车辆工程毕业设计(论文)-桑塔纳轿车离合器设计【全套图纸】 .doc
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1、 I 目 录 摘要. Abstract 第 1 章 绪论.4 1.1 研究目的.4 1.2 研究背景.4 1.3 研究现状.4 1.4 研究内容.5 第 2 章 离合器结构方案选取7 2.1 设计参数.7 2.2 离合器形式的选择7 2.3 压紧弹簧和布置形式的选择8 2.4 压盘的驱动方式9 2.5 离合器的通风散热措施10 2.6 分离轴承类型.10 2.7 本章小结.11 第 3 章 离合器主要参数的确定12 3.1 摩擦片尺寸的确定.12 3.2 离合器后备系数的确定12b 3.3 单位压力 P 的确定.13 3.4 离合器基本参数的优化14 II 3.5 本章小结.15 第 4 章
2、离合器从动盘总成设计16 4.1 从动盘结构介绍16 4.2 摩擦片的材料选取及固紧方式17 4.3 从动盘毂的设计18 4.4 从动片的设计.20 4.5 扭转减振器的设计21 4.5.1 扭转减振器的功能.21 4.5.2 扭转减振器的结构类型的选择.21 4.6 减振弹簧设计.23 4.7 本章小结.25 第 5 章 离合器盖总成的设计26 5.1 压盘传力方式的选择.26 5.2 压盘几何尺寸的确定.26 5.3 压盘材料的选择27 5.4 传动片片几何尺寸的确定及材料选择.27 5.5 离合器盖的设计29 5.6 支撑环的设计.29 5.7 离合器分离套筒和分离轴承的设计30 5.8
3、 本章小结.31 第 6 章 离合器膜片弹簧的设计32 6.1 膜片弹簧的结构特点.32 6.2 膜片弹簧的变形特性.32 III 6.3 膜片弹簧的弹性变形特性.33 6.4 膜片弹簧的参数尺寸确定.34 6.4.1 H/h 比值的选取.35 6.4.2 R 及 R/r 确定35 6.4.3 膜片弹簧起始圆锥底角36 6.4.4 膜片弹簧小端半径 r f 及分离轴承的作用半径 r p .36 6.4.5 分离指数目 n、切槽宽 1 、窗孔槽宽 2 、及半径 re36 6.4.6 支承环的作用半径 l 和膜片与压盘接触半径 L36 6.4.7 膜片弹簧材料选择36 6.5 膜片弹簧的计算与强度
4、校核36 6.6 本章小结.40 第 7 章 离合器操纵机构的设计41 7.1 操纵机构踏板力和行程41 7.2 操纵机构的结构形式.41 7.3 操纵机构的设计计算.42 7.4 本章小结.43 结论.44 参考文献45 致谢.47 附录 A.48 附录 B51 4 第 1 章 绪 论 1.1 研究动机与目的 了解轿车离合器的构造,掌握轿车离合器的工作原理。了解从动盘总成的结构, 掌握从动盘总成的设计方法,了解压盘和膜片弹簧的结构,掌握压盘和膜片弹簧的设 计方法,通过对以上几方面的了解,从而熟悉轿车离合器的工作原理。学会如何查找 文献资料、相关书藉,培养学生动手设计项目、自学的能力,掌握单独
5、设计课题和项 目的方法,设计出满足整车要求并符合相关标准、具有良好的制造工艺性且结构简单、 便于维护的轿车离合器,为以后从事汽车方面的工作或工作中设计其它项目奠定良好 的基础。通过这次的毕业设计,使学生充分地认识到设计一个工程项目所需经历的步 骤,以及身为一个工程技术人员所需具备的素质和所应当完成的工作,为即将进入社 会提供了一个良好的学习机会,对于由学生向工程技术人员转变有着重大的实际意义。 1.2 研究背景 全套图纸,加全套图纸,加 153893706 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
6、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 5 坏;有效地降低传动系中的振动和噪声。 随着汽车发动机转速、功率的不断提高和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,传统的推式膜片弹簧离合器 结构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展,传统的操纵形式正向自动操纵的形式 发展。因此,提高离合器的可靠性和延长其使用寿命,适应发动机的高转速,增加离 合器传递转矩的能力和简化操纵,已成为离合器的发展趋势。 汽车传动系的设计对汽车的动力学和燃油经济
7、性有着重大影响,而离合器又是汽 车传动系中的重要部件。在离合器设计中,合理地选择离合器的结构型式和设计参数 不仅保证了其在任何情况下都能可靠地传递发动机转矩,还使其有足够的使用寿命。 1.3 研究现状 膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型载货汽车上广泛采用的一种离合器2。因 其作为压簧,可以同时兼起分离杠杆的作用,使离合器的结构大为简化,质量减少, 并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。其次,由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触,使 压力分布均匀。另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性,故能在从动盘摩擦片磨损后, 弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩,而不致产生滑离。离合器分离时,使离合器踏板 操纵轻便,减轻驾驶员
8、的劳动强度。此外,因膜片弹簧是一种对称零件,平衡性好, 在高速下,其压紧力降低很少,而周布置弹簧离合器在高速时,因受离心力作用会产 生横向挠曲,弹簧严重鼓出,从而降低了对压盘的压紧力,从而引起离合器传递转矩 能力下降3。那么可以看出,对于膜片弹簧离合器的设计研究在改善汽车离合器各方 面的性能具有十分重要的意义。 由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点,并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平 在不断提高,因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用,而且正大力 扩展到载货汽车和重型汽车上,国外已经设计出了传递转矩为 802000N.m、最大摩 擦片外径达 420 的膜片弹簧离合器系列,广泛用于轿车
9、、客车、轻型和中型货车上1。 甚至某些总质量达 2832t 的重型汽车也有采用膜片弹簧离合器的,但膜片弹簧的制 造成本比圆柱螺旋弹簧要高。膜片弹簧离合器的操纵曾经都采用压式机构,即离合器 分离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分离指处是承受压力。当前膜片弹簧离合器的操纵 机构已经为拉式操纵机构所取代。后者的膜片弹簧为反装,并将支承圈移到膜片弹簧 的大端附近,使结构简化,零件减少、装拆方便;膜片弹簧的应力分布也得到改善, 最大应力下降;支承圈磨损后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响。 而在压式结构中支承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自由行程2。 近年来湿式离合器在技术上不断改进,在国外某些
10、重型车上又开始采用多片湿式 6 离合器。与干式离合器相比,由于用油泵进行强制冷却的结果,摩擦表面温度较低 (不超过 93),因此,起步时长时间打滑也不致烧损摩擦片。查阅国内外资料获知, 这种离合器的使用寿命可达干式离合器的 5-6 倍,但湿式离合器优点的发挥是一定要 在某温度范围内才能实现的,超过这一温度范围将起负面效应。目前此技术尚不够完 善。 1.4 研究内容 通过毕业设计,对轿车离合器的结构、从动盘总成、压盘和离合器盖总成及膜片 弹簧的设计有比较深入的熟悉并掌握。首先通过查阅文献、上网查阅资料,了解汽车 离合器的基本工作原理,结构组成及功能;通过自己动手拆装桑塔纳 Vista 志俊轿车
11、膜片弹簧离合器,对其有进一步的了解,并在指导老师的帮助下完成膜片弹簧离合器 设计。 为了保证离合器具有良好的工作性能,对汽车离合器设计提出如下基本要求: 1)在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩,并有适当的转矩储备。 2)接合时要平顺柔和,以保证汽车起步时没有抖动和冲击。 3)分离时要迅速、彻底。 4)离合器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。 5)应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。 6)应使传动系避免扭转共振,并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。 7)操纵轻便、准确,以减轻驾驶员的
12、疲劳。 8)作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小, 以保证有稳定的工作性能。 9)应有足够的强度和良好的动平衡,以保证其工作可靠、寿命长。 10)结构应简单、紧凑、质量小,制造工艺性好,拆装、维修、调整方便等。 7 第 2 章 离合器结构方案选取 汽车离合器广泛采用摩擦离合器,本次设计也是采用摩擦式,要根据选定车型的 参数进行机构方案的选择。 2.1 设计参数 表 2.1 桑塔纳 vista 志俊整车参数 项目参数 汽车的驱动形式42 最高车速 =187 km/h maxa V 发动机最大功率及转速 =74 KW =5200 maxe p p n r/min 发动
13、机最大转矩及转速 =155 Nm =3100 r/min maxe T T n 主减速器传动比 =4.193 0 i 变速器最大传动比 =3.024 g i 轮胎型号195/60R1486H 8 滚动半径R=0.28m 整备质量m=1220Kg 在设计离合器时,应根据车型的类别,使用要求制造条件以及“三化” (系列化, 通用化,标准化)要求等,合理选择离合器的结构。 在离合器的结构设计时必须综合考虑以下几点: 1. 保证离合器结合平顺和分离彻底; 2. 离合器从动部分和主动部分各自的连接形式和支承; 3. 离合器轴的轴向定位和轴承润滑; 4. 运动零件的限位,离合器的调整。 2.2 离合器形式
14、的选择 选取单片干式摩擦离合器,因为这种结构的离合器结构简单,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结合平 顺,广泛用于轿车及微、中型客车和货车上,在发动机转矩不大于 1000N.m 的大型 客车和重型货车上也有所推广。 2.3 压紧弹簧和布置形式的选择 离合器的压紧弹簧的结构形式有:圆柱螺旋弹簧、矩形断面的圆锥螺旋弹簧和膜 片弹簧等。可采用沿圆周布置、中央布置、和斜置等布置形式。根据本所设计的离合 器的已知系数和使用条件选取膜片弹簧离合器比较合适。 作为压紧弹簧的所谓膜片弹簧,是由弹簧钢冲压成的,具有“无底碟子”形状的 截锥形薄壁膜片,且自其小
15、端在锥面上开有许多径向切槽,以形成弹性杠杆,而其余 未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。膜片弹簧的两侧有支承圈,而后者借助于固定 在离合器盖上的一些(为径向切槽数目的一半)铆钉来安装定位。当离合器盖用螺栓 固定到飞轮上时,由于离合器盖靠向飞轮,后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形, 锥顶角变大,甚至膜片弹簧几乎变平,图 2.11描述了膜片弹簧离合器的工作原理, 同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。当离合器分离时, 分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变,使膜片弹簧大 端后移,并通过分离钩拉动压盘移到膜后移使离合器分离。膜片弹簧离合器具有很多 优点:首先
16、,由于膜片弹簧具有非线性特性,因此设计摩擦片磨损后,弹簧压力几乎 不变,且可以减轻分离离合器时的踏板力,使操纵轻便;其次,膜片弹簧的安装位置 对离合器轴的中心线是对称的,因此其压紧力实际上不受离心力的影响,性能稳定, 9 平衡性也好;再者,膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用,使离合器结构大 为简化,零件数目减少,质量减小并显著缩短了轴向尺寸;另外,由于膜片弹簧与压 盘是以整个圆周接触,使压力分布均匀,摩擦片的接触良好,摩擦均匀,也易于实现 良好的通风散热等。 (a)自由状态; (b)结合; (c)分离状态 图 2.1 拉式膜片弹簧离合器的工作原理图 膜片弹簧的安装有正装和反装。正装应用于
17、压式操纵机构,即离合器分离时膜片 弹簧弹性杠压杆内端的分离指处是承受压力。反装应用于拉式操纵机构,将支承圈在 膜片弹簧的大端附近,原理如图 2.22b,使结构简化,零件减少、装拆方便;膜片弹簧 的应力分布也得到改善,最大应力下降;支承圈磨损后仍保持与膜片的接触使离合器 踏板的自由行程不受影响。而在压式结构中支承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自 由行程,原理如图 2.2a,设计选用压式操纵机构,即膜片弹簧正装。 (a) 一般压式操纵 (b) 拉式操纵 图 2.2 拉式操纵机构与压式操纵机构的原理 10 图2.3 膜片弹簧离合器结构图 2.4 压盘的驱动方式 压盘是离合器的主动部分,在传递发动机转
18、矩时它和飞轮一起带动从动盘转动, 在不传递扭矩时,又应能够与从动盘脱离接触,所以这种连接应允许压盘在离合器分 离过程中能自由的作轴向移动。 压盘与飞轮的连接方式或驱动方式有:凸块窗孔式、传力销式、键式以及弹性 传动片式等如图 2.42,近年来广泛采用弹性传动片式。因为另外几种方式有一个共同 的缺点,即连接之间有间隙(如凸块与窗孔之间的间隙约为 0.2mm) 。这样在传动时 将产生冲击和噪声,甚至可能导致凸块根部产生裂纹而造成零件的早期破坏。另外, 在离合器分离时,由于零件间的摩擦将降低离合器操纵部分的传动效率。 弹性传动片是由薄弹簧钢冲压而成(见图 2.4e) ,其一端铆在离合器盖上,另一 端
19、用螺钉固定在压盘上,且一般用 34 组(每组 23 片)沿圆周切向布置以改善传动 片的受力状况,这时,当发动机传动片时受拉,当由车轮滑行时反转受压。这种利用 传动片驱动压盘的方式不紧消除了上述缺点,而且简化了结构,降低了对装配精度的 要求且有利于压盘的定中。所以该离合器采用弹性传动片。 11 a凸块窗孔式;b传力销式;c键槽指销式;d键齿式;e弹性传动片式 图 2.4 压盘的驱动方式 2.5 离合器的通风散热措施 提高离合器工作性能的有效措施是借助于其通风散热系统降低其摩擦表面的温度。 在正常使用条件下,离合器的压盘工作表面的温度一般均在 180以下,随着其 温度的升高,摩擦片的磨损将加快。当
20、压盘工作表面的温度超过 180200时, 摩擦片的磨损速度将急剧升高。在特别严酷的使用条件下,该温度有可能达到 1000。在高温下压盘会翘曲变形甚至产生裂纹和碎裂;由石棉摩擦材料制成的摩擦 片也会烧裂和破坏。为防止摩擦表面的温度过高,除压盘应具有足够的质量以保证有 足够的热容量外,还应使其散热通风良好。为此,可在压盘上设置散热筋或鼓风筋; 在双片离合器中间压盘体内铸出足够多的导风槽,这种结构措施在单片离合器压盘上 也开始应用;将离合器盖和压盘设计成带有鼓风叶片的结构;在保证有足够刚度的前 提下在离合器盖上开出较多或较大的通风口,以加强离合器表面的通风散热和清除摩 擦产生的材料粉末,在离合器壳上
21、设置离合器冷却气流的入口和出口等所谓通风窗, 在离合器壳内装设冷却气流的导罩,以实现对摩擦表面有较强定向气流通过的通风散 热等。为防止压盘 的受热翘曲变形,压盘应有足够大的刚度。鉴于以上对质量和刚 度的要求,一般压盘都设计得比较厚,一般不小于 10。 2.6 分离轴承的类型 分离轴承在工作中主要承受轴向力,在分离离合器时由于分离轴承旋转产生离心 力,形成其径向力。故离合器的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承两种。前者 适合于高速低轴向负荷,后者适合于相反情况.常用含润滑油脂的密封止推球轴承;小 型车有时采用含油石墨止推滑动轴承。分离轴承与膜片弹簧之间有沿圆周方向的滑磨, 当两者旋转中不同心时
22、也伴有径向滑磨。为了消除因不同心导致的磨损并使分离轴承 与膜片弹簧内端接触均匀,膜片弹簧离合器广泛采用自动调心式分离装置结构原理如 图 2.52。分离器结合后,分离轴承与分离杠杆之间一般有 34mm 间隙,以免在摩擦 片磨损后引起压盘压力不足而导致离合器打滑使摩擦片以及分离轴承烧坏。此间隙使 踏板有段自由行程。有的轿车采用无此间隙的内圈恒转式结构,用轻微的油压或弹簧 力使分离轴承与杠杆端(多为膜片弹簧)经常贴合,以减轻磨损和减少踏板行程。本 设计采用拉式自动调心分离轴承,其结构如图 2.5 所述。 12 1轴承内圈;2州城外圈;3外罩壳;4波形弹簧; 5分离套筒;6蝶形弹簧;7挡环;8弹性锁环
23、 图 2.5 拉式自动调心式分离轴承装置 2.7 本章小结 本章根据选定车型的参数,为满足汽车要求,对离合器的结构方案进行选择,包 括从动盘干湿的选择,压紧弹簧的类型选择,压盘的驱动方式分离轴承的类型,离合 器通风散热措施等。 第 3 章 离合器主要参数的确定 在初步确定了离合器的结构形式之后,就要根据其结构形式确定其需要确定的结 构参数,如摩擦片内外径、后备系数单位工作压力等。 3.1 摩擦片尺寸的确定 摩擦片的外径 D 是离合器的基本尺寸,它关系到离合器的结构重量和使用寿命, 所以应先确定摩擦片的外径 D 13 在确定外径时,可以根据以下经验公式(3.13)计算出: D= 100 (3.1
24、) maxe T A 式中:D摩擦片外径,mm; T发动机最大扭矩,N.m; maxe A和车型及使用条件有关的常数。 将数据:T=155N.m,轿车单片摩擦离合器 A=47,代入式(3.1) ,则得: maxe D=181.6mm。 根据离合器摩擦片的标准化,系列化原则,由 3.13“离合器摩片尺寸系列和参数” (即 GB145774)可取摩擦片有关标准尺寸: 外径 D=200,径 d=140mm 厚度 h=3.5mm 内径与外径比值 C=0.7。 表 3.1 离合器摩擦片尺寸系列和参数 外径 D/160180200225250280300325350380405430 内径 d/11012
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