《汽车膜片弹簧离合器的结构设计6700字（论文）》

II第1章绪论目前，市场上各式各样的汽车广泛采用膜片弹簧式离合器。图1-1膜片弹簧离合器1.1研究背景随着机械结构的发展，传统的推式被结构更加简单、寿命更长、效率更高的拉式离合器取代，目前还没有还未出现比拉式更好的结构，因此只能着手从其的优缺点进行优化，本次设计所选YARIS致炫汽车采用的就是目前优势明显的拉式膜片弹簧离合器。1.2研究意义离合器在汽车中处于汽车飞轮与变速器动力传输之间，可切断飞轮传输的动力保证变速器正常工作。设计并优化离合器从动力性、经济性、效率等方面考虑选择拉式膜片弹簧时可获得更高的寿命、性能。同时，优化膜片弹簧结构、开发优质的材料等是提高离合器使用体验、性能、寿命的途径。1.3研究现状受限于经济性轿车的定位，YARIS致炫使用的是市场上主流的膜片弹簧离合器，得益于其本身具备的膜片弹簧特性的优异离散性，加工而成的成本和难度相较螺旋弹簧都要大，并且离合器与压盘高度的变化对载荷的影响较大，两个的高度尺寸值不能太低，国内还未形成标准化设计。尽管国内已经实现双质量飞轮，还有例如液力变矩器的突破、430拉式膜片弹簧离合器技术的实现，但相较于国内汽车市场发展多带来的使用需求来说，开发新的离合器优化其设计的方法来以此降低所带来的分析成本和提高结构设计精度和效率是必须作为重点大力投入的领域。第2章离合器结构方案选取2.1压紧弹簧预选膜片式弹簧自身只有一个整体，零件的减少是其优势所在。精简了质量能提升轻便性和稳定性，伴随离合器的缩小，加上其非线性特质，换挡时脚踩力相对减轻，成熟的技术。随着科技发展，膜片弹簧的工艺制造水平不断改进，膜片弹簧占据了主流的市场，涉及市场大半常见车辆。初步选择膜片弹簧是最优方案。2.2弹簧布置确定图2-1膜片弹簧离合器物理模型飞轮;摩擦片;膜片弹簧;分离轴承;压盘;离合器壳离合器现今主流的结构有推式和拉式，后者结构与前者相比，分离轴承向外运动，减少压紧力脱离飞轮实现分离，膜片弹簧前后相反安装。两者相比，拉式在结构上缺少中间的支承，使得具有简单紧凑，零件较少，轻便的优点。无论汽车运行在相接触或相反状态，拉式的膜片与支承环只可能固定连接。支承环磨损对于产生间隙带来影响不大。踏板自由行程在踩踏时不会变化，减少冲击和噪声的产生效果显著，使得离合器的寿命增大。因此拉式优势突出，得到了汽车制造商的普遍采用。因此在本文中优先选择拉式。第3章离合器摩擦片的设计与选择表3-1离合器的基本参数整备质量（kg）1115最大功率/转速（kw/rpm）81/6000最大扭矩（N·m）138最高车速（km/h）170最大扭矩转速（rpm）4200满载质量（kg）15003.1后备系数发动机最大转速下能否持续输出最大转矩取决于后备系数。过小，离合器滑磨期间所需时间就越大。过大，导致离合器尺寸变大，传动过载增加，操作不便。由表3-2可知，本次设计后备系数选为单位压力摩擦片上能承受的最大压力体现其耐磨性，也就是大小，非石棉类树脂橡胶基本身材料具有的摩擦系数较大，保持自身性能能力强，其系数十分稳定，温度较高的状态下也不衰减，因此确定用其作为材料。摩擦压力p0：下图可知，非石棉材料的单位压力在之间，应取得较小值，此处取。3.3摩片外径D、内径d和厚度b计算离合器轮廓尺寸往往大于外径D的尺寸，这也决定了其寿命影响及质量。（式3.1）（式3.2）（式3.3）式中，汽车最大载物时满载质量为1500kg,并且最大爬坡度为30%,最终，=4500N.一档变速器通常传动比取3，主减速器一般传动比取4。传动系统机械效率大约为95%，轮胎的半径r取38cm。。而取值可查表：由表可知，，算出摩擦片外径D=179mm.离合器摩擦片尺寸大小参照下表参数：根据表中摩擦片标准系列尺寸，本文取：离合器摩擦片外径：D=180mm离合器摩擦片内径：d=125mm离合器摩擦片厚度：b=3.0mm离合器摩擦片单面面积：F=132mm23.4摩擦因数、摩擦面数Z、间隙（1）摩擦系数：由表3-6所示，非石棉树脂橡胶基中的一类缠绕型的摩擦系数取值范围为0.20~0.35，此处取0.35。（2）摩擦面数Z：单片式离合器应为只存在有一个摩擦盘，从动盘数为，Z也就为2。小型车多用单片。（3）指磨片间隙：常用3～4mm，可取3mm。3.5最大静摩擦力矩（式3.4）由上式可知，=225Nm3.6参数校核3.6.1后备系数合理的后备系数能帮助发动机可靠地传递转矩，各类车型后备系数不尽相同，普遍范围取1.2-4.0，即1.24.0而此前取为1.50，满足条件。3.6.2单位压力离合器滑磨即两个摩擦片处于相对滑动必伴随热负荷产生，此时如果施加的压力过大会使摩擦片损伤，离合器的差异使每辆车有属于自己的Po，但都界限于范围0.10～1.50Mpa，即0.10MPa而此前取为0.35MPa，因此，满足条件。3.6.3摩擦片外径D、内径dD（mm）数值满足最大圆周速度不超过65—70,即：（式3.5）式中：取6000；：摩擦片的外径，上文计算为180；代入公式计算后并验证可知，摩擦片外径D的数值合理符合条件。为了扭转减振器的成功安装，摩擦片内径d必须大于减振器器弹簧位置直径约50mmREF_Ref22883\r\h[4]。即d＞2+50mm。此前已选定的内径d为125mm，符合已有的条件。3.6.4摩擦片的内外径之比cD与d的比值c应在0.53～0.70范围内，即0.53由于C=0.69因此符合条件。3.6.5单位摩擦面积内传递的转矩为了保护离合器使用寿命，必须使小于其许用值，即（式3.6）由此前设计出来的数据得，最大静摩擦力矩为225,摩擦面数Z为2，外径D为180mm,内径为125mm.所以=0.00854（N.m/mm2）允许使用值见表3-7由表可知，因此符合要求。3.6.6单位摩擦面积滑磨功w汽车起步时依靠摩擦片的滑磨，这样导致摩擦片损耗、温度升高，所以W不能大于其许用值，即：（式3.7）式中：w单位面积滑磨功（J/mm2）；[w]为其许用值（J/mm2）（对于乘用车：[w]=0.40）REF_Ref22883\r\h[4]。W数值代表离合器起步接合需要的总滑磨功（J）。可由公式：（式3.8）得W=4930.00(J)为汽车总质量（kg）；为轮胎滚动半径（m）=0.35m；低速起步变速器传动比5.08；为主减速器整体传动比取4.85；为发动机低速下的转速（r/min），计算时乘用车取2000r/minREF_Ref22883\r\h[4]。因此，=0.187（J/mm2）[w]由以上校核式得知，W小于其许用值，符合要求。3.6.7离合器主要参数整理

第4章膜片弹簧结构设计与参数计算4.1膜片弹簧重要参数计算4.1.1H/h数值比和h计算 图4-1弹簧弹性特性受影响波形图弹簧压紧时必须保持稳定，膜片弹簧用的为，板厚为，故选，，则。4.1.2R/r比值和R,r的选择对弹簧材料而言,Rr比值越大，造成使用效率降低，连带着会使弹簧弹性变差，弹性特性特性越受两倍半径影响，产生应力越高。根据设计要求，比值通常为1.20到1.35.合适比例能使摩擦片受到力均匀分布。拉式的R值略超过摩擦片的平均半径。当c==0.690.6时可由下式计算：==76.25mm而r,所以，r取为80mm,而R/r取为1.20.因此，R为96mm.4.1.3底角的计算α是指膜片弹簧自由状态下圆锥底角，它与内截锥高度H关系密切REF_Ref22883\r\h[4]。=/(R-r)（式4.1）一般在9°～15°范围内。由此前选定的可知，=arctan0.5≈13°符合要求。4.1.4分离指数值的确定指数视情况而定，普遍选取18，有更大可选24，小尺寸膜片弹簧选12。本次设计的是家用轿车，因此选n=18。4.1.5小端内半径与作用半径的计算的数值决定于弹簧结构，，因弹簧将花键内套连接，最低限度应大于第一轴直径，带入公式计算（式4.2）式中属于经验系数，；发动机最大转矩。=25mm,=30mm,应大于，=35mm.。4.1.6切槽宽度，及半径的确定=3.2～3.5mm,=9～10mm,结果应满足r-的要求。因此取3.2mm,取10mm,因此，70mm,故取=70mm.4.1.7压盘与支承环加载点半径、计算机械结构物体半径大小直接影响其刚度，应略大于r且尽量接近r,应略小于R且接近R.因此，取83mm,取94mm.4.1.8膜片弹簧工作点位置分析膜片弹簧受力有极限，如果将其处于过压或过紧会严重损失寿命，首先计算工作点B：初选。其次根据（式4.3）计算分析工作点C位置：。最后得到工作点A位置：数值代表极限磨损值。。将上式计算结果标在曲线上，得出下图：图4-2计算位置曲线示意图图4-3理论参考的工作点示意图两图相互对照之下，工作点选取A、B、C较为合理。4.2膜片弹簧材料选取膜片弹簧压紧时提供弹性给离合器，需要具有高的弹性性能和承载能力。查阅国标发现可选类精度优势选材。根据具体使用条件，凹面喷丸处理应对承受载荷、分离指淬火提升抗摩能力、强压变形处理加强疲劳寿命。所有的加工处理都是提高强度、寿命等。第5章扭转减振器参数设计计算5.1扭转减振器结构设计扭转减振器具有线性和非线性两种特性，单级扭转减振器的扭转特性REF_Ref3726\r\h[1]。如图5-1所示，选取弹性元件常常使用螺旋式，汽油车这种小型车使用普遍。图5-1扭转减振器结构尺寸简图5.2扭转减振器参数计算5.2.1极限转矩选取计算极限转矩指减振器在消除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。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REF_Ref15953\r\h[4]。无特殊情况时=(1.5-2.0)普通小型乘用车系数取2.0，则：=2.0x150=300Nm5.2.2扭转角刚度由经验公式：（式5.1）得，1242（N·m/rad）即取1240（N·m/rad）5.2.3阻尼摩擦转矩参数计算减振器的最低扭转刚度k受限制于离合器结构和发动机最大转矩，故只能在发动机正常工作转速范围内最有效地消除振动，必须选择合理的减震器阻尼装置的阻尼摩擦转矩REF_Ref22883\r\h[4]。结合公式可初选：＝（0.06-0.17）（式5.2）取=0.10，得Tu=15.0Nm5.2.4预警转矩核算安装减震弹簧完成后受到预紧力挤压，产生不可忽视的转矩，增加的同时，共振发出的频率将随时间衰退，但应小于，否则在反向工作时扭转减振器将提前停止工作。故＝（0.05～0.15）（式5.3）且=11.8Nm因此，=11.5Nm5.2.5位置半径估定由于弹簧要圆周安装在孔径内，过小半径会无法安装，需要足够大的数值，所以一般=（0.60～0.75）d/2（式5.4）因此，=35mm5.2.6减振弹簧需求量表5-1预选减振弹簧数目表的取值见表由表可得：取65.2.7减振弹簧总压力F离合器工作时，从动盘受到压迫。，当转矩不断增大，减振弹簧到达承受极限时，弹簧此时受到的压力与半径有关。＝/（式5.5）因此，=8.6kN5.2.8极限转角安装完成的减震器有一个预紧所需的最低转矩Tn。全速运转时，到达极限无法增加时转过的角度为：（式5.6）式中：——减震弹簧受挤压形变度。标准可取3°-12°，发生运作时影响平顺性且伴随动力不均匀时，取上限。因此，为12°

第6章离合器主要零部件的结构设计6.1从动盘设计参数计算6.1.1从动盘设计要求从动盘总成主要由从动盘毂、摩擦片、传动片、扭转减振器等组成，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REF_Ref21170\r\h[4]。。由于系统共振，需要加上扭转减振器有效降低并消除冲力；离合器好坏无非就是工作平顺与否，给予从动盘轴向的弹力使得启动便捷；飞轮输出力矩由盘接收，为减缓力矩冲击需要从动盘惯性力小。6.1.2从动片组合选择从动片要尽量使得质量小，内部厚度一般取，初选从动片厚度为；盘形外缘部分厚度一般为，本次取值。由于组合式从动片制造工艺要求较低、成本低，而且分离彻底、外形稳定性较高，选用组合式从动片。6.1.3从动盘毂尺寸参数（1）从动盘毂花键尺寸选择表6-1从动盘毂花键尺寸参照从动盘外径为225mm，根据表6-1选定从动盘毂花键尺寸如下：（2）从动盘毂花键的强度校核=1\*GB3①花键齿的侧面压力：P=2βTemax(得P=3052Mpa=2\*GB3②挤压应力：σ挤=式中，h=3，代入数据σ挤=（3）从动盘毂的材料一般选取45号钢锻造毛胚制造，并经调质处理提升性能。6.1.4摩擦片的结合方式从动片安装方式可铆接或者粘接。本次设计采用铆接。铆接方式可使工作起来可靠，也让摩擦片损坏维护便利，波形片的安装变得适宜。6.1.5波形片和减振弹簧波形片材料65Mn适宜，厚度接近于1mm，硬度40到46HRC，将其各个层面经过处理可使用。60Si2MnA,50CrVA及65Mn等需用钢丝都适用于减振弹簧。6.2离合器盖的总体组成6.2.1离合器盖的构造设计离合器的盖板中心与飞轮需要对心，借此保障工作平衡。盖板工作时需要受到挤压，不能太脆或太硬，刚度适中，板厚预选2.5到4.0mm。盖板经常处于摩擦中，难免产生发热，所以要预留空间散热或加通风扇片。此外盖支承大小精确度要求较高。6.2.2压盘的尺寸与材料上文得外径D=180mm，内径d=125mm，缺少的参数为其厚薄。属于正常的压盘厚值，本设计取值为。压盘需要较强的耐磨性能和摩擦性能，一般采用灰铸铁并添加少量硅和锰铸造而成。6.2.3传动片的分配与压盘连接的传动片工作时被离合器盖挤压，与压盘同步旋转。分离后操纵力受牵引而减小，更加平滑。传动片常用组，每组片，每片厚度为，一般由弹簧钢带65Mn制成REF_Ref22883\r\h[4]。6.2.4盖板铸造材料选取离合器盖因分担传递一部分飞轮的转矩而往往要有相匹配的刚度，所以升高板厚，2.5-5.0mm之内选择，这次取。铸铁从性价比与使用强度来说十分合适，所以铸铁铸造盖板比较合理。6.2.5支承环支承环受其位置的影响，磨损的环境要求它与铆钉数值精度高，要有承受耐磨的能力。一般在3.0到4.0mm区间选择。选取3mm碳素弹簧钢。第7章操纵机构形式与行程计算7.1离合器对操纵机构要求由于换挡时需要驾驶员才离合器踏板，所以操纵机构工作所需的力需要满足人的舒适性，太小容易误操作，太大换挡困难。并且离合器属于操作频繁的部件，良好的刚度与寿命同样重要。还有踏板行程调整装置保障分离轴承在摩片磨损后复原其自由行程，限位装置则是防止操纵机构受到超过其承受力而破坏。7.2操纵机构结构形式选取与行程计算操纵机构发展至今主流的有两种，机械式与更优势的液力式。为实现操纵机构工作转动效率高、寿命长、踏板力和行程范围，本次致炫汽车采用综合效率更高、质量较小、接合更柔和的液力式。液压式操纵机构如图所示。图7-1操纵机构简图踏板运动行程为S，前半段S1为自由行程，之后轴承工作施加力行程为SS=SS0f统为1.5-3.0mm,Z上文为1，单片∆S取0.85-1.3mm,S=44mm结论本次针对YARIS致炫汽车设计离合器，通过对其车辆定位分析，先从离合器的结构方案入手确定压紧弹簧和布置形式，随后设计摩擦片将其参数计算校核，下一步设计膜片弹簧、扭转减振器、决定主要零件结构，最后就是操纵机构的设计。本次设计均参考目前主流的优势结构，使用拉式膜片弹簧离合器的汽车本身硬件性能无短板，柔顺性、稳定性也有保障，经过合理的设计与计算校核之后，能最大限度满足动力传输与换挡平顺。参考文献陈家瑞主编.汽车构造[M].