膜片弹簧离合器的设计.doc
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1、车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 1 河南科技大学河南科技大学 膜片弹簧离合器的设计膜片弹簧离合器的设计 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 2 目录目录 第一章第一章 概述概述.2 第二章第二章 离合器的结构方案分析离合器的结构方案分析.4 2.1 离合器的主要结构 4 2.2 离合器的工作原理 5 2.3 离合器的功用及其结构方案的选择 6 第三章第三章 离合器主要参数的选择离合器主要参数的选择10 3.1 离合器参数的选择 .10 3.2 摩擦片的约束计算11 第四章第四章 离合器主要零部件的设计计算离合器主要零部件的设计计算
2、.14 4.1 膜片弹簧的设计14 4.2 扭转减震器的设计计算 .21 第五章第五章 主要零件的设计计算主要零件的设计计算 24 5.1 从动盘总成设计计算 .24 5.2 轴径的计算26 5.3 压盘和离合器盖得设计 .26 第六章第六章 离合器的操纵系统设计离合器的操纵系统设计29 结论结论31 参考文献参考文献32 致谢致谢33 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 3 第一章第一章 概述概述 汽车诞生之前马车是人类最好的陆上交通工具。1770 年法国人呢古拉斯古诺 将蒸汽机装在板车上,制造出第一辆蒸汽板车,这是世界上第一辆利用机器为动 力的车辆。1769
3、年,瑞士军官普兰捷尔也造出一辆以蒸汽机为动力的自由行驶的 板车,于是又人将普兰捷尔也认定为汽车的始祖之一。1860 年,法国人艾迪勒努 瓦发明了一种内部燃烧的汽油发动机,1885 年德国工程师卡尔奔驰在曼海姆制成 一部装有 0.85 马力汽油机的三轮车。德国另一位工程师戈特利布戴姆勒也同时 造出了一辆用 1.1 马力汽油机作动力的三轮车。他们两被公认为以内燃机为动力 的现代汽车的发明者,1886 年 1 月 29 日也被公认为汽车的诞生日。 汽车从无到有并迅猛发展。从 20 世纪初到 20 世纪 50 年代,汽车产量大幅 增加,汽车技术也有很大进步,相继出现了高速汽油机、柴油机:弧齿锥齿轮和
4、准双面锥齿轮传动、带同步器的齿轮变速器、化油器、差速器、摩擦片式离合器、 等速万向节、液压减震器、石棉制动片、充气式橡胶轮胎等。 20 世纪 50 年代到 70 年代,汽车的主要技术是高速、方便、舒适、流线型车 身、前轮独立悬架、液力自动变速器、动力转向、全轮驱动、低压轮胎、子午线 轮胎都相继出现。 20 世纪 70 年代至今,汽车技术的主要发展是提高安全性、降低排放污染。 由此各种保障安全、减少排放污染的新技术、新车型相继出现,如各种防抱死系 统、电子控制喷油、电子点火、三元催化转化系统、电动汽车等。 现代汽车技术发展的方向主要表现在以下几个方面: 1)安全可靠 应用汽车防抱死制动系统(AB
5、S) 、汽车驱动防滑系统(ASR) 、 电控稳定程序(ESP) 、电子巡航控制系统(CCS) 、安全带、安全气囊(SRS)等。 2)环境保护 采用电控燃油喷射(EFI) 、无分电器点火(DLI) 、废气再循环 控制系统、燃油蒸发排放控制系统、气门升程与配气相位可变控制系统、断油控 制、进气压力波增压及废气涡轮增压控制、共轨电控柴油喷射系统等技术。 3)节约能源 1、整车轻量化 美国专家认为今后轻量化的途径主要是将目前 汽车质量 70%的钢铁材料换成轻的其他材料,特别是塑料和铝。2、降低轮胎的滚 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 4 动阻力 采用子午线轮胎、高性能
6、专用轮胎。3、降低空气阻力 汽车造型更加光 顺圆滑。 4)代用材料 采用合成燃料、液化石油气、压缩天然气、醇类燃料等代用燃 料。 5)操纵轻便、乘坐舒适 采用自动变速器、电控动力转向、电控悬架、汽车 空调、全球卫星定位系统、不停车收费系统、自动避撞系统等技术。 摩擦离合器是应用的最广泛也是历史最久的一类离合器,它基本上是由主动 部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。主、从动部分和压紧机构是 保证离合器处于结合状态并能传动动力的基本机构,而离合器的操纵机构主要是 使离合器分离的装置。 在以内燃机为动力的汽车机械传动系中,离合器用来切断和实现对传动系的 动力传递,以保证:在汽车岂不是将发动
7、机与传动系平顺结合,使汽车能平稳起 步,在换挡时将发动机与传动系迅速彻底的分离,减少变速器中齿轮冲击,以便 于换挡:在工作中受过大的载荷时,考离合器打滑来保护传动系,防止零件因过 载而损坏。 随着汽车发动机转速和功率的不断提升、汽车电子技术的高速发展,人们对 离合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发,传统的推式膜片离 合器结构正在逐渐的向拉式膜片弹簧离合器结构发展,传统的操作形式正向自动 操纵形式发展。因此,提高离合器的可靠性和使用寿命,适应高转速,增加传递 转矩的能力和简化操作,已成为离合器的发展趋势。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 5 第二章
8、第二章 离合器的结构方案分析离合器的结构方案分析 2.1 离合器的主要结构离合器的主要结构 一、主动部分一、主动部分 主动部分包括飞轮、离合器盖、压盘等机件组成。这部分与发动机曲轴连在 一起。离合器盖与飞轮靠螺栓连接,压盘与离合器盖之间是靠传动片传递转矩的。 二、从动部分二、从动部分 从动部分是由单片、双片或多片从动盘所组成,它将主动部分通过摩擦传来 的动力传给变速器的输入轴。从动盘由从动盘本体,摩擦片和从动盘毂三个基本 部分组成。为了避免船东方向的共振,缓和传动系受到的冲击载荷,大对数汽车 都不在离合器的从动盘上附装有扭转减震器。 三、扭转减震器三、扭转减震器 离合器结合时,发动机发出的转矩
9、经飞轮和压盘传给了从动盘两侧的摩擦片, 带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减震器盘转动。从动盘本体和减震 器盘又通过六个减震器弹簧把转矩传给了从动盘毂。因为有弹性环节的作用,所 以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。传动系中的扭转振动会使从动盘毂相 对于从动盘本体和减震器盘来回转动,夹在它们之间的减震阻尼片靠摩擦消耗扭 转振动的能量,将扭转振动衰减下来。 为了使汽车能平稳起步,离合器应能柔和结合,这就需要从动盘在轴向具有 一定弹性。为此,往往在东盘本田圆周部分,沿径向和周向切槽。再将分割形成 的扇形部分沿周向翘曲成波浪形,两侧的两片摩擦片分别与其对应的凸起部分相 铆接,这样从动盘被压缩时
10、,压紧力沿翘曲的扇形部分被压平而逐渐增大,从而 达到结合柔和的效果。 四、压紧机构四、压紧机构 压紧机构主要由螺旋弹簧组成,与主动部分一起旋转,它以离合器盖为依托, 将压盘压向飞轮,从而将处于飞轮和压盘间的从动盘压紧。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 6 五、操纵结构、五、操纵结构、 操纵机构是为驾驶员控制离合器分离与结合程度的一套专设机构,它是由位 于离合器壳内的分离杠杆(在膜片弹簧离合器中,膜片弹簧兼起分离杠杆的作用) 、分离轴承、分离套筒、分离叉、回位弹簧等机件组成的分离机构和位于离合器 壳外的离合器踏板及传动机构、阻力机构等组成。 2.2 离合器的工作
11、原理离合器的工作原理 发动机飞轮是离合器的主动件,带有摩擦片的从动盘和从动毂借滑动花键与 从动轴相连。压紧弹簧则将从动盘压紧在飞轮端面上。发动机转矩即靠飞轮与从 动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上,再由此经过从动轴和传动系中一系 列部件传给驱动轮。压紧弹簧的压紧力越大,则离合器所能传递的转矩也越大。 由于汽车在行驶过程中,需经常保持动力传递,而中断传动只是暂时的需要, 因此汽车离合器的主动部分和从动部分是经常处于结合状态的。摩擦副采用弹簧 压紧装置即是为了适应这一要求。当希望离合器分离时,只要踩下离合器操纵机 构中的踏板,摊在分离套筒的环槽中的拨叉边推动分离叉克服压紧弹簧的压力向 松开的方
12、向移动,而与飞轮分离,摩擦力消失,从而中断了动力的传递。 当需要重新恢复动力传递时,为使汽车速度和发动机转速变化比较平稳,应 该适当控制离合器踏板回升的速度,使从动盘在压紧弹簧压力作用下,向结合的 方向移动与飞轮恢复接触。二者接触面间的压力逐渐增加,相应的摩擦力矩也逐 渐增加。当飞轮和从动盘结合还不紧密,二者之间摩擦力矩比较小时,二者可以 不同步旋转,既离合器处于打滑状态。随着飞轮和从动盘结合紧密程度的逐渐增 大,二者转速也逐渐相等。直到离合器完全结合而停止打滑时,汽车速度方能与 发动机转速成正比。 2.3 离合器的功用及其结构方案的选择离合器的功用及其结构方案的选择 离合器的主要功用是切断和
13、实现发动机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结合,确保汽车平稳起步;在换挡时将发动机与传动 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 7 系分离,减少变速器中换挡齿轮之间的冲击;在工作中受到较大的载荷时,能限 制传动系所承受的最大转矩,以防止传动系各零部件因过载而损害;有效地降低 传动系中的振动和噪声。 一、一、 从动盘数及干、湿式的选择从动盘数及干、湿式的选择 单片干式摩擦离合器其结构简单,调整方便,轴向尺寸紧凑,分离彻底,从 动件转动惯量小,散热性好,采用轴向有弹性的从动盘时也能结合平顺。因此, 广泛用于各级轿车及微、轻、中型客车与货车,在发
14、动机转矩不大于 1000 牛/米 的大型客车和重型货车上也有所推广。当转矩更大时可采用双片干式或双片湿式 摩擦离合器。因本设计的离合器是用于微型货车上的,选用单片干式摩擦离合器。 二、二、 压紧弹簧的结构型式及布置的选择压紧弹簧的结构型式及布置的选择 周置弹簧离合器的压价弹簧均采用圆柱螺旋弹簧并均匀布置在同一个圆周上。 有的重型汽车将压紧弹簧布置在同心的两个圆周上。其结构简单制造容易,因此 用比较广泛。在高转速离心力的作用下,周置弹簧易歪斜甚至严重弯曲鼓出而显 著降低压紧力:另外,压紧弹簧直接与压盘接触,易受热退火,且当发动机最大 转速很高时周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲,是弹簧压紧力下降
15、,离合器 传递转矩的能力随之降低。此外,弹簧靠到它的定为面上,造成接触部位严重磨 损,甚至出现弹簧断裂的现象。 中央弹簧离合器采用一至两个圆柱螺旋或用一个圆锥弹簧作为压紧弹簧,并 且布置在离合器的中心,这是压紧弹簧不与压盘直接接触,因此压盘由于摩擦而 长生的热量不会直接传给弹簧而使其回火失效。压簧的压紧力是经杠杆系统作用 于压盘,并按杠杆比放大,因此可用力量较小的弹簧得到足够的压盘压紧力,使 操纵轻便。采用中央圆柱螺旋弹簧是离合器的轴向尺寸较大,而矩形断面的锥形 弹簧则可明显缩小轴向尺寸,但其制造却比较困难,故中央弹簧离合器多用在重 型汽车上以减轻其操纵力。根据国外的统计资料:挡在货汽车的发动
16、机转矩大于 400450 牛/米时,常常采用中央弹簧离合器。 斜置弹簧离合器是重型汽车采用的一种新型结构。以数目较多的一组圆柱螺 旋弹簧为压紧弹簧,分别以倾角 斜向作用于传力套上,跟着在推动压杆并按 杠杆比放大后作用与压盘上。因此,斜置弹簧离合器与前两种离合器相比,其突 出优点是工作性能十分稳定。与周置弹簧离合器比较,其踏板力可降低 35%左右。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 8 膜片弹簧离合器的结构主要特点是采用一个膜片代替传统的螺旋弹簧和分离杠杆。 其结构特点如下: 1)膜片弹簧的轴向尺寸较小而径向尺寸很大,这有利于在提高离合器传递 转矩能力的情况下离合
17、器的轴向尺寸。 2)膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用,故不需专门的分离杠杆,使离合 器结构大大简化,零件数目少,质量轻。 3)由于膜片弹簧轴向尺寸小,所以可以适当增加压盘的厚度,提高热容量; 而且还可以在压盘上增设散热筋及在离合器盖上开设较大的通风孔来改善散热条 件。 4)膜片弹簧离合器的主要部件形状简单,可以采用冲压加工,大批量生产 时可以降低生产成本。 由于膜片弹簧离合器具有上述一系列的优点,并且制造膜片弹簧的工艺水平 也在不断地提高,因而这种离合器在轿车及微型和中型客车、货车上得到广泛的 应用,而且逐渐扩展到大型货车上。 综上所述:本设计采用膜片弹簧。 三、三、 操纵机构的选择操纵机构的
18、选择 由于机械式结构简单,制造容易,工作可靠多应用于货车,但该装置质量大, 杠杆之间饺点多,因而摩擦损失较大,传动效率低,其工作受到发动机震动以及 车身或车架变形的影响,不采用那种吊挂式的踏板结构。在平头汽车上杆系的结 构复杂,合理布置杆系也较困难,踏板的自由行程将加大,刚度也变差。然而, 液力操纵机构具有摩擦阻力小,转动效率高,质量小,布置方便,便于采用吊挂 踏板,驾驶室容易密封,发动机的振动和车架或驾驶室的变形不会影响其正常工 作,离合器接合柔和等优点。综上所述,本次设计选用液压式操纵机构。 四、四、 离合器的通风散热离合器的通风散热 实验表明,离合器的磨损是随温度的升高而增大的,当压盘工
19、作表面温度超 过一定温度时,摩擦片磨损急剧增加。在正常使用条件下的离合器压盘工作表面 温度在 180。在特别严酷的使用条件下,压盘表面的瞬时温度有可能高达 1000。过高的温度能使压盘受热变形产生裂纹。为了使摩擦表面温度不致过高, 除要求压盘有足够的重量以保证足够的热容量外,还要求通风散热性良好。改善 离合器的通风措施有: 1)在压盘上设置散热筋; 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 9 2)在离合器盖上开较大的通风口,在离合器外壳上设有通风窗; 五、五、 膜片弹簧的支承形式膜片弹簧的支承形式 推式膜片弹簧支承结构按支承环数目不同可分三种: 1)双支承环形式 用台
20、肩式铆钉将膜片弹簧、两个支承环与离合器盖定位铆 合在一起,结构简单; 2)单支承环形式 在冲压离合器盖上冲出一个环形凸台来代替后支承环,使 架构简单,或在铆钉前侧以弹性当环代替前支承环,以消除膜片弹簧与支承环之 间的轴向间隙; 3)无支承环形式 利用斜头铆钉的头部与冲压离合器盖上冲出的环形凸台将 膜片弹簧铆合在一起,取消前后支承环,或在铆钉前侧以弹性当环代替前支承环, 离合器盖上的环形凸台代替后支承环,使结构更简化或取消铆钉,离合器盖内边 缘处伸出的许多舌片将膜片弹簧与弹性挡环和离合器盖上的环形凸台弯合在一起, 结构最为简单。本次设计选用双支承环式。 六六 、压盘的驱动方式、压盘的驱动方式 压
21、盘是离合器的主动部分,在传递发动机转矩时它和飞轮一同带动从动盘转 动,所以他应与飞轮连接在一起,但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能 自由作轴向移动。 压盘的驱动方式主要有凸块窗孔式、传力销式、键块式和弹性传动片式等 多种。前三种的共同缺点是在连接件之间有间隙,在传动中将产生冲击和噪声, 而且在零件相对滑动中有摩擦和磨损,降低了离合器的传动效率。弹性传动片式 是最近广泛采用的驱动方式,沿圆周切向布置的三组或四组薄弹簧钢带传动片两 端分别于离合器盖和压盘以铆钉或螺栓连接,传动片的弹性允许压盘做轴向移动。 弹性传动片驱动方式简单,压盘与飞轮对中性能好,使用平衡性好,工作可靠, 寿命长。故本次选
22、用弹性传动片式。 七七 、分离轴承的类型的选择、分离轴承的类型的选择 分离轴承和支持总成由分离轴承、分离套筒等组成。分离轴承在工作中主要 承受轴向分离时,他那个是还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。以前主 要采用推力球轴承或向心球轴承,但其润滑条件差,磨损严重、噪声大、可靠性 差、使用寿命低。目前国外以采用角接触推力轴承,采用全密封结构和高温锂基 润滑脂,其端部形状与分离指舌尖部形状相配合,舌尖部为平面时采用球形端面, 舌尖部为弧形面时采用平断面或凹弧形端面。本次设计选用推力球轴承。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 10 第三章第三章 离合器主要参数的选择
23、离合器主要参数的选择 为了保证离合器具有良好的工作性能,设计离合器应满足如下基本要求: 1)能可靠的传递发动机的最大转矩。 2)结合过程要平顺柔和,使汽车岂不是没有抖动和冲击。 3)分离时要迅速彻底。 4)离合器从动部分的转动惯量要小,以减轻换挡是变速器轮齿间的冲击力 并方便换挡。 5)高速旋转时具有可靠的强度,应注意平衡免受离心力的影响。 6)应使汽车传动系避免共振,具有吸收振动,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。 以上这些要求中最重要的是使用可靠,寿命长以及生产和使用中的良好技术 经济指标和环保指标。 3.1 离合器参数的选择离合器参数的选择 设计所选发动机参
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