汽车膜片弹簧离合器设计汽车设计课程设计.docx

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汽车膜片弹簧离合器设计汽车设计课程设计

汽车膜片弹簧离合器设计汽车设计课程设计

XX大学《汽车设计》课程设计题目:

汽车膜片弹簧离合器设计学院：

机电工程学院班级：

12级车辆工程班学号：

姓名：

所属组别：

第X组目录1.离合器主要参数的确定21.1离合器的功用21.2本次离合器设计所选车型基本技术参数21.3离合器形式的确定21.4离合器主要参数的选择31.4.1离合器基本性能关系式31.4.2后备系数β41.4.3单位压力P041.4.4摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙△t51.4.5摩擦片外径D、内径d和厚度b51.5摩擦片材料选择和尺寸校核61.5.1摩擦片材料选择61.5.2摩擦片尺寸校核72扭转减振器设计82.1扭转减振器选型82.2扭转减振器主要参数选择与设计计算93.膜片弹簧的设计103.1膜片弹簧基本参数的选择113.1.1比值H/h和h的选择113.1.2R和R/r值的选择113.1.3α的选择123.1.4分离指数目n和切槽宽δ1、δ2、及半径re的选取123.1.5膜片弹簧小端内半径及分离轴承作用半径的确定123.1.6压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定123.1.7膜片弹簧工作点位置的选择123.2膜片弹簧强度计算133.2.1P-λ图133.2.2强度校核14___161.离合器主要参数的确定1.1离合器的功用离合器是汽车传动系中直接与发动机相关联的部件，其主动部分和从动部分可以暂时分离，又可以逐渐接合，并且在传动过程中还要有可能相对转动，通过主动、从动两部分的相互作用把发动机的动力扭距传递给驱动系统，来实现汽车的起步、换挡等功能。

离合器的作用有三：

一是保证汽车平稳起步，二是保证传动系换挡时工作平顺，三是防止汽车传动系过载。

1.2本次离合器设计所选车型基本技术参数表1-1捷达整车参数汽车型号捷达GTI16V发动机最大功率（kw）/（r/min）102/6100总质量___（Kg）1470发动机最大扭矩（N.m）167轮胎规格185/60VR14最高车速（km/h）205车轮半径r（mm）233.3最高转速（r/min）6650主减速比3.67载重量（kg）460变速器一档传动比3.451.3离合器形式的确定目前在汽车离合器中，摩擦式离合器用得最为广泛。

摩擦式离合器按结构分可分主动部分（包括飞轮、离合器盖和压盘）、从动部分（从动盘总成）、压紧机构（压紧弹簧）和操纵机构（包括分离叉、分离轴承、分离踏板和传动部件）。

在膜片弹簧离合器中膜片弹簧有压紧弹簧和分离杠杆的双重作用，所以膜片弹簧离合器的结构设计主要是包括从动盘总成、膜片弹簧和压盘总成三个部分。

根据车型技术参数，此次设计所选捷达离合器为推式操纵的拉式膜片弹簧离合器。

它是目前汽车离合器中比较流行的第三代产品。

拉式膜片弹簧的___方向与推式相反，在接合位置时，膜片弹簧的大端支承离合器盖上，而以中部压紧在压盘上。

它与推式相比具有许多优点：

（1）结构简化，捷达离合器盖总成中取消了膜片弹簧中间的支承各零件；

（2）扭矩容量更大；（3）分离得更___；（4）操纵踏板更为简单；（5）使用寿命更长。

（a）（b）（c）___前位置___后分离位置图1-1膜片弹簧离合器工作原理示意图1—飞轮；2—摩擦片；3—离合器盖；4—分离轴承；5—压盘；6—膜片弹簧；7—支撑环1.4离合器主要参数的选择1.4.1离合器基本性能关系式离合器的基本功能之一是传递力矩，因此离合器转矩容量是离合器最为基本的性能之一。

通常它只能用来初步定出离合器的原始参数、尺寸，它们是否合适最终取决于试验验证。

根据摩擦力矩公式（1-1）式中Tc—离合器静摩擦力矩；β—后备系数；f—摩擦因数；Z：

摩擦面数；po—单位压力；D—摩擦片外径；c—内外径之比。

为保证离合器在任何情况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时Tc应大于发动机最大转矩，即Tc=βTe___x（1-2）有了上面的关系式，对于一定的离合器结构而言，只要合理选择其中的参数，并能满足上面的关系式，就可估算出所设计的离合器是否合适。

1.4.2后备系数β后备系数β是离合器设计时用到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。

在选择时，应该要注意到下面3点：

1）离合器在摩擦片磨损后还应能正常地传递发动机的最大转矩。

2）要防止离合器滑磨过大。

3）要能防止传动系过载。

显然，如果选择的β过小，发动机的最大转矩不能正常传递；如果选择的β过大，那么离合器尺寸过大，会导致传动系超负荷，难以操作。

我们可以根据使用条件的好坏来适当地选取β的大小。

在摩擦片磨损之后，离合器的压力依然能够可靠平稳，所以选取的β值可以较小；双片离合器的β值应大于单片离合器。

表1-2离合器后备系数β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1.20~1.75最大总质量为6~14t的商用车1.50~2.25挂车1.80~4.00本设计是捷达小轿车离合器的设计，故宜取小值，本次设计取β=1.451.4.3单位压力P0单位压力决定了摩擦表面的耐摩性，对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选择单位压力必须考虑离合器的工作条件、发动机后备功率大小，摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。

当摩擦片采用不同材料时，按下表范围选取：

表1-3摩擦片单位压力的取值范围摩擦片材料单位压力P0/MPa石棉基材料模压0.15～0.25编织0.25～0.35粉末冶金材料铜基0.35～0.50铁基金属陶瓷材料0.70～1.50根据车型的具体参数此次设计选用石棉基编织材料，取=0.30MPa。

1.4.4摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙△t摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。

各种摩擦材料的摩擦因数f的取值范围见下表。

表1-4摩擦材料的摩擦因数f的取值范围[3]摩擦材料摩擦因数石棉基材料模压0.20～0.25编织0.25～0.35粉末冶金材料铜基0.25～0.35铁基0.35～0.50金属陶瓷材料0.4本次设计采用石棉基编织材料，所以取f=0.30。

摩擦面数Z为离合器从动盘数是的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸。

本次设计为单片离合器，故Z=2。

离合器间隙△t是指离合器处于正常结合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全结合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。

该间隙△t一般为3～4mm。

本次设计取△t=3mm。

1.4.5摩擦片外径D、内径d和厚度b摩擦片外径是离合器的重要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。

当离合器结构形式及摩擦片材料、后备系数β和单位压力已选定情况下，可根据公式D=312βTe___xπfZP0（1-c3）（1-3）摩擦片外径D（mm）也可根据发动机最大转矩按如下经验公式选用：

D=kDTe___x（1-4）式中kD为直径系数，取值范围见表1-5表1-5直径系数kD的取值范围车型直径系数kD乘用车14.6最大质量为1.8-14.0t的商用车16.0-18.5（单片离合器）13.5-15.0（双片离合器）最大质量大于14.0t的商用车22.5-24.0依据T___x=167Nm,kD取14.6，且摩擦片内径可根据d/D在0.53～0.70之间确定，此处取内外径之比c=0.7由（1-3）计算得：

D=198.5mm,d=139.0mm.初步确定D后，还需根据摩擦片尺寸的系列化和标准化进一步确定。

根据标准（GB1457-74）的规定：

表1-6离合器尺寸选择参数表外径D/mm内径d/mm厚度h/mm1601103.21801253.52001403.52251503.5最后确定：

外径D=200mm,内径d=140mm,内外径之比c=0.7而摩擦片的厚度b主要有3.2mm,3.5mm和4mm三种。

此处取b=3.5mm1.5摩擦片材料选择和尺寸校核离合器摩擦片在性能上应满足如下要求：

（1）摩擦因数较高且稳定，工作温度、单位压力、滑磨速度变化对其影响要小；

（2）具有足够的机械强度和耐磨性；（3）材料密度要小，以减小从动盘转动惯量；（4）热稳定性好，高温下比较稳定；（5）磨合性好，不致刮伤飞轮和压盘表面；（6）接合平顺，无“咬合”或“抖动”现象；（7）___停放后，摩擦面间不发生“粘着”现象；（8）油、水对其摩擦性能的影响要达到最小。

1.5.1摩擦片材料选择离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属陶瓷摩擦材料。

石棉基材料具有摩擦因数较高（大约0.3～0.45）、密度较小、制造容易、___低廉等优点。

目前主要应用于中、轻载荷下工作。

所以本次设计选取石棉合成物制成的摩擦材料.1.5.2摩擦片尺寸校核1）最大圆周速度摩擦片外径D（mm）的选取应使最大圆周速度不超过65～70m/s，即m/___/s式中，为摩擦片最大圆周速度（m/s）；为发动机最高转速取6650；为摩擦片外径径取200mm；故符合条件。

2）摩擦片的内外径比c应在0.53～0.70范围内：

c=0.70∈｛0.53～0.70｝3）保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，β应在1.2～1.75之间，而由（1-1）计算的Tc=247.6Nm,将其代入（1-2）式得：

β=Tc/Te___x=1.48∈｛1.20～1.75｝

（2）单位___滑磨转矩单位___滑磨转矩应小于其许用值，即=（1-5）所以＝（N·/）式中，为单位___滑磨转矩（N·m/mm2），可按表1-7选择表1-7许用单位___滑磨转矩[T∞]的要求外径D/mm≤210＞210—250＞250―325＞320T∞/（N/mm）2.833.54当摩擦片外径D＜210时，=1.30N·/＜故符合要求。

4）为了减少汽车起步过程中的离合器的滑磨，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___滑磨功应小于其许用值，即：

（1-6）式中，ω—单位摩擦___滑磨功（J/mm2）；[ω]—其许用值0.4J/mm2；是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（1-7）式中：

ne—发动机转速，乘用车取2000r/min；___—汽车总质量（kg），为1470kg；rr—汽车轮胎滚动半径，为233.3mm；ig—汽车起步时所用变速器档位的传动比，数值取3.45；i0—主减速器传动比，取3.67。

各个数值代入（7）式：

得到W=10920.9J，再把W和摩擦片的各个数值代入式（6），得：

w=0.34J/mm2≤[w]=0.4J/mm2。

经过校核可知，摩擦片的设计符合相应的设计要求2扭转减振器设计2.1扭转减振器选型由于发动机传到汽车传动系中的转矩是周期地不断变化的，从而使传动系统产生扭转振动。

若振动频率与传动系的自振频率相重合会发生共振，影响传动系中零件的寿命。

为避免共振，缓和传动系所受的冲击载荷，在许多汽车的传动系统中装设了扭转减振器，且大多数将扭转减振器附装在离合器的从动盘中。

图2-1扭转减振器工作示意图1、2—减振弹簧；3—从动盘本体；4—阻尼片；离合器接合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘