载货汽车膜片弹簧离合器设计.rar

毕毕业业设设计计中中期期方方案案 题目： 膜片弹簧离合器 子题： 专 业： 机械工程 指导教师： 学生姓名： 班级-学号： 2017 年 12 月 15 日 1.1 引言 本次设计，我力争把离合器设计系统化，为离合器设计者提供一定的参考价 值。对于内燃机作为现在主要动力的机械传动汽车中，离合器在机械传动系都是 作为一个独立的总成而存在。它是汽车传动系中直接与发动机相连接总成。虽然 发展自动传动系统是汽车传动系统的未来主要发展趋势，但也有专家指出：根据 德国出版的 2003 年世界汽车年签，2002 年世界各国 114 家汽车所生产的 1864 款 乘用车中，手动机械变速器车款为 1337 款；在我国，载货乘用车中自动挡车款 式也只是占少数；若考虑载货车中更是多数采用手动变速器，手动挡汽车目前仍 是世界车款的主流（其中不排除一些国家或地区自动变速器车款是其主流产品） 。 谈到未来，考虑到手动传动系正在向自动传动系慢慢发展，但现在手动变速器也 在不断改善力求更加完美，因此也是自动传动系的有力竞争对手。可以说，从目 前到将来离合器这一部件将会伴随着内燃机一起存在，不可能在汽车上消失。 1.2 汽车离合器的现状发展 1.2.1 汽车离合器的现状 近年来额外你们对离合器的要求越来越高，如今单片推式摩擦离合器在结构 设计方面相当完善。采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的可靠性和延长 使用寿命和结合的平顺性，适应发动机的高转速，增加离合器传递转矩的能力。 离合器从动盘总成中装有扭转减振器，防止了传动系统的过载、共振，并且减小 了传动系噪声。 随着汽车运输业的发展，离合器也没有停留在原有的基础上而是不断提高和 进步，以适应科技快速发展变化的使用条件。从世界各国的发展方向来看，车子 的性能也在高速发展，科技的慢慢进步发动机的功率和转速不断提高，载货汽车 趋于大型化，中型载货汽车也在快速发展。国内也在向这个方向进步。此外，离 合器的使用条件也在不断提高对质量效率各方面要求都增高。因此，提高离合器 的传扭能力、提高其使用寿命、简化操作已成为离合器目前发展的趋势。 对于大型载货汽车的离合器，由于车辆外形质量都大型化，发动机功率也随 着质量增大不断加大，但离合器加大尺寸空间也有限不可以无限制的加大这样会 使离合器失去它的作用，考虑到离合器的使用条件，增加了离合器扭转能力，提 高其使用寿命，简化操作，已成为中型离合器发展的趋势。为了提高离合器的扭 转能力，在中型汽车上可采用双片干式离合器。从理论上讲，在相同的径向尺寸 下，双片离合器的扭转能力和使用寿命是单片的 1 倍。但受到许多外界因素的影 响，实际效果也不可能和理论值完全一样，因为误差导致磨损消耗等等，所以实 际效果不会达到理论值。 近年来湿式离合器在技术上不断的改进，在国外某些中型牵引汽车和自卸汽 车上又开始采用多片湿式离合器。与干式离合器相比，由于油泵进行强制冷却的 结果，摩擦表面温度较低，因此起步时长时间打滑也不致烧损摩擦片。据实际考 察了解到，这种离合器有着良好的起步能力可以使汽车在起步时非常流畅对车子 使用有着良好的，其使用寿命可达干式的 56 倍。 1.2.2 汽车离合器的发展 在刚开始有汽车的的时候离合器也就理所应当的出现在我们的视野里。最早 期研发的离合器结构中，锥形离合器相对比较成熟也是当时离合器中最成功的。 它最早出现是在德国戴母勒公司的钢制车轮的小汽车上。它是将发动机飞轮的内 孔做成锥体作为离合器的主动部件。锥形离合器的方案非常成熟一直延续到 20 世纪 20 年代中叶，对当时来说锥形离合器的使用相对比较成熟，而且锥形离合 器修复比较简单，摩擦面也容易修复。它的材料曾用过驼毛带、皮革带等材料也 很好找。 现在使用的盘式离合器的先驱是多片盘式离合器，它是经过很多年的改进和 变化直到 1925 年以后才慢慢出现在人们的视野中的，离合器的改变也预示着汽 车时代正在革新离合器的新时代来了多片离合器最主要的优点是在汽车起步时离 合器的结合比较平稳顺畅，毫无冲击感。在最早期的离合器设计中，多片离合器 的多片是按成对成对的布置来设计，一个钢质材料的盘片对着一个青铜材质的盘 片。离合器采用的金属一般都会使用纯粹的金属对金属的摩擦副，把它们置于油 中工作，能达到更为满意的性能是摩擦力减小对车的寿命也很好。 在油中的盘式离合器，摩擦片的直径不能太大，以避免摩擦片在高速旋转时 把油给甩出来这样会非常消耗油使油甩出。此外，油在遇到灰也容易把金属盘片 粘住，不容易分离，使离合器不能正常运转导致离合器停止工作。但在当时科技 发展的比较慢等等一些外在因素的的条件下毕竟当时这种离合器优点大于缺点所 以还是在坚持使用这种离合器。因为在当时，许多比较先进的离合器还在探索创 新阶段，性能很不稳定，也有许多不定因素所以还不可以正式投入到大范围的使 用。 经过科学的不断发展慢慢的发现石棉基材料对离合器有着很好的作用，便引 入和改进，使得盘式离合器可以传递更大的转矩，能承受更高的温度。此外，由 于采用石棉基摩擦后可用较小的摩擦面积，因而可以减少摩擦片数，这是由多片 离合器向单片离合器转变的关键。20 世纪 20 年代末，直到 30 年代时，只有工程 车辆、赛车和大功率的轿车上才使用多片离合器。 离合器执行系统的使用必须经过环境非常恶劣，长时间的经受高温，而且又 暴露在压力油和润滑剂中才能测试出离合器执行系统能不能适用于所有车。以往 主动缸和从动缸组件都觉得都必须使用金属因为金属的质量相对比较好，但事实 并非如此对离合器来说塑料制品可能更适合。近年来，美国一汽车产品公司向各 大洲的车商提供用塑料制的离合器执行系统，该商品的商标为 CSC，是用 LFRT， 即用 50%的长纤维增强的黑色尼龙，这种材料的硬度大、重量轻、比模量超过铝 合金它更适合这种离合器执行系统。它的结构里的纤维分布均匀，是随机分布的， 尺寸稳定性相对比较好、收缩率低、大约为 0.2%。由于纤维要完全浸润在尼龙树 脂中，而且端头较少，完全能保证有出色的光亮表面。50%的长纤维，使热膨胀 系统几乎与金属相同，该公司认为，如果再经过研究非常仔细的将注塑件的尼龙 成份烧掉，留下的骨架部分（纤维）几乎仍保留塑制品的形状。从这些我们可以 知道产品中的纤维的分布是各向同性，所以收缩一致，抑制了翘曲。CSC 的表面 光洁度较铸铝件好，有助于延长从动缸的密封寿命。该产品的型号是 PA66.GF50- 02，完全符合所有的长期爆炸测试要求，室温下的抗拉强度几乎达到 50000lb/ft2，疲劳强度高，抗蠕变能力强，在 149下，抗拉强度仍有 20000lb/ft2，50%长玻纤增强的 PA，密度为 1.5g/cm3，所以也减轻了重量。通过 注塑成型生产结构复杂的零件与铸铝相比，大大节约了成本。零件的性能也比铸 铝的相对比较好。 经过多年的使用和实践经验和技术上的改进以及新型材料慢慢崭露头角，人 们也随着了科技的进步逐渐趋向于首选单片干式摩擦离合器因为它具有从动部分 转动惯量小、散热性好、机构简单、调整方便、尺寸紧凑、分离彻底等优点，而 且由于在结构上采取一定措施，已经可以保证平稳顺畅，因此也在生活中广泛用 于大、中、小各类车型中。 1.3 本文研究的主要内容 本设计的主要内容： （1）离合器类型的选择； （2）各部分零件参数的选择； （3）各部分零件的参数计算以及各部件的设计； （4）离合器的总体布置； （5）各部分零件图纸的绘制。 主要设计步骤如下： （1）确定要设计的膜片弹簧离合器的基本结构，包括主动部分、从动部分、 压紧机构、操纵机构； （2）根据设计的形式确定主要机构的基本数据； （3）根据具体结构和设计情况提出改进意见和措施，找出设计的不足和所受 的条件限制，提出解决方案； （4）根据计算结果绘制图纸并撰写论文。 2.1 离合器机构类型的分析 汽车离合器有摩擦式、液力式和电磁式三种类型，但在如今的社会就三种类 型的离合器来说通过比较和长期实验证明摩擦式离合器用得最为广泛而被人们接 受。 摩擦离合器的类型也有很多种，主要有周置式离合器、中央弹簧离合器、斜 置弹簧离合器、膜片弹簧离合器。周置式离合器主要适用在商用载重汽车上，螺 旋弹簧沿着压盘的圆周作同心圆布置：中央弹簧离合器，采用 12 个圆柱螺旋弹 簧或用一个矩形断面的锥形螺旋弹簧做压簧并布置在离合器正中间的结构形式， 称为中央离合器。中央离合器的压簧不和压盘直接接触，因此压盘由于摩擦生成 的热量不会直接传递给弹簧使其回火失效。中央弹簧的压紧力通过杠杆系统作用 于压盘，并按杠杆比放大，因此可用较小的弹簧力得到足够大的压盘压紧力。膜 片弹簧离合器是用膜片弹簧代替了压紧弹簧及分离杆机构而作成的离合器，因为 它布置在中央，所以也可算中央弹簧离合器：双片离合器，单片离合器由于受到 压紧弹簧结构布置和设计的限制，其转矩容量也受到限制。其次还有斜置拉式螺 旋弹簧离合器、金属陶瓷离合器、湿式离合器。 膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比，具有一系列优点：膜片弹簧具 有较理想的非线性弹性特性，弹簧压力在摩擦片的允许磨损范围内基本保持不变， 因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；相对圆柱螺旋弹簧，其压力大大 下降，离合器分离时，弹簧压力有所下降，从而降低了踏板力。对于圆柱螺旋弹 簧，其压力则大大增加。膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、 紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小。高速旋转时，弹簧压紧力降低很少， 性能较稳定；而圆柱螺旋弹簧压紧力则明显下降。膜片弹簧以整个圆周与压盘 接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀。易于实现良好的通风散 热，使用寿命长。膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。 按其分离轴承运动的方向可分为推式和拉式两种。拉式膜片弹簧离合器较推 式在性能上有更多的优点，但由于受到分离轴承机构设计、拆装复杂等因素的困 扰，因此在本设计选用推式的结构形式。 2.2 膜片弹簧离合器的结构和工作原理 1、离合器的结构：发动机的飞轮是离合器的主动部件（如图 2.1 所示） ，带 有摩擦片的从动盘和从动盘毂借滑动花键与变速器第一轴（离合器从动轴）相连。 压紧弹簧将从动盘压紧在飞轮端面。发动机转矩即靠飞轮与主动盘面之间的摩擦 作用而传到从动盘上，在由此经过变速器的第一轴和传动系统的中一系列部件传 给驱动轮。压紧弹簧的压紧力越大，则离合器所能传递的转矩也越大。 2、从动盘：主要由从动片、摩擦片、从动盘毂等三个基本部件组成。为了使 单盘离合器结合柔和，起步平稳，从动盘一般具有轴向弹性。具有轴向弹性的从 动盘结构大致有整体式、分开式和组合式几种。 3、扭转减振器：发动机传到汽车传动系统中的转矩是周期地不断变化着的， 这就使的传动系统中产生扭转振动。如果其振动的频率与传动系统的固有频率相 一致，就会发生共振，这对传动系统零件寿命有很大影响。此外在不分离离合器 的情况下进行紧急制动或猛烈接合时，瞬间将造成对传动系统极大的冲击载荷， 从而缩短零件的使用寿命。为了避免共振，缓和传动系统所受的冲击载荷，提高 零件的寿命，通常在各种轿车，货车的传动系中都装有扭转减振器。 4、操纵机构：离合器的操纵机构是驾驶员借以使离合器，或使之柔和结合的 一套机构。它起始于离合器踏板，终止于离合器壳（飞轮壳）内的分离轴承。按 照分离离合器的操纵能源不同，离合器操纵机构可分为人力式和气压式两类。前 者是以驾驶员的肌体作为惟一的操纵动力，后者是以发动机驱动的空气压缩机作 为主要操纵动力，而以人力作为辅助和后备的操纵动力。 5、离合器盖总成：压盘、分离杆、压紧弹簧一起组装在离合器盖内，组 成离合器盖总成。盖总成通过螺栓安装到发动机的飞轮上。飞轮和压盘为主 动件，发动机的转矩通过这两个主动件输入。飞轮和压盘之间为从动盘总成， 它作为从动件通过摩擦接受由主动件传来的输入转矩，并通过其中间的从动 盘毂花键输出转矩。压紧弹簧通过压盘那从动盘总成紧紧压在飞轮上，形成 工作压力。当发动机工作带动飞轮和压盘一道旋转时，通过压盘上压紧弹簧 产