汽车膜片弹簧离合器设计汽车设计课程设计.docx

1、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 2 1.1离合器的功用 2 1.2本次离合器设计所选车型基本技术参数 2 1.3离合器形式的确定 2 1.4离合器主要参数的选择 3 1.4.1 离合器基本性能关系式 3 1.4.2后备系数 4 1.4.3单位压力P0 4 1.4.4摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙t 5 1.4.5摩擦片外径D、内径d和厚度b 5 1.5摩擦片材料选择和尺寸

2、校核 6 1.5.1摩擦片材料选择 6 1.5.2摩擦片尺寸校核 7 2扭转减振器设计 8 2.1扭转减振器选型 8 2.2扭转减振器主要参数选择与设计计算 9 3.膜片弹簧的设计 10 3.1 膜片弹簧基本参数的选择 11 3.1.1比值H/h和h的选择 11 3.1.2 R和R/r值的选择 11 3.1.3的选择 12 3.1.4分离指数目n和切槽宽1、2、及半径re的选取 12 3.1.5膜片弹簧小端内半径及分离轴承作用半径的确定 12 3.1.6压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定 12 3.1.7膜片弹簧工作点位置的选择 12 3.2 膜片弹簧强度计算 13 3.2.1 P

3、-图 13 3.2.2强度校核 14 _ 16 1.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 GTI 16V 发动机最大功率（kw）/(r/min) 102/6100 总质量 _（Kg） 1470

4、 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 3.45 1.3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

5、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

6、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； 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=Te _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。

7、1.4.2后备系数 后备系数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，如果选择的过小，发动机的最大转矩不能正常传递； 如果选择的过大，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，所以选取的值可以较小； 双片离合器的值应大于单片离合器。 表1-2 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

8、6t的商用车 1.201.75 最大总质量为614t的商用车 1.502.25 挂车 1.804.00 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 = 1.45 1.4.3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 0.150.25 编织 0.250.35 粉末冶金材料 铜基 0.350.50 铁基 金属陶瓷材料

9、 0.701.50 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 0.200.25 编织 0.250.35 粉末冶金材料 铜基 0.250.35 铁基 0.350.50 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

10、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34mm 。本次设计取t =3 mm 。 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、后备系数和单位压力已选定情况下，可根据公式 D=312Te _xfZP0(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

11、_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0.530.70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

12、外径D/mm 内径d/mm 厚度h/mm 160 110 3.2 180 125 3.5 200 140 3.5 225 150 3.5 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=3.5mm 1.5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

13、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 0.30.45）、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6570m/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

14、擦片外径径取200mm； 故符合条件。 2)摩擦片的内外径比c应在0.530.70 范围内： c=0.700.530.70 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，应在1.21.75 之间，而由（1-1）计算的Tc=247.6Nm,将其代入（1-2）式得： = Tc/ Te _x=1.481.201.75 （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(Nm/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 210250 250325 320 T/（N/mm） 2.8 3

15、3.5 4 当摩擦片外径D210时，=1.30 N/ 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，单位摩擦 _滑磨功(J/mm2)； 其许用值0.4 J/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2 000r/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(

16、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/mm2w=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