湿式换挡离合器在自动变速和无机变速的汽车中的应用本科生毕业设计(编辑修改稿)

湿式换挡离合器在自动变速和无机变速的汽车中的应用本科生毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

车辆起步和换挡时变速箱齿轮轮齿间的冲击，减小换挡时间和离合器的热负荷； (5) 具有更可靠的刚度和强度，满足高转速下动不平衡和离心油压的要求； (6) 能使车辆传动系避免共振，具有吸收振动、冲击的能力，离合器的工作噪声更低； (7) 操纵、控制、安装及调整方便，对制造安装误差要求不能太高，有较强的抗污染能力； (8) 离合器的工作性能更平稳，在工作过程中，摩擦片上的压紧力要不变化或变化很小，摩擦系数在工作过程中应尽 量使其稳定； (9) 离合器在一定空间尺寸下，热容量更大，冷却散热能力更强，使用寿命更长； (10) 系列化，标准化，低成本。 湿式离合器研究的意义 随着我国国民经济的发展和科学技术的进步，汽车工业得到前所未有的快速发展，且随着电子和计算机技术融合到汽车技术中，具有实用价值的汽车电子技术不断完善，使得在汽车发动机管理、燃油喷射、传动系控制、悬架控制、制动控制等方面都取得了突破性进展。 在汽车传动系方面，湿式离合器作为自动变速器的一个关键部件，对其接合控制和接合过程动态性能进行深入研究，对于提高我国 汽车关键零部件的研发水平 ，促进国产自动变速器行业发展都具有重要 意义。 北京理工大学珠海学院 2020届 本科 生毕业 设计 5 第二章 湿式离合器摩擦片的设计 引言 对湿式离合器钢片和摩擦片的设计，湿式离合器的钢片和摩擦片是湿式离合器设计中最重要的组件之一，摩擦片是离合器接合后靠钢片和摩擦片之间的摩擦来传递的扭矩，从而实现动力从输入轴经离合器再传给输出轴。 其中包括摩擦片材料的选择，摩擦偶件数的确定，摩擦片内外径的计算，摩擦片法向压紧力的计算，离心油压作用力及液压缸的压力。 （ 1）已知设计参数 a）最大传递扭矩： 1000Nm； b）采用湿式离合器结构，液压操纵； c）最高转速 3800r/min。 （ 2）任务及目标 a） 查阅资料，了解湿式换挡离合器的发展及应用 ； b） 进行离合器的设计计算，包括主轴、摩擦片、控制缸、弹簧等 ； c）离合器试验系统的方案设计及部件选型设计； d） 离合器试验箱的 设计 ； e）详细撰写毕业设计说明书，绘制变速器工程图。 摩擦片的材料 换挡离合器装在密封着的变速箱内，工作时散热条件差，所以要求摩擦材料要具有良好的导热、耐磨、耐热、耐烧蚀性。 在实际作业中换挡频繁，要求离合器在结合时应平稳、柔和；而在分离时要迅速彻底。 因此，在设计离合器时要求摩擦片具有足 够的摩擦系数和稳定性，以保证在给定的条件下可靠工作。 由于粉沫冶金摩擦材料主要成份为金属，导热性好、强度高，且承受负荷能力比非金属摩擦材料大，故在工程机械、动力换挡离合器中得到了广泛应用。 由于摩擦离合器工作时要产生大量的摩擦热，因此，摩擦副中至少有一个元件应由金属材料制成，以确保摩擦区产生的热量迅速散出，一般采用钢或铸铁。 为了增大摩擦系数，另一个元件一般采用摩擦衬面。 对于片式离合器摩擦副，摩擦衬面材料可分成两类：金属类、非金属类。 金属型摩擦材料，即与钢片对偶的摩擦衬面材料成为金属材料，在汽车车辆中，常见金 属型摩擦材料有钢、铸铁、和粉沫冶金等，摩擦副常见的有钢对钢、钢对铸铁和钢对粉沫冶金等型式。 采用钢、铸铁作为摩擦材料的摩擦片制造较简单，机械强度高，散热好，耐磨，但摩擦系数低，局部易发生烧蚀、胶合及金属转移等现象，导致早期失效。 北京理工大学珠海学院 2020届 本科 生毕业 设计 6 粉沫冶金材料一般采用铜基或铁基粉沫冶金，主要成分为金属，添加石墨和铅提高耐磨性与防止粘着。 粉沫冶金摩擦材料的主要优点是有较高的摩擦系数且在较大温度变化范围内，摩擦系数稳定，高温下耐磨性好；许用比压较高，导热性能好；表面开槽可获得良好冷却，允许较长时间打滑而不致烧蚀。 由于其强度低、韧性 差，一般烧结在钢的基片上。 非金属的摩擦材料如石墨 — 树脂摩擦材料和石棉 — 树脂摩擦材料等多采用纸基摩擦材料。 纸基摩擦材料是借用造纸工艺制得的材料，具有动摩擦系数大，低的静、动摩擦系数比，接合平稳柔和、噪声小等优点 [20]。 表 21 摩擦片材料。 表格 21摩擦系数和许用比压 摩擦副材料 工作条件 d p/Mpa 钢对钢 干式 ～ ～ 湿式 ～ 1～ 2 钢对铜丝石棉 干式 ～ ～ 湿式 ～ ～ 钢对铸铁 干式 ～ ～ 钢对纸基 湿式 ～ 2 钢对粉沫冶金 干式 ～ ～ 湿式 ～ 2～ 工程机械采用的粉沫冶金摩擦材料主要有铜基和铁基两种。 其中，应用较多的是铜基摩擦材料，其材料中含有锡、锌、铅、铁等金属成份及二氧化硅、二硫化钼、石墨等非金属成份。 这类材料的耐磨性较铁基高，且接触均衡、不易与对偶件粘结，其摩擦片的性能见表 22 所示。 表 22 铜基粉沫冶金摩擦片性能 项 目 铜基 /湿式 /压烧法 密度 /g cm3 ~ 硬度 /HB 15~ 60 静摩擦因数 ~ 动摩擦因数 ~ 因此，选用的摩擦片的材料为钢对 粉沫冶金 （铜基） 如下表 23。 北京理工大学珠海学院 2020届 本科 生毕业 设计 7 表 23 钢对粉末冶金参数 摩擦副材料 工作条件 d p/Mpa 钢对粉沫冶金 干式 ～ ～ 湿式 ～ 2～ 摩擦偶件数量 P 在保证传递扭矩的前提下，应尽量减少摩擦偶件数。 摩擦偶件少，磨损小，结合时压紧力和功率损失少，且各片的间隙分布均匀，不仅能充分冷却，而且还不易产生带排现象。 片数越多，分离时片与片之间越易被润滑油粘住，克服粘液的扭矩就大，越易产生带排现象。 但实际离合器，由于外廓尺寸受到结构限制，为了满足传递扭矩的要求，不得不设计成多片式的结构。 对于换挡离合器，其摩擦片一般取 3~ 6 片。 因此，选取湿式 换挡 离合器的摩擦偶件数量为： P=5，即需要钢片 P1=5，粉沫冶金摩擦片 P2=5。 摩擦副 Z 表面相邻的主动摩擦片和被动摩擦片构成一个离合器摩擦副（又称摩擦对偶），由摩擦材料与其配对件组成。 在保证传递转矩的前提下，应尽量减小摩擦副数，结合时，轴向摩擦力小，压紧力损失也小；空转时产生带排转矩小，功率也小。 为了提高摩擦面的工作性能，在湿式离合器摩擦衬面上常开有沟槽。 它的主要作用是破坏油膜，使摩擦副处于边界摩擦状态，提高摩滑时的摩擦系数；径向槽主要是保证冷却油能流经摩擦片表面，提高散热效果，同时，油流还可将磨损碎 屑带走，起到清洁摩擦表面的作用。 由于摩擦片组数 P=5，则摩擦副数 Z=10。 摩擦片表 面沟槽 为了提高摩擦片的工作性能，在摩擦片表面上常开有沟槽，其主要作用有两个： (1) 润滑油流过离合器摩擦表面时，能更好地冷却和润滑摩擦片表面，同时油流还可将摩擦表面上磨损下来的磨屑带走，起到清洁摩擦表面的作用。 (2) 主、从片接合时，这些沟槽有助于摩擦表面上的油汇集到沟槽中流走，当两片相对滑磨时，还可以起到刮油和破坏油膜的作用，从而建立半液体和临界摩擦，提高摩擦因数。 摩擦表面的沟槽形式通常有径向槽、螺旋槽、弧形菱状槽、方形槽、复合槽（螺旋槽加径向槽）。 不同的沟槽形状对摩擦片性能影响是不同的，并且对于同一形状的沟槽， 其深度、宽度和密度对摩擦性能也有影响。 沟槽的设置虽提高了摩擦片的摩擦性能，但同时北京理工大学珠海学院 2020届 本科 生毕业 设计 8 也减小了摩擦面积，增加了摩擦片的磨损。 因此，在计算比压和摩擦力矩时，必须扣除沟槽的面积。 摩擦片内外径 离合器的主要尺寸参数有摩擦片 外径和内径。 摩擦片的 外径 选取应使摩擦片最大圆周线速度不超过极限值，以免摩擦片发生 飞离 现象。 湿式换挡离合器摩擦转矩与摩擦副副数成正比，且随摩擦副面积和作用半径增大而增大，所以为增大离合器的摩擦转矩，一是可以采用增加摩擦副数量的方法，二是增大摩擦副的径向尺寸。 但是摩擦副数量过多一方面会导致活塞行程 过大，分离不彻底、不均匀而造成较大的带排转矩，另一方面会导致滑摩时摩擦衬片接触 比亚 分布的不均匀性增大；而加大摩擦副径向尺寸会导致摩擦片 圆周速度（线速度） 过大，以致使摩擦副间 热流密度 过大而出现过热，发生摩擦偶件烧蚀或裂纹现象。 因此，合理设计摩擦副的尺寸及摩擦副数是非常重要的。 金属型摩擦片外径： R= （ 21） 式中 ， m= — 对于金属型摩擦片 m=～ ，取中间值为 ； — 摩擦副系数取 ； — 摩擦表面接触系数，其值等于扣除表面油槽后的净面积与总面积之比，无油槽时 =1，有油槽是一般取 =～ ，由于金属摩擦片没有油槽，则 =1。 — 离合器的储备系数； T— 离合器主动件的计算转矩； — 摩擦副的许用比压， 取。 储备系数 离合器摩擦转矩应大于所有传递的工作转矩，才能可靠工作，即在摩滑过程中能够保证在一定时间内结合，在接合时不大滑。 因此在摩擦离合器转矩的设计过程中，需要预留一定的转矩储备，以保证离合器的正常工作，用储备系数 表示，定义如下 （ 22） 北京理工大学珠海学院 2020届 本科 生毕业 设计 9 式中 Tfmax— 离合器所有传递的最大摩擦转矩； T— 离合器主动件的计算转矩。 储备系数 反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度，是重要的离合器性能参数。 储备系数偏小，在起步或换挡过程中，结合时间延长，使摩滑加剧，发热严重；储备系数偏大，则离合器尺寸和质量增大，操纵功增大，容易熄火，且不利于防止过载。 在储备系数选取过程中，需要折中考虑。 对于湿式换挡离合器，其 =～ ，所以取其中间值 = 而已知离合器所传递最大传递转矩 T=Tmax=1000 N•m， = 则 Tfmax= T=1200N m （ 23） 由（ 23）代入（ 21）得： R= ≈ 在确定摩擦副径向尺寸时，内外径的比值 m= 的取值要适当。 如果 m过小，则摩擦衬面宽度过大，内外径摩滑速度相差大，从而引起内外径温升相差过大而导致摩擦片开裂或翘曲变形；如果 m值过大，则摩擦衬面宽度过小，有效利用面积减小，摩擦转矩较小，换挡 离合器的 m值一般取 ~。 则取。 因此，内径为 r== 非金属型摩擦片外径为 （ 24） 式中 m= ，对于非金属型摩擦片 m=～ ，取 m=； — 摩擦副系数去 ； — 摩擦表面接触系数，其值等于扣除表面油槽后的净面积与总面积之比，无油槽北京理工大学珠海学院 2020届 本科 生毕业 设计 10 时 =1，有油槽是一般取 =～ ，则取中间值为。 — 离合器的储备系数； T— 离合器主动件的计算转矩； — 摩擦副的许用比压，取。 则 R= ≈ 因此，内径 r== 对钢片和粉沫冶金摩擦片是结合在一起产生摩擦而带动离合器输出轴转动，使得离合器传递转矩，再考虑到摩擦片还需要设计键及液压缸、轴的设计等，因此对钢片和粉沫冶金摩擦片的尺寸应进行调整；对于钢片 R=， r=；对于粉沫冶金摩擦片R=， r=。 液压缸尺寸的估算 上述已经对摩擦片的尺寸进行详细的计算，对于液压缸的尺寸做初步的估算，则： R1=45mm， R2=87mm S= 压板行程 湿式多片式离合器分离时，各摩擦表面间隙并不均匀，但可以用平均间隙 来衡量，据统计平均间隙 与摩擦片外径 R 有关，议案取一个摩擦副的分离间隙 =，则压板行程为： f= Z= 10= 摩擦片的外向压紧力 对于湿式离合器，采用液压加压，旋转液压缸离合器，则摩擦片上的法向压紧力 F 为： F=Fst （ 25） 式中， Fst— 注油压作用在活塞上的静压力， Fst=Pst (R22R21)； Pst— 离合器操纵油压； R1 和 R2— 液压缸的内半径和外半径； — 回位弹簧的最大载荷； — 液压缸离心油压作用在活塞上的离心油压作用力。 北京理工大学珠海学院 2020届 本科 生毕业 设计 11 离心油压作用力 取半径 R 处的一个微分环形体积，其宽度为 b，这个体积内所含油的密度为 ，则其质量为： dm=2 R dR b （ 26） 如液压缸内油的回转角速度为 ，则这一质量所产生的离心力使半径 R 处的压强产生一个微分增量，即 dp= = （ 27） 积分得离心油压 Pl为 Pl== （ 28） 当 R=R0时，是油进入该回转件的入口， Pl=0，则 C= （ 29） 所以 Pl=。