B05离合器设计

1、设计题目:汽车单片摩擦离合器 目录1、离合器概述31.1基本要求：32、结构方案分析42.1从动盘数的选择：单片离合器42.2压紧弹簧和布置形式的选择：拉式膜片弹簧离合器42.3膜片弹簧的支撑形式：单支撑环形式43、离合器主要参数的选择43.1后备系数：1.243.2摩擦片材料、摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙t53.3单位压力p：0.4Mpa53.4摩擦片外径D、内径d和厚度b54、离合器的设计与计算64.1离合器基本参数的优化64.2膜片弹簧的弹性特性曲线64.3膜片弹簧基本参数的选择64.3.2 R/r比值和 R、r的选择74.3.3 的选择74.3.4 分离指数目n的选取74.3.5

2、 膜片弹簧小段内半径r及分离轴承作用半径r的确定74.3.6 切槽宽度、及半径r 的确定74.3.7 压盘加载点半径R 和支承环加载点半径r 的确定74.4 膜片弹簧的优化设计75、扭转减震器的设计85.1扭转减振器的概述85.2扭转减振器的设计95.2.1 极限转矩T95.2.2 扭转角刚度95.2.3 阻尼摩擦转矩T95.2.4 预紧转矩T95.2.5 减振弹簧的位置半径R105.2.6减振弹簧个数Z105.2.7 减振弹簧总压力 F105.2.8 极限转角106、离合器主要零部件的结构设计106.1从动盘总成设计1061.1 从动盘毂106.1.2从动片的设计116.1.3波形片和减振弹

3、簧116.2离合器盖总成的设计116.2.1离合器盖结构设计的要求：116.2.2压盘的设计116.2 .3传动片126.2 .4支撑环126.3分离轴承总成127 、小结13参考文献151、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

4、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。1.1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） 应能避免和衰减传动系的扭转振动,并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪

5、声的能力。7） 操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。8） 作用在从动盘上的总压力和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。9） 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。10） 结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。2、结构方案分析2.1从动盘数的选择：单片离合器单片离合器：对乘用车和最大质量小于6t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。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

6、保证结合平顺。2.2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。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。 与推式相比，拉式膜片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

7、，质量更小等。2.3膜片弹簧的支撑形式：单支撑环形式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中的支承环上。3、离合器主要参数的选择3.1后备系数：1.2后备系数是离合器设计中的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时，应考虑摩擦片在使用中的磨损后离合器仍能可靠地传递发动机最大转矩、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系过载以及操纵轻便等因素。乘用车选择：1.201.75 （文献1表2-1） ，本次设计取 = 1.3。3.2摩擦片材料、摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙t石棉基材料的摩擦因数f受工作温度、单位压力和滑膜速度的影响较大，在工作室产生有

8、害物质；粉末冶金材料和金属陶瓷材料的摩擦因数f较大且稳定。选择：铁基摩擦片 f=0.4 (文献1 表2-4)摩擦面数：Z为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸。本次设计取单片离合器 Z = 2 。离合器间隙：t是指离合器处于正常结合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全结合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。该间隙t一般为34mm 。本次设计取t =4mm 。3.3单位压力p：0.4Mpa单位压力p 决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，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

9、片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。P0在0.350.5Mpa范围内（文献1 表2-2）。 取P0=0.4Mpa3.4摩擦片外径D、内径d和厚度b摩擦片外径是离合器的重要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。Temax=TbMa=103×1600×10-3=164.8N.m摩擦片内径d可根据d/D在0.530.70 先取c=0.6D = = 148.30mm 后备系数Temax发动机输出最大转矩 f摩擦因数 Z摩擦片数c摩擦片内，外径之比P0单位压力取D =160 mm ，则内径d=110mm 厚度b=3.2mm c=0.687 单位面积10600 m

10、m2 (文献2 表5-3) 4、离合器的设计与计算（参考文献一）4.1离合器基本参数的优化设计离合器要确定离合器的性能参数和尺寸参数，这些参数的变化直接影响离合器的工作性能和结构尺寸。这些参数的确定在前面是采用先初选、后校核的方法。下面采用优化的方法来确定这些参数。1） 摩擦片外径D（mm）的选取应使最大圆周速度v不超过6570m/s，即v =nD10 =560016010 =46.9m/s 6570m/s 所以D得选择符合设计要求2）摩擦片的内、外径比c应在0.530.70范围内，本次设计取c = 0.687 。3）为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，不同的车型的值应在一

11、定范围内，最大范围为1.24.0 ，本次设计取= 1.20 。4）为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器弹簧位置直径2R约50mm，即 d > 2R + 50 mm5）为降低离合器滑磨时的热负荷,防止摩擦片损伤,对于不同车型,单位压力p根据所用的摩擦材料在一定范围内选取，p的最大范围为0.101.50 Mpa。本次设计取p = 0.34MPa 。4.2膜片弹簧的弹性特性曲线 4.3膜片弹簧基本参数的选择4.3.1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 = 2 mm

12、，H/h =1.6 ，即 H = 1.6h =3.2 mm 。4.3.2 R/r比值和 R、r的选择研究表明，R/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R。即R=D/2=80mm取R/r = 1.2 ，r =R/1.3 = 66.67 mm 4.3.3 圆锥底角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9°15°范围内。 = arctan H/(R-r) = 13.5o ，符合要求。4.3.4

13、 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 。取分离指数目n =18 。4.3.5 膜片弹簧小段内半径r及分离轴承作用半径r的确定r大于r 。轴外径D>=K3Temax =4.5 × 3164.8 =24.6取ro=35mm rf=38mm 4.3.6 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，= 9mm ，r r -= 66.67-9=57.67 mm 。4.3.7 压盘加载点半径R 和支承环加载点半径r 的确定R=78mm r=67mm4.4

14、 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 = 1.7 2.2 9°H/(R-r)=13.5° 15°2）弹簧各部分有关尺寸的比值应符合一定的范围，即1.20 R/r=1.20 1.353.5R / r0=4.5 5.03）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=6

15、4.5 r1 = 67 D/2=804）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 = 2 7 0 rf-r0 = 3 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 =3.6 9.0 符合要求5、扭转减震器的设计5.1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

16、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。5.2扭转减振器的设计5.2.1 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

17、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 (2-6)一般乘用车：系数取2.0 即 T = 2 T = 2×164.8 = 329.6 N.m5.2.2 扭转角刚度K 13T=13x329.6=5273.6 N.m/rad5.2.3 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 (2-7)取T= 0.1T = 0.1X164.8=16.48 N.m5.

18、2.4 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 =40 N·m5.2.5 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 (2-10)R0 = 0.70d/2 = 0.70 X 110/2 = 38.5 mm 5.2.6减振弹簧个数Z 摩擦片外径D = 160mm ，可选择Z为46，选取Z=4(文献1 表2-6)5.2.7 减振弹簧总压力 F当限位销与

19、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 = 329600Nmm/38.5 = 8561.04 N 5.2.8 极限转角本次设计 取10°。6、离合器主要零部件的结构设计6.1从动盘总成设计设计要求：1） 从动盘的转动惯量应尽可能小，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，使离合器接合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，以减小磨损。3） 应安装扭转减震器，以避免传动系共振。61.1 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

20、一轴上，花键的迟钝可根据摩擦片的外径D=160mm与发动机的最大转矩T=164.8N.m查（根据文献2 表5-7）摩擦片外径 D/mm发动机最大转矩T/(N·m)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/mm25019610352843510.26.1.2从动片的设计从动片要求质量轻，具有轴向弹性，硬度和平面度要求高。材料选用中碳钢板（50号），厚度为取为2.2mm,表面硬度为3540HRC6.1.3波形片和减振弹簧波形片一般采用65Mn,厚度取为0.8mm,硬度为4046HRC，并经过表面发蓝处理。减振弹簧用65Mn钢丝。(文献1)6.2离合器盖

21、总成的设计6.2.1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（文献1）板厚材料3mm08、10低碳钢6.2.2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

22、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 ，取20mm。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 g·cm 。4)压盘高度(从承压点到摩擦面的距离)公差要小。6.2 .3传动片传动片的作用是在离合器结合时，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。由于个传动片沿圆周均匀分布，他们的变形不会影响到压盘的对中性和离合器的平衡。传动片可选为3组，每组3片，每片厚度为1mm，一般由弹簧钢带65Mn制成。6.2 .4支撑环支撑环吃用3mm的碳素弹簧钢丝。6.3分离轴承总成分离轴承在工作中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，采用角接触推力球轴承7 、小结这次课程设计，我们设计的题目是乘用车离合器。这个题目看起来应该很简单，平时我们看过各种各样的离合器，对其结构原理可以说了解得滚瓜烂熟，可是真正动起手来才知道不是那么回事。先从找资料计