说明书1204104061邓雪

1、金陵科技学院 题目课程设计说明书课 程 名 称 汽车设计课程设计 院 部 名 称 机电工程学院 专 业 车辆工程 班 级 12车辆工程（1） 姓 名 邓 雪 学 号 1204104061 指 导 教 师 贾永刚 题目：轿车离合器设计1、整车性能参数驱动形式4×2前轮轴距2471mm轮距前/后 1429/1422mm整车质量1060kg最高车速180km/h最大爬坡度35%最小转弯直径11m最大功率/转速74/5800kw/rpm最大转矩/转速150/4000Nm/rpm轮胎型号185/60R14T手动5挡2、具体设计任务1）广泛查阅离合器资料，根据使用条件，确定离合器的结构，进行膜片

2、弹簧离合器的总体结构设计。2）确定膜片弹簧的结构参数，对压盘、摩擦盘和离合器壳体的结构、参数及材料进行选择，对主要零部件进行强度计算。3）绘制所有零件图和装配图。4）完成6千字的设计说明书。20金陵科技学院 目录目录第一章 绪论41.1 离合器的组成41.2离合器的工作原理51.3 膜片弹簧离合器的优点5第二章 离合器基本参数的确定52.1 摩擦片的选择52.2 离合器后备系数52.3 摩擦片外径、内径和厚度62.4 所选离合器基本参数的确定7第三章 离合器零件的结构选型及设计计算83.1从动盘总成83.2 离合器盖总成设计10第四章膜片弹簧设计144.1 膜片弹簧主要参数的选择144.2 绘

3、制膜片弹簧的特性曲线154.3 确定膜片弹簧的工作点位置174.4 求离合器彻底分离时分离轴承作用的载荷174.5 求分离轴承的行程184.6 膜片弹簧强度校核184.7 膜片弹簧材料19参考文献20金陵科技学院 参考文献第一章 绪论1.1离合器的组成如图1-1所示，离合器由主动部分、从动部分、压紧装置、分离机构和操纵机构五部分组成。1-曲轴；2-从动轴；3-从动盘；从动盘；从动盘；4-飞轮；5-压盘；6-离合器盖； 7-分离杠杆；8-弹簧；9-分离轴承；10、15-回位弹簧；11-分离叉；12-踏板；13-拉杆；14-拉杆调节叉；16-压紧弹簧；17-从动盘摩擦片；18-轴承。图1-1 离合

4、器的基本组成(一)主动部分：离合器、压盘离合器盖6用螺钉固定于飞轮4上，压盘5沿圆周上的凸起伸入盖6的窗孔中，将分离轴承9可沿窗孔作轴向滑动。这样，曲轴旋转，便通过飞轮、离合器盖带动压盘一起转动，构成离合器的主动部分。(二)从动部分：从动盘、从动轴双面带摩擦衬片的从动盘通过滑动花键套在从动轴(变速器输入轴)上。(三)压紧装置：压紧弹簧沿圆周均布的压紧弹簧16装在离合器盖和压盘之间，把压盘和从动盘压向飞轮。(四)分离机构：分离杠杆、分离轴承、分离套筒、分离叉分离杠杆7外端和中部分别铰接于压盘和离合器盖上。分离轴承9和分离套筒压装成一体，松套在从动轴的轴套上。分离叉11是中部有支点的杠杆。(五)操

5、纵机构：踏板、拉杆等1.2离合器的工作原理离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮和压盘借摩擦作用传给从动盘，在通过从动轴传给变速器。当驾驶员踩下踏板时，通过拉杆，分离叉、分离套筒和分离轴承，将分离杠杆的内端推向右方，由于分离杠杆的中间是以离合器盖上的支柱为支点，而外端与压盘连接，所以能克服压紧弹簧的力量拉动压盘向左，这样，从动盘两面的压力消失，因而摩擦力消失，发动机的扭矩就不再传入变速器，离合器处于分离状态。当放开踏板，回位弹簧克服各拉杆接头和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。此时压紧弹簧就推动压盘向右，仍将从动盘压紧在飞轮上，这样发动机的扭矩又传入变速器。1.3膜片弹簧离合器的优点

6、膜片弹簧离合器在技术上比较先进，经济性合理，同时其性能良好，使用可靠性高寿命长，结构简单、紧凑，操作轻便。在保证可靠地传递发动机最大扭矩的前提下，有以下优点： （1）结合时平顺、柔和，使汽车起步时不震动、冲击；（2）离合器分离彻底；（3）从动部分惯量小，以减轻换档时齿轮副的冲击；（4）散热性能好；（5）高速回转时只有可靠强度；（6）避免汽车传动系共振，具有吸收震动、冲击和减小噪声能力；（7）操纵轻便；（8）工作性能（最大摩擦力矩和后备系数保持稳定）；（9）使用寿命长。第二章离合器基本参数的确定2.1摩擦片的选择单片离合器因为结构简单，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

7、时能保证分离彻底接合平顺，所以被广泛使用于轿车和中、小型货车，因此该设计选择单片离合器，摩擦片数。2.2离合器后备系数后备系数是离合器设计时用到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。后备系数保证了离合器能可靠传递发动机转矩的同时，还有助于减少汽车起步时的滑磨，提高离合器的使用寿命。在选择时，应考虑以下几点： 1) 为可靠传递发动机最大转矩，不宜选取太小；2) 为减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜选取太大；3) 当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可选取小些；4) 当使用条件恶劣，为提高起步能力、减少离合器滑磨，应选取大些；5) 汽车总质量越大，也应选得越大；6) 发动

8、机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些；7) 膜片弹簧离合器选取值可比螺旋弹簧离合器小些；8) 双片离合器的应大于单片离合器；9) 不同车型的值应在一定范围内，最大范围为1.24.0显然，为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，不宜选取太小；为使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜选取太大；当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可选取小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力、减少离合器滑磨，应选取大些；货车总质量越大，也应选得越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些；膜片弹簧离合器由

9、于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取的值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的值应大于单片离合器。汽车离合器的后备系数推荐如下（供参考）：小轿车：=1.201.3 ；载货车：=1.72.25 ；带拖挂的重型汽车或牵引车：=2.03.0。国外对小轿车的离合器推荐其后备系数值为1.2，因为小轿车的离合器都采用膜片弹簧离合器，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较大，使用条件较好，故宜取小值。2.3摩擦片外径、内径和厚度摩擦片外径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。它和离合器所需传递的转矩大小有一定的关系。显然，传递大的转矩，就需

10、要大的尺寸。发动机转矩是重要的参数，当按发动机最大转矩（）来选定时，可根据公式： (2-1) 式中摩擦片外径，mm发动机最大转矩，和车型及使用情况有关的系数，一般小轿车47，载货汽车36（单片）或50（双片），故取=47.所给题目中的最大转矩为150，则摩擦片外径为：mm按照我国摩擦片尺寸标准，由表2-1最终选定摩擦片的尺寸为。摩擦片的内径不作为一个独立的参数，它和外径有一定的关系，用比值来反映，定义为： (2-2)比值关系到从动片总成的结构设计和使用性能。增加有利于离合器的散热和减少摩擦片内外缘滑磨速度差。但是，过分增加会使得摩擦片面积减小，影响其传递转矩的能力。按照目前的设计经验，一般说来

11、，发动机转速越高，取值越大。由离合器摩擦片的尺寸系列和参数表21取得，内径125 mm。表21离合器尺寸系列和参数外径内径厚度内外径之比C单位面积1601103.20.687106001801253.50.694132002001403.50.700160002251503.50.667221002501553.50.620302002801653.50.589402003001753.50.583466003251903.50.5855460035019540.5576780038020540.54072900对摩擦片的厚度，我国已规定了3种规格：3.2 mm，3.5 mm和4 mm。根据离

12、合器摩擦片的尺寸系列和参数表21，取厚度3.5 mm。综上所述，选取摩擦片外径180 mm，内径125 mm，厚度3.5 mm，0.694。2.4所选离合器基本参数的确定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：(1) 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。(2) 要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。(3) 要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好。(4) 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。(5) 磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面。(6)

13、 油水对摩擦性能的影响应最小。(7) 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，在该设计中选取的是石棉合成物制成的摩擦片。其摩擦因数取0.3，单位压力为0.100.35MPa。采用膜片弹簧离合器，使用条件较好，故取其后备系数。离合器尺寸的校核可用如下公式验算单位压力 (2-3)式中，为摩擦面间的静摩擦因数，取；为摩擦面数，单片离合器的。则单位压力在容许范围之内，认为所选离合器的尺寸、基本参数合适。第三章 离合器零件的结构选型及设计计算3.1从动盘总成设计从动盘总成主要由摩擦

14、片、从动片、减振器和从动盘毂等组成。从动盘对离合器工作性能影响很大，应满足如下设计要求：1)转动惯量应尽量小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。2)应具有轴向弹性，使离合器接合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，减小磨损。3)应装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。摩擦面片采用石棉基材料。采用带扭转减振器的从动盘（整体式弹性从动片），从动片通常用1.32.0mm厚的钢板冲压而成。将其外缘的盘形部分磨薄至0.651.0mm，以减小其转动惯量。整体式弹性从动片一般用高碳钢（如50）或65Mn钢板，热处理硬度3848HRC。从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它装在变速器输入轴前端的花键上，

15、一般采用齿侧定心的矩形花键，花键轴与孔采用动配合。从动盘毂轴向长度不宜过小，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。从动盘毂一般采用锻钢(如45，40Cr等)，表面和心部硬度一般在2632HRC。为提高花键内孔表面硬度和耐磨性，可采用镀铬工艺，对减振弹簧窗口及与从动片配合处应进行高频处理。减振弹簧常采用60Si2MnA、50CrVA、65Mn等弹簧钢丝。花键的结构尺寸可根据GB11441974选定从动盘毂花键尺寸系列表选取其尺寸入下：从动盘外径180mm，发动机转矩150N·m，花键齿数10，花键外径26mm，花键内径21mm，齿厚3mm，有效长

16、度20mm，挤压应11.8MPa。表3-1 所选从动盘毂花键参数从动盘外径D/mm花键齿数n花键外径D/mm花键内径d/mm齿厚b/mm有效齿长l/mm挤压应力18010262132011.8花键尺寸选定后应进行强度校核。由于花键损坏的主要形式是由于表面受挤压过大而破坏，所以花键要进行挤压应力计算，当应力偏大时可适当增加花键毂的轴向长度。挤压应力计算公式：挤压=（MPa） （3-1）式中，P为花键的齿侧面压力，单位为N。它由下式确定：花键的齿侧面压力 （3-2）式中，分别为花键的内外径，；为从动盘毂的数目；为发动机最大转矩，；为花键齿数；为花键齿工作高度，；为花键有效长度，。则故挤压=所以，所

17、选花键的结构尺寸满足要求。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。3.2离合器盖总成设计3.2.1离合器盖设计离合器盖与飞轮固定在一起，通过它传递发动机的部分扭矩，此外它还是离合器压紧弹簧和分离机构的支撑体，对刚度、散热和对中都有较高的要求。通常用35mm低碳钢板冲压成型，并开设通风窗口，采用定位销对中。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。为了减轻重量和增加刚度

18、，小轿车和一般载货汽车的离合器常用厚度约为3-5mm的低碳钢板冲压成比较复杂的形状。重型汽车由于批量少，为了降低成本，增加刚度则长采用铸铁的离合器盖。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。离合器盖的对中方式有两种，一种是用止口对中，另有种是用定位销或定位螺栓对中，由于本设计选用的是传动片传动方式，因而离合器盖通过一外圆与飞轮上的内圆止口对中.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。3.2.2压盘设计压盘设计包括传力方式选择及其几

19、何尺寸的确定两个方面。1. 压盘传力方式选择采用传力片的传力方式，由弹簧钢带制成的传力片的一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上。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小。由于各传动片沿圆周切向均匀分布，简化了压盘结构，降低了对装配精度的要求，还有利于压盘的对中性和离合器的平衡。压盘常有以下几种传力方式：(a)、凸台式连接方式；(b)、键式连接方式；(c)、销式连接方式； (d)、传动片式连接方式。压盘的结构除与传力方式有关外，还与压紧方式和分离方式有关。2. 压盘几何尺寸的确定初步确定压盘外径为200mm,

20、内径为125mm，厚度为15mm，材料为灰铸铁HT200铸成，硬度为HB170227。压盘设计时，在初步确定压盘厚度以后，应校核离合器接合一次时的温升，它不应超过810。若温升过高，可适当增加压盘的厚度。校核计算公式为： （3-3）式中，温升，；滑磨功，；分配到压盘上的滑磨功所占的百分比，单片离合器压盘=0.50；压盘的比热容，铸铁压盘；压盘质量，。压盘质量取整车质量，滚动半径，设汽车起步时发动机转速，主减速器传动比，变速器最大传动比。滑磨功（3-4）温升所以，压盘设计合理。3. 传力片的设计及强度校核初定离合器压盘传力片的设计参数：设3组传力片()，每组4片()，传力片的几何尺寸为：宽度；厚

21、度；传力片上两孔之间的距离；螺钉孔直径；传力片切向布置，圆周半径；传力片材料的弹性模量。(1)计算传力片的有效长度：(2)计算传力片的弯曲总刚度：(3)根据上述分析，计算以下3种工况的最大驱动应力及传力片的最小分离力：彻底分离时， （3-5）按照设计要求，,由上述公式可知。压盘和离合器盖组装成总成时,通过分析计算可知 计算最大应力离合器传扭时，分正向驱动（发动机向车轮）和反向驱动（车轮向发动机），出现在离合器摩擦片磨损到极限状况时，通过尺寸链计算可知。()正向驱动：（3-6）()反向驱动：（3-7）可见反向驱动最危险，由于在取计算载荷时比较保守，明显偏大，因此传力片的许用应力可取其屈服极限。故

22、传力片材料选择80号钢。传力片的最小分离力（弹性恢复力）发生在新装离合器的时候，从动盘尚未磨损，离合器在接合状态下的弹性弯曲变形量此时最小，根据设计图纸确定。传力片的弯曲总刚度，当时，其弹性恢复力为：其中：为每一传力片的截面惯性矩。经以上校核计算可以认为所设计传力片满足要求，各尺寸参数是可行的。3.2.3分离轴承总成本设计的是膜片弹簧离合器，为了保证在分离离合器时分离轴承能均匀地压紧膜片弹簧内端，采用可以自位（自动调准中心）的分离装置，其结构示意图3.1如下可以弥补因几何上偏移造成的强烈振动。图3.1 自动调心轴承1-分离轴承罩；2分离轴承；3分离套筒；4波形弹簧片自位分离轴承和分离套筒通过碟

23、形弹簧装配在一起成为一体，碟形弹簧小端卡紧在轴承套筒座的外凸台部位，其大端压紧轴承外圈的内端面，依靠摩擦把分离轴承与轴承套筒连在一起。图中间隙A所允许的调节量为1.42.4mm。这种轴承的内外圈可由80Cr2轴承钢冲制加工而成，外密封环用0.5厚板材冲制,表面有硫化氟橡胶,其密封刃口朝向轴承内座圈来密封.轴承中分布了15个钢球。 分离套筒装在变速器第一轴承盖的轴颈上，两者之间为间隙配合，可以在自由移动，而分离轴承内圈与分离套筒座相配合处径向有0.5mm的间隙.在离合器处于结合状态时,分离轴承的端面与分离杠杆之间应留有34mm间隙，以备在摩擦片磨损的情况下，不致防碍压盘继续压紧从动盘总成，以保证

24、可靠地传递发动机转矩。这个间隙反映为踏板上的一段自由行程。 在本设计中，由前面选择的花键毂花键的尺寸（外径26mm，内径21mm）因而根据有关结构尺寸数据可初选一系列有关分离轴承和分离套筒及轴颈之间的配合尺寸：分离轴承内径分离套筒外径分离套筒内径365825分离轴承必须进行润滑，本设计采用的润滑方式为定期进行润滑，在分离套筒上开有用来注润滑油的缺口，而在离合器壳上装有注油杯并用软管通到分离套筒的缺口处。第四章 膜片弹簧设计4.1膜片弹簧主要参数的选择在设计膜片弹簧时，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。其结构示意图如图4.2。图4.2 膜片弹簧示意简图(1) 比值

25、的选择设计膜片弹簧时，要利用其非线性的弹性变形规律，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值的范围在1.52.0之间，常用的膜片弹簧板厚为24mm。因此，在本膜片弹簧设计中取：，(2) 及的确定通过分析表明，越小，应力越大，弹簧越硬，弹性曲线受直径误差影响越大。汽车离合器膜片弹簧根据结构布置和压紧力的要求，常在1.21.3的范围内取值。本设计中取，摩擦片的平均半径，由于，取，则。(3) 膜片弹簧起始圆锥底角汽车膜片弹簧一般起始底角在之间，。本设计取，则，。(4) 膜片弹簧小端半径及分离轴承作用半径膜片弹簧小端半径值应大于变速器第一轴花键的外径，取，。(5) 分离

26、指的数目和切槽宽、窗孔槽宽及窗孔内半径，的取值应满足。故本设计取，。取，。(6) 支承圈平均半径和膜片弹簧与压盘的接触半径应略大于且尽量接近，应略小于且尽量接近。本设计取，。膜片弹簧应用优质高精度钢板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。国内常用的碟簧材料的为60Si2MnA，当量应力可取为17001900N/mm2。4.2绘制膜片弹簧的特性曲线根据工作压力和膜片弹簧在压盘接触点处的轴向变形关系式：（4-1）画出特性曲线。设， 则（4-2）已知，把数值代入得：由不同的计算出的及和，结果列表如下：表4-1 载荷F与变形之间的关系0.10.20.40.60.81.0261.21.41.61.8962.00.0710.1310.2200.2740.3020.3100.3070.2990.2950.3120.328/mm0.210.420.851.271.702.182.542.973.394.024.24/N8191511253831613484357735423450340436003784画出特性曲线，如图4.3。图4.3 膜片弹簧的弹性特性曲线4.3确定膜片弹簧的工作点位置取离合器接合时膜片弹簧的大端变形量为，