轿车5档手动变速箱毕业设计

1、沈阳理工大学应用技术学院课程设计（论文）汽车离合器设计 指 导 教 师 ： 专 业： 车辆工程 学 号： 摘 要离合器是位于发动机和变速器之间的一个旋转装置，它包括离合器摩擦片、压盘、膜片弹簧、离合器盖及操作离合器所需要的连接杆件等。它通过各部件间产生的摩擦力来作用。这就是为什么离合器叫做摩擦机械装置的原因。在连接之后，离合器继续将发动机扭矩通过摩擦传给变速器。本文所做的主要工作如下：1 简要介绍了离合器的工作原理及主要功能。2 具体计算离合器基本参数及校核。3 主动部分的设计，包括：膜片弹簧、离合器盖、分离装置。4 从动部分的设计，包括：从动盘、摩擦片材料。5 操纵机构的组成与分类。 关键词

2、：离合器；摩擦片；膜片弹簧abstractthe clurh which includes the flywheel,clutch disc,pressure plate,springs,pressure plate cover and the linkage necessary to oerate the clutch is a rotating mechanism between the engine and the transmission.it operates through friction which comes from contact between the parts.th

3、at is the reason why the clutch os called a friction mechanism.after engagement,the clutch must continue to transmit all the engine torque to the transmission depending on the friction without slippage.the clutch is also used to disengage the engine from the drive train whenever the gears in the tra

4、nsmission are being shifted from one gear ratio to another.the subjeets what this text did as following:1 this text first,to the clutchs principle,mainly function made a synopsie introduction.2 compute the clutch basic parameter.3 the design of initiative part include:springs,cover,disengagemene mec

5、hanism.4 the design of passive part include:clutch disc,rub material.5 the operate organs form and classify.key words: clutch;clutch disc;thrust spring 目 录摘要-1abstract-2目录-3第1章 汽车离合器分析-51.1 离合器的基本组成和分类-5第2章 确定离合器的结构形式-62.1 压紧弹簧布置形式的选择-62.2 压盘的驱动方式-72.3 分离杠杆、分离轴承-7第3章 摩擦离合器基本结构尺寸、参数的选择-831 摩擦片外径及其它尺寸

6、的确定-83.2 校核离合器所选尺寸-83.2.1 汽车离合器容量参数-83.2.2 确定压紧力f -83.2.3 检验单位压力p -93.2.4 许用单位面积滑磨转矩 t -9第4章 离合器零件的结构选型及设计计算-94.1 从动盘总成-94.1.1 从动片-94.1.2 从动盘毂-1042 压盘和离合器盖-114.2.1 压盘设计-114.2.2 离合器盖的设计-13第5章 膜片弹簧的设计与计算-155.1 膜片弹簧的结构特点-155.2 膜片弹簧的变形特性和加载方式-165.3 膜片弹簧的弹性变形特性-165.4 膜片弹簧的参数尺寸确定-185.4.1 h/h比值的选取 - 185.4.

7、2 r及r/r确定 -185.4.3 膜片弹簧起始圆锥底角-195.4.4 膜片弹簧小端半径r及分离轴承的作用半径r-195.4.5 分离指数目n、切槽宽、窗孔槽宽、及半径r- 195.4.6 校核-19第6章 结论 -20第7章 致谢 -21第8章 参考文献-22附件3张 (离合器装配图,从动盘总成，膜片弹簧)第1章 汽车离合器分析11 离合器的基本组成和分类离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，它的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行使过程中，驾驶员可根据需要踩下离合器或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离或逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输

8、入的动力。一般由主动部分（飞轮、离合器盖、压盘）、从动部分（从动盘）、压紧机构（膜片弹簧）、分离机构（分离拉杆、分离叉、分离套筒、分离轴承、分离杠杆等）和操纵机构五大部分组成。第2章 确定离合器的结构形式摩擦离合器按从动盘的数目分为：单片离合器和双片离合器；按压紧弹簧的结构形式分为：螺旋弹簧离合器和膜片弹簧离合器；按离合器的操纵形式分为：拉式离合器和推式离合器。2.1 压紧弹簧布置形式的选择离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。膜片弹簧与其他几类相比又有以下几个优点9：（1）由于膜片弹簧有理想的非线性

9、特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。当离合器分离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力；（2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；（3）高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显下降；（4）由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，可提高使用寿命；（5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长；（6）平衡性好；（7）有利于大批量生产，降低制造成本。但膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材料质量和尺寸精度要求高，其非线性特性在生产中不易控

10、制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。近年来，由于材料性能的提高，制造工艺和设计方法的逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。因此，我选用膜片弹簧式离合器。2.2 压盘的驱动方式在膜片弹簧离合器中，扭矩从离合器盖传递到压盘的方法有三种9： （1）凸台窗孔式：它是将压盘的背面凸起部分嵌入在离合器盖上的窗孔内，通过二者的配合，将扭矩从离合器盖传到压盘上，此方式结构简单，应用较多；缺点：压盘上凸台在传动过程中存在滑动摩擦，因而接触部分容易产生分离不彻底。（2）径向传动驱动式：这种方式使用弹簧刚制的径向片将离合器盖和压盘连接在一起，此传动的方式较上一种在结构上稍显复杂一些，但它没有相对滑动部分，因而不存在

11、磨损，同时踏板力也需要的小一些，操纵方便；另外，工作时压盘和离合器盖径向相对位置不发生变化，因此离合器盖等旋转物件不会失去平衡而产生异常振动和噪声。（3） 径向传动片驱动方式：它用弹簧钢制的传动片将压盘与离合器盖连接在一起，除传动片的布置方向是沿压盘的弦向布置外，其他的结构特征都与径向传动驱动方式相同。经比较，我选择径向传动驱动方式。2.3 分离杠杆、分离轴承分离杠杆的作用由膜片弹簧承担，其作用是通过分离轴承克服离合器弹簧的推力并推动压盘移动，从而使压盘与从动盘和从动盘与飞轮相互分离，截断动力的传递，分离杠杆要具有足够的强度和刚度，以承受反复作用在其上面的弯曲应力，分离轴承的作用是通过分离叉的

12、作用使分离轴承沿变速器前端盖导向套作轴向移动，推动旋转中的膜片弹簧中部分离前端，使离合器起到分离作用。分离本次设计选用的是油封轴承，它可以将润滑脂密封在轴承壳内，使用中不需要增加润滑，相比供油式轴承则需增加。第3章 摩擦离合器基本结构尺寸、参数的选择31 摩擦片外径及其它尺寸的确定按书上图2-4所示，根据发动机最大转矩初选摩擦片，由表2-5选定摩擦片尺寸为外径180mm内径125mm,厚度3.5mm，然后根据摩擦面数量计算摩擦面总面积a=13175.1*2=26350.2 由于初选的摩擦片外径为180mm时许用滑磨转矩t=4.09；不满足要求。则选用d=225；d=150；t3.5；a=220

13、89.3*2=44178.6外径内径厚度内外径之比c单位面积1601103.00.68710602.91801253.50.69413175.12001403.50.70016022.12251503.50.66722089.32501553.50.62030218.22801653.50.58940192.83001753.50.58346633.03251903.50.58554604.835019540.55766346.538020540.54080405.1表2-53.2 校核离合器所选尺寸3.2.1汽车离合器容量参数滚动半径r=0.294m ;滑磨功wd =58060nm ;温升速

14、率hr =45900nm/s1/2 p=tn/9550=36.19kw ；可以得出wd/a=1.314；hr/a=1.039；p/a=0.000819均小于表2-6的推荐值。 压盘质量m1=p/33=wd/95680;取得m1=1.097kg3.2.2确定压紧力f选用石棉基编织摩擦片，根据表2-1、2-7取=1.10-1.25、=0.3，由式子d/d=1.5选取f=4000t/z (d+d) （d/d1.7）得压紧力f=（2112-2400）n3.2.3检验单位压力p 由式子p=f/a=0.0478-0.0543n/mm2均小于表2-7中的许用值。3.2.4许用单位面积滑磨转矩 t qc/t2

15、5-2004汽车干式摩擦离合器总成技术条件中规定，当摩擦片表面温度为250c时，汽车离合器的许用单位面积滑磨转矩t 应符合规定，且不小于常温时的70%，对于新开发离合器，需要做行业鉴定的要给予考虑。t按下式计算 t=1000t/za =2.44(n/mm) 第4章 离合器零件的结构选型及设计计算41 从动盘总成从动盘有两种结构形式：带扭转减振器的和不带扭转减震器的，本次设计中选取的是不带扭转减振器的从动盘。双片离合器传递转矩能力较大，径向尺寸较小，接合平顺。但中间压盘通风散热不良，分离不够彻底。本次设计选取双片离合器。从动盘由从动片、摩擦片和从动盘毂等3个基本部分组成。411从动片设计从动片时

16、应满足以下要求：1、设计时要尽量减少其重量，并使其质量的分布尽可能地靠近旋转中心，以获得最小的转动惯量；2、为了使离合器接合平顺，保证汽车平稳起步。采用具有轴向弹性的从动片结构比较复杂，此外由于轴向弹性需要增加分离行程才能保证离合器的彻底分离。因此在一些情况下（如双片离合器），从动片采用刚性的更有利。根据题目要求，本次设计选取的从动片不做成具有轴向弹性的。这首先是因为双片离合器的接合过程本身就比较平顺；其次，若双片离合器从动片做成弹性的，其结果是要大大增加踏板的工作行程（或是要缩小离合器传动装置的传动比而使踏板操纵力增大），才能保证离合器的分离彻底。显然，这些都不利于离合器的操纵。无论何种从动

17、片都要保证其结构形状的热稳定性，防止翘曲变形，以免摩擦面片压力不均。根据经验，参照同类产品，选取从动片的材料为50钢热处理hrc4050，外径为380mm。412从动盘毂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。花键之间为动配合，这样，在离合器分离和结合过程中，从动盘毂能在花键轴上自由滑动。为了保证从动盘毂在变速器第一轴上滑动不产生歪斜，影响离合器的彻底分离，从动盘毂的轴向长度不宜过小，一般取其尺寸与花键外径大小相同，对在艰难情况下工作的离合器，其盘毂的长度更大，可达花键外径的1.4倍。1 从动盘毂花键尺寸选择根据gb11441974选定从动盘毂花键尺寸系列表31选取

18、其尺寸入下：从动盘外径225mm，发动机转矩108 n m，花键齿数10，花键外径d32mm，花键内径d26mm，齿厚4mm，有效长度30mm，挤压应=11.5mpa。表31 从动盘毂花键尺寸系列从动盘外径d/mm发动机转矩/ 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/mpa16050102318320101807010262132011.820011010292342511.322515010322643011.525020010352843510.428028010353244012.730031010403254010.73253801040

19、3254511.635048010403255013.238060010403255515.241072010453656013.143080010453656513.545095010524166512.5摩擦片与从动片之间有两种紧固方法：铆接法和粘接法，本次设计中选取铆接法，其优点是可靠及磨损后换装摩擦片方便。2 从动盘毂花键的强度校核花键齿的侧面压力 p=t/（d+d）z （3-1）式中从动盘毂的数目。因此p=108*1000/(32+26)*1=1860 n挤压应力 jy=p/nhl （3-2）式中h花键齿的工作高度，因此 =1860/(10*4*30)=1.5511.5mpa所以符合

20、要求。根据经验、参照同类产品，选取从动盘摩擦材料为石棉基摩擦材料。采用它的原因是，一方面石棉有良好的耐热性能，而另一方面它又得到铜丝或锌丝的加强，可以说是一种性能比较良好的摩擦材料.42 压盘和离合器盖421 压盘设计压盘的设计包括传力方式的选择及其几何尺寸的确定两个方面。1压盘传力方式的选择压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时，它和飞轮一起带动从动盘转动，所以它必须和飞轮有一定的联系，但这种联系又应允许压盘在离合器分离过程中能自由地做轴向移动，使压盘和从动盘脱离接触。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间有间隙，在传动中将产

21、生冲击噪声和噪声，而且在零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低离合器传动效率。弹性传动片式驱动方式的结构简单，压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，工作可靠，寿命长，一般采用高碳钢。综合比较故选择弹性传动片式2.扭转减振器它能降低发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率，增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的瞬态扭振，控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器的扭振与噪声，缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷和改善离合器的接合平顺性。故要有扭转减振器。3传力片的设计及强度校核传动片在膜片弹簧离合器中除了承担传递发动机的转矩外，还要依靠传动片的弹性作用使压盘分离。

22、根据现有数据，初定离合器压盘传动片的参数如下：共设3组传动片（i=3），每组3片，传动片的几何尺寸为：宽b=20mm，厚h=1mm，传动片两孔的距离l=75mm，孔的直径d=8mm，传动片切向布置，圆周半径=180mm，传动片选择45钢，弹性模量为e=2.0mpa，fmax=4.6mm校核传动片的应动：传动片的有效长度为l1=l-1.5d=63mm传动片的弯曲总刚度：k=kn=12ejxni/l1 =144000（n/m） p= kfmax=662000根据上述分析，计算以下3种工况的最大驱动应动及传动片的最小分离动：（1）彻底分离时，按设计要求=0, =0,由公式可知=0。（2）压盘和离合器

23、盖组装成盖总成时，=0,通过分析计算可知，则可计算最大应动：fmax=4.6mmmax=pl1/2niwmax=3fmaxeh/l1 （3）离合器传扭时，分正向驱动与反向驱动，出现在离合器摩擦片磨损到极限状况，通过尺寸链的计算可知=4.74mm。 正向驱动max=3fmaxeh/l1 -6fmaxt/inrbh+t/inrbh=543.4mpa 反向驱动 max=3fmaxeh/l1 +6fmaxt/inrbh-t/inrbh=847.4mpa由上式可知，传动片的许用应动符合所需的应动要求。可见压盘与离合器盖组装成总成时最危险，由于计算载荷时比较保守，明显偏大，因此传动片的许用极限可取其屈服极

24、限。鉴于上述传动片的应力状况，应选用80号钢。（4）传动片的最小分离动发生在新装离合器的时候，从动盘尚未磨损，离合器在结合状态下的弹性弯曲变形量此时最小，根据相关数据确定f=1.94mm。则：传动片弯曲总刚度ke=1.44mn/m，当f=1.94mm时，其弹性恢复动为：=kef=0.1441.94/1000=279.36n 符合要求。3压盘几何尺寸的确定在摩擦片的尺寸确定后与它摩擦相接触的压盘内、外径尺寸也就基本确定下来了。这样，压盘几何尺寸归结为如何去确定它的厚度。压盘厚度的确定主要依据以下两点：压盘应具有足够的质量；压盘应具有较大的刚度。因此，压盘一般都做得比较厚（一般不小于15mm），而

25、且在内缘做成一定锥度以弥补压盘因受热变形后内缘的凸起。此外，压盘的结构设计还应注意加强通风冷却，如双片离合器的中间压盘体内开有许多径向通风孔。根据经验、参照同类产品，本次设计选取的压盘外径为225mm，内径为150mm，厚度为13mm，材料为3号灰铸铁。4.2.2离合器盖的设计离合器盖一般都与飞轮固定在一起，通过它传递发动机的一部分转矩。此外，它还是离合器压紧弹簧和分离杠杆的支承壳体。因此，在设计中应注意以下几个问题：（1）离合器的刚度离合器分离杠杆支承在离合器盖上，如果盖的刚度不够，即当离合器分离时，可能会使盖产生较大的变形，这样就会降低离合器操纵机构的传动效率，严重时还可能造成离合器分离不

26、彻底，引起摩擦片的早期磨损，还会造成变速器的换档困难。因此为了减轻重量和增加刚度，该离合器盖采用厚度约为4的低碳钢板（如08钢板）冲压成带加强筋和卷边的复杂形状。（2）离合器的通风散热为了加强离合器的冷却离合器盖必须开有许多通风窗口，通常在离合器压紧弹簧座处开有通风窗口。第5章 膜片弹簧的设计与计算5.1 膜片弹簧的结构特点由前面可以知道，本设计中的压紧弹簧是膜片弹簧。而膜片弹簧离合器分推式和拉式，在本设计中采用拉式结构。 膜片弹簧在结构形状上分为两部分。在膜片弹簧的大端处为一完整的截锥体，它的形状像一个无底的碟子和一般机械上用的碟形弹簧完全一样，故称作碟簧部分。膜片弹簧起弹性作用的正是其碟簧

27、部分。碟形弹簧的弹性作用是这样：沿其轴线方向加载，碟簧受压变平，卸载后又恢复原形所。可以说膜片弹簧是碟形弹簧的一种特殊结构形式。所不同的是，在膜片弹簧上还包括有径向开槽部分。膜片弹簧上的径向开槽部分像一圈瓣片，它的作用是，当离合器分离时作为分离杠杆。故它又称分离爪。分离爪与碟簧部分交接处的径向槽较宽呈长方圆形孔。这样做，一方面可以减少分离爪根部应力集中，一方面又可用来安置销钉固定膜片弹簧，分离爪根部的过渡圆角r4.5。5.2 膜片弹簧的变形特性和加载方式由于膜片弹簧采用推式结构，故其正装。离合器在分离和接合时，膜片弹簧的加载情况不一样，相应的有两种加载方式和变形情况：（1）接合时：离合器接合时

28、，膜片弹簧起压紧弹簧之用，在压盘离合器盖总成未与飞轮装合以前，膜片弹簧近似处于自由状态，膜片弹簧对压盘无压紧作用。当压盘离合器盖总成与飞轮装合时，离合器盖前端面向飞轮前端面靠拢。因此，离合器盖通过支承环对膜片弹簧施加载荷p，膜片弹簧几乎变平。同时在压盘处也作用有载荷p。我们把p称作压紧力。支承环4和膜片弹簧压盘接触处之间的高度变化称作大端变形，膜片弹簧分离轴承相对于压盘高度的变化称之为小端变形。（2）分离时：当分离轴承以p力作用在膜片弹簧的小端时。当p力达到一定值时，膜片弹簧被压翻。分离时在膜片弹簧的大端处及小端处将进一步产生附加变形和。此时膜片弹簧大端处的变形=+。5.3 膜片弹簧的弹性变形

29、特性前面说过膜片弹簧起弹性作用的部分是其碟簧部分，碟簧部分的弹性变形特性和螺旋弹簧是不一样的，它是一中非线性的弹簧，其特性和碟簧部分的原始内截锥高h及弹簧片厚h的比值h/h有关。不同的h/h值可以得到不同的特性变形特性。一般可以分成下列四中情况： 如下图7.1中h/h=0.5的曲线,其曲线形状表现为:载荷p的增加,变形总是不断增加.这种弹簧的刚度很大,可以承受很大的载荷,适合与作为缓冲装置中的行程限制器。 =如图7.1中h/h=1.5的曲线,弹性特性曲线在中间有一段很平直,变形的增加,载荷p几乎不变.这种弹簧叫做零刚度弹簧.2如图7.1中=2.75者,弹簧的特性曲线中有一段负刚度区域,即当变形

30、增加时,载荷反而减少具有这种特性的膜片弹簧很适合用于作为离合器的压紧弹簧,因为可利用其负刚度区,达到分离离合器时载荷下降,操纵省力的目的,当然负刚度过大也不适宜,以免弹簧工作位置略微变动造成弹簧压紧力过大.2如下图7.2,这种弹簧的的特性曲线中具有更大的负刚度不稳定工作区,而且有载荷为负值的区域.这种弹簧适合于汽车液力传动中的锁止机构。图7.1 三种不同h/h值时的无因次特曲线图7.2 各种不同h/h值时的无因次弹性变形特性5.4 膜片弹簧的参数尺寸确定在设计膜片弹簧时，一般初步选定其全部尺寸然后进行一系列的验算，最后优选最合适的尺寸。5.4.1 h/h比值的选取 设计膜片弹簧时，要利用其非线

31、性的弹性变形规律，因此要正确选择其特性曲线的形状，以获得最佳性能。一般汽车汽车膜片弹簧的h/h值的范围在1.52.0之间。我设计的膜片弹簧，h=7mm；h=3.5mm所以，=2.05.4.2 r及r/r确定比值r/r对弹簧的载荷及应力特性都有影响，从材料利用率的角度，比值在1.82.0时，碟形弹簧储存弹性的能力为最大，就是说弹簧的质量利用率和好。因此设计用来缓和冲击，吸收振动等需要储存大量弹性能时的碟簧时选用。对于汽车离合器的膜片弹簧，设计上并不需要储存大量的弹性能，而是根据结构布置与分离的需要来决定，一般r/r取值为1.21.3.对于r,膜片弹簧大端外径r应满足结构上的要求和摩擦片的外径相适

32、应，大于摩擦片内径，近于摩擦片外径。此外，当h，h及r/r等不变时，增加r有利于膜片弹簧应力的下降。初步确定r=171mm；r=141.5mm所以，r/r=1.215.4.3 膜片弹簧起始圆锥底角汽车膜片弹簧一般起始圆锥底角在915之间，arctan代入数值计算可得：=14375.4.4 膜片弹簧小端半径r及分离轴承的作用半径r r的值主要由结构决定，最小值应大于变速器第一轴花键外径，分离轴承-用半径r大于 r。因为花键外径d=40，要使2 rd，所以取r=35，r=375.4.5 分离指数目n、切槽宽、窗孔槽宽、及半径r汽车离合器膜片弹簧的分离指数目n12，一般在18左右，采用偶数，便于制造时模具分度切槽宽3，10，窗孔半径r一般情况下由（rr）(0.81.4) ,所以取rr=1=10可取得n=18, 3，10， r=130mm5.4.6校核经校核以上所选尺寸均符合拉式膜片弹簧要求。第6章 结论本次课程设计根据给出的设计要求和原始设计参数，以及拉式膜片弹簧离合器及其操纵机构的工作原理和使用要求，通过对其工作原理的阐述