毕业论文-丰田卡罗拉离合器的总体设计41477.doc
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1、I 青青 岛岛 工工 学学 院院 毕毕 业业 论论 文文( (设设 计计) ) 丰田卡罗拉离合器的总体设计丰田卡罗拉离合器的总体设计 学生姓名学生姓名 王鹏 学号学号 201104107327 指导教师指导教师 李 艳 英 学学 院院 机电工程学院 专专 业业机械制造及其自动化年级年级2011 级专升本 答辩日期答辩日期 20132013 年年 6 6 月月 5 5 日日 青青 岛岛 工工 学学 院院 II 摘摘 要要 汽车与人们的生活息息相关,它是人们现实生活中必不可少的出行工具。在汽 车传动过程中,离合器性能的好坏直接影响着汽车的使用性能。离合器的主要功用 是切断和实现对发动机的动力传动,
2、保证汽车起步时将发动机与传动系平顺结合, 确保汽车平稳起步。 汽车离合器有摩擦式、液力式和电磁式三种类型,摩擦式离合器的使用最为广 泛。本论文根据离合器的设计原理和车辆的使用条件以及车辆参数,按照离合器系 统的设计步骤和弹簧要求,主要进行了以下工作:选择相关设计参数,离合器容量 参数,离合器后备系数的确定,单位压力 p 的确定,摩擦片外径 D 确定。并进 行了总成设计,主要为减振从动盘设计,压盘设计,离合器盖的设计和圆柱螺旋弹 黄的设计。 关键词:离合器;圆柱螺旋弹簧;摩擦片;从动盘;压盘 III Abstract The car is closely linked with peoples
3、life, it is essential to people in real life, travel tools. In the car in the process of transmission, clutch performance directly affects the performance of the vehicle. The main function of the clutch is cut off and the realization of power transmission to the engine, to ensure the car started the
4、 engine and transmission system with the smooth, ensure a smooth start car. Friction type, hydraulic and electromagnetic three types of automobile clutch, the use of the friction clutch is most widely. In this paper, according to the design principle and a clutch of a vehicle using conditions and ve
5、hicle parameters, in accordance with the design steps and spring clutch system requirements, mainly for the following work: select the relevant design parameters, clutch size parameters, determine the clutch reserve coefficient, determines the unit pressure of P D determine the diameter, friction pl
6、ate. And the assembly design, the main design for reducing vibration, driven pressure plate, clutch cover design and cylindrical spiral shells Huang design. Key words:Clutch;Cylindrical Spiral Spring;Friction;Thedriven plate; Pressure plate IV 目目 录录 1 绪论.1 1.1 选题的意义1 1.2 离合器种类的介绍1 1.3 汽车离合器设计的基本要求 .
7、2 2 摩擦离合器基本结构尺寸、参数的选择3 2.1 摩擦片外径及其它尺寸的确定3 2.1.1 摩擦片外径D.3 2.1.2 摩擦片内径d.3 2.1.3 摩擦片厚度h.4 2.1.4 校核离合器所选尺寸4 3 离合器零件的结构选型及设计计算6 3.1 从动盘总成6 3.1.1 从动片6 3.1.2 从动盘毂6 3.2 压盖和离合器盖 .9 3.2.1 压盘设计9 3.2.2 离合器盖设计.12 3.3 离合器分离装置的设计.12 3.3.1 分离杆.12 3.3.2 分离轴承及分离套筒.13 4 圆柱螺旋弹簧设计.14 4.1 结构设计要点 14 4.2 弹簧的计算.14 4.3 离合器故障
8、诊断与排除.17 参考文献.18 致 谢.19 丰田卡罗拉离合器的总体设计 1 1 绪论 1.1 选题的意义 离合器是传动系中直接与发动机相连接的部件,也是传动系的第一个总成。发 动机一般在无负荷的状态下起动,从而在汽车起步前切断发动机与驱动轮之间的传 动路线;另外,汽车在换挡和制动前也必须切断动力传递。为此,需在发动机与变 速器之间设有离合器。离合器的作用是根据情况来随时切断和接通发动机传动系的 动力,从而确保汽车在平稳起步、换挡平顺、防止传动系过载等的情况下来避免离 合器打滑。为了让离合器具有以上优点,当前的汽车中大部分采用弹簧压紧的摩擦 式离合器,摩擦式离合器传递的最大扭距取决于摩擦面间
9、的压紧情况、摩擦片尺寸、 摩擦面的表面状况等。摩擦式弹簧离合器一般具有以下优点: (1)结合时通常比较平顺、柔和。使汽车起步时没有抖动和冲击。 (2)能可靠的传递发动机的最大转距; (3)分离时要迅速、彻底; (4)操作轻便,工作性能稳定,使用寿命长; (5)保证汽车传动系能够共振和吸收振动、冲击和减小噪声等一系列优点; (6)高速旋转时具有可靠的强度并且要注意平衡而且要避免离心力的影响。 1.2 离合器种类的介绍 离合器分为摩擦式、液力式和电磁式三种类型.但摩擦式离合器用的最为广泛, 目前与普通齿轮变速器配合的离合器多为干式离合器。干式摩擦离合器按压紧弹簧 的形式与布置分为膜片弹黄式、周部弹
10、簧式和中央弹簧式三种形式。离合器的构造 通常如图 1-1 所示,一般对摩擦式离合器来说,通常就离合器的功能来看,结构上 包括主动件、从动件、压紧弹簧和分离杠杆等几部分。 压盘、分离杆和压紧弹簧一起组装在离合器盖内,称为离合器盖的总成。主动 件由飞轮和压盘构成,发动机的转矩通过飞轮和压盘输入。飞轮和压盘之间作为从 动盘总成并且作为从动件通过摩擦接受由主动件传来的输入转矩,通常是通过离合 器中间的从动盘毂花键来输出转矩。压紧弹簧通过压盘将从动盘总成压紧在飞轮上, 形成工作压力。当发动机工作时通过带动压盘和飞轮一起旋转并且通过压盘上的压 紧弹簧产生的摩擦力来带动从动盘旋转,通过这一系列的运作来完成转
11、矩的输出。 丰田卡罗拉离合器的总体设计 2 图 1-1 离合器结构 1.3 汽车离合器设计的基本要求 设计离合器时应考虑离合器的使用可靠性、寿命以及生产和使用中的良好技术 经济要求和环保指标。 所谓使用可靠,指的是离合器的机构或者是零部件能够在预期内正常工作得到 保证。这意味着在使用中要注意保养,其耗费的的劳动量也要建可能的小。这就取 决于制造和装配质量、结构设计和使用状况。 坏境保护的要求是,希望离合器工作时避免产生不良气味以及对人体有害的粉 尘。通常要求飞轮外壳或车身完全封闭一般是做不到的,并且也不合适的,只能从 离合器上下手。离合器粉尘来源于从动盘总成摩擦片的磨损。 高的技术经济性指标指
12、的是离合器具有相对便宜的价格和质量必须得到保证。 这主要是由生产组织管理、结构设计和制造工艺等几个方面给予保证;减少零件数 目,采用通用化、系列化设计和大批量生产,都有利于提高离合器的技术经济指标。 丰田卡罗拉离合器的总体设计 3 2 摩擦离合器基本结构尺寸、参数的选择 2.1 摩擦片外径及其它尺寸的确定 2.1.1 摩擦片外径D 摩擦片外径是离合器的基本尺寸,它好坏关系到离合器的使用寿命。摩擦片的 外径根据转矩来确定。发动机的转矩选摩擦片外径的重要参数,当按发动机最大转 矩 max T(N m)来选定D时,可根据公式 A T D emax 100 (2-1) 式中D摩擦片外径,mm max
13、T发动机最大转矩,N m mA车型及使用情况有关的系数,一般载货汽车 A36(单片)或 A50(双片) ,取 A50;自卸车或使用条件恶劣的载货汽车 A=19. 根据设计要求,由表 21 选定摩擦片的尺寸最终为D160 mm。 212 摩擦片内径d 摩擦片的内径d是一个独立的量,和外径呈一定的比例,由比值 C 来选定,定 义为 D d C (2-2) 比值 C的大小能够反映从动片总成的使用性能和结构设计。增加 C能够降低摩 擦片内外缘滑磨速度差和离合器的散热。然而过分增大 C减小摩擦片的面积,从而 使其转矩的能力得不到保证。根据前辈们的设计经验, 7 . 053 . 0 C 由此可见发动机转速
14、与 C取值有关。根据摩擦片的参数以及尺寸系列从表 21 中选取 C0.687,内径d110mm。 表 2-1 离合器尺寸系列和参数 外径 /D mm 内径 /d mm 厚度 /h mm 内外径之 比 C 单位面积 2 /A mm 1601103.20.68710600 1801253.50.69413200 2001403.50.70016000 丰田卡罗拉离合器的总体设计 4 2251503.50.66722100 2501553.50.62030200 2801653.50.58940200 3001753.50.58346600 3251903.50.58554600 35019540.
15、55767800 38020540.54072900 40522040.54390800 43023040.535103700 2.1.3 摩擦片厚度 关于摩擦片的厚度h的选取,我们国家规定了 3.2 mm、3.5 mm、4 mm 三种规格。 参照离合器摩擦片的参数和尺寸系数以及表 2-1,我们将取厚度h取为 3.2 mm。 由以上可知,选取摩擦片外径D160mm,内径d110 mm,厚度h3.2mm, C0.687。 2.1.4 校核离合器所选尺寸 离合器尺寸的校核可用如下公式 ) d 1 (pD 12 3 3 3 emaxc D ZTT (23) 式中 D摩擦片外径,mm; d摩擦片内径,
16、mm; p单位压力,MPa; Z摩擦片工作面数,单片为 2,双片为 3; emax T发动机最大转矩,N m; 离合器后备系数; C T离合器的转矩容量,N m。 后备系数保证了离合器能可靠传递发动机转矩的同时,还有助于减少汽车起 步时的滑磨,提高离合器的使用寿命。在开始设计离合器时,一般是参照已有的经 验和统计资料,并根据汽车的使用条件、离合器结构型式的特点等,初步选定后备 h 丰田卡罗拉离合器的总体设计 5 系数。汽车离合器的后备系数推荐如下(供参考): 小轿车: =1.21.3;载货车: =1.72.25;带拖挂的重型车或牵引车: =2.03.0。在同类型汽车中,其后备系数也可不完全一样
17、。例如采用压簧工作 压力可以调正的离合器时,值就可以取小一些。否则,像一般螺旋弹簧离合器, 摩擦片磨损后工作压力要减小,就要适当加大后备系数。 综上所述,由于采用的是螺旋弹簧,基本上在公路上行使,取1.7,摩擦 系数0.25,p0.41N/mm,内径d110mm,代入(23)得 ) 110 (1 41 . 0 225 . 0 12 1507 . 1 3 3 D D 可得 D110.13。 所求的 D 与按第一个求得 D 相近,因此所选择的离合器尺寸而且参数要合理。 丰田卡罗拉离合器的总体设计 6 3 离合器零件的结构选型及设计计算 3.1 从动盘总成 设计从动盘总成时应注意满足以下几个方面的要
18、求: (1)要尽可能的减少转动惯量就是尽量降低变速器换挡时的冲击。 (2)为了保证汽车平稳起步、摩擦面上的压力分布更均匀等,从动盘应具有 轴向弹性。 (3)为了避免传动系的扭转共振以及缓和冲击载荷,从动盘中应装有扭转减 振器。 (4)要有足够的抗爆裂强度。 带扭转减振器的和不带扭转减振器的是变速器的两种基本结构型式。 不带扭转减振器的从动盘结构简单,重量较轻。带扭转减振器的从动盘现在大 部分使用在今天的汽车中,避免汽车系统的共振、降低系统的噪声等一系列措施将 可以提高汽车的使用寿命,从而能够使汽车在行驶的过程中的舒适性相应的得到提 高并且使汽车的起步更加趋于平稳。 从动盘由从动片、摩擦片和从动
19、盘毂等 3 个基本部分组成 4。 3.1.1 从动片 设计从动片时要尽量控制其重量,要尽量将其质量分布在其旋转中心处,从而 使其转动惯量不至于过大。其惯性力是由其从动盘的转速变化引起的,变速器换挡 齿轮间轮齿的冲击和变速器中的同步装置之间的磨损是由惯性引起的。惯性力的大 小和从盘盘的转动惯量呈线性关系,转动惯量的降低能够降低变速器换挡的冲击, 从动片通常做的较薄,通常选用 1.3-2.0mm 厚的钢板冲制而成。为了进一步减小从 动片的转动惯量,有时将从动片外缘的盘形部分磨薄至 0.65-1.0mm,使其质量更加 靠近宣旋转中心。 离合器的平顺结合将确保汽车能够平稳起步,单片离合器的从动片一般制
20、成轴 向弹性结构。这样,在离合器的结合过程中,主动盘和从动盘之间的压力是逐渐增 加的。 3.1.2 从动盘毂 发动机转矩是从动盘毂的花键孔输出,变速器第一轴花键轴就插在该花键孔内。 从动盘毂和变速器第一轴的花键结合方式,目前都采用齿侧定心的矩形花键。花键 之间通常选择动配合,为了确保离合器能够在分离和结合的过程中使从动盘毂在花 键轴上自由滑动。 从动盘毂的结构由两部分组成:盘毂和法兰。过去两者直接做成一体,现今国 外都做成装配式,以节约材料。 1 从动盘毂花键尺寸选择 根据 GB11441974 选定的花键标准,我们可以根据从动盘的外径和发动机的 丰田卡罗拉离合器的总体设计 7 转矩选择花键尺
21、寸。表 3-1 选取其尺寸入下:从动盘外径D200mm,发动机转 c T110 N m,花键齿数n10,花键外径 D29mm,花键内径 d23mm,齿厚 b4mm,有效长度l25mm,挤压应力11.3MPa。 表 3-1 从动盘毂花键尺寸系列 从动盘外 径D/mm 发动机 转矩 maxe / N m 花 键 齿 数 n 花 键 外 径 D /mm 花 键 内 径 d/ mm 键 齿宽 b/ mm 有 效 齿 长 l/ mm 挤压 应力 /MP a 16050102 3 1832010 18070102 6 2132011.8 200110102 9 2342511.3 225150103 2
22、2643011.5 250200103 5 2843510.4 280280103 5 3244012.7 3003101043254010.7 丰田卡罗拉离合器的总体设计 8 0 325380104 0 3254511.6 350480104 0 3255013.2 380600104 0 3255515.2 410720104 5 3656013.1 430800104 5 3656513.5 450950105 2 4166512.5 从东片和摩擦片之间一般有两种紧固方法:粘接法与铆接法。从动盘毂一般由 中碳钢锻造而成,并经调质处理,挤压应力一般不能超过 20MPa。 2 从动盘毂花键的
23、强度校核 花键齿的侧面压力 ZdD T P e )( 4 max (3-1) 式中Z从动盘毂的数目。 因此 NP 8 . 4230 210)2329( 1104 3 挤压应力 nhl P 挤 (3-2) 式中 h花键齿的工作高度,m,2)(dDh。 丰田卡罗拉离合器的总体设计 9 因此 207 . 4 1025) 2 2329 (10 8 .4230 3 挤 MPa 所以符合要求。 根据经验、参照同类产品,选取从动盘摩擦材料为金属材料。除了应有对一般 有机摩擦材料所需要的综合性能之外,还应着重考虑以下两方面性能,防止出现负 面影响: (1)对偶件的耐磨性; (2)离合器接合时工作的粗暴性。 3
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