汽车中央弹簧离合器的设计

汽车中央弹簧离合器的设计[20191208103319]
摘 要
离合器是汽车传动系统的重要组成部分之一,它位于发动机和变速箱之间。它的功用是保证汽车起步时的平稳性,保证传动系统换挡时工作的平顺性,限制传动系统所能传递的最大转矩,防止传动系统过载。本设计说明书详细介绍了中央弹簧离合器主要参数的计算与选择,并且合理的选择从动盘总成,离合器盖,圆锥螺旋弹簧,扭转减振器和操纵机构的结构,通过计算得到它们的具体尺寸并校核是否符合设计要求。在设计过程中,首先计算得到摩擦片的外径,因为摩擦片外径是离合器的基本尺寸,然后根据摩擦片的尺寸对离合器其他零部件进行设计计算。
完成设计后运用Pro/E来绘制离合器的装配图以及各种零件,以进一步了解离合器的结构,并且修改在设计计算过程中出现的错误。

关键字:离合器从动盘中央弹簧Pro/E
目 录
1.引言 1
1.1离合器的结构形式 1
1.2离合器的组成 1
1.3中央弹簧离合器的结构 2
1.4中央弹簧离合器的优点 3
1.5中央弹簧离合器的工作原理 3
2.离合器基本结构尺寸,参数的选择 4
2.1摩擦片的外径D,内径d和厚度h 4
2.2后备系数 5
2.3单位压力 5
2.4离合器基本参数的校核 5
3.离合器从动部分的设计 7
3.1从动盘摩擦片材料的选择及设计 7
3.2从动片的设计 9
3.3从动盘毂的设计 11
3.4扭转减振器的设计 13
4.离合器主动部分的设计 19
4.1离合器盖总成的设计 19
4.1.1压盘的设计 19
4.1.2离合器盖的设计 21
4.2压紧弹簧选择 21
5.离合器操纵机构 23
5.1离合器操纵机构的要求 23
5.2操纵机构结构形式的选择 23
结语 24
附录 25
参考文献 26
致谢 27
1.引言
1.1离合器的结构形式
周布弹簧离合器:有若干压紧弹簧,并沿摩擦盘圆周分布,主要用于商用载重汽车。
中央弹簧离合器:它的压紧弹簧位于离合器的中心位置,轴线与离合器轴线重合,通常为一到两个圆柱螺旋弹簧或者矩形断面的圆锥螺旋弹簧。
膜片弹簧离合器:压紧机构使用的弹簧为膜片弹簧,大多数小型成有车都采用这种形式的离合器。
双盘离合器:有两个从动盘。
单盘离合器:只有一个从动盘,从动片前后都安装有摩擦片,因此具有两个摩擦面。
1.2离合器的组成
如图1-1所示,离合器的组成部分有:主动部分,从动部分,压紧机构,分离机构和操纵机构。
图1-1 离合器结构图
1-曲轴;2-从动轴;3-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
1.主动部分:飞轮、压盘、离合器盖
离合器盖与飞轮的连接方式为螺钉连接,压紧弹簧向压盘施加压紧力把摩擦盘推向飞轮,分离轴承可沿离合器盖的中心线通过窗孔做轴向运动来控制离合器的结合与分离。
2.从动部分:从动片、摩擦片、从动盘毂、变速器一轴
摩擦片通过铆钉连接在从动盘上,通过从动盘毂的滑动花键套安装在变速器1轴上。它的作用是将离合器主动部分传来的转矩传递给变速器一轴输入到变速器。从动盘由从动片,摩擦片和从动盘毂三个部分通过铆钉连接组成。为了消除扭转振动带来的危害,改善汽车性能,现代汽车几乎所有的离合器采用带有扭转减振器的从动盘。
3.压紧机构
压紧弹簧是压紧机构的主要组成部分,它在安装时会以离合器盖作为支撑点预压紧。当离合器处于工作状态时,它通过预紧力将压盘推向飞轮,压紧从动盘。
4.操纵机构:踏板、拉杆等
离合器操纵机构是在离合器正常工作时控制其接合与分离状态的机构,驾驶员只需踩踏或者放松离合器踏板就可实现控制离合器的工作状态。
5.分离机构:分离杆、分离轴承、分离套筒等
分离机构是离合器分离的执行机构,是发动机和传动系统的联系总成。它的作用是确保离合器正常的接合与分离,同时也能起到防止传动系统过载的作用。
1.3中央弹簧离合器的结构
中央弹簧离合器总成的组成部分有离合器盖、压紧弹簧、压盘、从动片、扭转减振器、和摩擦片等。
1.离合器盖
离合器盖的作用是通过螺栓连接将离合器总成固定于飞轮,并与飞轮一同带动离合器主动部分转动。它需要承载离合器中大多数的力,如压紧弹簧预紧产生的压紧力。离合器盖的结构形状一般较为复杂。
2.压紧弹簧
压紧弹簧位于离合器的中心位置,轴线与离合器轴线重合。
3.压盘
压盘的形状一般是环形,通过铸造而成,压盘通过压紧力把从动盘推向飞轮,实现离合器与发动机飞轮紧密相连。在压盘靠近外圆周的地方设有支撑凸台。
4.扭转减振器
扭转减振器起到减小汽车行驶过程中传动系统产生的扭转振动的作用,扭转减振器的主要部分是弹性元件和阻尼元件。弹性元件的作用是减小传动系统的扭转刚度,防止共振;阻尼原件能够有效地把振动产生的能量转化为其他形式的能量,从而降低扭转振动。扭转减振器通过限位销和从动片铆接在一起,同时限位销能够限制从动盘毂和从动片之间的相对转角,防止减振弹簧因过度变形而损坏 。
5.从动片和摩擦片
从动片和摩擦片是离合器从动部分的重要组成部分,摩擦片通过铆钉和从动片连接。
1.4中央弹簧离合器的优点
压簧通过弹簧座间接的把压紧力传递给压盘,因为不和压盘直接接触,所以压盘在工作状态时摩擦产生的热量不会传递给压盘使压簧因为受热而回火失效;
压紧力的调整较为简单,只需调整垫片或者螺纹即可;
压紧弹簧因为布置于离合器的中心,所以两者的中心线在同一直线上,这样可以得到好的平衡性。
1.5中央弹簧离合器的工作原理
当离合器处于接合状态时,通过压紧弹簧的压紧力使压盘和摩擦片相互接触,产生摩擦力。当曲轴带动飞轮旋转时,固定于飞轮上的离合器盖也随之一起旋转,摩擦片上的摩擦力随着旋转而产生摩擦转矩带动离合器从动部分一起旋转,并通过变速器一轴传递给变速器。
当需要离合器分离时,踩下离合器踏板,这样操纵机构能带动分离机构继续使压紧弹簧压缩,并且离开弹簧座,不对压盘施加压紧力,使从动盘总与发动机飞轮不接合,它们之间的静摩擦力消失,发动机动力的传递被中断。
2.离合器基本结构尺寸,参数的选择
离合器作为汽车传动系统的重要组成部分,它不仅要传递发动机的转矩而且汽车的平稳起步要依靠它的滑磨来保证,但是离合器的工作条件通常非常恶劣。所以,在设计时,为了满足离合器可靠性的传动性能和能长时间使用的要求,对于离合器基本结构尺寸参数的选择需要非常合理,以确保离合器的各项功能达到最佳。
据本车辆尺寸参数进行离合器尺寸参数的设计计算:
发动机最大转矩 =220N·m ;
整车质量 =1502kg ;
车轮滚动半径 =328.4mm;
2.1摩擦片的外径D,内径d和厚度h
作为离合器的基本尺寸,摩擦片的外径对离合器的结构、重量以及使用寿命都有重要的影响,它可以通过离合器所需传递的发动机转矩的关系来计算得到:
D=100 (2-1)
=100× ≈216.35
其中发动机所能达到的最大转矩Temax=220 。
摩擦片外径D受到汽车的结构和使用环境的影响,这个用系数A反映,小轿车A=47。
查表2.1取标准值, =225 , =150 , =3.5 。
表2.1 离合器摩擦片尺寸系列和参数[1]
外径D/mm 160 180 200 225 250 280 300 325 350
内径d/mm 110 125 140 150 155 165 175 190 195
厚度b/mm 3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 4
c=d/D 0.687 0.694 0.700 0.667 0.620 0.589 0.583 0.585 0.557
1- c3 0.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 0.827
单位面积 106 132 160 221 302 402 466 546 678
2.2后备系数
设计车型为小轿车,主要行驶路段为城乡路段,行驶路段路况较好,故取
=1.2。
2.3单位压力
查表2.2,选取石棉基摩擦材料,为摩擦因数 =0.3, =2,取 =0.25 :
(2-2)
得p≈0.106
其中后备系数 =1.2;
发动机最大转矩 =220 ;
摩擦因数 =0.3;
摩擦面数 =2;
摩擦片外径 =225 ;
摩擦片内径 =150 ;
因为 ≈0.106 <0.25 ,所以所选离合器尺寸,参数合适。
表2.2常用摩擦材料的摩擦系数、许用应力和许用温度[1]
摩擦材料 摩擦系数 许用应力 许用温度
铁基粉末冶金 0.3~0.4 1.2~1.3 <680
石棉基摩擦材料 0.25~0.4 0.2~0.3 <260
纸基摩擦材料 0.1~0.2 1
2.4离合器基本参数的校核
1.摩擦片最大圆周速度
(2-3)
=51.81
其中,n为发动机最高转速取4400 ;
为摩擦片外径取225 ;
因为摩擦片在旋转时的最大圆周速度不大于60~70 ,故符合条件。
2.单位压力
为降低离合器在接合时因为滑磨而产生大量热量,使摩擦片不因为受热过多而磨损,单位压力 取值范围在0.15~0.35 ,
在上文中确定的单位压力 =0.25 ,符合规定范围的标准,故满足设计要求。
3.单位摩擦面积滑磨功
汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功为:
= ( ) (2-4)
=11494
式中,汽车总质量m =1502 ;
轮胎滚动半径 =0.3284m;
汽车起步时所用变速器档位的传动比i =4;
主减速器传动比i =4.39;
n 为起步时发动机转速( ),一般乘用车n =2000 r/min;
= (2-5)
=0.26
在公式中,汽车起步而引起的滑磨产生的总功 =11494.6 。
满足 < [ ] = 0.4 0 的设计要求。
3.离合器从动部分的设计
从动盘总成的结构形式有两种,它们最大的不同在于是否带有扭转减振器。如果从动盘总成不带有扭转减振器,它具有成结构简单,重量轻,安装方便的优点。但是汽车传动系统中通常存在扭转振动,为了消除扭转振动带来的危害,现今汽车几乎都采用带有扭转减振器的从动盘总成。它能够减少传动系中扭转振动带来的不良影响,提高了汽车的舒适性。所以本次设计选择的从动盘总成带有扭转减振器。
从动盘总成设计时应满足一下几个方面的要求:
从动盘总成的转动惯量应尽可能的小,这样可以减少变速器换挡时轮齿间的冲击;从动片在轴向应该具有弹性,这样可以缓和压盘的冲击,而且能使摩擦片所受的压力分布更均匀;在总成中安装扭转减振器,避免行驶过程中扭转振动带来的危害,缓解冲击载荷;抗爆裂强度足够高。
3.1从动盘摩擦片材料的选择及设计
离合器摩擦片在非常恶劣的环境下工作,在结合的过程中会会因为滑磨而在瞬间产生大量热量,因此摩擦片应该具有以下综合性能:
1)有较高的摩擦系数,而且不因为工作温度、滑磨速度、单位压力的变化而变化。
2)在高温时耐磨,摩擦系数不因为温度过高而衰退。
3)具有小的转动惯量,材料加工性能良好。
4)机械强度在任何情况下都好。
5)在正常工作温度下,有较好的磨合性能,对飞轮和其他零件表面没有危害。
6)在承受较高的压盘作用载荷时,不易出现颤抖。
7)油水对摩擦性能的影响小。
鉴于以上个点,挑选摩擦材料的基本原则是:
1)满足较高的性能标准。
2)成本最小化。
所以根据以上的挑选原则,离合器摩擦片的材料选用石棉基摩擦材料。
摩擦片的Pro/E的绘制过程过程如下:
图3-1 摩擦片Pro/E建模过程1
图3-2 摩擦片Pro/E建模过程2
图3-3 摩擦片Pro/E建模过程3
3.2从动片的设计
1.从动片通过铆钉于摩擦片相连接,它是从动盘总成的重要组成部分之一,设计时应满足如下要求:

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