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1、汽车设计课程设计说明书离合器设计作 者： 指导教师：专 业：车辆工程 沈阳理工大学应用技术学院2011年8月10日摘要离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其主要功用是切断和实现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；在工作中受到大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。本文通过对整车参数的分析，并在拆装车轻型膜片弹簧离合器及对其进行结构分析的基础上，对轿车离合器进行重新设计，使得轿车离合器设计更合理。首先对货车离合器的结
2、构型式进行合理选择，主要是对从动盘数及干湿式的选择、压紧弹簧的结构型式及布置和从动盘的结构型式选择，并利用cad电子图板软件绘制轿车膜片弹簧离合器装配图；再进行离合器的基本结构尺寸和参数的选择及计算；最后进行离合器零件的结构选型及设计计算，主要是对从动盘总成设计，压盘、传力片的设计校核，膜片弹簧主要参数的选择、设计和强度校核，并绘制离合器零件图。关键字：轿车离合器 膜片弹簧 设计 校核AbstractClutch is the assembly which is directly connected with engine in the automobile power train. And
3、its main function is to cut off or implement the power transmission in the power train. It ensured the engine and the power train perfectly smooth join together when the automobile starting up and insure the automobile smooth starting up. The clutch is disconnected the engine and the power train whe
4、n the automobile stage changeover. It reduced the impact between the shift gears of the transmission. When the transmission worked by the great dynamic load, the clutch can limit the breakdown torque of the power train, to prevent the accessory of the power train damage due to overload. It effective
5、ly reduced the vibration and noise of the power train.In this paper, based on the analysis of the car parameters, on the basis of dismantle and install diaphragm spring clutch of sedans and its structural analysis to redesign the sedan clutch for it makes the design of the car clutch more reasonable
6、. First, we should be choose the structure of the car clutch reasonable. It is mainly choose the structure of the driven disk that wet or dry, the structure of pinched spring and the layout. And I make use of CAXA electronic drawing board software draw the assembly drawing of the cars Diaphragm spri
7、ng clutch. Than I make sure the choice and design calculation of the clutch structure size and the basic parameters. Finally, I carry on the structure type slection of clutch parts and the design calculation. It is mainly design and checking the driven disk assembly, platen and patch of force. And I
8、 make sure diaphragm spring main parameters of the selection, design, strength check and draw the clutch detail drawing.Key words: Car clutch Diaphragm spring Design Checking目录摘要2Abstract3目录41 绪论61.1离合器概述61.2拉式膜片弹簧离合器的优点72. 离合器结构方案选取72.1离合器车型的选定72.2离合器设计的基本要求82.3离合器结构设计82.31 摩擦片的选择82.32 压紧弹簧布置形式选择82
9、.3.3 压盘的驱动方式的选择：83. 离合器基本参数的确定93.1 摩擦片主要参数的选择93.2 离合器后备系数的确定103.3 单位压力P的确定113.4 摩擦片基本参数的优化114. 离合器从动盘设计124.1从动盘设计124.1.1从动盘的选择和设计134.1.2从动盘毂的设计134.1.3摩擦片材料的选取及与从动片的紧固方式145. 离合器压盘的设计145.1压盘的传力方式的选择145.2压盘的几何尺寸的确定145.3压盘传里片的材料选择155.4离合器盖的设计155.5传力片的设计及强度校核156. 离合器膜片弹簧的设计176.1膜片弹簧主要参数的选择176.1.1H/h值的选择1
10、76.1.2R/r值的选择186.1.3圆锥底角的确定186.1.4切槽宽度186.2 膜片弹簧的设计196.3膜片弹簧的载荷和变形关系197. 扭转减震器设计227.1减震器安装的位置227.2全部减震器总的工作载荷237.3单个减震弹簧的工作载荷P237.4减震弹簧尺寸23结论24参考文献25致谢261 绪论1.1离合器概述离合器是设置在发动机与变速器之间的动力传递机构，其功用是在必要时中断动力的传递，保证汽车平稳地起步；保证传动系换档时工作平稳；限制传动系所能承受的最大扭矩，防止传动系过载。为使离合器起到以上几个作用，目前汽车上广泛采用弹簧压紧的摩擦式离合器，摩擦离合器所能传递的最大扭矩
11、取决于摩擦面间的工作压紧力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面状况等。即主要取决于离合器基本参数和主要尺寸。1.2拉式膜片弹簧离合器的优点 与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有许多优点：取消了中间支承各零件，并不用支承环或只用一个支承环，使其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更少；拉式膜片弹簧是中部与压盘相压在同样压盘尺寸的条件下可采用直径较大的膜片弹簧，提高了压紧力与传递转矩的能力，且并不增大踏板力，在传递相同的转矩时，可采用尺寸较小的结构；在接合或分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，分离效率更高；拉式的杠杆比大于推式的杠杆比，且中间支承减少了摩擦损失，传动效率较高，踏板操纵更轻便，拉式的踏板
12、力比推式的一般可减少约；无论在接合状态或分离状态，拉式结构的膜片弹簧大端与离合器盖支承始终保持接触，在支承环磨损后不会形成间隙而增大踏板自由行程，不会产生冲击和哭声；使用寿命更长。2. 离合器结构方案选取2.1离合器车型的选定其基本参数如下：发动机型号发动机最大转矩【Nm/(r/min)】传动比驱动轮类型与规格汽车总质量（Kg）使用工况离合器形式1挡住减速比YZ495Q3202/19006.46.677.00-206045乡间单片2.2离合器设计的基本要求为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足以下要求： 在任何行驶条件下，都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
13、传动系过载。 接合时要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。 分离要迅速、彻底。 从动部分转动惯量要小，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。 具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。 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。 操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。 作用在从动盘上的总压力和摩擦离合器和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。 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。 结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、
14、调整方便。2.3离合器结构设计2.31 摩擦片的选择设计选择单片离合器。2.32 压紧弹簧布置形式选择膜片弹簧有以下优点： 由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。当离合器分离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力； 膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小； 高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显下降； 由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，可提高使用寿命； 易于实现良好的通风散热，使用寿命长；
15、平衡性好； 有利于大批量生产，降低制造成本。2.3.3 压盘的驱动方式的选择：窗孔式、销钉式、键块式它们缺点是在联接件间有间隙，在驱动中将产生冲击噪声，而且零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低离合器传动效率。传动片式此结构中压盘与飞轮对中性好，使用平衡性好，简单可，寿命长。3. 离合器基本参数的确定3.1 摩擦片主要参数的选择摩擦片外径是离合器的主要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。摩擦片外径D（mm）也可以根据发动机最大转矩（N.m）按如下经验公式选用 （3.1）由选已知得=202Nm，式中，为直径系数，取值范围见表3-1表3-1 直径系数的取值范围车 型直径系数乘用车1
16、4.6最大总质量为1.814.0t的商用车16.018.5(单片离合器)13.515.0(双片离合器)最大总质量大于14.0t的商用车22.524.0=16则将各参数值代入式后计算得 D=227.4mm。根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，根据下表3-2表3-2 离合器摩擦片尺寸系列和参数（即GB145774）外径D/mm160180200225250280300325350内径d/mm110125140150155165175190195厚度h/3.23.53.53.53.53.53.53.54=d/D0.6870.6940.7000.6670.5890.5830.5850.5570.54
17、010.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.8000.827单位面积F/106132160221302402466546678可取：摩擦片相关标准尺寸： 外径D=280mm 内径d=165mm 厚度h=3.5mm3.2 离合器后备系数的确定结合设计实际情况，故选择=1.6。表3-3离合器后备系数的取值范围车 型后备系数乘用车及最大总质量小于6t的商用车1.201.75最大总质量为614t的商用车1.502.25挂车1.804.003.3 单位压力P的确定前面已经初步确定了摩擦片的基本尺寸；外径D=280 内径d=165 厚度h=3.5 内径与外径比值C=0.5
18、89 由公式D fZ（1-c ）=12得=0.2357Mpa3.4 摩擦片基本参数的优化 摩擦片外径D（mm）的选取应使最大圆周速度不超过6570m/s根据式子得到为摩擦片最大圆周速度41.04（m/s）；为发动机最高转速(r/min)。 摩擦片的内，外径比c应在0.530.70范围内，即 为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，不同车型的值应在一定范围内，最大范围为1.24.0。 为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器振器弹簧位置直径约50mm，即mm为反映离合器传递的转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值， 为单位摩擦面积传递的转矩(N.m
19、/mm2)，可按表3.7选取经检查,合格。外径D/mm2102102502503253252.83.03.54.0 为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，对于不同车型，单位压力的最大范围为0.111.50MPa,即MPaMPaMpa 为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤,离合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值,即 （3.8）J/mm2式中,为单位摩擦面积滑磨(J/mm2)；对于最大总质量小于6.0t的商用车：J/mm2，对于最大总质量大于6.0t商用车：J/mm2：W为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功（J），可根据下式计算 （3.9）式
20、中，为汽车总质量(Kg)；为轮胎滚动半径（m）；为汽车起步时所用变速器挡位的传动比；为主减速器传动比；为发动机转速r/min，计算时乘用车取r/min，商用车取r/min。其中： m Kg(6045)代入式（3.9）得J，代入式（3.8）得，合格。离合器接合的温升m压-压盘的质量，kg；m压=5.9 kg式中,t为压盘温升,不超过C；c为压盘的比热容，J/(KgC)；为传到压盘的热量所占的比例，对单片离合器压盘；，为压盘的质量m=5.9Kg代入得，t=2.137350Z4668810107.4减震弹簧尺寸 选择材料，计算许用应力根据机械设计采用65Mn弹簧钢丝， 设弹簧丝直径mm,MPa,Mp
21、a。 选择旋绕比，计算曲度系数根据下表选择旋绕比表3.11旋绕比的荐用范围d/mm0.20.40.4511.12.22.567161842C714512510494946确定旋绕比，曲度系数 强度计算mm，与原来的d接近，合格。中径 mm；外径 mm 极限转角取 ，则mm 刚度计算弹簧刚度 mm其中，为最小工作力，弹簧的切变模量MPa，则弹簧的工作圈数取，总圈数为 弹簧的最小高度mm 减振弹簧的总变形量mm 减振弹簧的自由高度 mm 减振弹簧预紧变形量mm 减振弹簧的安装高度mm结论本次课程设计根据给出的设计要求和原始设计参数，以及拉式膜片弹簧离合器及其操纵机构的工作原理和使用要求，通过对其工
22、作原理的阐述、结构方案的比较和选择、相关零件参数的计算，大致确定了离合器及其操纵机构的基本结构和主要尺寸以及制造相关零部件所用的材料。结构方面：根据设计要求，考虑到使用条件和其显著的优点，选用带扭转减振器的单片拉式膜片弹簧离合器，压盘驱动方式采用传动片传动，分离轴承采用自动调心式分离轴承，操纵机构采用液压式。计算方面：确定了离合器的主要参数、P0、D、d，结果按照基本公式运算得出并通过约束条件，检验合格。根据膜片弹簧基本参数之间的约束关系，初步确定了膜片弹簧的尺寸参数，并通过优化程序得出了膜片弹簧尺寸的优化值，并进一步确定了膜片弹簧的工作点，同时进行了强度校核。选材方面：摩擦片选用无石棉有机材
23、料，保证其有足够的强度和耐磨性、热稳定性、磨合性，不会发生粘着现象。膜片弹簧采用65Si2MnA，其中所含硅成分提高了机件的弹性，所含錳，加强了耐高温性；传动片采用80刚，满足其强度需要；压盘采用HT200，提高了耐磨性；离合器盖从用铸铁，提高了散热能力；设计后的离合器温升校核合格。综上所述，本次设计遵从了：（1）分离彻底；（2）接合柔和；（3）操纵轻便，工作特征稳定；（4）从动部分转动惯量小的设计要点，数据全部通过约束条件检验，原件所使用的材料基本上符合耐磨，耐压和耐高温的要求，而且离合器尺寸合适，适宜安装，能最高效率传递发动机扭矩，符合计划书及国家标准。由于自己的水平有限，本次设计中可能有
24、很多错误和遗漏，希望各位老师批评指正。参考文献1 陈家瑞.汽车构造 M. 机械工业出版社.2005.2 王望予.汽车设计M. 机械工业出版社.2006.3 机械设计手册编委会.机械设计手册M.机械工业出版社.2004.4 王国权.汽车设计课程设计指导书.机械工业出版社.2009.致谢本次课程设计，开始自己也不知道该怎么动手，就在网上找了一些离合器设计的相关资料和模板，再对照设计指导书与汽车设计书进行计算。在计算的过程中遇到许多困难，但经过李付俊老师的细心指导使得问题迎刃而解。老师还指出了我图纸上的一些错误，并教我应该如何改动。在这里谢谢李老师的指导。通过这次课程设计，我发现自己理论知识的缺乏。在之后的时间里应该加强基本理论知识学习，并且把理论知识运用到实践中，使所学的东西能真正运用出来。只要自己认真做，没有什么不可能完成的任务，这次课程设计也为我们的毕业设计做了很好的准备。
