轿车膜片弹簧离合器设计与仿真

轿车膜片弹簧离合器设计与仿真摘要我此次设计的最初的目标是掌握离合器设计流程、对离合器的构造有更加深入地了解，从而对离合器拥有了不同于书本的认知。通过完成设计对离合器的组成结构、工作原理有深入地了解。本设计选取轿车膜片弹簧离合器的基本参数,进行汽车膜片弹簧离合器的扭转减振器、膜片弹簧等进行结构设计并对必要的零部件进行校核；还对传动片、从动片等进行选型设计。使用三维软件先对离合器的摩擦片进行建模，然后完成从动片的建模，接下来对从动盘毂、减振器盘进行建模，根据所得参数绘制出膜片弹簧、压盘，最后绘制出离合器盖。进入装配模块使用装配约束将这些零部件装配成一个完整的离合器。然后用二维绘图软件绘制了膜片弹簧和从动盘毂零件图和离合器总装图。最后从经济性和技术性两方面分析本设计，本设计满足基本的设计要求。关键词：离合器；膜片弹簧；三维建模AbstractTheoriginalgoalofmydesignwastomasterthedesignprocessoftheclutchandtoknowmoredeeplyaboutthestructureoftheclutch,sothattheclutchhadadifferentknowledgeofthebook.Throughthecompletionofthedesign,thestructureandworkingprincipleoftheclutcharewellunderstood.Thisdesignselectsthebasicparametersofthediaphragmspringclutchofthecar,carriesoutthestructuraldesignofthetorsiondamperanddiaphragmspringofthediaphragmspringclutchoftheautomobileandchecksthenecessaryparts,anddesignsthetypeselectionofthetransmissionpieceandthefollowerpiece.Threedimensionalsoftwareisusedtomodelthefrictiondiscoftheclutch,thenthemodelingofthedrivendisciscompleted.Next,thedrivendischubandthedamperdiskaremodeled.Thediaphragmspringsandpressureplatesaredrawnaccordingtotheparameters.Finally,theclutchcoverisdrawn.Entertheassemblymoduleanduseassemblyconstraintstoassemblethesecomponentsintoacompleteclutch.Thenthedrawingpartsofthediaphragmspringanddrivendiskhubandtheclutchassemblydiagramareplottedwithtwodimensionaldrawingsoftware.Finally,thedesignisanalyzedfromtwoaspects:economyandtechnology.Thisdesignmeetsthebasicdesignrequirements.Keywords:Clutch;diaphragmspring;three-dimensionalmodeling目II目录引言(1)1绪论(2)2离合器设计基础(4)2.1离合器结构方案选取(4)2.1.1从动盘数的选择(4)2.1.2压紧弹簧和布置形式的选取(4)2.1.3压盘的驱动形式(4)2.2离合器主要参数的选取(4)2.2.1后备系数β(4)2.2.2单位压力p(4)2.2.3离合器静摩擦力矩T(5)c2.2.4摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙t(5)3离合器设计与计算(6)3.1从动盘设计(6)3.1.1从动盘毂的设计(6)3.1.2摩擦片的设计(6)3.1.3从动片(9)3.2压盘总成设计(9)3.2.1压盘设计(9)3.2.2传动片的设计及强度校核(10)3.3膜片弹簧设计(10)3.3.1膜片弹簧的基本参数的选择(10)3.4扭转减震器设计(12)3.4.1扭转减振器主要参数(12)3.4.2减振弹簧的计算(14)3.5离合器的操纵机构(15)3.5.1操纵机构公用和设计要求(15)3.5.2离合器踏板行程计算(16)4离合器建模(17)4.1从动盘建模(17)4.1.1从动片建模(17)4.1.2从动盘毂建模(22)4.2压盘建模(23)4.3离合器盖建模(27)4.4膜片弹簧建模(30)4.5飞轮建模(31)4.6装配过程(32)5离合器仿真分析(34)6技术经济性分析(36)7结论(37)引言离合器是直接连接发动机且存在于汽车传动系的独立总成。离合器是一种由四大基本部分组成的机械结构。从设计出来到目前为止，离合器已经经历了一百二十多年，离合器的结构、材料不断被改进，直至今日它的作用依然无法被完成取代。近年来，膜片弹簧离合器是一种利用来自主动、从动部位之间的摩擦力，实现转矩的传导，且被大范围运用在各类汽车上有分离功能的装置。随着新材料的发现、研究、运用，无人驾驶技术的改进和不断完善，这使提高离合器转矩、转速有了更高的可能性，人们对离合器有越来越高的要求，对汽车发动机性能方面的要求更加严谨。从离合器近年来的发展状况来看，推式结构被拉式结构取代，手动操纵方式被无人驾驶所替代。如何让离合器更加可靠的进行工作，如何延长离合器各零部件的使用寿命，这些都是离合器未来的发展趋势。我想在最近的一段时间内，离合器不会被其他总成所取代，它还会承担着无法取代的作用。11绪论因为我毕设的选题是轿车膜片弹簧离合器设计与仿真，所以接下来对膜片弹簧离合器进行基础的、简单的介绍。1）主动部分离合器主动部分由飞轮、离合器盖和压盘三部分组成。2）压紧装置与分离机构离合器压实装置和分离机构由膜片弹簧、支承环、压力板、力传递板和分离弹簧板等组成。压紧弹簧和分离杠杆被膜片弹簧取代并兼备两者功能。1-轴承2-飞轮3-从动盘4-压盘5-离合器盖螺钉6-离合器盖7-膜片弹簧8-分离轴承9-轴图1-1离合器总成Fig.1-1Clutchassembly3）从动部分从动盘总成由摩擦片，从动片，减振器和从动盘毂等组成。摩擦片功能是在离合器接合过程中代替其他部件磨损。减振器主要作用是减轻离合器工作过程中受到的冲击和振动。从动盘毂作用是将飞轮传来的转矩传递到变速箱。21-从动片；2-摩擦片；3-铆钉图1-2开有T形槽的整体式弹性从动片Fig.1-2IntegralelasticfollowerwithTshapedgroove4）操纵机构操纵机构有分离叉、分离轴承、离合器踏板、传动部件。在驾驶员踩下离合器踏板时，通过一系列力的传递，致使分离轴承压迫膜片弹簧小端，膜片弹簧以固定在离合器盖上的铆钉使大端产生与小端相反的作用力，带动压盘移动，导致从动盘与飞轮之间存在间隙，离合器的分离过程得以完成。总的来说，离合器就是一个用来断开传向变速器的动力的机构，而不用让引擎熄火。离合器最主要的部件就是一个两面有着高摩擦力材料的摩擦碟片，摩擦碟片安装在飞轮上，如果有一个外力压在碟片上，那么因为摩擦力的原因，离合片就会和分离一起转动。变速器的输入轴是和离合片连接的，因此当外力作用在离合片上的时候，引擎的动力就能传导到变速器上了。这种外力就是由压盘上的弹簧系统提供的，这个系统的外壳是和飞轮固定连接的。当压盘一直压在离合片上时，引擎动力就会传导到变速器上，这是我们平时车子开动的情况。断开发动机动力的原理，为了起到断开动力的作用，压盘在组装的时候运用了一种特殊的弹簧，这种弹簧叫做膜片弹簧，如果压迫弹簧中间，弹簧外面会向相反方向移动。膜片弹簧安装在外壳与压盘之间，膜片弹簧和压盘通过分离钩相连接，按压弹簧内径部分，压盘就会从离合片上移开，就此传向变速器的动力就断开了。一套液压系统将离合器踏板的动作传导到膜片弹簧的中间，当膜片弹簧压下来的时候，动力就断开了。32离合器设计基础2.1离合器结构方案选取2.1.1从动盘数的选择此次设计所选用的车型是轿车，对乘用车和最大总质量小于6t的商用车选取单片离合器。2.1.2压紧弹簧和布置形式的选取与其他形式的离合器相比，膜片弹簧离合器具有其他类型的离合器不具备的优点，所以选取膜片弹簧离合器。2.1.3压盘的驱动形式本次设计压盘的驱动方式选用弹性传动片传动驱动方式。2.2离合器主要参数的选取2.2.1后备系数β后备系数β选取自表2-1。表2-1离合器后备系数β的取值范围Tablet.2-1Therangeofthevalueoftheclutchreservecoefficientbeta车型后备系数β乘用车及最大总质量小于6t的商用车1.20～1.75最大总质量为6～14t的商用车1.50～2.25挂车1.80～4.00由于所设计的离合器为膜片弹簧离合器，又因为轿车的后备功率比较大，有较好的使用条件，宜取较小值，故初取β=1.6。2.2.2单位压力pp取值与摩擦片材料的关系见表2-2。单位压力45表2-2摩擦片单位压力0p的取值范围Tablet.2-2Valuerangeofunitpressureoffrictionplate0p摩擦片材料单位压力0p/MPa石棉基材料模压0.15～0.25编织0.25～0.35粉末冶金材料铜基0.35～0.50铁基金属陶瓷材料0.70～1.50选择石棉基材料作为摩擦片的材料，为单位压力0P。离合器滑磨时会产生热负荷，热负荷必须要降低，防止摩擦片损伤，单位压力0P的最大范围为0.15～0.35Mpa，由于已确定单位压力0P＝0.10Mpa，在规定范围内，故满足要求。2.2.3离合器静摩擦力矩cT为了保证发动机的最大转矩在任何工况下都会被离合器传导过来，设计时cT应大于发动机最大转矩，即mNTβTec?400=250×6.1==max2.2.4摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙t摩擦因数f的取值与各种摩擦材料的关系见表2-3。表2-3摩擦材料的摩擦因数f的取值范围Tablet.2-3Therangeoffrictionfactorfoffrictionmaterial摩擦片材料摩擦因数f石棉基材料模压0.20～0.25编织0.25～0.35粉末冶金材料铜基0.25～0.35铁基0.35～0.50金属陶瓷材料0.40摩擦面数Z的数量是离合器从动件数目的两倍，Z=2。6离合器间隙t?普遍为3～4mm，t?取为3.5mm。3离合器设计与计算3.1从动盘设计3.1.1从动盘毂的设计从动盘毂一般选取齿侧对中的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键尺寸可按照摩擦片的外径D与emaxT发动机的最大转矩由表3-1选取。表3-1从动盘毂花键的尺寸Tablet.3-1Thesizeofthedrivendischub摩擦片的外径D/mm发动机的最大转矩maxTe/(N·m)花键尺寸挤压应力cσ/MPa齿数n外径D'/mm内径d'/mm齿厚t/mm有效齿长L/mm1806910262132011.620010810292342511.122514710322643011.325019610352843510.228027510353244012.530030410403254010.532537310403254511.435047110403255013.0根据表（3-1）花键尺寸取10=n齿数，外径D'=35mm,内径d′=28mm，齿厚t=4mm，有效齿长L=35mm，挤压应力cσ=10.2MPa。从动盘毂材料选取锻钢（40Cr），同时进行调质处理，其挤压应力不应大于30MPa，表面和心部硬度在26～32HRC。3.1.2摩擦片的设计1）摩擦片基本尺寸的确定7当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，maxTe发动机最大转矩，β后备系数和0P单位压力已知，结合)1(12330cDfZpTc-=π和maxcTeTβ=，可估算出摩擦片外径，即D=330emax)-1(fZpT12cπβ（3-1）)(摩擦片外径mmD也可根据maxTe发动机最大转矩（m?N）按如下经验公式选D=mm8.2302506.14TKmaxD=?=e（3-2）式中，为直径系数DK，取值范围见表3-2。表3-2直径系数DK的取值范围Tablet.3-2TherangeofthevalueofthediametercoefficientDK车型直径系数DK乘用车14.6最大总质量为1.8～14.0t的商用车16.0～18.5（单片离合器）13.5～15.0（双片离合器）最大总质量大于14t的商用车22.5～24.08表3-3离合器摩擦片尺寸系列和参数Tablet.3-3Sizeseriesandparametersofclutchfrictionplate外径D/mm内径d/mm厚度b/mmc=d/D3-1c单位面积1601103.20.6870.6671061801253.50.6940.6671322001403.50.