汽车膜片弹簧离合器设计_毕业论文(编辑修改稿)

汽车膜片弹簧离合器设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

汽车离合器概述 离合器是离合器是设置在发动机与变速器之间的动力传递机构，是传动系中的第一个总成，它的构造 特性和传动系紧密相关。 汽车传动系与发动机协同工作，以保证汽车在各种行驶条件下正常行驶所必需的驱动力与车速使汽车具有良好的动力性和燃油经济性。 汽车起步时需要通过离合器主、从动部分之间的滑磨、转速的逐渐接近，确保汽车起步平稳。 当变速器换挡时，通过离合器主、从动部分的迅速分离来切断动力的传递，以减轻齿轮齿间冲击，保证换挡平顺。 当传给离合器的转矩超过其所能传递的最大转矩时，其主 、从动部分间将产生滑磨、防止过载。 根据离合器的功用，它应满足下列主要要求： （ 1）能可靠的传递发动机的最大转矩 ； （ 2）接合过程要平顺、柔 和，使汽车起步时没有抖动和冲击 ； （ 3）分离时要迅速彻底 ； （ 4）离合器从动部分的转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮的轮齿间的冲击并方便换挡 ； （ 5）高速旋转时具有可靠的强度，应注意平衡并免受离心力的影响 ； （ 6）应使汽车传动系避免共振，具有吸收震动，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。 汽车离合器发展历史 近年来各国政府都从资金、技术方面大力发展汽车工业，使其发展速度明显比其它 工业要快的多， 汽车工业迅速成为一个国家工业发展水平的标志。 对于以内燃机为动力的机械传动汽 车来说，无论是 AMT 或 MT，离合器都作为一个独立的部件而存在。 在在早期研发的离合器结构中，锥形离合器最为成功，但容易造成分离不彻底甚至出现主、从动件根本无法分离的自锁现象。 现今所用的盘式离合器的先驱是多片盘式离合器，其接合平顺无冲击，浸在油中工作能达到更为满意的性能。 石棉基摩擦材料的引入和改进使得盘式离合器可以传递更大的转矩，耐受更高的温度，成为想单片离合器转变的关键。 早期单片干式离合器接合不够平顺，但经过多年的实践经验和技术上的改进单片干式摩擦离合器在机构设计方面相当完善，采用具有轴向弹性的从动盘提高了其 接合平顺性。 从动盘 总成中装有扭转减震器，防止了扭转共振，减少了传动系噪声和动载荷，乘用车愈来愈多的采用具有双质量飞轮的扭转减震器。 随着汽车发动机转速、功率不断提高和汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。 因此 提高离合器的可靠临沂大学本科专业职业生涯设计 15 性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离合器传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。 从提高离合器工作性能的角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。 某些采用拉式膜片弹簧的离合器，扭转能力提 高30%，使用寿命至少提高 70%。 近年湿式离合器在技术上不断改进，国外某些重型牵引车和自卸车上又开始使用湿式离合器，据报道其有着良好的起步能力，寿命可达干式离合器 5~6 倍。 离合器工作原理 图 1 离合器工作原理 如图 1所示，摩擦离合器一般是有主动部分、从动部分组成、压紧机构和操纵机构四部分组成。 离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮和压盘借摩擦作用传给从动盘，在通过从动轴传给变速器。 当驾驶员踩下踏板时，通过拉杆，分离叉 、 分离套筒 和分离轴承 ，将分离杠杆的内端推向右方，克服 压紧弹簧的力量拉动压盘向左，从动盘两面的压力消失，因而摩擦力消失，发动机的扭矩就不再传入变速器，离合器处于分离状态。 当放开踏板，回位弹簧克服各拉杆接头和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。 此时压紧弹簧就推动压盘向右，仍将从动盘压紧在飞轮上，这样发动机的扭矩又传入变速器。 2 膜片 式弹簧 离合器功用及主要零部件概述 膜片式 弹簧 离合器结构原理 1． 主动部分 离合器主动部分由飞轮、离合器盖和压盘组成，特点是质轻，维修拆装方便。 压盘和飞轮的工作面要平整光洁。 2． 压紧装置与分离机构 离合器压紧装 置与分离机构由膜片 弹簧、支撑环、压盘、传力片及分离弹簧临沂大学本科专业职业生涯设计 16 片等组成， 支撑环装在膜片弹簧外侧。 分离弹簧片连接压盘和离合器盖。 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。 1轴承 2飞轮 3从动盘 4压盘 5离合器盖螺栓 6离合器盖 7膜片弹簧 8分离轴承 9轴 图 2 离合器总成 3． 从动部分 表 1 盘总成零件功能介绍 零件 零件功能 选取材质 减振盘 从动盘把扭矩从波簧片传递到盘毂；减振弹簧的安装位置之一 St12， 08F，08Al 减震器 减振弹簧的安装位置 之一 St12， 08F，08Al 盘毂 将飞轮扭矩传递给变速箱；减振弹簧 安装位置之一； 决定扭转角度；保持产生滞后的零件 35MoVA， 35，45 摩擦片 与压盘和飞轮接触，使其产生摩擦力 B1675，B8805 临沂大学本科专业职业生涯设计 17 波形簧片 缓冲，保证接合的平顺性 SK5， 65Mn 蝶形簧片 吸收噪声和振动；为滞后扭矩提供压紧力 SK5， 65Mn 减震衬套 与盘毂及减振盘 间的摩擦力是产生滞后扭矩的主因 PA66 减震垫圈 吸收振动和噪声； 传递形成滞后的压紧力 SK5， 65Mn 限位销 连接从动盘和减振盘 SWRAM20， 20 减震弹簧 吸收旋转方向的冲击；防止噪声和振动 55CrSi 摩擦片铆钉 铆钉连接摩擦片及波簧片 SWRM10~12，10 1从动片； 2摩擦片； 3铆钉 图 3 开有 T 形槽的整体式弹性从动片 从动盘总成由摩擦片，从动片，减震器和从动盘穀等组成。 从动盘总成应满足如下设计要求： （ 1） 转动惯量要小，以减小变速器换档时轮齿简单冲击 ； （ 2） 具有轴向弹性，使离合器接合平顺，便于起步，压力均匀，减小磨损。 （ 3） 应装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。 从动盘 分为不带扭转减震器和带扭转减震器两种类型。 膜片式弹簧离合器的工作特性 临沂大学本科专业职业生涯设计 18 图 4 膜片弹簧弹性特性曲线 如图 6所示两种弹簧的特性曲线，膜片弹簧特性曲线成非线性特性，螺旋弹簧特性曲线呈线性特性。 图中 B 表示两种弹簧离合器的接合点，其压紧力都为1BF。 分离时 两种弹簧都附加压缩变形量 F1 ，此时膜片弹簧的压力 1CF ，小于螺旋弹簧的压力11CF，且 11CBFF ，11CF即膜片弹簧分离时的作用力小于接合时的作用力，因而具有操作轻便的特点。 当摩擦片磨损变薄使弹簧都伸长  ，螺旋弹簧的压紧力由 1BF 直线下降到11AF，而膜片弹簧的压力 1AF 却几乎等于 1CF。 因此膜片弹簧离合器具有磨损片磨损而压紧力几乎保持不变的特点；另外，周置螺旋弹簧式离合器在高速下，离心力会使弹簧产生弯曲而导致弹力下降，而膜片式弹簧的压紧力几乎与转速无关，即具有高转速压紧力稳定的特点。 膜片弹簧离合器在整体结构上还有一个特点，按其分离轴承运动的方向可分为推式和拉式两种。 由于膜片弹簧式离合器具有结构简单、轴向尺寸小、理想的弹性特点，在使用期限内能保持压紧力不变，操纵轻便、高速时压紧力稳定、分离杠杆平整无需调整等优点，已在现代汽车上得到广泛使用。 膜片弹簧的载荷与变形关系 图 5 膜片弹簧简图 碟形弹簧的形状如以锥型垫片，在碟簧的小端伸出许多分离指。 通过支承环临沂大学本科专业职业生涯设计 19 和压盘加在膜片弹簧上的沿圆周分布的载荷，假象集中在支承点处，用 F1表示，加载点间的相对变形（轴向）为 1 ，则压紧力1F与变形 1 之间的关系式为 :      21111 22 1 1 1 111 / 261 I n R rE h R r R rF H H hR r R rRr                     （ 21） 式中： E—— 弹性模量，对于钢， aMPE   —— 泊松比，对于钢，  = H —— 膜片弹簧在自由状态时，其碟簧部分的内锥高度 h —— 弹簧钢板厚度 R —— 弹簧自由状态时碟簧部分的大端半径 r —— 弹簧自由状态时碟簧部分的小端半径 1R —— 压盘加载点半径 1r —— 支承环 加载点 半径 3 离 合器基本参数的选择计算及基本参数的优化 离合器的基本结构尺寸及其设计参数 汽车离合器既要传 递发动机转矩，又要靠他的滑磨来使汽车平稳起步，工作条件甚为恶劣， 这就要求合理的选择离合器的基本结构尺寸及其设计参数。 表 3 离合器原始数据 汽车的驱动形式 42 汽车 最大加载质量 2020 kg 汽车的质量 4095 kg 发动机位置 前置 发动机最大转矩 201/2500((r/min)) 发动机最大转速 4500r/min 发动机最大扭矩 ≥ 离合器形式 机械、干式、单片、膜片弹簧 临沂大学本科专业职业生涯设计 20 操纵形式 液压人力操纵 摩擦片最大外径 f=225mm 踏板行程 150~80 mm i0= ig1= ig2= ig3= ig4= 汽车最大时速 ≥ 110 km/h 1基本公式 （ 1）离合器转矩容量 离合器转矩容量 eT ， eT 反映的是摩擦所能传递转矩的极限能力。 eeT ZRN（ 31） ， eR 为有效地摩擦半径； N 为正压力；  为摩擦面摩擦系数，一般计算时应取动摩擦系数 动 ； Z 为离合器摩擦面数，单片为 2，双片为 3。 本 设计 为 单片离合器， Z=2。 离合器间隙 Δt 一般为 3～ 4mm，此 取 Δt=4mm。 一种 模型 认为正压力均匀分布在摩擦面上， 33022023 ie iRRR   （ 32） ， 另 一种模型 认为 正 压力从 iR 到 0R 递减， 1 ()2e O iR R R （ 33）。 2基本性能关系式 为了保证离合器能可靠的传递发动机的转矩，将离合器转矩容量 eT 和发动机最大转矩 maxeT 写成 ， maxeeTT （ 34） 或写成 maxeeT ZR N （ 35） ，式子中 为 离 合 器后 备 系数 ， 1。 引入 单 位 压力 ()Fpp A 时， 可 写成m axeeT ZR pA （ 36） ，式中： A为摩擦片的单面面积， 2m。 3基本结构尺寸参数的选择 在确定离合器的结构型式即膜片弹簧后，就要确定其基本结构尺寸和参数，他们是摩擦片外径 D；单位压力 p ；后备系数 。 在选定这些尺寸和参数时，发动机最大转矩 maxeT ；整车总质量 am ；传动系总的速比 i ；车轮滚动半径 kr 等一些车辆参数对他们有重大影响。 根据表给定的特定数据计算： max 201 .eT N m , a 4095m kg。 4后备系数  临沂大学本科专业职业生涯设计 21 表 4 离合器后备系数 的取值范围 车型 后备系数 β 乘用车及最大总质量小于 6t的商用车 ～ 最大总质量为 6～ 14t 的商用车 ～ 挂车 ～ 后备系数  是离合器的很重要的参数，他在保证离合器能可靠的传递发动机转矩的同时，还有助于减少汽车起步时的滑磨，提高离合器的使用寿命。 则  由表 4 结合设计实际情况， 预先 选择 。 摩擦 片 结构选择和 基本参数的的确定 摩擦片在性能上要满足如下要求： （ 1） 摩擦系数稳定，工作温度，滑磨速度，单位压力的变化对其影响 ； （ 2） 具有足够的机械强度和耐磨性，热稳定性好； （ 3） 有利于接合平顺； （ 4） 长期停放离合器摩擦面会发生粘着现象。 （ 5） 摩擦片选用材料为石 棉基摩擦材料 ； 替代石棉的有机摩擦材料由于其优异的工作特性也已经开始得到应用； 金属陶瓷材料除了 具有 一般有机摩擦材料的综合性能外，还应着重考虑对偶件的耐磨性和接合时的工作的粗暴性。 摩擦片外径 D的确定 表 5 直径系数的取值范围 车型 系数 K 乘用车 47 最大总质量为 ～ 的商用车 30～ 39(单片离合器 ) 45～ 55(双片离合器 ) 最大总质量大于 的商用车 17～ 21 临沂大学本科专业职业生涯设计 22 摩擦片的尺寸已系列化和标准化 ,标准如下表 (部分 ): 表 6 离合器摩擦片尺寸系列和参数 外径 D\mm 160 180 200 225 250 280 300 325 内径 d\mm 110 125 140 150 155 165 175 190 厚度 /mm 339。 1C 1 dC D 单面面积 2cm 106。