eq1091离合器设计(编辑修改稿)

eq1091离合器设计(编辑修改稿)内容摘要：

飞轮由初级飞轮、扭转减振器和次级飞轮组成，采用径向布置减振弹簧，在有限的空间可以获得相当好的减振效果。 它突破了传统的飞轮铸造生产方法，以钢板冲压取而代之。 随着汽车运输业的发展，离合器还要在原有的基础上不断提高和改进，以适应新的使用条件。 从国外的发展动向来看，近年来车辆在性能上向高速发展，发动机的功率和转速不断提高，载货汽车趋于大型化，国内也有类似情况。 此外，离合器的使用条件也日酷一日。 因此，提高离合器的传扭能力、提高其使用寿命、简化操作已成为离合器目前发展的趋势。 对于重型离合 器，由于商用车趋于大型化，发动机功率不断加大，但离合器允许加大尺寸空间有限，离合器的使用条件日酷一日，增加了离合器扭转能力，提高其使用寿命，简化操作，已成为重型离合器发展的趋势。 为了提高离合器的扭转能力，在重型汽车上可采用双片干式离合器。 从理论上讲，在相同的径向尺寸下，双片离合器的扭转能力和使用寿命是单片 1 倍。 但受到其它客观因素的影响，实际效果要比理论值低一些。 近年来湿式离合器在技术上不断的改进，在国外某些重型牵引汽车和自卸汽车上又开始采用多片湿式离合器。 与干式离合器相比，由于油泵进行强制冷却的结果， 摩擦表面温度较低，因此起步时长时间打滑也不致烧损摩擦片。 据报道，这种离合器有着良好的起步能力，其使用寿命可达干式的 5~6 倍。 汽车离合器的发展 在早期研发的离合器结构中，锥形离合器最为成功。 它的原型设计曾装在德国戴母勒公司的钢制车轮的小汽车上。 它是将发动机飞轮的内孔做成锥体作为离合器的主动部件。 采用锥形离合器的方案一直延续到 20世纪 20年代中叶，对当时来说，锥形离合器修复比较简单，摩擦面容易修复。 它的材料曾用过驼毛带、皮革带等。 现今所用的盘式离合器的先驱是多片盘式离合器，它是直到 1925 年 以后才出现的，多片离合器最武汉理工大学华夏学院 主要的优点是在汽车起步时离合器的结合比较平顺，无冲击。 早期的设计中，多片按成对布置设计，一个钢盘片对着一青铜盘片。 采用纯粹的金属对金属的摩擦副，把它们置于油中工作，能达到更为满意的性能。 在油中的盘式离合器，摩擦片直径不能太大，以避免在高速时把油给甩掉。 此外，油也容易把金属盘片粘住，不容易分离。 但毕竟优点大于缺点。 因为在当时，许多离合器还在探索原创阶段，性能很不稳定。 石棉基材料的引入和改进，使得盘式离合器可以传递更大的转矩，能耐受更高的温度。 此外，由于采用石棉基摩擦后可用较小的摩 擦面积，因而可以减少摩擦片数，这是由多片离合器向单片离合器转变的关键。 离合器执行系统的使用环境非常恶劣，长时间的经受高温，而且又暴露在压力油和润滑剂中。 以往主动缸和从动缸组件都必须使用金属，近年来，美国一汽车产品公司向各大洲的车商提供用塑料制的离合器执行系统，该商品的商标为 CSC，是用 LFRT，即用 50%的长纤维增强的黑色尼龙，该材料的硬度大、重量轻、比模量超过铝合金。 它的纤维分布均匀，是随机分布的，尺寸稳定性好、收缩率低、约为%。 由于纤维完全浸润在尼龙树脂中，而且端头较少，完全能保证有出色的光亮表 面。 50%的长纤维，使热膨胀系统几乎与金属相同，该公司认为，如果仔细地将注塑件的尼龙成份烧掉，留下的骨架部分（纤维）几乎仍保留制品的形状。 这表明产品中的纤维的分布是各向同性，所以收缩一致，抑制了翘曲 CSC 的表面光洁度较铸铝件好，有助于延长 从动缸的密封寿命。 该产品的型号是 ，完全符 有的长期爆炸测试要求，室温下的抗拉强度几乎达到 50000lb/ft2，疲劳强度高，抗蠕变能力强，在 149℃下，抗拉强度仍有 20200lb/ft2， 50%长玻纤增强的 PA，密度为 ，所以也减轻了重 量。 通过注塑成型生产结构复杂的零件与铸铝相比，节约了成本。 多年的实践经验和技术上的改进以及材料的日新月异，使人们逐渐趋向于首选单片干式摩擦离合器因为它具有从动部分转动惯量小、散热性好、机构简单、调整方便、尺寸紧凑、分离彻底等优点，而且由于在结构上采取一定措施，已能做到结合平顺，因此现在广泛用于大、中、小各类车型中。 本文研究的主要内容 本设计的主要内容： （ 1）离合器类型的选择； （ 2）各部件参数的选择； （ 3）各部件的参数计算各部件的设计； （ 4）总体布置； （ 5）图纸的绘制。 主要设计步骤如下 ： （ 1）确定要设计的膜片弹簧离合器的基本结构，包括主动部分、从动部分、压紧机构、操纵机构； （ 2）根据设计的形式确定主要机构的基本数据； （ 3）根据具体结构和设计情况提出改进意见和措施，找出设计的不足和所受的条件限制，提出解决方案； （ 4）根据计算结果绘制图纸并撰写说明书。 武汉理工大学华夏学院 2 离合器结构原理分析 离合器机构类型的分析 汽车离合器有摩擦式、液力式和电磁式三种类型，但摩擦式离合器用得最为广泛。 摩擦离合器的类型很多，主要有周置式离合器、中央弹簧离合器、斜置弹簧离合器、膜片弹簧离合器。 周置式离合器主要 用在商用载重汽车上，螺旋弹簧沿着压盘的圆周作同心圆布置：中央弹簧离合器，采用 12个圆柱螺旋弹簧或用一个矩形断面的锥形螺旋弹簧做压簧并布置在离合器正中间的结构形式，称为中央离合器。 中央离合器的压簧不和压盘直接接触，因此压盘由于摩擦生成的热量不会直接传递给弹簧使其回火失效。 中央弹簧的压紧力通过杠杆系统作用于压盘，并按杠杆比放大，因此可用较小的弹簧力得到足够的压盘压紧力。 膜片弹簧离合器是用膜片弹簧代替了压紧弹簧及分离杆机构而作成的离合器，因为它布置在中央，所以也可算中央弹簧离合器：双片离合器，单片离合器由于受到 压紧弹簧结构布置和设计的限制，其转矩容量也受到限制。 其次还有斜置拉式螺旋弹簧离合器、金属陶瓷离合器、湿式离合器。 膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比，具有一系列优点： ⑴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，因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；相对圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降，离合器分离时，弹簧压力有所下降，从而降低了踏板力。 对于圆柱螺旋弹簧，其压力则大大增加。 ⑵膜片弹簧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。 ⑶高速 旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱螺旋弹簧压紧力则明显下降。 ⑷膜片弹簧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。 ⑸易于实现良好的通风散热，使用寿命长。 ⑹膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。 按其分离轴承运动的方向可分为推式和拉式两种。 拉式膜片弹簧离合器较推式在性能上有更多的优点，但由于受到分离轴承机构设计、拆装复杂等因素的困扰，因此在本设计选用推式的结构形式。 膜片弹簧离合器的结构和工作原理 离合器的结构：发动机的飞轮是离合器的主动部件（如图 所示），带有摩擦片的从动盘和从动盘毂借滑动花键与变速器第一轴（离合器从动轴）相连。 压紧弹簧将从动盘压紧在飞轮端面。 发动机转矩即靠飞轮与主动盘面之间的摩擦作用而传到从动盘上，在由此经过变速器的第一轴和传动系统的中一系列部件传给驱动轮。 压紧弹簧的压紧力越大，则离合器所能传递的转矩也越大。 从动盘：主要由从动片、摩擦片、从动盘毂等三个基本部件组成。 为了使单盘离合器结合柔和，起步平稳，从动盘一般具有轴向弹性。 具有轴向弹性的从动盘结构大致有整体式、分开式和组合式几种。 扭转减振器：发动机传到汽车传动系统中的转 矩是周期地不断变化着的，这就使的传动系统中产生扭转振动。 如果其振动的频率与传动系统的固有频率相一致，就会发生共振，这对传动系统零件寿命有很大影响。 此外在不分离离合器的情况下进行紧急制动或猛烈接合时，瞬间将造成对传动系统极大的冲击载荷，从而缩短零件的使用寿命。 为了避免共振，缓和传动系统所受的冲击载荷，提高零件的寿命，通常在各种轿车，货车的传动系中都装有扭转减振器。 武汉理工大学华夏学院 操纵机构：离合器的操纵机构是驾驶员借以使离合器，或使之柔和结合的一套机构。 它起始于离合器踏板，终止于离合器壳（飞轮壳）内的分离轴承。 按照分离离 合器的操纵能源不同，离合器操纵机构可分为人力式和气压式两类。 前者是以驾驶员的肌体作为惟一的操纵动力，后者是以发动机驱动的空气压缩机作为主要操纵动力，而以人力作为辅助和后备的操纵动力。 离合器盖总成：压盘、分离杆、压紧弹簧一起组装在离合器盖内，组成离合器盖总成。 盖总成通过螺栓安装到发动机的飞轮上。 飞轮和压盘为主动件，发动机的转矩通过这两个主动件输入。 飞轮和压盘之间为从动盘总成，它作为从动件通过摩擦接受由主动件传来的输入转矩，并通过其中间的从动盘毂花键输出转矩。 压紧弹簧通过压盘那从动盘总成紧紧压在飞轮上，形 成工作压力。 当发动机工作带动飞轮和压盘一道旋转时，通过压盘上压紧弹簧产生的工作压力所形成的摩擦力，带动从动盘总成旋转，完成转矩的输出。 离合器的工作原理：离合器盖与发动机飞轮用螺栓紧固在一起 ,当膜片弹簧被预加压紧 ,离合器处于接合位置时 ,由于膜片弹簧大端对压盘的压紧力 ,使得与从动盘摩擦片之间产生摩擦力。 当离合器盖总成随飞轮转动时 (构成离合器主动部分 ),就通过摩擦片上的摩擦转矩带动从动盘总成和变速器一起转动以传递发动机动力 .要分离离合器时 ,将离合器踏板踏下 ,通过操纵机构 ,使分离轴承总成前移推动膜片弹簧分离 指 ,使膜片弹簧呈反锥形变形，其大端离开压盘，压盘在传动片的弹力作用下离开离合片，是从动盘总成处于分离位置，切断发动机动力传递 [3]。 膜片弹簧离合器的特性 本设计采用膜片弹簧离合器，在离合器设计中采用膜片弹簧离合器有很多优点： （ 1）膜片弹簧本身起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使零件数目减少，重量减轻； （ 2）其次，离合器的机构大大简化并显著地缩短了离合器的轴向尺寸； （ 3）膜片弹簧具有良好的线性特性，设计合适，可使摩擦片磨损到极限，压紧力仍能维持很少改变，切可减轻离合器踏板力，使操纵轻便。 （ 4）膜片 弹簧的安装位置对离合器的旋转轴线是完全对称的，因此它的压紧力不会受离心力的影响，很适合高速旋转。 膜片弹簧起弹性作用的部分是其碟簧部分。 碟簧部分的弹性形变特性和螺旋弹簧的不一样，它是一种非线性的弹簧。 其特性和碟簧的原始内截锥高度 H及弹簧片厚度 h之比 H/ h有关，不同的H/h值可以得到不同的弹性变形特性。 一般分成下列四种情况。 2/ hH 如图 中 2/ hH 的曲线，载荷 P增加时。 变形总是不断增加。 这种弹簧的刚度很大，可 以承受很大的载荷，适合作为缓冲装置中的形成限制弹簧。 武汉理工大学华夏学院 图 H/h 对膜片弹簧弹性特性的影响 2/ hH 如图 中 2/ hH 的曲线，弹簧的特性曲线在中间有一段很平直，变形增加时载荷 P几乎维持不变。 此种弹簧叫做零刚度弹簧。 2 ＜ H/h＜ 22 如图 中 2 ＜ H/h＜ 22 的曲线，弹簧的特性曲线中有一段负刚度区域，既当变形增加时，载荷反而减小。 具有这种特性的膜片弹簧很有适用于作为离合器的压紧弹簧。 因为可利用其负刚度区，达到分离离合器时载荷下降、操纵省力的目的。 当然，负荷刚度过大也不适宜，以免弹簧工作位置略微变动造成弹簧压紧力变化过大。 本设计选取了此种情况。 H/h 22 如图 中 H/h 22 的曲线，这种弹簧的特性曲线中具有更大的负刚度不稳定工况区，而且 具有载荷为负值的区域（特性曲线穿过了横坐标，图中未示出）。 这种弹簧适合于汽车液力传动中的锁止机构。 离合器的设计原则 离合器的主要功用是切断和实现发动机对传动系的动力传递，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，以防止传动系各零部件因过载而损坏；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，设计离合器应满足如下基本要求： （ 1）在任何行使条 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，保证汽车起步时没有抖动和冲击。 （ 3）分离时要迅速、彻底。 （ 4）从动部件转动惯量要小，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。 （ 7）操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。 武汉理工大学华夏学院 （ 8）作用在从动盘上的总压力和摩擦材 料的摩擦因数在离合器工作工程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。 （ 9）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。 （ 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。 所谓使用可靠，指的是离合器机构或零部件在预定期内一直能正常工作。 这意味着在使用中要注意保养，其耗费的劳动量也要尽量小。 这就取决于制造和装配质量、结构设计和使用状况。 很多情况下，离合器不能可靠工作就是和不完善的技术保养 — 零部件缺少必要的润滑和调整。 本章小结 本章着重介绍了离合器的类型分析， 膜片弹簧离合器的结构和工作原理， H/h 对膜片弹簧弹性特性的影响以及离合器的设计原则，并分析了本文所选类型的特性。 通过本章节可以清楚的了解离合器的工作原理和结构，为后面。