切诺基牌BJ2021EY轻型越野汽车离合器设计.doc

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1、机械工程学院车辆工程专业课程设计说明书题 目： 切诺基牌BJ2021EY轻型越野汽车离合器设计姓 名：王东班级学号：1008074120指导教师：周大帅目 录第 1 章离合器的概述11.1给定技术参数11.2离合器设计的基本要求11.2.1膜片弹簧离合器的结构11.2.2膜片弹簧离合器的优点21.2.3膜片弹簧离合器的工作原理2第 2 章离合器摩擦片参数的确定42.1摩擦片参数的选择42.1.1初选摩擦片外径、内径、厚度42.1.2后备系数42.1.3离合器传递的最大静摩擦力矩42.1.4单位压力42.2离合器基本参数的校核62.2.1最大圆周速度62.2.2单位摩擦面积传递的转矩62.2.3

2、单位压力62.2.4单位摩擦面积滑磨功6第 3 章膜片弹簧的设计83.1膜片弹簧的基本参数的选择83.1.1截锥高度与板厚比值和板厚的选择83.1.2自由状态下碟簧部分大端、小端的选择和比值83.1.3膜片弹簧起始圆锥底角的选择83.1.4分离指数目的选取83.1.5切槽宽度及半径83.1.6压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定83.1.7膜片弹簧材料93.2膜片弹簧的弹性特性曲线93.2.1膜片弹簧材料103.2.2膜片弹簧材料103.2.3膜片弹簧材料11第 4 章扭转减振器的设计124.1扭转减振器主要参数124.1.1阻尼摩擦转矩124.1.2预紧转矩124.1.3减振弹簧的位置半径

3、124.1.4减振弹簧个数134.1.5减振弹簧总压力134.2减振弹簧的计算134.2.1减振弹簧的分布半径134.2.2单个减振器的工作压力134.2.3减振弹簧尺寸13第 5 章离合器其它主要部件的结构设计165.1从动盘毂的设计165.2从动片的设计165.3离合器盖结构设计的要求165.4压盘的设计175.5压盘的结构设计与选择17参考文献19致 谢20第 1 章 离合器的概述1.1 给定技术参数车型：切诺基牌BJ2021EY轻型越野汽车整车质量：2016kg，额定转速下功率/转速：202/3250，最大扭矩/转速：202/3250，主减速比：4.10，一档速比：3.929。1.2

4、离合器设计的基本要求1) 在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止过载。2) 接合时要完全、平顺、柔和，保证起初起步时没有抖动和冲击。3) 分离时要迅速、彻底。4) 从动部分转动惯量要小，以减轻换档时变速器齿轮间的冲击，便于换档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效果，以保证工作温度不致过高，延长寿命。6) 操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。7) 具有足够的强度和良好的动平衡，保证其工作可靠、使用寿命长。1.2.1 膜片弹簧离合器的结构膜片弹簧离合总成由膜片弹簧、离合器盖、压盘、传动片和分离轴承总成等部分组成。1) 离合器盖离合器盖一

5、般为120或90旋转对称的板壳冲压结构，通过螺栓与飞轮联结在一起。离合器盖是离合器中结构形状比较复杂的承载构件，压紧弹簧的压紧力最终都要由它来承受。2) 膜片弹簧膜片弹簧是离合器中重要的压紧元件，在其内孔圆周表面上开有许多均布的长径向槽，在槽的根部制成较大的长圆形或矩形窗孔，可以穿过支承铆钉，这部分称之为分离指；从窗孔底部至弹簧外圆周的部分形状像一个无底宽边碟子，其截面为截圆锥形，称之为碟簧部分。3) 压盘压盘的结构一般是环形盘状铸件，离合器通过压盘与发动机紧密相连。压盘靠近外圆周处有断续的环状支承凸台，最外缘均布有三个或四个传力凸耳。4) 传动片离合器接合时，飞轮驱动离合器盖带动压盘一起转动

6、并通过压盘与从动盘摩擦片之间的摩擦力使从动盘转动；在离合器分离时，压盘相对于离合器盖作自由轴向移动，使从动盘松开。这些动作均由传动片完成。传动片的两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联接，一般采用周向布置。在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转；在离合器分离时，可利用它的弹性恢复力来牵动压盘轴向分离并使操纵力减小。5) 分离轴承总成分离轴承总成由分离轴承、分离套筒等组成。分离轴承在工作时主要承受轴向分离力，同时还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。目前国产的汽车中多使用角接触推力球轴承，采用全密封结构和高温铿基润滑脂，其端面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

7、舌尖部为弧形面时采用平端面或凹弧形端面。1.2.2 膜片弹簧离合器的优点膜片弹簧离合器与其他形式离合器相比，具有一系列优点：1) 膜片弹簧离合器具有较理想的非线性弹性特性；2) 膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；3) 高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；4) 膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀；5) 易于实现良好的通风散热，使用寿命长；6) 膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。1.2.3 膜片弹簧离合器的工作原理离合器盖与发动机飞轮用螺栓紧固在一起，当膜片弹簧被预加压紧，离合器处于接合位置时

8、由于膜片弹簧大端对压盘的压紧力，使得压盘与从动摩擦片之间产生摩擦力。当离合器盖总成随飞轮转动时(构成离合器主动部分)，就通过摩擦片上的摩擦转矩带动从动盘总成和变速器一起转动以传递发动机动力要分离离合器时，将离合器踏板踏下，通过操纵机构，使分离轴承总成前移推动膜片弹簧分离指，使膜片弹簧呈反锥形变形，其大端离开压盘，压盘在传动片的弹力作用下离开摩擦片，使从动盘总成处于分离位置，切断了发动机动力的传递。第 2 章 离合器摩擦片参数的确定2.1 摩擦片参数的选择2.1.1 初选摩擦片外径、内径、厚度摩擦片外径是离合器基本尺寸，如表2- 1所示，它关系到离合器的结构重量和寿命，它和离合器所需传递转矩大

9、小有一定关系。 (2-1)发动机最大转矩 (2-2)表2- 1离合器摩擦片尺寸系列和参数外径D/mm160180200225250280300325350380405430内 径d/mm110125140150155165175190195205220230厚 度 b/mm3.23.53.53.53.53.53.53.54444c=d/D0.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.5570.5400.5430.5351- c30.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.8000.8270.8430.8400.847单位面积1

10、061321602213024024665466787299081037摩擦片标准系列尺寸，取c=0.662。D=228mm，d=151mm，c=0.6622.1.2 后备系数后备系数保证了离合器能可靠地传递发动机扭矩，同时它有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器的使用寿命。但为了离合器的尺寸不致过大，减少传递系的过载，使操纵轻便等，后备系数又不宜过大。由于所设计的离合器为膜片弹簧离合器，在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小（开始时还有些增加），故初取=1.6。2.1.3 离合器传递的最大静摩擦力矩(2-3)2.1.4 单位压力摩擦面上的单位压力P的值和离合器本身的工作条件，摩擦片

11、的直径大小，后备系数，摩擦片材料及质量等有关。离合器使用频繁，工作条件比较恶劣单位压力P较小为好。当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力P。因为在其它条件不变的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘的线速度大，滑磨时发热厉害，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力P应随摩擦片外径的增加而降低。选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。 (2-4) (2-5)为单位压力（）为摩擦面数取2；为摩擦片外径取228；为摩擦片内径取151；摩擦片材料选择石棉基材料，为单位压力0.15

12、为摩擦因数取0.5。摩擦片的工作条件比较恶劣，为了保证它能长期稳定的工作，根据汽车的的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求：应具有较稳定的摩擦系数，温度，单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的影响小。要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好。热稳定性要好，要求在高温时分离出的粘合剂较少，无味，不易烧焦。磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面。油水对摩擦性能的影响应最小。结合时应平顺而无“咬住”和“抖动”现象。由以上的要求，目前车用离合器上广泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐热和化学稳定性能比较好的石棉和粘合剂及其它辅助材料混合热压而成，其

13、摩擦系数大约在0.3左右，在该设计中选取的是石棉合成物制成的摩擦片。2.2 离合器基本参数的校核2.2.1 最大圆周速度 (2-6)式中，为摩擦片最大圆周速度（m/s）；为发动机最高转速取5250；为摩擦片外径径取228；故符合条件。2.2.2 单位摩擦面积传递的转矩(2-7)式中，为离合器传递的最大静摩擦力矩323.2；当摩擦片外径210D250mm时，=0.3 N/0.0071 N/，故符合要求.2.2.3 单位压力为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，选取单位压力的最大范围为0.15.35Mpa，由于已确定单位压力0.15Mpa，在规定范围内，故满足要求。2.2.4 单位摩擦面积滑

14、磨功为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，离合器每一次结合的单位摩擦面积滑磨功w应小于其许用值w。汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功(J)为：W = () = (20160.34.103.929) = 15320 (J)(2-8)式中，W为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功(J)m 为汽车总质量取2016kg；rr 为轮胎滚动半径0.3m；i为汽车起步时所用变速器档位的传动比3.929；i为主减速器传动比4.10；n为发动机转速(r/min)，乘用车n取2000 r/min。w = = 4153203.142228151 = 0.33(2-9)式中，

15、W为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功取15320J满足w =2，则=r-2=80-10=70mm故取70mm.3.1.6 压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定R1和r1需满足下列条件：故选择R195mm， r183mm。3.1.7 膜片弹簧材料制造膜片弹簧用的材料，应具有高的弹性极限和屈服极限，高的静力强度及疲劳强度，高的冲击强度，同时应具有足够大的塑性变形性能。按上述要求，国内常用的膜片弹簧材料为硅锰钢60Si2MnA或50CrVA。3.2 膜片弹簧的弹性特性曲线假设膜片弹簧在承载过程中，其子午线刚性地绕上地某中性点转动。设通过支承环和压盘加载膜片弹簧上地载荷P1(N)集中在支承点

16、处，加载点间的相对轴向变形为x1(mm)，则膜片弹簧的弹性特性如下式表示： (3-3)式中，E弹性模量，钢材料取E=2.06Mpa；b泊松比，钢材料取b=0.3；R自由状态下碟簧部分大端半径，mm；r自由状态下碟簧部分小端半径，mm；R1压盘加载点半径，mm；r1支承环加载点半径，mm；H自由状态下碟簧部分内截锥高度，mm；h膜片弹簧钢板厚度，mm。图形如下：图3-1弹性特性曲线表3- 1弹性特性曲线3.2.1 膜片弹簧材料材料使用优质弹簧钢（60Si2Mn），并进行热处理，特别要注意表面不能有伤痕。为了避免应力集中，在内圆周部位的下面要进行倒角。倒角的半径值为R=12mm；为了减少弹簧的离散

17、性，同时为了控制支承点处的间隙，要求板厚有较高的精度；为了防止膜片弹簧在循环载荷的作用下，产生弹簧的弹力下降（疲劳变形），一般采用下面的方法处理：强压处理喷丸处理。3.2.2 膜片弹簧材料国内膜片弹簧一般采用60Si2Mn或50CrVA等优质高精度钢板材料。为了保证其硬度、几何形状、金相组织、载荷特性和表面质量等要求，需进行一系列热处理。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行强压处理，即沿其分离状态的工作方向，超过彻底分离点后继续施加过量位移，使其超过38次，以产生一定的塑性变形，从而使膜片弹簧的表面产生与使用状态的反方向的残余应力而达到强化的目的。一般来说，经强压处理后，在同样的工作条

18、件下，可提高膜片弹簧的疲劳寿命5%30%。另外，对膜片弹簧的凹面或双面进行喷丸处理，即以高速弹丸流喷射到默片弹簧表面，使表层产生塑性变形，从而形成一定厚度的表面强化层，起到冷作硬化的作用，同样也可提高承载能力和疲劳强度。为了提高分离指的耐磨性，可对其端部进行高频淬火、喷镀铬合金和镀镉或四氟乙烯。在膜片弹簧与压盘接触圆形处，为了防止由于拉应力的作用而产生裂纹，可对该处进行挤压处理，以消除应力源。3.2.3 膜片弹簧材料膜片弹簧表面不应有毛刺、裂纹、划痕、锈蚀等缺陷。碟簧部分硬度一般为4550HRC，分别指端硬度5562HRC，在同一片上同一范围内的硬度差不大与3个单位。碟簧部分应为均匀的回火屈氏

19、和少量的索氏体。单面脱碳层的深度一般不超过厚度的3%。膜片弹簧的内、外半径公差一般为H11和h11，厚度公差为0.025mm，初始底锥角公差为10。膜片弹簧上下表面的表面粗糙度为1.6m，底面的平面度一般要求小于0.1mm。膜片弹簧处于接合状态时，其分离指端的相互高度差一般要求小于0.81.0mm。第 4 章 扭转减振器的设计4.1 扭转减振器主要参数由于现今离合器的扭转减振器的设计大多采用以往经验和实验方法通过不断筛选获得，且越来越趋向采用单级的减振器。极限转矩受限于减振弹簧的许用应力等因素，与发动机最大转矩有关，一般可取， (4-1)对于乘用车，系数取2.0。则Tj=2.02.020240

20、4（Nm）(4-2)扭转刚度k由经验公式初 (4-3)4.1.1 阻尼摩擦转矩可按公式初选 (4-4)4.1.2 预紧转矩减振弹簧在安装时都有一定的预紧。Tn满足以下关系： (4-5)且TnT=20.2而Tn（0.050.15）1030.3Nm则初选Tn18Nm4.1.3 减振弹簧的位置半径R0的尺寸应尽可能大些，一般取 (4-6)则取R0=0.65d/2=0.65151/2=49.1(mm)，可取为50mm.4.1.4 减振弹簧个数当摩擦片外径D250mm时， (4-7)故取Zj=64.1.5 减振弹簧总压力当减振弹簧传递的转矩达到最大值Tj时，减振弹簧受到的压力F为 (4-8)4.2 减振

21、弹簧的计算4.2.1 减振弹簧的分布半径R1的尺寸应尽可能大些，一般取 (4-9)式中，d为离合器摩擦片内径 故R1=0.65/2=0.65151/2=49.1(mm)，即为减振器基本参数中的R04.2.2 单个减振器的工作压力 (4-10)4.2.3 减振弹簧尺寸1）弹簧中径Dc其一般由布置结构来决定，通常 (4-11)故取Dc=12mm2）弹簧钢丝直径dd=3.36mm (4-12)式中，扭转许用应力可取550600Mpa，故取为580Mpad取3.4mm3）减振弹簧刚度k应根据已选定的减振器扭转刚度值k及其布置尺寸R1确定，即k= (4-13)4） 减振弹簧有效圈数 (4-14)5）减振

22、弹簧总圈数n其一般在6圈左右，与有效圈数之间的关系为n=+(1.52)=6减振弹簧最小高度=22.4mm (4-15)弹簧总变形量 (4-16)减振弹簧总变形量=22.4+7.4=29.8mm(4-17)减振弹簧预变形量 (4-18)减振弹簧安装工作高度 (4-19)6）从动片相对从动盘毂的最大转角最大转角和减振弹簧的工作变形量有关，其值为 (4-20)7）限位销与从动盘毂缺口侧边的间隙 (4-21)式中，为限位销的安装尺寸。所以可取为6.3mm， 为100mm.8）限位销直径按结构布置选定，一般9.512mm。可取为10mm表4- 1扭转减振器相关参数极限转Tj阻尼摩擦转T预紧转Tn减振弹簧

23、的位置半R0减振弹簧个数Zj404 Nm20.2Nm18 Nm50mm6第 5 章 离合器其它主要部件的结构设计5.1 从动盘毂的设计从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受由发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对中的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的迟钝可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩T。表5-1花键尺寸摩擦片外径D/mm发动机最大转矩T/(Nm)花键尺寸挤压应力/MPa齿数n外径D/mm内径d/mm齿厚t/mm有效尺长l/mm22820210322643011.35.2 从动片的设计从动盘对离合器工作性能影响很大，设计时应满足如下要求：1)从动盘的转动惯量应尽可能小，以减

24、小变速器换挡时轮齿间的冲击。2) 从动盘应具有轴向弹性，使离合器结合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，以减小磨损。3)应安装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。本次设计初选从动片厚度为2mm。5.3 离合器盖结构设计的要求1)应具有足够的刚度，否则影响离合器的工作特性，增大操纵时的分离行程，减小压盘升程，严重时使摩擦面不能彻底分离。2)应与飞轮保持良好的对中，以免影响总成的平衡和正常的工作。3)盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度。4)为了便于通风散热，防止摩擦表面温度过高，可在离合器盖上开较大的通风窗孔，或在盖上加设通风扇片等。乘用车离合器盖一般用08、10钢等低碳钢板。本次设计初

25、选08钢板厚度为3mm。5.4 压盘的设计对压盘结构设计的要求:1)压盘应具有较大的质量，以增大热容量，减小温，防止其产生裂纹和破碎，有时可设置各种形状的散热筋或鼓风筋，以帮助散热通风。中间压盘可铸出通风槽，也可以采用传热系数较大的铝合金压盘。2)压盘应具有较大刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减小受热后的翘曲变形，以免影响摩擦片的均匀压紧及与离合器的彻底分离，厚度约为1525 mm 。3)与飞轮应保持良好的对中，并要进行静平衡，压盘单件的平衡精度应不低于1520 gcm 。4)压盘高度(从承压点到摩擦面的距离)公差要小。压盘形状较复杂，要求传热性好，具有较高的摩擦因数，通常采用灰铸铁，

26、一般采用HT200、HT250、HT300，硬度为170227HBS。5.5 压盘的结构设计与选择t = (5-1)(5-2)式中，W为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功，取W=11898J为传到压盘的热量所占的比例，对单片离合器压盘. =0.5；m为压盘质量(kg)V为压盘估算面积；c为压盘的比热容，铸铁：c=481.4 J/(kg)；为铸铁密度，取7800 kg/m；为摩擦片外径取228；为摩擦片内径取151；h为压盘厚度，取=15 mm； t为压盘温升（）满足压盘温升不超过810要求。参考文献1.徐石安，江发潮.汽车离合器/汽车设计丛书 M.北京：清华大学出版社，20052.王望予

27、汽车设计M. 北京：机械工业出版社，20073.陈家瑞.汽车构造M.北京：人民交通出版社，20024.刘惟信.汽车设计 M.北京：清华大学出版社，20015.巩云鹏，田万禄，张祖立，黄秋波.机械设计课程设计M.沈阳：东北大学出版社，2006致 谢本设计以“机械设计、汽车设计、二维制图模型”为主线，主要采用AutoCAD设计一个三菱汽车膜片弹簧离合器总成，由于时间和能力的限制，本设计对分离机构和操纵机构只作了简单的设计。本次设计我利用AutoCAD软件绘制了离合器总成和部分零件的二维图形，由于能力有限，难免有些不合理的地方，此次设计充分利用了已学过的汽车设计和机械设计知识，使我对所学知识有了一个系统的认识、复习、巩固和深入。通过这次设计，我对机械设计和汽车设计有了更深刻的认识，也初步掌握了机械设计的方法和使用有关机械设计手册的方法；对机械零件、汽车部件、装配技术、计算机软件使用技术等作了一个全新的认识和再学习，加深了理解，并扩展了知识面；充分利用计算机CAD技术进行了绘图；提高了计算机的使用能力。自己平日的理论知识虽然仍没有真正应用于实际生产中，但利用课程设计这个平台，使我充分认识到自己理论学习中的不足，熟悉了一些新的设计方法。尤其是在画图方面，进一步熟练、巩固，这次课程设计为我以后的学习及毕业设计打下了基础。指导教师认真细致的指导和帮助，我表示最真挚的感谢！