汽车设计课程设计款1.6L手动舒适版英朗轿车离合器设计

1、辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）辽 宁 工 业 大 学 汽车设计 课程设计（论文）题目： 2013款 1.6l手动舒适版英朗轿车离合器设计 院 （系）： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间： 目 录第1章 汽车离合器综述11.1 离合器的结构型式11.2离合器的功能及其组成11.3离合器的工作原理11.4对离合器的要求2第2章 设计方案的分析与确定22.1从动盘数的选择22.2压紧弹簧形式的选择32.3分离时离合器受力形式选择42.4压盘的驱动形式选择42.5扭转减振器52.6分离轴承的选择52.7离合器

2、的散热通风5第3章 主要零部件设计计算和验算的简要过程63.1 摩擦片的设计63.2 离合器基本参数的优化73.3 膜片弹簧的设计93.4从动盘毂花键的强度验算13第4章 主要部件结构设计说明134.1从动盘总成的设计134.2离合器盖和压盘的方式选择144.3分离轴承的选择154.4离合器的通风散热154.5离合器种类的选择154.6分离时离合器受力形式的选择154.7扭转减振器的设计154.8离合器的操纵机构选择19第5章 经济、技术分析及对设计所作的简要评语205.1经济、技术分析205.2简评20参考文献21第1章 汽车离合器综述1.1 离合器的结构型式按其从动盘的数目分为：单片、双片

3、、多片；根据使用的压紧弹簧形式分为：圆柱弹簧离合器、圆锥弹簧离合器、膜片弹簧离合器；根据分离时所受作用力的方向分为：推式离合器、拉式离合器。1.2 离合器的功能及其组成 功能： 1)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； 2)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； 3)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坏； 4)有效地降低传动系中的振动和噪声 组成： 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。1.3 离合器的工作原理 由图1.1可知，离合器盖1与发动机飞轮用螺栓紧固在一起，当膜片弹簧3被预加压紧，离

4、合器处于接合位置时，由于膜片弹簧大端对压盘5的压紧力，使得压盘与从动1-离合器盖 2-铆钉 3-膜片弹簧 4-支撑环 5-压盘6-摩擦片 7-分离轴承总成 8-离合器踏板 9-输出轴图1.1膜片弹簧离合器的工作原理图盘6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8踏下，通过操纵机构，使分离轴承总成7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。1.4 对离合器的要求

5、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

6、构应简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。第2章 设计方案的分析与确定2.1 从动盘数的选择 根据从动盘数分离合器可分为单片、双片和多片。 单片离合器具有结构简单，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，分离彻底、接合较平顺等优点。 轿车和微型、轻型货车发动机的最大转矩一般不大，在布置尺寸允许时离合器通常只设有一片从动盘 双片离合器由于摩擦面数增加一倍，因而传递转矩的能力较大;在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力较小，另外接合较为平顺。但中间压盘通风散热不良，两片起步负载不均，因而容易烧坏摩擦片，分离也不够彻底。这种结构一般用在传递转矩较大且径向尺

7、寸受到限制的场合。多片离合器多为湿式。它有分离不彻底、轴向尺寸和质量大等缺点。（以往主要用于行星齿轮变速器换挡机构中）但它具有接合平顺柔和、摩擦表面温度较低、磨损较小、使用寿命长等优点。主要应用于重型牵引车和自卸车上。 由于本设计的车是轿车，转矩相对较小，在布置上也较为合理，所以选择单片离合器即可。2.2 压紧弹簧形式的选择 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。 周置弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧其特点结构简单、制造容易。 中央弹簧离合器采用一至两个圆柱螺旋弹簧或用一个圆锥弹簧作为压紧弹簧，并且布置在离合器的中心。此结构轴向尺寸较大。由于可选较大的杠杆

8、比，因此可得到足够的压紧力，且有利于减小踏板力，使操纵轻便。压紧弹簧不与压盘直接接触，不会使弹簧受热退火，通过调整垫片或螺纹容易实现对紧力调整。这种结构多用于重型汽车上。 斜置弹簧离合器的弹簧压力斜向作用在传力动盘上，并通过压杆作用在压盘上。这种结构的显著优点是在摩擦片磨损或分离离合器时，压盘所受的压紧力几乎保持不变。与上述两种离合器相比具有工作性能稳定、踏板力较小的突出优点。此结构在重型汽车上已有采用。膜片弹簧离合器中的膜片弹簧是一种具有特殊结构的碟形弹簧，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： 1）由于膜片弹簧有理想的非线性特征,

9、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制，

10、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。2.3 分离时离合器受力形式选择 从提高离合器工作性能的另一个角度出发，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使用寿命，适应高转速，增加传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。 推式膜片弹簧离合器杠杆小于拉式膜片弹簧离合器杠杆比，结构简单，安装方便，使用寿命长，装配时推式膜片弹簧离合器锥顶朝后，大端靠在压盘上，对压盘施加外力。故选择推式膜片弹簧。2.4 压盘的驱动形式选择 在膜片弹簧离合器中，扭矩从离合器盖传递到

11、压盘的方法有三种： （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

12、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。传动片式此结构中压盘与飞轮对中性好，使用平衡性好，简单可靠，寿命长。经比较，我选择径向传动驱动方式。2.5 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。2.6 分离轴承的选择 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

13、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2.7 离合器的散热通风 试验表明，摩擦片的磨损是随压盘温度的升高而增大的，当压盘工作表面超过时摩擦片磨损剧烈增加，正常使用条件的离合器盘，工作表面的瞬时温度一般在以下。在特别频繁的使用下，压盘表面的瞬时温度有可能达。过高的温度能使压盘受压变形产生

14、裂纹和碎裂。为使摩擦表面温度不致过高，除要求压盘有足够大的质量以保证足够的热容量外，还要求散热通风好。改善离合器散热通风结构的措施有：在压盘上设散热筋，或鼓风筋；在离合器中间压盘内铸通风槽；将离合器盖和压杆制成特殊的叶轮形状，用以鼓风；在离合器外壳内装导流罩。膜片弹簧式离合器本身构造能良实现通风散热效果，故不需作另外设置。第3章 主要零部件设计计算和验算的简要过程3.1 摩擦片的设计3.1.1 初选摩擦片外径d、内径d、厚度b , ,本车取1.8。 （3-1） 表3.1 离合器摩擦片尺寸系列和参数1 根据表3.1可知，取, 。3.1.2 后备系数由于所设计的离合器为膜片弹簧离合器，在使用过程中

15、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），再加上载自卸车的后备功率比较小，使用条件较差，故取。3.1.3 单位压力po根据3.1可知，由于,取。表3.2 摩擦片单位压力2 故根据表3.2可知，当，摩擦片材料选择石棉基材料。3.1.4 摩擦因数f、离合器间隙摩擦因数 离合器间隙摩擦面数3.2 离合器基本参数的优化3.2.1 设计变量后备系数取决于离合器工作压力f和离合器的主要尺寸参数d和d。单位压力p也取决于离合器工作压力f和离合器的主要尺寸参数d和d。因此，离合器基本参数的优化设计变量选为： （3-2）3.2.2 目标函数离合器基本参数优化设计追求的目标，是在保证离合器性能要求的

16、条件下使其结构尺寸尽可能小，即目标函数为 （3-3）3.2.3 约束条件（1）最大圆周速度根据下式 （3-4） 知，式中为摩擦片最大圆周速度（m/s）； 为发动机最高转速（r/min），所以，。 故符合条件。（2）摩擦片内、外径之比c 满足0.53的条件范围。（3）后备系数 初选后备系数（4）扭转减振器的优化 对于摩擦片内径, 而减振器弹簧位置半径故取,取整。,故符合的优化条件。（5）单位摩擦面积传递的转矩 （3-5）根据下式知，故 表3.3 单位摩擦面积传递转矩的许用值2 （n.m/mm2）根据表3.3知,摩擦片外径时，故符合要求。（6）单位压力 为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，

17、选取单位压力的最大范围为由于已确定单位压力，在规定范围内，故满足要求。3.3 膜片弹簧的设计3.3.1 膜片弹簧的基本参数的选择（1）比值和的选择为了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一般为，板厚为故初选, 则。（2）比值和r、r的选择由于摩擦片平均半径， （3-6）对于压式膜片弹簧的r值，应满足关系。故取，再结合实际情况取，则。（3）的选择 （3-7） 故满足的范围。（4）分离指数目n的选取 取为。（5）膜片弹簧小端内半径 及分离轴承作用半径的确定 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。由6公式，可求得,则取,再取分离轴承。（6）切槽宽度、 及半径

18、取, 满足,则，故取。(7) 压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定由于r1和r1需满足下列条件2：故选择，。3.3.2 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： （3-8）式中，e弹性模量，钢材料取； b泊松比，钢材料取0.3； r自由状态下碟簧部分大端半径，取105mm； r自由状态下碟簧部分小端半径，取83.5mm； r1压盘加载点半径，取102mm； r1支承环加载点半径，取85mm； h自由状态下碟簧部分内截锥

19、高度，取4mm；h膜片弹簧钢板厚度，取2.5mm。 程序如下：x1=0:0.2:5;e=2*105;b=0.3;r=105;r=83.3;h=4;h=2.5;r1=102;r1=85;p1=(pi*e*h*x1/(6*(1-b2)*log(r/r)/(r1-r1)2).*(h-x1*(r-r)/(r1-r1).*(h-(x1/2)*(r-r)/(r1-r1)+h2);clfplot(x1,p1,-r);axis(0,5,0,5000);hold onhold off,grid onxlabel(变形x1/mm)ylabel(工作压力p1/n)title(p1-x1特性曲线)zoom outx,

20、y=ginput(1) 绘制图像如上： 由matlab所绘制的曲线取点，得到下面坐标 x =2.6158y =4.6963e+003nx =4.2698y =4.3318e+003n 则可知,，,，上述曲线的拐点h对应着膜片弹簧的压平位置，而且 （3-9） 新离合器在接合状态时，膜片弹簧工作点b一般取在凸点m和拐点h之间，且靠近或在h点处，一般，则取，则此时校核后备系数 （3-10）满足要求。 离合器彻底分离时，膜片弹簧大端的变形量为（即为压盘的行程故。 压盘刚开始分离时，压盘的行程。3.3.3 强度校核 膜片弹簧大端的最大变形量由公式 （3-11）得。3.4 从动盘毂花键的强度验算 花键尺寸

21、选定后应进行强度校核。挤压应力计算公式：， (3-12) 从动盘毂一般由中碳钢锻造而成，并经调质处理，其挤压应力不应超过20mpa。故满足条件。第4章 主要部件结构设计说明4.1 从动盘总成的设计4.1.1 从动盘毂从动盘毂轴向长度不宜过小2，以免在花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底，一般取1.01.4倍的花键轴直径。故取从动盘毂轴向长度取为1.2d=1.222=26.4mm。从动盘毂的材料选取45钢，并经调质处理，表面和心部硬度一般2632hrc。为提高花表4.1 离合器从动盘毂花键尺寸系列2摩擦片外径d/mm发动机的最大转矩temax/nm花键尺寸挤压应力j/mpa齿数n外径d/mm内径

22、d/mm齿厚b/mm有效齿长l/mm16050102318320101807010262132011.820011010292342511.322515010322643011.525020010352843510.428028010353244012.730031010403254010.732538010403254511.635048010403255013.2键内孔表面硬度和耐磨性，采用镀铬工艺，对减振弹簧窗口及与从动片配合处进行高频处理。根据摩擦片的外径d的尺寸及表4.1查出从动盘毂花键的尺寸。由于,则查表可得，花键尺寸：齿数，外径,内径 ，齿厚, 有效齿长, 挤压应力。4.1.2

23、从动片从动片要求质量轻，具有轴向弹性，硬度和平面度要求高。材料选用中碳钢板50钢，一般厚度1.32.5，本车厚度取为，表面硬度为 4.1.3 波形片和减振弹簧波形片采用65mn，厚度取为，硬度为，并经过表面发蓝处理。减振弹簧用60si2mna弹簧钢丝。4.2 离合器盖和压盘的方式选择4.2.1 离合器盖离合器盖是离合器的主动件之一，它与飞轮固定在一起，通过它传递发动机的一部分转矩给压盘。此外它还是离合器压紧弹簧和分离杆的支承壳体。因此它需要具有足够的刚度，板厚取，乘用车离合器盖用10钢等低碳钢板。4.2.2 压盘 （1）压盘传动方式的选择由于传统的凸台式连接方式、键式连接方式、销式连接方式存在

24、传力处之间有间隙的缺点，故选择已被广泛采用的传动片传动方式。另选用膜片弹簧作为压力弹簧时，则在压盘上铸有一圈凸起以供支承膜片弹簧或弹性压杆之间。 （2）压盘几何尺寸的确定前面已经分析了如何确定摩擦片的内、外径尺寸。当摩擦片的尺寸确定后，与它配合工作的压盘内、外径尺寸也就基本确定下来了。这样，压盘几何尺寸最后归结为如何确定它的厚度。压盘厚度的确定主要依据以下两点：一是压盘应有足够的质量；二是压盘应具有较大的刚度。为满足上述要求压盘应做得厚些，一般为，本次设计采用。 （3）传动片 传动片的作用是在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转，分离时，又可利用它的弹性来牵动压盘轴向分离并使操纵力减

25、小。传动片采用3组，每组3片的形式，具体尺寸为，宽，厚，两孔间距为，孔直径为，传动片弹性模量。由于各传动片沿圆周均匀分布，它们的变形不会影响到压盘的对中性和离合器的平衡性。4.3 分离轴承的选择由于,离心力造成的径向力很大，因此采用深沟球轴承。4.4 离合器的通风散热由于离合器尺寸小，在离合器盖上开通风窗口即能满足离合器通风散热的要求。4.5 离合器种类的选择根据设计方案的分析，确定采用单片膜片弹簧离合器。4.6 分离时离合器受力形式的选择由于压式的优点突出，所以采用压式。4.7 扭转减振器的设计4.7.1 扭转减振器主要参数 （1）极限转矩极限转矩为减振器在消除限位销与从动盘毂缺口之间的间隙

26、时所能传递的最大转矩，即限位销起作用时的转矩。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，2对于乘用车，系数取2.0。则。 （2）扭转刚度为了避免引起系统的共振，要合理选择减振器的扭转刚度，使共振现象不发生在发动机常用工作转速范围内。由经验公式 初选即。 （3）阻尼摩擦转矩 由于减振器扭转刚度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的消振，必须合理选择减振器阻尼装置的阻尼摩擦转矩。根据公式初选2取，。 （4）预紧转矩减振弹簧在安装时都有一定的预紧。增加，共振频率将向减小的频率的方向移动，这是有利的。但是不应大于。由于满足以下关系：

27、 2且，取则初选。 （5）减振弹簧的位置半径 的尺寸应尽可能大些，一般取 2则取,可取为。 （6）减振弹簧个数zj根据表4.22知，表4.2 减振弹簧个数的选取当摩擦片外径时，,故取 （7）减振弹簧总压力当限位销与从动盘毂之间的间隙被消除，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 （4-1） 4.7.2 减振弹簧的计算在初步选定减振器的主要参数以后，即可根据布置上的可能来确定和减振器设计相关的尺寸。 （1）减振弹簧的分布半径r1由于r1的尺寸应尽可能大些1，一般取 式中，d为离合器摩擦片内径故，即为减振器基本参数中的。 （2）单个减振器的工作压力p （4-2） （3）减振弹簧

28、尺寸 1）弹簧中径dc 弹簧中径一般由布置结构来决定1，通常。故取。 2）弹簧钢丝直径d （4-3） 式中，扭转许用应力可取,故取为，所以。 3）减振弹簧刚度k 根据式1知，应根据已选定的减振器扭转刚度值及其布置尺寸确定，即 （4-4）则。 4）减振弹簧有效圈数 （4-5） 5）减振弹簧总圈数n 其一般在6圈左右，与有效圈数之间的关系为减振弹簧最小高度 （4-6）弹簧总变形量 （4-7）减振弹簧总变形量 （4-8） 减振弹簧预变形量 （4-9） 减振弹簧安装工作高度 （4-10）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 （4-11）4.8 离合器的操纵机构选

29、择 4.8.1 对离合器操纵机构的要求 1）踏板力要尽可能小，乘用车一般在范围内，商用车不大于。 2）踏板行程一般在范围内，最大不应超过。 3）应有踏板行程调节装置，以保证摩擦片磨损后分离轴承的自由行程可以复原。 4）应有踏板行程限位装置，以防止操纵机构的零件因受力过大而损坏。 5）应有足够的刚度。 6）传动效率要高。 7）发动机振动及车架和驾驶室的变形不会影响其正常工作。 8）工作可靠，寿命长，维修保养方便。4.8.2 离合器操纵机构的型式及确定 常用的离合器操纵机构主要有机械式、液压式、机械式和液压式操纵机构的助力器气压式和自动操纵机构等。 机械式又分为杆系和绳系。杆系操纵机构结构简单，工

30、作可靠。但质量大，传动效率低，发动机的振动和车架或驾驶室的变形会影响其正常工作，在远距离操纵时，布置较困难。绳系可以克服上述缺点，但其寿命短机械效率仍不高。液压式操纵机构传动效率高，质量小，便于采用吊挂踏板、驾驶室容易密封、发动机振动和驾驶室或车架变形不会影响其正常工作，结合柔和等优点。但其要求加工精度高，容易泄漏，成本高。 综上所述，本次设计因为机械式的杆系形式优点突出，结构简单，成本低而选择。第5章 经济、技术分析及对设计所作的简要评语5.1 经济、技术分析 本离合器设计，在实际操作使用中，接合可靠分离彻底、动作迅速、操纵灵活、适应性强、分离与接合平稳无冲击；在结构设计造价和生产方面，离合器设计结构简单,实际加工制造容