統(tǒng)中一系列部件傳給驅動輪。壓緊彈簧的壓緊力越大，則離合器所能傳遞的轉矩也越大。 由于汽車在行駛過程中需經常保持動力傳遞，而中斷傳動只是暫時的需要，所以汽車離合器的主動部分和從動部分應經常處于接合狀態(tài)。摩擦副之間采用彈簧作為壓緊裝置即是為了適應這一要求。欲使離合器分離時，只要踩下操縱機構中的離合器踏板，套在從動盤轂環(huán)槽中的撥叉便撥動從動盤，克服壓緊彈簧的壓力向右移動而與飛輪分離，摩擦副之間的摩擦力消失，從而中斷了動力傳遞。 當需要重新恢復動力傳遞時，為使汽車速度和發(fā)動機轉速的變化比較平穩(wěn)，應該適當控制放松離合器踏板的速度，使從動盤在壓緊彈簧的壓力作用下向左移動，與飛輪恢復接觸，二者接觸面間的壓力逐漸增加，相應的摩擦力矩也逐漸增加。當飛輪和從動盤接合還不緊密，摩擦力矩比較小時，二者可以不同步旋轉，即離合器處于打滑狀態(tài)。隨著飛輪和從動盤接合緊密程度的逐步增大，二者的轉速也漸趨相等。直到離合器完全接合而停止打滑時，汽車速度才與發(fā)動機轉速成正比。[2] 摩擦離合器所能傳遞的最大轉矩取決于摩擦副間的最大靜摩擦力矩，而后者又取決于摩擦間的壓緊力、摩擦因數(shù)以及摩擦面的數(shù)目和尺寸。因此，對于結構一定的離合器來說，最大靜摩擦力矩是一個定值。當輸入轉矩達到此值時，則離壓合器出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，因而限制了傳給傳動系統(tǒng)的轉矩，以防止超載。 由上述工作原理可以看出，摩擦離合器主要由主動部分、從動部分、壓緊機構和操縱機構四部分組成。主、從動部分和壓緊機構是保證離合器處于接合狀態(tài)并能傳遞動力的基本結構，而離合器的操縱機構主要是使離合器分離的裝置。 在保證可靠的傳遞發(fā)動機最大轉矩的前提下，離合器的具體結構應能滿足主、從動部分分離徹底，接合柔和，從動部分的轉動慣量要盡可能小，散熱良好，操縱輕便，良好的動平衡等基本性能要求。 1.3 離合器的分類 根據(jù)所用壓緊彈簧布置位置的不同，可分為周布彈簧離合器、中央彈簧離合器和周布斜置彈簧離合器；根據(jù)所用壓緊彈簧形式的不同，可分為圓柱螺旋彈簧離合器、圓錐螺旋彈簧離合器和膜片彈簧離合器。[3] 膜片彈簧是一種由彈簧鋼制成的具有碟形結構的碟形彈簧，主要有碟形彈簧部分和分離指部分組成。 膜片彈簧兩側有鋼絲支撐圈，借6個膜片彈簧固定釘將起安裝在離合器蓋上。再離合器蓋沒有固定到飛輪上時，膜片彈簧不受力，處于自由狀態(tài)。此時離合器蓋與飛輪安裝面之間有一距離。當將離合器蓋用連接螺釘固定到飛輪上時，由于離合器蓋靠近飛輪，后鋼絲支撐圈則壓向膜片彈簧使之發(fā)生彈性變形，膜片彈簧的圓錐角變小，幾乎接近于壓平狀態(tài)。同時，在膜片彈簧的大端對壓盤產生壓緊力，使離合器處于接合狀態(tài)。當分離離合器時，分離軸承作移，膜片彈簧被壓在前鋼絲支撐圈上，其徑向截面以支撐圈為支點右移，膜片彈簧變成反錐形狀，使膜片彈簧大端右移，并通過分離彈簧鉤拉動壓盤使離合器分離。 1.4 膜片彈簧離合器的優(yōu)點 1、膜片彈簧具有較理想的非線性彈簧特性，彈簧壓力在摩擦片的磨損范圍基本保持不變，因而離合器在工作中能保持傳遞的轉矩大致不變，相對圓柱螺旋彈簧，其壓力大大下降，離合器分離時，彈簧壓力有所下降，從而降低的踏板力。對于圓柱螺旋彈簧，其壓力大大增加； 2、磨片彈簧兼壓緊彈簧與分離杠桿的作用，結構簡單，緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質量小； 3、高速旋轉時，彈簧壓緊力降低很小，性能穩(wěn)定；而圓柱螺旋彈簧壓緊力則降低明顯； 4、磨片彈簧以整個圓周與壓盤相接觸，使壓力分布均勻，摩擦片接觸良好磨損均勻； 5、易于實現(xiàn)良好的通風散熱，使用壽命長； 6、磨片彈簧中心與離合器中心線重合，平衡性。[2] 1.5 設計內容 由于膜片彈簧離合器，具有零件數(shù)目少，重量輕，非線性特性好，操縱輕便等優(yōu)點，且制造膜片彈簧的工藝水平在不斷提高，所以本文將設計推式膜片彈簧離合器。 本設計以北京切諾基汽車各項參數(shù)和性能為設計基礎，所選定汽車發(fā)動機提供的最大轉矩Temax為200N×m。 第2章 離合器基本參數(shù)的選擇 2.1 離合器基本性能關系式 離合器的基本功能之一是傳遞力矩，因此離合器轉矩容量是離合器最為基本的性能之一。通常它只能用來初步定出離合器的原始參數(shù)、尺寸，它們是否合適最終取決于試驗驗證。 根據(jù)摩擦力矩公式 (2.1) 式中：Tc—離合器靜摩擦力矩；β—后備系數(shù)；f—摩擦因數(shù)；Z：摩擦面數(shù)；po—單位壓力；D—摩擦片外徑；c—內外徑之比。 有了上面的關系式，對于一定的離合器結構而言，只要合理選擇其中的參數(shù)，并能滿足上面的關系式，就可估算出所設計的離合器是否合適[4]。 2.2 離合器后備系數(shù)的選擇 后備系數(shù)β是離合器一個重要設計參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動機最大轉矩的可靠程度。 顯然，為可靠傳遞發(fā)動機最大轉矩和防止離合器滑磨時間過長，不宜選的太??；為是離合器尺寸不致過大，減少傳動系過載，保證操縱輕便，不宜選的太大；當發(fā)動機后備功率較大、使用條件較好時，可選的小一些；當使用條件惡劣、需要拖帶掛車時，為提高起步能力，減少離合器滑磨，可選的大一些；汽車總質量大，也應選得越大。 在選擇β時，應保證離合器應能可靠地傳遞發(fā)動機最大轉矩、要防止離合器滑磨過大、要能防止傳動系過載。其數(shù)值按表2.1選取，而設計本車的離合器其β要求比較的大，初步選擇為1.60。 表2.1 離合器后備系數(shù)β的取值范圍 車 型 后備系數(shù) 乘用車及最大總質量小于6t的商用車 1.20～1.75 最大總質量為6～14t的商用車 1.50～2.25 掛車 1.80～4.00 2.3 摩擦材料中單位壓力和摩擦因數(shù)的選擇 石棉基摩擦材料的密度小，制造容易、價格低廉等優(yōu)點，但受工作溫度、單位壓力、滑磨速度影響大，主要用于中、輕載荷的工作條件下，而粉末冶金材料的傳熱性好、熱穩(wěn)定性與耐磨性好、摩擦因數(shù)高，故在選擇摩擦片材料是粉末冶金材料中的鐵基[5]。初選po根據(jù)表2.2中可得：為0.5MPa，f為0.5。 表2.2 摩擦材料中單位壓力和摩擦因數(shù)的取值 摩擦片材料 單位壓力po/MPa 摩擦因數(shù)f 石棉基材料 模壓 0.15～0.25 0.20～0.25 編織 0.25～0.35 0.25～0.30 粉末冶金材料 銅基 0.35～0.50 0.25～0.30 鐵基 0.35～0.50 金屬陶瓷材料 0.70～1.50 0.4 2.4本章小結 在離合器的基本性能關系式中我們得知要用到后備系數(shù)；摩擦因數(shù)；單位壓力等一些參數(shù)。通過查閱資料，工具用書，圖表等我能、我們可以對一些參數(shù)取值。為我們接下來的設計計算提供一定幫助。 第3章 離合器從動盤總成設計 3.1 摩擦片的設計 摩擦片設計要求： ①摩擦因數(shù)較高且較穩(wěn)固，工作溫度，單位壓力，滑磨速度的變化對其影響要??； ②具有足夠的機械強度與耐磨性； ③密度要小，以減少從動盤的轉動慣量； ④熱穩(wěn)定性好，在高溫下分離出粘合劑力，無味，不易燒焦； ⑤磨合性能好，不致刮傷飛輪和壓盤表面； ⑥接合時應平順，而不產生“咬合”或“抖動”現(xiàn)象； ⑦長期停放后，摩擦面間不發(fā)生“粘著”現(xiàn)象。 離合器摩擦片所用的材料主要有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金屬陶瓷摩擦材料。石棉基摩擦材料具有摩擦因數(shù)較高、密度較小、制造容易、價格低廉等優(yōu)點。但它性能不夠穩(wěn)定、摩擦因數(shù)受工作溫度、單位壓力、滑磨速度的影響大，故目前主要應用于中、輕載荷下工作。由于石棉在生產和使用過程中對環(huán)境有影響，對人體有害，故以玻璃纖維、金屬纖維來代替石棉纖維。粉末冶金和金屬陶瓷摩擦材料具有傳熱性好、熱穩(wěn)定性與耐磨性好、摩擦因數(shù)較高且穩(wěn)定、能承受的單位壓力較高以及壽命較長等優(yōu)點，但價格較貴，密度較大，接合平順性較差，主要應用于載荷質量較大的商用車上。 摩擦片與從動片的連接方式有鉚接和粘接兩種。鉚接方式連接可靠，更換摩擦片方便，適宜在從動片上安裝波形片，但其摩擦面積利用率小，使用壽命短。粘接方式可增大實際摩擦面積，摩擦片厚度利用率高，具有較高的抗離心力和切向力的能力；但更換摩擦片困難，且使從動盤難以安裝波形片，無軸向彈性，可靠性低。 摩擦片材料：粉末冶金材料（其具有傳熱性好，熱穩(wěn)定性與耐磨性好、摩擦因數(shù)較高而且穩(wěn)定、能承受的單位壓力較高及壽命較長等優(yōu)點）。 摩擦片與 從動片的連接方式：鉚接（因具連接可靠、更換摩擦片方便、適宜在從動盤上安裝波形片而采用）。 摩擦片基本尺寸的確定。摩擦片外徑是離合器的基本尺寸，它關系到離合器的結構重量和使用壽命，它和離合器所需傳遞的轉矩有一定的關系。根據(jù)公式3.1： (3.1) 式中：Temax—發(fā)動機最大轉矩；β—后備系數(shù)；f—摩擦因數(shù)；Z：摩擦面數(shù)；po—單位壓力；D—摩擦片外徑；c—內外徑之比 得到D=240mm。 計算離合器的外徑D同時參考經驗公式3.2： (3.2) 式中：A—參考系數(shù)；D—摩擦片外徑；Temax—發(fā)動機最大轉矩； A取47，計算得到D=234mm。 初選D以后，還需根據(jù)摩擦片尺寸的系列化和標準化進一步確定[6]。 查找標準(GB1457—74)的規(guī)定： 表3.1 離合器尺寸選擇參數(shù)表 摩擦片外徑D/mm 發(fā)動機最大轉矩Temax/N×m 單片離合器 重 負 荷 中等負荷 極 限 值 225 130 150 170 250 170 200 230 …… …… …… …… 最終確定：外徑D=250mm；內徑d=155mm，內外徑之比c=0.620，單片面積F=30200mm2 。 對摩擦片的厚度h，我國以規(guī)定了3種規(guī)格：3.2mm，3.5mm，4mm，這里選擇厚度為3.5mm。 (2)摩擦片的校核。在初步確定完摩擦片的基本尺寸后，要對摩擦片校核： 1)摩擦片外D(mm)的選擇應使最大圓周速度vD不超過65～70m/s： (3.3) 式中：nemax—發(fā)動機的最高轉速（r/min）； 當nemax取6 000時，代入可得： vD=70 ≤ 65～70m/s。 2)摩擦片的內外徑比c應在0.53～0.70 范圍內： c=0.620∈｛0.53～0.70｝。 3)保證離合器可靠地傳遞發(fā)動機的轉矩，并防止傳動系過載，β應在1.2～1.75之間，代入式2—1： β= Tc/ Temax=1.60∈｛1.20～1.75｝。 4)為了減少汽車起步過程中的離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過高而發(fā)生燒傷，離合器每一次接合的單位面積滑磨功應小于其許用值，即： (3.4) 式中：ω—單位摩擦面積滑磨功(J/mm2)；[ω] —其許用值0.4 J/mm2；W—汽車起步時離合器接合一次產生的總滑磨功(J)，可以根據(jù)下式計算： (3.5) 式中：ne—發(fā)動機轉速，取2 000r/min；ma—汽車總質量(kg)，取1 200kg；rr—汽車輪胎滾動半徑(m)；ig—汽車起步時所用變速器檔位的傳動比；數(shù)值取3.8；i0—主減速器傳動比，取4.2。 各個數(shù)值代入3—5式得到：W=14 983J。 把W=14983J和摩擦片的各個數(shù)值代入式3.4，得： w=0.338J/mm2≤[w]=0.4J/mm2。 經過校核可知，摩擦片的設計符合相應的設計要求[7]。 3.2 從動盤轂的設計 從動盤數(shù)及干、濕式的選擇單片干式摩擦離合器，這是因為結構簡單，調整方便，軸向尺寸緊湊，分離徹底，從動件轉動慣量小，散熱性能好，采用軸向有彈性的從動盤時也能接順平和等優(yōu)點符合離合器的設計要求 發(fā)動機轉矩是經從動盤轂的花鍵孔輸出，花鍵之間為動配合，在離合器分離和結合的過程中，從動盤轂就能在花鍵軸上自由滑動。我國生產的離合器，其從動盤轂花鍵多用SAE標準，其有關尺寸見表 表3.2 從動盤轂花鍵的尺寸 摩擦片的外徑D/mm 發(fā)動機的最大轉矩 花鍵尺寸 擠壓應力 齒數(shù)n 外徑 內徑 齒厚 有效齒長 160 49 10 23 18 3 20 9.8 180 69 10 26 21 3 20 11.6 200 108 10 29 23 4 25 11.1 225 147 10 32 26 4 30 11.3 250 196 10 35 28 4 35 10.2 280 275 10 35 32 4 40 12.5 300 304 10 40 32 5 40 10.5 325 373 10 40 32 5 45 11.4 350 471 10 40 32 5 50 13.0 查表3.2，可選花鍵尺寸如下齒數(shù)n=10、外徑mm、內徑=28mm、齒厚=4mm、有效齒長l=35mm 花鍵尺寸選定后應進行強度校核。由于花鍵損壞的主要形式是由于表面受擠壓過大而破壞，所以花鍵要進行擠壓應力計算，當應力偏大時可適當增加花鍵轂的軸向長度。 花鍵的擠壓應力sj： (3.6) 式中：Temax—發(fā)動機最大轉矩；D—花鍵轂的外徑；d—花鍵轂的內徑；n—花鍵轂的齒數(shù)；l—花鍵轂的有效長度。 從動盤轂一般都由中碳鋼鍛造而成，并經調質處理，其擠壓應力不應大于30MPa。 從動盤轂采用鍛鋼（40Cr），采用調質處理，表面和心部硬度在26～32HRC。提高花鍵內孔表面硬度和耐磨度，可采用鍍鉻工藝；對減振彈簧窗口及從動片配合處，應進行高頻處理。 3.3 從動片和波形彈簧片的設計 設計從動片，要盡量減輕其重量，并使其質量的分布可能地靠近旋轉中心，以獲得最小的轉動慣量。為了減小轉動慣量，從動片做的比較薄，一般在1.3mm—2.2mm。根據(jù)設計的需要采用從動片的厚度為2mm，材料為中碳鋼板（50號），表面硬度為35～40HRC，結構采用分開式彈性從動片結構。 波形片材料采用65Mn，厚度為0.7mm，硬度為40～46HRC，并經過表面發(fā)藍處理。 3.4 扭轉減振器的設計 1，扭轉減震器的組成與功能 扭轉減震器主要由彈性元件、阻尼元件等組成。彈性元件的作用是降低傳動系的手段扭轉剛度，從而降低傳動系扭轉系統(tǒng)的某階段固有頻率，改變系統(tǒng)的故有振型，使其盡可能避開由發(fā)動機轉矩主諧量激勵引起的共振；阻尼元件的作用是有效地耗散振動能量。因此，扭轉減震器具有如下功能； （1）降低發(fā)動機曲軸與傳動系接合部分的扭轉剛度，調諧傳動系扭振固有頻率。 （2）增加傳動系扭振阻尼，抑制扭轉共振響應振幅，并衰減因沖擊而產生的瞬態(tài)頻率。 （3）控制動力傳動系統(tǒng)總成怠速時離合器與變速器軸系的扭振，消減變速器怠速噪聲和主減速器與變速器的扭轉及噪聲。 （4）緩和非穩(wěn)定工況下傳動系的扭轉沖擊載荷，改善離合器的接合平順性。 2，扭轉減震器的的扭轉特性 扭轉減振器具有線性和非線性兩種特性。單級線性減振器的扭轉特性：其彈性元件一般采用圓柱螺旋彈簧，廣泛應用于汽油機汽車中。當發(fā)動機為柴油機時由于怠速時發(fā)動機旋轉不均勻度較大，常引起變速器常嚙合齒輪間的敲擊，從而產生令人厭煩的變速器怠速噪聲。在扭轉減振器中，另設置一組剛度較小的彈簧，使其在發(fā)動機怠速工況下起作用，以消除變速器怠速噪聲。此時可得到兩級非線性特性，第一級的剛度很小，稱為怠速級；第二級的剛度較大。在柴油機汽車中，目前廣泛采用具有怠速級的兩級或三級非線性扭轉減振器。 3，由于發(fā)動機傳到汽車傳動系中的轉矩是周期地不斷變化的，從而使傳動系統(tǒng)產生扭轉振動。若振動頻率與傳動系的自振頻率相重合會發(fā)生共振，影響傳動系中零件的壽命。為避免共振，緩和傳動系所受的沖擊載荷，在許多汽車的傳動系統(tǒng)中裝設了扭轉減振器，且大多數(shù)將扭轉減振器附裝在離合器的從動盤中[8]。 a b 圖3.1 扭轉減振器工作示意圖 a—靜止狀態(tài)；b—工作狀態(tài) 1、2—減振彈簧；3—從動盤本體；4—阻尼片； 離合器接合時，發(fā)動機發(fā)出的轉矩經飛輪和壓盤傳給了從動盤兩側的摩擦片，帶動從動盤本體和與從動盤本體鉚接在一起的減振器盤轉動。動盤本體和減振器盤又通過六個減振器彈簧把轉矩傳給了從動盤轂。因為有彈性環(huán)節(jié)的作用，所以傳動系受的轉動沖擊可以在此得到緩和。傳動系中的扭轉振動會使從動盤轂相對于動盤本體和減振器盤來回轉動，夾在它們之間的阻尼片靠摩擦消耗扭轉振動的能量，將扭轉振動衰減下來[9]。 扭轉減振器的設計計算著重于減振彈簧。 (1)減振彈簧的材料。選用60Si2MnA彈簧鋼絲。 (2)減振彈簧個數(shù)Zj的選取。根據(jù)表3.3，由于D=250mm，所以Zj取6。 表3.3 減振彈簧個數(shù)的選取 摩擦片外徑D/mm 225～250 250～325 325～350 >350 Zj 4～6 6～8 8～10 >10 (3)減振彈簧的位置半徑R0。減振彈簧的位置半徑R0一般取(0.60～0.75)d/2,同時為了保證離合器可靠的傳動發(fā)動機的轉矩，減振彈簧位置直徑2R0約小于摩擦片內徑約50mm，所以取R0=55mm。 (4)極限轉矩Tj。極限轉矩是指減振器在消除了限位銷與從動盤轂之間的間隙時所能傳遞的最大轉矩，即限位銷起作用時的轉矩。它受限于減振彈簧的許用應力等因素，與發(fā)動機最大轉矩有關，一般可取： Tj=(1.5～2.0)Temax (3.7) 式中：Temax—發(fā)動機最大轉矩；Tj—極限轉矩。 本車取相應系數(shù)為2.0，所以Tj=400N×m。 (5) 扭轉角剛度kj 。為了避免引起傳動系統(tǒng)的共振，要合理選擇減振器的扭轉角剛度kj，使共振現(xiàn)象不發(fā)生在發(fā)動機常用的工作轉速范圍內。kj取決于減振彈簧的線剛度及其結構布置尺寸： kj=KZjR02×103 (3.8) 式中：K—每個減振彈簧的線性剛度(N/mm)；Zj—減振彈簧的個數(shù)；R0—減振彈簧位置半徑(m)。 減振器的角剛度既要滿足傳遞足夠大的轉矩的要求，又要滿足為了避開共振而盡量降低其值的要求，這在實際上是做不到的。因此，減振器的角剛度kj的最后確定，常常是結構所允許的設計結果，設計時選kj為：kj ≤13Tj。 由于設計的是越野車的發(fā)動機，常工作時的轉速是較高的，且保證發(fā)動機的工作較穩(wěn)定，所以選擇kj較小，取kj=10Tj=4 000N×m。 這樣每個彈簧的線性剛度為K= kj/(KZjR02)=2.1×106 N/mm。 (6)阻尼摩擦轉矩Tm。由于減振器扭轉剛度kj受結構及發(fā)動機最大轉矩的限制，不肯能夠很低，故為了在發(fā)動機工作轉速范圍內最有效地消振，必須合理選擇減振器的阻尼摩擦轉矩Tm，一般可選： Tm=(0.06～0.17)Temax (3.9) 式中：Tm—阻尼摩擦轉矩；Temax—發(fā)動機最大轉矩。 按經驗選Tm=0.12Temax=24N。 (7)預緊轉矩Tn。減振彈簧在安裝時都有一定的預緊力。研究表明，Tn的增加，共振頻率將向減小頻率的方向移動，這是有利的。但Tn不應大于Tm，否則在反向工作時，扭轉減振器將提前停止工作，故?。? Tn=(0.05～0.17) Temax (3.10) 式中：Tn—預緊轉矩；Temax—發(fā)動機最大轉矩。 取Tn=0.10Temax=20N。 (8)極限轉角jj。減振器從預緊轉矩Tn增加到極限轉矩Tj時，從動片相對從動盤轂的極限轉角jj為 (3.11) 式中：jj —極限轉角；R—減振彈簧位置半徑；Dl—減振彈簧的工作變量。 jj通常取3o～12o，由于設計的乘用車的離合器，所以對發(fā)動機的平順性要求較高，所以jj取9o。 3.5本章小結 從動盤對離合器來說是一個十分重要的部件它由摩擦片；從動盤轂；從動片；波形彈簧片；扭轉減震器等部件組成。所以其設計的好壞對離合器的總體性能起著決定 性的作用，因此在設計過程中我們要對其各項結論精細的計算和校核，使其達到預期標準。 第4章 離合器壓盤總成設計 4.1 壓盤的設計 壓盤是離合器的主動部分，在傳遞發(fā)動機轉矩時，它和飛輪一起帶動從動盤轉動，所以它必須和飛輪有一定的聯(lián)系，但這種聯(lián)系有應允許壓盤在離合器分離過程中自由的做軸向移動，使壓盤和從動盤脫離接觸。壓盤和飛輪間常用的連接方式有凸臺式、鍵式和銷式。但這些連接方式在離合器分離和結合的過程中，由于傳力零件之間有摩擦，將降低離合器操縱部分的傳動效率。 為了消除上述缺點，在設計中采用傳力片式。 在離合器的基本參數(shù)選定后，壓盤的基本尺寸應和摩擦片的外徑和內徑相同，確定壓盤的厚度應符合下面四點要求。 (1)壓盤應具有較大質量，以增大熱容量，減少溫升。應用下式校核壓盤的一次接合的溫升： (4.1) 式中：t—壓盤溫升(oC)；c—壓盤的比熱容，鑄鐵：c=481.4J/(kg·oC)；m—壓盤質量(kg)，經計算約為4.2kg；W—汽車起步時離合器接合一次產生的總滑磨功(J)，經上面計算得W=14 983J；g—傳到壓盤的熱量所占的比例，對于單片離合器壓盤：g=0.5。 根據(jù)式4—1得：t=3.7 oC≤8 oC。 (2)蓋的膜片彈簧支撐處應具有高的尺寸精度，否則回造成分離不徹底； (3)壓盤應具較大的剛度。能使壓緊力在摩擦面上的壓力分布均勻并減少受熱后翹曲變形，以免影響摩擦片的均勻壓緊及與離合器的徹底分離[8]。 (4)為了便于通風散熱，防止摩擦片表面溫度過高，可在離合器蓋上開較大的通風窗口，或在蓋上加通風扇片，本設計采用前者。 與飛輪保持良好的對中，并要進行靜平衡，壓盤單件的平衡精度不低于15～20g·cm 基于以上四點，選取壓盤的厚度為12mm。 由于壓盤的形狀較復雜，要求傳熱性好，具有較高的摩擦因數(shù)，所以采用灰鑄鐵，采用HT300，硬度為170～227HBS，另外添加少量的金屬元素（鎳鐵合金）以增加其機械強度[10]。 4.2 離合器蓋的設計 (1)離合器蓋結構設計要求。應具有足夠的剛度，否則將影響離合器的工作特性，增大操縱時的分離行程，減小壓盤升程，嚴重時使摩擦面不能徹底分離。為此可采用如下的措施：適當?shù)脑龃笊w的板厚，使鋼板厚度達到4mm；在蓋內的圓周處翻邊。 離合器蓋應和飛輪保持良好的對中，以免影響總成的平衡和正常的工作，其膜片彈簧支承處應具有高的尺寸精度。 (2)離合器蓋的材料。由于設計的離合器是乘用車用的，所以離合器蓋的加工工藝為沖壓制造，所以采用的是4mm的10號鋼板沖壓而成[11]。 4.3 傳力片的設計 傳力片的作用是在離合器接合時，離合器蓋通過它來驅動壓盤共同旋轉，分離時，又可以利用它的彈性來牽動壓盤軸向分離并使操縱力減小。 傳力片為3組，每組2片，每片厚度為0.8mm，由65Mn的彈簧鋼帶制成。在布置傳力片時要注意，通常情況下傳力片應該受拉力[11]。 傳力片的校核： 用公式4.2計算傳力片的有效長度： (4.2) 式中：l１—傳力片的有效長度；l—傳力片上兩孔之間的距離；—孔的直徑。 用公式4.3計算傳力片的彎曲總剛度： (4.3) 式中：E—傳力片材料的彈性模量；—截面慣性矩；n—為傳力片數(shù)量；i—傳力片的組數(shù)；l１—傳力片的有效長度。 用公式4.4計算壓盤和離合器蓋組裝時的最大應力： (4.4) 式中：σmax—最大應力值；W—傳力片的截面系數(shù)；n—傳力片數(shù)量；i—傳力片的組數(shù)； l１—傳力片的有效長度；P—傳力片作用力的大小。 帶入數(shù)值計算得到913MPa 離合器傳扭時分為正向驅動和反向驅動，用公式4.5計算正向驅動時的最大應力: =204.5MPa≤913MPa (4.5) 式中：σmax—最大應力值；W—傳力片的截面系數(shù)；n—傳力片數(shù)量；i—傳力片的組數(shù)； P—傳力片作用力的大小；b—傳力片的寬度；l１—傳力片的有效長度；h—傳力片厚度；R—傳力片的圓周半徑；fmax—傳力片軸向變形力最大值；Temax—發(fā)動機最大轉矩。 用公式4.6計算反向驅動時的最大應力: =823.5 MPa≤913MPa (4.6) 式中：σmax—最大應力值；W—傳力片的截面系數(shù)；n—傳力片數(shù)量；i—傳力片的組數(shù)； P —傳力片作用力的大?。籦—傳力片的寬度；l—傳力片的有效長度；h—傳力片厚度；R—傳力片的圓周半徑；fmax—傳力片軸向變形力最大值；Temax—發(fā)動機最大轉矩。 可見，傳力片的設計符合要求。 4.4本章小結 通過資料的學習我們可知壓盤的驅動方式有很多種如，傳力銷式；鍵式等。但是，在離合器分離時，由于零件間的摩擦將降低離合器操縱部分的傳動效率。為了消除上述缺點，近年來廣泛采用了彈性傳動片的傳力方式。所以本設計也采用此方式作為此壓盤的驅動方式。 第5章 膜片彈簧設計 5.1 膜片彈簧的初選 設計膜片彈簧，一定要初步選定其全部尺寸，然后進行一系列的驗算，最后優(yōu)選出合適的尺寸[12]。 表5.1 膜片彈簧的主要參數(shù)的選用參考值 基本參數(shù) 常用范圍 一般范圍 外內徑比 R/r 1.2～1.3 1.2～1.35 膜片鋼板厚度 h(mm) 2～3.4 2～4 高厚比 H/r 1.7～2.0 1.6～2.2 外徑厚度比 H/h 75～95 70～100 比值 R/r0 4～5 3.5～5.0 杠桿比（推式） (r1-rf)/(R1-r1) 2.3～4.5 - 分離指的數(shù)目 n 18 - 分離指舌尖切槽寬 δ1(mm) 3.2～3.5 - 分離指舌根切槽寬δ2(mm) 9～10 - 分離指舌部最寬處半徑 re(mm) ≤ r-δ2 - 初始錐底角 a(o) 10～13 9～15 半徑差值(mm) D1=R-R1 2～4 1～7 D2=r1-r 0.5～ 3 0～6 D3=rf-r0 0～3 0～4 圖5.1 膜片彈簧的基本尺寸 膜片的外徑R的大小約為摩擦片的平均半徑，即(D+d)/4，所以R的初選為106mm， 根據(jù)表5—1和圖5—1以及R的大小，選擇膜片彈簧的以下數(shù)值[13～15]： 大端半徑：R=120mm； 碟簧部分內徑：r=100mm； 碟簧在自由狀態(tài)下的內錐高：H=14mm； 膜片鋼板厚度：h=2.45mm； 膜簧壓盤加載點半徑：R1=118mm； 膜簧支承環(huán)加載點半徑：r1=99mm； 小端內徑r0=25mm； 分離加載半徑：rf=35mm； 分離指舌尖切槽寬：δ1=3.4mm； 分離指舌根切槽寬：δ2=10mm； 分離指舌部最寬處半徑：re=75mm。 5.2 膜片彈簧的分析 圖5.2 膜片彈簧的特征曲線 膜片彈簧由于它的變形和載荷關系并不成線性關系，在壓緊狀態(tài)時，通過支承環(huán)和壓盤在膜片彈簧上的載荷F1(N)集中在支承處，加載點相對軸向變形l1(mm)的彈簧的彈性特征如下式： (5.1) 式中：材料的彈性模量(MPa)，對于剛材料：E=2.1×105MPa；m—材料的泊松比，對于鋼：m=0.3；H、h、R、r、R1、r1代表均是圖5—1中的含義[16～18]。 當離合器分離時，膜片彈簧的加載點將發(fā)生變化，從支承環(huán)和壓盤的加載點轉移到支承環(huán)和分離軸承的加載點，設分離軸承的加載的力為F2(N)，則有如下的關系： (5.2) 把上式代入式5.1則 F1與膜片彈簧末端變形l1關系為 (5.3) 根據(jù)圖5.2中的膜片彈簧的彈性特征曲線，M和N點為曲線的一階導數(shù)點為0點，而中間的H點位曲線的拐點，即為曲線的二階導數(shù)點為0點，所以： (5.4) (5.5) 當=0時，得： (5.6) 式5.6代入R、r、R1、r1得l1=2.16mm，即l1H=3.24mm 而B點為膜片彈簧壓緊狀態(tài)的而l1B：0.8l1H≤l1B≤l1H則選l1B=3mm 當=0時，得 (5.7) 式5—7代入R、r、R1、r1得l1=2.25mm和4.28mm，即l1M=2.25mm，l1N=4.28mm。而A點為摩擦片在最大磨損的情況下的膜片彈簧的彈性變形，其： Dl=l1B－l1A=Zc×DS0 式中：Zc—離合器的摩擦片摩擦片表面數(shù)目，單片Zc=2；DS0—每個摩擦工作表面的最大允許磨損量，一般為DS0=0.5～1mm。 根據(jù)摩擦片的特點，Dl=1.6mm，也就是l1A=1.4mm。而C點為離合器徹底分離的的點，其l1C略大于l1N，所以l1N=4.4mm。 將l1B，l1A，l1C分別代入：得F1B=442.5N，F(xiàn)1A=453N，F(xiàn)1B=98.1N，得到壓緊時的力為453N，分離軸承的分離終端時的用力為98.1N。 5.3 膜片彈簧的校核 在圖5.1中，在Ⅰ點所受的應力是最大的，應對其進行許用應力的校核： (5.8) (5.9) (5.10) 式中：stI—I點的彎曲應力(MPa)；srI—I點的切向壓應力(MPa)；sjI—I點的當量應力(MPa)；e—中性點的半徑(mm)，e=(R－r)/ln(R/r)；j—離合器撤離分離時膜片彈簧相對于自由狀態(tài)時的轉角；F2—分離時的分離軸承的力；[sjI]—材料的當量應力的許用值，采用60Si2MnA時，[sjI]=1500～1700MPa[19，20]。 經過計算代入，sjI=stI－srI=1785MPa－352.8MPa=1432.2MPa ≤ [sjI] 校核得知，膜片彈簧的設計在允許的范圍內，設計是合理的。 5.4 膜片彈簧的材料以及制造工藝 材料使用優(yōu)質彈簧鋼（60Si2Mn）,并進行熱處理，特別要注意表面不能有傷痕。為了避免應力集中，在內圓周部位的下面要進行倒角。倒角的半徑值為R=1～2mm；為了減少彈簧的離散性，同時為了控制支承點處的間隙，要求板厚有較高的精度；為了防止膜片彈簧在循環(huán)載荷的作用下，產生彈簧的彈力下降（疲勞變形），一般采用下面的方法處理：①強壓處理②噴丸處理 國內膜片彈簧一般采用60Si2Mn或50CrVA等優(yōu)質高精度鋼板材料。為了保證其硬度、幾何形狀、金相組織、載荷特性和表面質量等要求，需進行一系列熱處理。為了提高膜片彈簧的承載能力，要對膜片彈簧進行強壓處理，即沿其分離狀態(tài)的工作方向，超過徹底分離點后繼續(xù)施加過量位移，使其超過3～8次，以產生一定的塑性變形，從而使膜片彈簧的表面產生與使用狀態(tài)的反方向的殘余應力而達到強化的目的。一般來說，經強壓處理后，在同樣的工作條件下，可提高膜片彈簧的疲勞壽命5%～30%。另外，對膜片彈簧的凹面或雙面進行噴丸處理，即以高速彈丸流噴射到默片彈簧表面，使表層產生塑性變形，從而形成一定厚度的表面強化層，起到冷作硬化的作用，同樣也可提高承載能力和疲勞強度。 為了提高分離指的耐磨性，可對其端部進行高頻淬火、噴鍍鉻合金和鍍鎘或四氟乙烯。在膜片彈簧與壓盤接觸圓形處，為了防止由于拉應力的作用而產生裂紋，可對該處進行擠壓處理，以消除應力源。 膜片彈簧表面不應有毛刺、裂紋、劃痕、銹蝕等缺陷。碟簧部分硬度一般為45～50HRC，分別指端硬度55～62HRC，在同一片上同一范圍內的硬度差不大與3個單位。碟簧部分應為均勻的回火屈氏和少量的索氏體。單面脫碳層的深度一般不超過厚度的3%。膜片彈簧的內、外半徑公差一般為H11和h11，厚度公差為±0.025mm，初始底錐角公差為±10。膜片彈簧上下表面的表面粗糙度為1.6μm，底面的平面度一般要求小于0.1mm。膜片彈簧處于接合狀態(tài)時，其分離指端的相互高度差一般要求小于0.8～1.0mm。 5.5本章小結 通過初選，我們可以初步確定膜片彈簧的各個尺寸，用公式分析計算可得知初選的尺寸是否合理，最后通過校核，我們得到了符合本設計要求的膜片彈簧。 第6章 離合器的滑磨及熱工況 6.1 工況分析 圖6.1給出的是汽車起步時的工作過程。在汽車起步前，首先要踩下離合器踏板使離合器主從動部分分離，在掛如變速器低檔。這時，離合器主動部分的角速度與發(fā)動機的角速度一致，為點；從動部分經過傳東西與車輪相連，其角速度為零。起步時死機逐漸放松離合器踏板并逐漸踏下油門踏板。這時，可將離合器的接合過程分為兩個階段： 圖6.1 汽車起步時離合器的工作過程簡圖 第一階段：時間從0到，由于小于，故從動部分的角速度仍為零，汽車不動，但離合器開始滑磨。 第二階段：時間從到，此時由于大于，汽車開始起步，從動部分的角速度迅速上升，而發(fā)動機的角速度由開始上升到B點后變?yōu)檠杆傧陆?，到時刻，主、從動部分的角速度達到一致時候，離合器的滑磨停止，其整個接合過程結束。為滑磨時間。 換算到離合器從動部分上的汽車阻力矩為： （6.1） 式中 ——汽車總質量，1820㎏； ——掛車總質量； ——車輪滾動半徑，=0.31725m； ——汽車的行駛阻力系數(shù)，取=0.1； ——傳動系的傳動比，=·=3.778×4.235=16； ——傳動系的傳動效率，=0.9； ——重力加速度。 由式（6.1）可得=392.1N·m 圖6.2為研究汽車起步時離合器接合過程的力學模型。其中為發(fā)動機旋轉部分（主要是飛輪）和離合器主動部分的轉動慣量；為汽車及掛車的總平移質量換算到離合器從動軸上的轉動慣量（這里忽略了自離合器從動盤到驅動輪之間全部旋轉件的轉動慣量）。 圖6.2 摩擦離合器接合過程的力學模型 為了確定滑磨功，先建立力學模型所示系統(tǒng)質量運動的微分方程： （6.2） 其中可由下式確定； 而離合器從動部分的角速度為 （6.3） 所以得： （6.4） 飛輪的轉動慣量： 初估算飛輪的質量為4.5㎏。因此飛輪的轉動慣量為0.041。 滑磨功為 （6.5） 式中 ——離合器的滑磨角，而 ，因此有， （6.6） 相對于和求解這些方程的困難在于，和都是隨時間變化的，非線性的。為了相對的評價離合器的結構，先不考慮司機駕駛技能的影響，并假設離合器為瞬間接合及起步時離合器的摩擦力矩為常量。為了簡化問題并求解式（6.2）的微分方程，也假設在離合器滑磨過程中和亦為常量。則可由求解式（6.2）得出系統(tǒng)主從動部分的角速度和隨時間的變化而變化的表達式。 主動部分： （6.7） 從動部分： （6.8） 當和的值達到完全一致時滑磨過程完畢。因此，使式（6.7）中的等于式（6.8）中的，則可求出滑磨時間為： （4.17） 由上式可得出滑磨時間=1.3秒。 在上述假設條件下，系統(tǒng)主、從動部分的角速度將與時間t成線性關系（圖6. 3）。式（6.6）的積分相當于圖4-6中所示的三角形OSD的面積，該面積的大小向大于滑磨角的值。因此，滑磨功可表達為： （6.10） 式中 ——離合器的滑磨時間； ——汽車開始起步時離合器主動部分的初始角速度。，其中 為對應的發(fā)動機轉速r/min，設=2000r/min。 將的表達式及式（6.9）代入上式，則得 （6.11） 經過整理數(shù)據(jù)，L=31565.58J 由圖6.3可以看到，在發(fā)動機的高轉速及變速器的高檔位下起步，滑磨功會急劇增大，因為L∝;L∝1/的緣故。由式（4.12）也可知∝，因此L∝。由此可見汽車拖掛車時將使其離合器工作狀況顯著惡化。此外，汽車拖帶掛車時，離合器的分離和接合次數(shù)也將增多，這將家具摩擦片的磨損。由上也可看出：離合器的后備系數(shù)越大，也就意味著較大，則滑磨功要減小。 圖 6.3 當，和為常量時和的變化情況 按照式（6.11）計算的滑磨功式其最小可能值，它與接合是否平順無關，可用于對各型號車的離合器工作狀況的比較計算。離合器的滑磨功L與其從動盤摩擦面積之比， （6.12） 稱為離合器比滑磨功。它是離合器摩擦表面耐磨性的一項評價指標。當汽車用Ⅰ檔起步且=0.1時，單片離合器比滑磨功的許用值為。經過計算，本設計中離合器比滑磨功為，符合單片離合器的單片離合器比滑磨功的許用值。 在確定離合器的熱工況時，通常是計算壓盤的溫度，因為飛輪的質量要比壓盤的質量大得多，其溫升相對不大。計算時假設它們不向周圍散熱。則熱平衡方程式為： （6.13） 式中 ——壓盤的質量，初步估算為3㎏； ——傳到壓盤的熱量所占的比率。對單片離合器，=0.5； ——壓盤的比熱容，鑄鐵的比熱容為481.4J/（㎏·℃）； ——溫升，℃； ——滑磨功，J。 則壓盤的溫升為 9.84℃ 對單車，一次接合離合器的壓盤溫升不應超過10℃；計算所得的溫升是汽車一次起步的結果。該算法可用于比較不同類型的熱工況。在世界運行中，離合器的主從動盤的溫升過程要復雜的多。在城市擁擠的交通條件下，對于模壓石棉基離合器摩擦片來說，長時間作用的容許溫度為200℃，而短時間作用的容許溫度不應超過350℃。 6.2 約束條件 1、摩擦片外徑D（mm）的選取應是最大圓周速度， （6.14） 2、為了保證扭轉減震器的安裝，摩擦片內徑d必須大于減震器彈簧的位置直徑約為50mm，即 3、滑磨功的驗算，根據(jù)另一經驗公式對上述的滑磨功值進行驗算。 （6.15） 為單位摩擦面積滑磨功（）；為需用值（），對于本車：=0.40（）；W為汽車起步時離合器接合一次產生的總的滑磨功（J） （6.16） 經過計算，符合要求。 4、為了反映離合器傳遞的轉矩保護自身過載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉矩應小于其許用值； （6.17） 由表6.3，得=0.3。 表6.3 單位摩擦面積傳遞轉矩許用值 離合器規(guī)格（D/mm） ≤210 （D/mm） ＞210~250 （D/mm） ＞250~325 （D/mm） ＞325 （D/mm） /×10-2 0.28 0.30 0.35 0.40 因此，符合要求。 6.3 本章小結 而在汽車使用中，在交通繁忙的城市內，起步次數(shù)相當頻繁，如果再加上換檔 時對離合器的使用，則離合器的接合次數(shù)相當頻繁，滑磨相當嚴重。離合器滑磨的嚴重程度常用滑磨功的大小來衡量。離合器的滑磨功是指離合器接合過程中有多少機械能變成熱能。離合器的滑磨功愈大，則零件的溫升和磨損也會愈嚴重?；スΦ拇笮”砻髁穗x合器摩擦表面磨損的嚴重程度。因此，滑磨與熱工況正確分析對汽車的安全行駛十分重要。 結 論 本文針對切諾基汽車設計了一款推式膜片彈簧離合器，北京切諾基汽車發(fā)動機的最大輸出轉矩是離合器設計的主要依據(jù)。 設計的膜片彈簧離合器，能夠滿足北京切諾基汽車在正常行駛中，保證汽車平穩(wěn)起步、順利換擋、防止傳動系過載等基本要求。選擇的離合器后備系數(shù)β應適當增大，以保證對離合器的使用要求。 最終確定摩擦片的尺寸為：外徑250mm；內徑155mm；厚度3.5mm。材料選用粉末冶金。 膜片彈簧的尺寸，在經過初選后，仔細分析其受力，結合離合器的設計要求，最終確定尺寸為：大端半徑120mm，碟簧部分100mm，碟簧在自由狀態(tài)下的內錐高14mm，膜片鋼板厚度2.45mm，膜簧壓盤加載點半徑118mm，膜簧支承環(huán)加載點半徑99mm，小端內徑25mm，分離加載半徑35mm，分離指舌尖切槽寬3.4mm，分離指舌根切槽寬10mm，分離指舌部最寬處半徑75mm。膜片彈簧要求具有較高的尺寸精度，同樣在膜片彈簧的制造中，也需要好的加工工藝。 參考文獻 [1] 嚴正峰.汽車離合器行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略探討[J].汽車與配件，2007，10：22～24 [2] 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