轿车膜片弹簧离合器设计
轿车膜片弹簧离合器设计[20200106202237]
随着我国经济水平和科技水平的不断发展，汽车产业的开始成为社会发展的支柱产业之一。而作为汽车生产技术衡量标准之一的离合器，除了作为汽车传动系中的一个重要组成，同时承担着传递动力，缓冲振动和防止过载等作用。因此离合器是汽车发展的重要影响因素之一，受到研究人员的广泛关注。 此次设计是对实际膜片弹簧离合器设计过程的一次简单重现，选择捷达轿车作为本设计的原始数据来源，从理论计算和三围作图两个方面阐释其设计过程，包括对从动盘、扭转减振器以及膜片弹簧等做设计与校核。 在研究原始外观尺寸数据的基础上，结合对工作环境，适用车型等条件的分析与研究，作出相应的设计方案，实现对轿车膜片弹簧离合器的设计。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:离合器,从动盘,扭转减振器,膜片弹簧
目 录
1 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
2 轿车膜片弹簧离合器设计概述 3
2.1 离合器的功用 3
2.2 离合器的设计要求 4
2.3 离合器的类型 4
2.4 本文主要研究内容 4
3 离合器主要结构及参数的选择和设计分析 5
3.1 离合器基本性能关系式 5
3.2 从动盘数的选择 6
3.3 压紧弹簧和布置形式的选择 6
3.4 后备系数β的选择 7
3.5 单位压力P0的选择 8
3.6 摩擦片外径D、内径d和面积A 9
4 从动盘的设计 9
4.1 从动盘的主要结构形式 10
4.2 摩擦片设计 11
4.3 从动盘毂设计 12
4.4 从动片的设计 13
4.5 扭转减震器设计 13
5 膜片弹簧的设计 23
5.1 膜片弹簧的概念 23
5.2 膜片弹簧基本参数的选择 23
5.3 膜片弹簧的弹性特性分析及校核 26
6 零件建模 29
结论 31
致谢 32
参考文献 33
1 绪论
伴随着世界科技水平的迅猛发展，尤其是液压液力的传动技术和电子技术在汽车产业上的广泛应用，给现代汽车行业的发展带来了巨大的变化。而汽车离合器作为传动系统中的一个重要组成部分，承担着传递动力转矩、减缓振动与防止过载等作用，所以离合器成为了现代汽车发展进步的重要因素之一。离合器是汽车传动系中与发动机直接相连的机械部件，它的主动部分与从动部分在传动过程中既可以通过相互分离中断动力输出，又可以相互接合产生相对转动传递动力扭矩，驱动汽车运动[13]。通过这一工作方式实现汽车的起步、换挡等功能，实现对汽车运动的有效控制。离合器的主要作用有：保证汽车起步平稳，确保换挡工作平顺，防止传动工作过载。[1]
1.1 选题背景及意义
离合器作为在以内燃机为动力的汽车传动中独立存在的一个机械部件，而被广泛应用。尽管汽车传动系的发展趋势是结构的简单化、传动方式的简捷化以及传动系统的自动化，但是根据德国出版的世界汽车年鉴上所述，全世界的114家汽车制造公司在2002年生产的1864款汽车中，手动版机械变速器车型的款式就有1337种；在我国的汽车款式中手动挡的汽车款式就占全国总量的近75％。若考虑不同的汽车类别来计算手动变速器汽车所占的市场份额，可以看出手动挡汽车仍然是世界车款中的主流。由此看来，离合器这一部件将在今后相当长的一段时间里伴随着内燃机的使用而存在，短时间内不会从汽车上消失。[9]
1.2 国内外研究现状
离合器的工作通过踏板的运动在实现，踩下离合器踏板时，作用在分离拨叉上的力拉回锥形座圈，同时释放弹簧，将离合器的接合元件分离[14]。1889年，戴姆勒在钢轮汽车上开始使用这一设计原理：配备一个锥形/斜面摩擦离合器。这个可以实现自由移动的锥形盘被安装在变速器轴上，与曲轴上带有锥形凹槽的飞轮接合在一起。工作时，螺旋弹簧将锥形盘压入到飞轮的锥形凹槽里，使离合器接合，当踩下脚踏板时，通过分离套筒在弹簧的作用下将锥形盘拉回，中断离合器的连接，从而中断动力的输出。最初的锥形盘摩擦片的材料是驼毛，不过很快就被皮革制品所取代。若干年后，单盘离合器取代了锥形盘离合器。De Dion和Bouton是是第一批认识到单盘离合器是离合器未来发展方向的人。而随着Ferodo研究出石棉摩擦片，离合器的技术又一次得到了极大的发展，石棉摩擦片从1920年开始使用一直到近代才被非石棉摩擦片所取代。
在滑动环片的作用下锥形盘产生前后移动，运用这样的原理实现了离合器的分离与接合。锥形盘上的各个侧面相应的作用在分离杠杆上，分离杠杆受到螺旋弹簧的作用发生压紧与分开的运动，使中间盘出现接合与分离的现象。由于由于锥形盘是转动运动，而滑动环片是固定静止的，所以需要定期地对它们进行润滑。随着发动机转速的不断提高，离合器的重量不断变大，而作用在分离杠杆上的分离轴承一直处在受压状态下，因此它与离合器外罩之间容易发生磨损，尤其是在发动机高速转动时换挡，会加剧磨损。[8]
为了解决上述问题和缺陷，研究人员设计研究了膜片弹簧离合器。膜片弹簧离合器诞生于1936年的通用汽车研究实验室，并在随后的一段时间内在美国大批量生产应用。第二次世界大战结束后，欧洲人通过通用公司的军用卡车开始熟悉膜片弹簧离合器这一产品，并在1950年将其应用到了一些欧洲车型上，其中保时捷356，Goggomobil，宝马700和DKW Munga是第一批由德国制造的配备了膜片弹簧离合器的汽车。而膜片弹簧离合器的大批量生产开始于1965年生产的欧宝Rekord车型。
由于膜片弹簧离合器可以均衡、对称的转动运动，因此可以不受发动机转速的影响。1960年膜片弹簧离合器成功研制，开始大范围的取代凸轮轴下置式发动机，在凸轮轴顶置式高转速发动机上得到广泛的应用，例如，Glas，宝马，阿尔法罗密欧等车型。而从20世纪60年代末至今，几乎所有的汽车制造商都采用了膜片弹簧离合器装配汽车。
改革开放后，我国的汽车产业得到高速发展，带动了我国汽车离合器市场需求的长期大幅度增加。然而随着我国自动档轿车的社会需求量增加，我国传统离合器产业的发展受到很大影响，国内市场前景日益担忧，因此众多的国内企业开始探索新的发展方式，寻求新的可持续发展道路。目前我国的汽车产量依旧保持这持续增长势头，在汽车保有量增加和出口市场需求的扩张等几大因素的推动下，我国的离合器行业持续快速发展，到2012年时我国汽车离合器的产量突破2000万套，离合器的市场规模将近120亿元。
同样在技术方面，我国的离合器可靠性和使用周期指标均达到或接近国外同类产品水平的要求，而传递转矩超过3000N·m的大容量重型离合器在掌握AT、LTD、DCT和DMF等关键技术后有望形成批量供货，提高产业整体技术实力。我国在离合器及其电子操控系统的集成开发方面研究取得突破性的进展，建立起离合器的综合自动检测系统，同时建立模拟工况和实车试验的检测标准，构建了更为完善的离合器产品评价体系。
依照离合器行业的发展规划，争取在“十三五”之前，在国内的离合器行业形成三到五家年销售量超过300万套的“小巨人”型企业和五到十家年销售量超过120万套的规模型企业，并发展产销规模能够进入世界离合器行业前十的中国企业。[6]
2 轿车膜片弹簧离合器设计概述
2.1 离合器的功用
离合器是起到结合与分离作用的机械部件，即起到发动机与车轮传动装置之间离合作用的汽车部件。当踩下离合器踏板时，离合器从动盘分离，发动机的传动装置与车轮的连接随之中断，发动机的动力无法传递到车轮上，也就无法驱动汽车行驶。当松开离合器踏板时，在离合器的作用下发动机的传动装置会与车轮重新连接起来，发动机的动力就可以传递到车轮上，驱动汽车行驶起来。[3]
随着我国经济水平和科技水平的不断发展，汽车产业的开始成为社会发展的支柱产业之一。而作为汽车生产技术衡量标准之一的离合器，除了作为汽车传动系中的一个重要组成，同时承担着传递动力，缓冲振动和防止过载等作用。因此离合器是汽车发展的重要影响因素之一，受到研究人员的广泛关注。 此次设计是对实际膜片弹簧离合器设计过程的一次简单重现，选择捷达轿车作为本设计的原始数据来源，从理论计算和三围作图两个方面阐释其设计过程，包括对从动盘、扭转减振器以及膜片弹簧等做设计与校核。 在研究原始外观尺寸数据的基础上，结合对工作环境，适用车型等条件的分析与研究，作出相应的设计方案，实现对轿车膜片弹簧离合器的设计。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:离合器,从动盘,扭转减振器,膜片弹簧
目 录
1 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
2 轿车膜片弹簧离合器设计概述 3
2.1 离合器的功用 3
2.2 离合器的设计要求 4
2.3 离合器的类型 4
2.4 本文主要研究内容 4
3 离合器主要结构及参数的选择和设计分析 5
3.1 离合器基本性能关系式 5
3.2 从动盘数的选择 6
3.3 压紧弹簧和布置形式的选择 6
3.4 后备系数β的选择 7
3.5 单位压力P0的选择 8
3.6 摩擦片外径D、内径d和面积A 9
4 从动盘的设计 9
4.1 从动盘的主要结构形式 10
4.2 摩擦片设计 11
4.3 从动盘毂设计 12
4.4 从动片的设计 13
4.5 扭转减震器设计 13
5 膜片弹簧的设计 23
5.1 膜片弹簧的概念 23
5.2 膜片弹簧基本参数的选择 23
5.3 膜片弹簧的弹性特性分析及校核 26
6 零件建模 29
结论 31
致谢 32
参考文献 33
1 绪论
伴随着世界科技水平的迅猛发展，尤其是液压液力的传动技术和电子技术在汽车产业上的广泛应用，给现代汽车行业的发展带来了巨大的变化。而汽车离合器作为传动系统中的一个重要组成部分，承担着传递动力转矩、减缓振动与防止过载等作用，所以离合器成为了现代汽车发展进步的重要因素之一。离合器是汽车传动系中与发动机直接相连的机械部件，它的主动部分与从动部分在传动过程中既可以通过相互分离中断动力输出，又可以相互接合产生相对转动传递动力扭矩，驱动汽车运动[13]。通过这一工作方式实现汽车的起步、换挡等功能，实现对汽车运动的有效控制。离合器的主要作用有：保证汽车起步平稳，确保换挡工作平顺，防止传动工作过载。[1]
1.1 选题背景及意义
离合器作为在以内燃机为动力的汽车传动中独立存在的一个机械部件，而被广泛应用。尽管汽车传动系的发展趋势是结构的简单化、传动方式的简捷化以及传动系统的自动化，但是根据德国出版的世界汽车年鉴上所述，全世界的114家汽车制造公司在2002年生产的1864款汽车中，手动版机械变速器车型的款式就有1337种；在我国的汽车款式中手动挡的汽车款式就占全国总量的近75％。若考虑不同的汽车类别来计算手动变速器汽车所占的市场份额，可以看出手动挡汽车仍然是世界车款中的主流。由此看来，离合器这一部件将在今后相当长的一段时间里伴随着内燃机的使用而存在，短时间内不会从汽车上消失。[9]
1.2 国内外研究现状
离合器的工作通过踏板的运动在实现，踩下离合器踏板时，作用在分离拨叉上的力拉回锥形座圈，同时释放弹簧，将离合器的接合元件分离[14]。1889年，戴姆勒在钢轮汽车上开始使用这一设计原理：配备一个锥形/斜面摩擦离合器。这个可以实现自由移动的锥形盘被安装在变速器轴上，与曲轴上带有锥形凹槽的飞轮接合在一起。工作时，螺旋弹簧将锥形盘压入到飞轮的锥形凹槽里，使离合器接合，当踩下脚踏板时，通过分离套筒在弹簧的作用下将锥形盘拉回，中断离合器的连接，从而中断动力的输出。最初的锥形盘摩擦片的材料是驼毛，不过很快就被皮革制品所取代。若干年后，单盘离合器取代了锥形盘离合器。De Dion和Bouton是是第一批认识到单盘离合器是离合器未来发展方向的人。而随着Ferodo研究出石棉摩擦片，离合器的技术又一次得到了极大的发展，石棉摩擦片从1920年开始使用一直到近代才被非石棉摩擦片所取代。
在滑动环片的作用下锥形盘产生前后移动，运用这样的原理实现了离合器的分离与接合。锥形盘上的各个侧面相应的作用在分离杠杆上，分离杠杆受到螺旋弹簧的作用发生压紧与分开的运动，使中间盘出现接合与分离的现象。由于由于锥形盘是转动运动，而滑动环片是固定静止的，所以需要定期地对它们进行润滑。随着发动机转速的不断提高，离合器的重量不断变大，而作用在分离杠杆上的分离轴承一直处在受压状态下，因此它与离合器外罩之间容易发生磨损，尤其是在发动机高速转动时换挡，会加剧磨损。[8]
为了解决上述问题和缺陷，研究人员设计研究了膜片弹簧离合器。膜片弹簧离合器诞生于1936年的通用汽车研究实验室，并在随后的一段时间内在美国大批量生产应用。第二次世界大战结束后，欧洲人通过通用公司的军用卡车开始熟悉膜片弹簧离合器这一产品，并在1950年将其应用到了一些欧洲车型上，其中保时捷356，Goggomobil，宝马700和DKW Munga是第一批由德国制造的配备了膜片弹簧离合器的汽车。而膜片弹簧离合器的大批量生产开始于1965年生产的欧宝Rekord车型。
由于膜片弹簧离合器可以均衡、对称的转动运动，因此可以不受发动机转速的影响。1960年膜片弹簧离合器成功研制，开始大范围的取代凸轮轴下置式发动机，在凸轮轴顶置式高转速发动机上得到广泛的应用，例如，Glas，宝马，阿尔法罗密欧等车型。而从20世纪60年代末至今，几乎所有的汽车制造商都采用了膜片弹簧离合器装配汽车。
改革开放后，我国的汽车产业得到高速发展，带动了我国汽车离合器市场需求的长期大幅度增加。然而随着我国自动档轿车的社会需求量增加，我国传统离合器产业的发展受到很大影响，国内市场前景日益担忧，因此众多的国内企业开始探索新的发展方式，寻求新的可持续发展道路。目前我国的汽车产量依旧保持这持续增长势头，在汽车保有量增加和出口市场需求的扩张等几大因素的推动下，我国的离合器行业持续快速发展，到2012年时我国汽车离合器的产量突破2000万套，离合器的市场规模将近120亿元。
同样在技术方面，我国的离合器可靠性和使用周期指标均达到或接近国外同类产品水平的要求，而传递转矩超过3000N·m的大容量重型离合器在掌握AT、LTD、DCT和DMF等关键技术后有望形成批量供货，提高产业整体技术实力。我国在离合器及其电子操控系统的集成开发方面研究取得突破性的进展，建立起离合器的综合自动检测系统，同时建立模拟工况和实车试验的检测标准，构建了更为完善的离合器产品评价体系。
依照离合器行业的发展规划，争取在“十三五”之前，在国内的离合器行业形成三到五家年销售量超过300万套的“小巨人”型企业和五到十家年销售量超过120万套的规模型企业，并发展产销规模能够进入世界离合器行业前十的中国企业。[6]
2 轿车膜片弹簧离合器设计概述
2.1 离合器的功用
离合器是起到结合与分离作用的机械部件，即起到发动机与车轮传动装置之间离合作用的汽车部件。当踩下离合器踏板时，离合器从动盘分离，发动机的传动装置与车轮的连接随之中断，发动机的动力无法传递到车轮上，也就无法驱动汽车行驶。当松开离合器踏板时，在离合器的作用下发动机的传动装置会与车轮重新连接起来，发动机的动力就可以传递到车轮上，驱动汽车行驶起来。[3]
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