课程设计任务书-邓波

1、成都学院车辆工程毕业设计毕业设计题 目 轿车双质量飞轮离合器设计 学 院 机械工程学院 专 业 车辆工程 学生姓名 邓波 学 号 201210115212 级 2012 指导教师 蒋阳 起止时间 至 教师评阅意见：教师签名： 评阅日期： 年 月 日成都学院本科毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目轿车双质量飞轮膜片弹簧离合器设计学院机械工程学院专业车辆工程年级2012级课题类型理论性课题 （ R） 实践性课题 （ ）注：请直接在所属项目括号内打“”课题来源教师科研课题（ ） 教师拟定课题（R）学生自拟课题（ ） 师生联合命题（ ）l 设计（论文）拟解决问题及预期成果：1离合器基本参数及尺寸

2、确定；2离合器主要部件设计计算；3离合器操纵机构设计计算；4绘制膜片弹簧零件图；5绘制膜片弹簧离合器装配图。预期成果：不小于2张零号图纸、膜片弹簧特性曲线调试图、双质量飞轮膜片弹簧离合器三维装配图。l 拟采用的研究方法、技术路线：参照某款轿车的发动机性能参数，进行该型轿车双质量飞轮膜片弹簧离合器的设计计算。设计中主要对离合器部分的摩擦片、膜片弹簧、操纵机构进行了相关设计计算，以及双质量飞轮部分的减震弹簧的设计计算和该部分的结构设计。并应用Visual Basic软件编写膜片弹簧的弹性特性的计算程序，用以调试膜片弹簧的结构参数，选择弹簧的最佳结构参数。利用CATIA软件完成双质量飞轮膜片弹簧离合

3、器各零件的三维建模和总成装配,利用AUTO CAD软件绘制离合器总装配图、双质量飞轮装配图和膜片弹簧零件图。l 应收集资料及主要参考文献：通过到图书馆借阅，网络下载等方法收集汽车设计，汽车理论，汽车构造，汽车离合器结构，Auto CAD，UG等方面的资料。主要参考文献：1王望予. 汽车设计第四版M. 北京：机械工业出版社，2004；2 吴宗泽，罗圣国机械设计课程设计手册。北京：高等教育出版社，2006等。设计（论文）进度安排：选题2015年12月 2015年12月实施研究、收集资料、开题报告2015年12月 2016年01月初步设计、详细设计2016年02月 2016年03月撰写论文、完成初稿

4、2016年04月 2016年04月完成修改、定稿2016年05月 2016年05月答辩2016年05月接受任务日期： 年 月 日 学生接受任务（签名）：指 导 教 师（签名）：要求完成日期： 年 月 日 学院负责人审定（签名）： 目录1.离合器概述， 1.1离合器的组成， 1.2离合器的功用， 1.3离合器设计的基本要求，2. 设计参数及设计要求，3 结构方案分析， 3.1从动盘数的选择， 3.2压紧弹簧和布置形式的选择， 3.3膜片弹簧的支撑形式， 3.4 压盘驱动方式，4离合器主要参数的选择， 4.1离合器摩擦片参数的确定，5离合器基本参数的校核， 5.1离合器基本参数的优化， 5.2膜片

5、弹簧的弹性特性曲线， 5.3膜片弹簧基本参数的选择， 5.4 膜片弹簧的优化计，6、 主要零部件的结构设计， 6.1扭转减振器的设计， 6.2从动盘总成的设计， 6.3离合器盖总成的设计，7设计总结， 致谢，参考文献，前言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、相关书籍，培养学生动手设计项目、自学的能力，掌握单独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

6、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。通过这次课程设计，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。离合器通常装在发动机与变速器之间，其主动部分与发动机飞轮相连，从动部分与变速器相连。为各类型汽车所广泛采用的摩擦离合器，实际上是一种依靠其主、从动部分间的摩擦来传递动力且能分离的机构。离合器的主要功用是切断和实现发动机与传动系平顺的接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换档齿轮间的冲击

7、；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系个零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪音.1、离合器概述对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动系中是作为一个独立的总成而存在的，它是汽车传动系中直接与发动机相连的总成。目前，各种汽车广泛采用的摩擦离合器是一种依靠主从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构、和操纵机构等四部分。离合器的功用主要的功用是切断和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接合，确保汽车平稳起步；在换档时将发动机与传动系分离，减少变速器中换档齿轮之间的冲击；在工作中受到

8、较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系各零件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。2、设计要求及其技术参数基本要求：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。接合时要完全、平顺、柔和，保证起初起步时没有抖动和冲击。分离时要迅速、彻底。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。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。操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。具有足够的强度和良好的动平衡，一保证其工作可靠、使用寿命长。离合器设计参数（日产蓝鸟）序号项目参数序号项目参

9、数1轴距27006最大功率/转速93/56002轮距前/后1540/15407最大转矩/转速154/40003整备质量11958轮胎型号195/60R164最高车速1959起动挡传动比4.515最大爬坡度35%10主减速器传动比5.33、结构方案分析3.1从动盘数的选择：单片离合器单片离合器： 单片离合器的结构简单，轴向尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底，采用轴向有弹性的从动盘可保证结合平顺。双片离合器：一般用于传递转矩较大且径向尺寸受到限制的场合。多片式离合器：主要应用于最大总质量大于14吨的商用车的行星齿轮变速器换挡机构中。对乘用车和最大质量小于6

10、t的商用车而言，发动机的最大转矩一般不大，在布置尺寸容许条件下，离合器通常只设有一片从动盘。所以选择单片式离合器。3.2压紧弹簧和布置形式的选择：拉式膜片弹簧离合器膜片弹簧是一种由弹簧钢制成的具有特殊结构的碟形弹簧，主要由碟簧部分和分离指部分组成。1. 膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比，有如下优点：1) 具有较理想的非线性弹性特性。2) 兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用。3) 高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定。4) 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) 通风散热良好，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。2. 与推式相比，拉式膜片

11、弹簧离合器具有许多优点：取消了中间支承各零件，并不用支承环或只用一个支承环，使其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更小等。由于拉式膜片弹簧离合器的综合性能优越，所以选择拉式膜片弹簧离合器。3.3膜片弹簧的支撑形式图3-1为拉式膜片弹簧的支承形式单支承环形式，将膜片弹簧大端支承在离合器盖杀中的支承环上.图3-13.4 压盘驱动方式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都有间隙，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。弹性传动片式是近年来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

12、带传动片两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联结，传动片的弹性允许其作轴向移动。弹性传动片驱动方式结构简单，压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，工作可靠，寿命长。综合以上：选用弹性驱动片驱动。4、离合器主要参数的选择4.1 摩擦片参数的选择4.1.1 初选摩擦片外径D、内径d、厚度b摩擦片外径是离合器基本尺寸，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小有一定关系。式中，为发动机最大转矩，取；离合器摩擦片尺寸系列和参数表1外径D/mm160180200225250280300325350380405430内径d/mm11012514015015516517519019520522

13、0230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1061321602213024024665466787299081037摩擦片标准系列尺寸，取。4.1.2 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

14、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），再加上小轿车的后备功率比较大，使用条件较好，宜取较小值，故初取=1.3。4.1.3 离合器传递的最大静摩擦力矩TC=4.1.4 单位压力P0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

15、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。 式中，为摩擦因数取0.3；为单位压力（）为摩擦面数取2；为摩擦片外径取225；为摩擦片内径取150；摩擦片材料选择石棉基材料，为单位压力0.15，为摩擦因数取0.3。 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

16、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,在该设计中选取的是石棉基材料制成的摩擦片。5，离合器基本参数的校核5.1离合器基本参数的优化,5.1.1 最大圆周速度式中， 为摩擦片最大圆周速度（m/s）；为发动机最高转速取5600；为摩擦片外径径取225；故符合条件。5.1.2 单位摩擦面积传递的转矩(N/)式中，为离合器传递的最大静摩擦力矩200.2；当摩擦片外径210mm0.0045 N/，故符合要求5.1.3

17、 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5.1.4单位摩擦面积滑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 = () 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1195kg；rr 为轮胎滚动半径0.3686m；i为汽车起步时所用变速器档位的传动比；4.51i为主减速器传动比5.3；n为发动机转速(r/min)

18、,乘用车n取2000 r/min;w = = J/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6260.2J满足w w = 0.33J/mm要求。摩擦片的相关参数如表2摩擦片外径D摩擦片内径d后备系数厚度b单位压力Po225mm150mm1.33.50.15MPa 5.2膜片弹簧的弹性特性曲线5.3膜片弹簧基本参数的选择1）比值H/h 和 h 的选择 为保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的H/h 一般为1.52.0 ，板厚 h 为24 mm 。取h = 2mm ，H/h =1.8 ，即 H = 1.5h =3.6mm 。2）R/r比值和 R、r的选择研究表明。R/

19、r越大，弹簧材料利用率越低，弹簧越硬，弹性特性曲受直径误差的影响越大，且应力越高。根据结构布置和压紧力的要求。R/r一般为1.201.35 。为使摩擦片上的压力分布较均匀，拉式膜片弹簧的r值宜为大于或等级。即,，75mm=R=摩擦片外径112.5mm 取R=110mm得R/r = 1.22，3）的选择膜片弹簧自由状态下圆锥角与内截锥高度H关系密切，一般在915范围内。 = arctan H/(R-r) = 10.2 ，符合要求。4.）分离指数目n的选取 分离指数目n常取18，大尺寸膜片弹簧可取24，小尺寸膜片弹簧可取12 。取分离之数目n =18 。5）膜片弹簧小段内半径r及分离轴承作用半径r

20、的确定r由离合器的结构决定，其最小值应大于变速器第一轴花键的外径。r应大于r 。花键外径D1=32mm，则取=35mm，=38mm。6）切槽宽度、及半径r 的确定= 3.23.5 mm，= 910 mm，r 的取值应满足r - r 。本次设计取 = 3.2 mm，= 10 mm ，r r -= 80mm ，取=80mm。7）采用拉式驱动膜片弹簧，故压盘加载点半径R 和支承环加载点半径r 的确定R=92mm r=108mm.5.4 膜片弹簧的优化设计膜片弹簧的优化设计就是要确定一组弹簧的基本参数，使其弹性特性满足离合器的使用性能要求，而且弹簧强度也满足设计要求，以达到最佳的综合效果。1）为了满足

21、离合器使用性能的要求，弹簧的H/h 与初始底锥角H/(R-r)应在一定范围内，即 1.6 H/h = 1.6 2.29H/(R-r)=9.1 152）弹簧各部分有关尺寸的比值应符合一定的范围，即1.2 R/r=1.20 1.35R / r0=2.853）为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，拉式膜片弹簧的压盘加载点半径r1应位于摩擦片的平均半径与外半径之间，即(D+d)/4 R1 = 120 D/24）根据弹簧结构布置要求，R1与R，rf与r0之差应在一定范围内，即1 R-R1 = 41 70 rf-r0 = 4 45）膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用，因此其杠杆比应在一定范围内选取，即3.5

22、= 6.6 9.06、主要零部件的结构设计6.1扭转减振器的设计6.1.1扭转减振器的概述扭转减振器主要由弹性元件(减振弹簧或橡胶)和阻尼元件(阻尼片)等组成。弹性元件的主要作用是降低传动系的首段扭转刚度，从而降低传动系扭转系统的某阶(通常为三阶)固有频率，改变系统的固有振型，使之尽可能避开由发动机转矩主谐量激励引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地耗散振动能量。因此，扭转减振器具有如下功能：1）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。2）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。3）控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器轴系的扭振，消减

23、变速器怠速噪声和主减速器与变速器的扭振及噪声。4）缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷，改善离合器的接合平顺性。减振器的扭转刚度k 和阻尼摩擦元件间的阻尼摩擦转矩T 是两个主要参数，决定了减振器的减震效果。其设计参数还包括极限转矩T、预紧转矩T和极限转角等。6.1.2扭转减振器的设计1）极限转矩T极限转矩是指减振器在消除了限位销与从动盘毂缺口之间的间隙时所能传递的最大转矩，即限位销起作用时的转矩。它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 T = (1.52.0) T 一般乘用车：系数取2.0 即 T = 2 T = 402Nm 2）扭转角刚度K 13T=13*402=5

24、2263）阻尼摩擦转矩T由于减振器扭转刚度k受结构及发动机最大转矩的限制，不可能很低，故为了在发动机工作转速范围内最有效地消振，必须合理选择减振器阻尼装置的阻尼摩擦转矩T 。一般可按下式初选：T=(0.060.17)T 取T= 0.1T = 20.1 Nm4）预紧转矩T减振弹簧在安装时都有一定的预紧。研究表明，T增加，共振频率将向减小频率的方向移动，这是有利的。但是T不应大于T ，否则在反向工作时，扭转减振器将提前停止工作，故取 T= (0.050.15)T (2-8)取T = 0.1T =20.1Nm5）减振弹簧的位置半径R R0 的尺寸应尽可能大些，一般取 R =(0.600.75)d/2

25、 (2-10)R0 = 0.70d/2 = 52.5mm 取=60mm6）减振弹簧个数ZZ参照摩擦片外径D = 250mm ，可选择Z为46，选取Z=67）减振弹簧总压力 F当限位销与从动盘毂之间的间隙或被消除，减震弹簧传递的转矩达到最大值T时，减震弹簧受到的压力F为F = T/R = 402000Nmm/60 = 6700N 8）极限转角本次设计 取3。6.1.3扭转弹簧的设计 根据文献5129页表5-4查得1）取弹簧钢丝直径d=4mm2）弹簧指数比c=63）曲度系数K=1.254）弹簧中径Dm=18mm5）外径D=Dm+d=10mm6）弹簧总圈数n=i+1.57）工作负荷下变形f=P/K=

26、308）n=i+1.5=4.79)f=1.510)=(n-0.5)d+f+f+0.2=99.211.H=-f=30表6-1压簧的计算公式表6.2从动盘总成的设计6.2.1从动盘毂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由表6-2选取。表6-2 从动盘毂花键的尺寸摩擦片外径 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/mm160491023183209.81806910262132011.6200

27、10810292342511.122514710322643011.325019610352843510.228027510353244012.530030410403254010.532537310403254511.435047110403255013.0本次设计D = 250 mm ，T= 201Nm 故选择花键类型为：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/mm25019610292342511.16.2.2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

28、，以减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。6.2.3摩擦片的设计摩擦片应满足以下要求：1)摩擦因数较高且稳定，工作温度、单位压力、滑磨速度的变化对其影响要小2)具有足够的机械强度与耐磨性3)密度要小，以减少从动盘的转动惯量。4)热稳定性要好5)磨合性要好，不至刮伤飞轮和压盘表面6.3离合器盖总成的设计6.3.1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

29、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。6.3.2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

30、。取厚度为20mm3)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，一般采用HT200、HT250、HT300，硬度为170227HBS。6.3.3压盘的结构设计与选择取温升t=10 t = =0.513361.4/(c1360) = 0.01 m = =t = =2.94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250；为摩擦片内径取155；h为压盘厚度，取=20mm； t