上海通用君威2.8LV6离合器设计Word格式文档下载.docx
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7.4膜片弹簧的参数尺寸确定 25
7.4.1H/h比值的选取 26
7.4.2R及R/r确定 26
7.4.3膜片弹簧起始圆锥底角a 26
7.4.4膜片弹簧小端半径rf及分离轴承的作用半径rp 26
7.4.5膜片弹簧的载荷与变形关系 27
7.4.6膜片弹簧的应力计算 28
7.4.7分离指数目n、切槽宽d1、窗孔槽宽d2、及半径re 31
8扭转减震器设计 32
9离合器壳设计 32
结论 32
参考文献 33
致谢 34
31
摘 要
离合器是汽车传动系中的重要部件,主要功用是是切断和实现发动机对传动系的动力传递,保证汽车平稳起步,保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动系统所承受的最大转矩,防止传动系统过载。
膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型汽车上广泛采用的一种离合器,它的转矩容量大而且较稳定,操作轻便,平衡性好,也能大量生产,对于它的研究已经变得越来越重要。
此设计说明书详细的说明了轻型汽车膜片弹簧离合器的结构形式,参数选择以及计算过程。
本文基于上海通用君威2.8LV6的设计要求和设计参数,确定了以推式膜片弹簧离合器作为设计目标。
根据推式膜片弹簧离合器工作原理和使用要求,采用系统化设计方法,把离合器分为主动部分、从动部分、操纵机构。
通过对各个部分设计方案的原理阐释和优缺点的比较,确定了相关部分的基本结构及其零部件的制造材料。
根据车辆使用条件和车辆参数,按照离合器系统的设计步骤和要求,主要进行了以下工作:
选择相关设计参数主要为:
摩擦片外径D的确定,离合器后备系数
β的确定,单位压力P的确定。
并进行了总成设计主要为:
分离装置的设计,以及从动盘设计(从动盘毂的设计)和膜片弹簧设计等。
关键字:
离合器;
膜片弹簧;
从动盘;
压盘;
摩擦片
1绪论
1.1离合器概述
按动力传递顺序来说,离合器应是传动系中的第一个总成。
顾名思义,离合器是“离”与“合”矛盾的统一体。
离合器的工作,就是受驾驶员操纵,或者分离,或者接合,以完成其本身的任务。
离合器是设置在发动机与变速器之间的动力传递机构,其功用是能够在必要时中断动力的传递,保证汽车平稳地起步;
保证传动系换档时工作平稳;
限制传动系所能承受的最大扭矩,防止传动系过载。
为使离合器起到以上几个作用,目前汽车上广泛采用弹簧压紧的摩擦式离合器,摩擦离合器所能传递的最大扭矩取决于摩擦面间的工作压紧力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面状况等。
即主要取决于离合器基本参数和主要尺寸。
膜片弹簧离合器在技术上比较先进,经济性合理,同时其性能良好,使用可靠性高寿命长,结构简单、紧凑,操作轻便,在保证可靠地传递发动机最大扭矩的前提下,有以下优点[2]:
(1)结合时平顺、柔和,使汽车起步时不震动、冲击;
(2)离合器分离彻底;
(3)从动部分惯量小,以减轻换档时齿轮副的冲击;
(4)散热性能好;
(5)高速回转时只有可靠强度;
(6)避免汽车传动系共振,具有吸收震动、冲击和减小噪声能力;
(7)操纵轻便;
(8)工作性能(最大摩擦力矩Temax和后备系数b保持稳定);
(9)使用寿命长。
1.2离合器的功用
离合器可使发动机与传动系逐渐接合,保证汽车平稳起步。
如前所述,现代车用活塞式发动机不能带负荷启动,它必须先在空负荷下启动,然后再逐渐加载。
发动机启动后,得以稳定运转的最低转速约为300~500r/min,而汽车则只能由静止开始起步,一个运转着的发动机,要带一个静止的传动系,是不能突然刚性接合的。
因为如果是突然的刚性连接,就必然造成不是汽车猛烈攒动,就是发动机熄火。
所以离合器可使发动机与传动系逐渐地柔和地接合在一起,使发动机加给传动系的扭矩逐渐变大,至足以克服行驶阻力时,汽车便由静止开始缓慢地平稳起步了。
虽然利用变速器的空档,也可以实现发动机与传动系的分离。
但变速器在空档位置时,变速器内的主动齿轮和发动机还是连接的,要转动发动机,就必须和变速器内的主动齿轮一起拖转,而变速器内的齿轮浸在黏度较大的齿轮油中,拖转它的
阻力是很大的。
尤其在寒冷季节,如没有离合器来分离发动机和传动系,发动机起动是很困难的。
所以离合器的第二个功用,就是暂时分开发动机和传动系的联系,以便于发动机起动。
汽车行驶中变速器要经常变换档位,即变速器内的齿轮副要经常脱开啮合和进入啮合。
如在脱档时,由于原来啮合的齿面压力的存在,可能使脱档困难,但如用离合器暂时分离传动系,即能便利脱档。
同时在挂档时,依靠驾驶员掌握,使待啮合的齿轮副圆周速度达到同步是较为困难的,待啮合齿轮副圆周速度的差异将会造成挂档冲击甚至挂不上档,此时又需要离合器暂时分开传动系,以便使与离合器主动齿轮联结的质量减小,这样即可以减少挂挡冲击以便利换档。
离合器所能传递的最大扭矩是有一定限制的,在汽车紧急制动时,传动系受到很大的惯性负荷,此时由于离合器自动打滑,可避免传动系零件超载损坏,起保护作用。
1.3离合器的工作原理
如图1.1所示,摩擦离合器一般是有主动部分、从动部分组成、压紧机构和操纵机构四部分组成。
离合器在接合状态时,发动机扭矩自曲轴传出,通过飞轮2和压盘借摩擦作用传给从动盘3,在通过从动轴传给变速器。
当驾驶员踩下踏板时,通过拉杆,分离叉、分离套筒和分离轴承8,将分离杠杆的内端推向右方,由于分离杠杆的中间是以离合器盖5上的支柱为支点,而外端与压盘连接,所以能克服压紧弹簧的力量拉动压盘向左,这样,从动盘3两面的压力消失,因而摩擦力消失,发动机的扭矩就不再传入变速器,离合器处于分离状态。
当放开踏板,回位弹簧克服各拉杆接头和支承中的摩擦力,使踏板返回原位。
此时压紧弹簧就推动压盘向右,仍将从动盘3压紧在飞轮上2,这样发动机的扭矩又传入变速器。
图1.1 离合器总成
1-摩擦片2-从动盘3-压盘4-铆钉5-减震弹簧
6-支承环7-离合器盖8-膜片弹簧9-分离轴承
1.4膜片弹簧离合器概述
膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型载货汽车上广泛采用的一种离合器。
因其作为压簧,可以同时兼起分离杠杆的作用,使离合器的结构大为简化,质量减少,并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。
其次,由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触,使压力分布均匀。
另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性,故能在从动盘摩擦片磨损后,弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩,而不致产生滑离。
离合器分离时,使离合器踏板操纵轻便,减轻驾驶员的劳动强度。
此外,因膜片是一种对称零件,平衡性好,在高速下,其压紧力降低很少,而周布置弹离合器在高速时,因受离心力作用会产生横向挠曲,弹簧严重鼓出,从而降低了对压盘的压紧力,从而引起离合器传递转矩能力下降。
那么可以看出,对于轻型车膜片弹簧离合器的设计研究对于改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义。
作为压紧弹簧的所谓膜片弹簧,是由弹簧钢冲压成的,具有“无底碟子”形状的截锥形薄壁膜片,且自其小端在锥面上开有许多径向切槽,以形成弹性杠杆,而
其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。
膜片弹簧的两侧有支承圈,而后者借助于固定在离合器盖上的一些(为径向切槽数目的一半)铆钉来安装定位。
当离合器盖用螺栓固定到飞轮上时,由于离合器盖靠向飞轮,后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形,锥顶角变大,甚至膜片弹簧几乎变平。
同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。
当离合器分离时,分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变,使膜片弹簧大端后移,并通过分离钩拉动压盘后移使离合器分离。
膜片弹簧离合器具有很多优点:
首先,由于膜片弹簧具有非线性特性,因此设计摩擦片磨损后,弹簧压力几乎不变,且可以减轻分离离合器时的踏板力,使操纵轻便;
其次,膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对称的,因此其压紧力实际上不受离心力的影响,性能稳定,平衡性也好;
再者,膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用,使离合器结构大为简化,零件数目减少,质量减小并显著缩短了轴向尺寸;
另外,由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触,使压力分布均匀,摩擦片的接触良好,摩擦均匀,也易于实现良好的通风散热等。
由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点,并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平在不断提高,因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用,而且正大力扩展到载货汽车和重型汽车上,国外已经设计出了传递转矩为80~~2000N.m、最大摩擦片外径达420的膜片弹簧离合器系列,广泛用于轿车、客车、轻型和中型货车上。
甚至某些总质量达28~32t的重型汽车也有采用膜片弹簧离合器的,但膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高。
膜片弹簧离合器的操纵曾经都采用压式机构,即离合器分离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分离指处是承受压力。
当前膜片弹簧离合器的操纵机构已经为拉式操纵机构所取代。
后者的膜片弹簧为反装,并将支承圈移到膜片弹簧的大端附近,使结构简化,零件减少、装拆方便;
膜片弹簧的应力分布也得到改善,最大应力下降;
支承圈磨损后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响。
而在压式结构中支承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自由行程。
1.5推式膜片弹簧离合器的优点
推式膜片弹簧结构紧凑、简化,耐久性良好,应用日益广泛。
属于传统膜片弹簧离合器
2离合器结构方案选取
2.1离合器车型的选定
本设计针对的车型是上海通用君威2.8LV6
其基本参数如下:
车 型:
上海通用君威2.8LV6
整车质量:
1540(kg)
主要尺寸:
3588×
1563×
1533长/宽/高(mm)最大扭矩:
260(N.m)
最大扭矩转速:
3200r/min
2.2离合器设计的基本要求
为了保证离合器具有良好的工作性能,设计离合器应满足以下要求:
1)在任何行驶条件下,都能可靠地传递发动机的最大转矩,并有适当的转矩储备,又能防止传动系过载。
2)接合时要完全、平顺、柔和,保证汽车起步时没有抖动和冲击。
3)分离要迅速、彻底。
4)从动部分转动惯量要小,以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击,便于换挡和减小同步器的磨损。
5)具有足够的吸热能力和良好的通风散热效果,以保证工作温度不致过高,延长其使用寿命。
6)应能避免和衰减传动系的扭转振动,并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力。
7)操纵轻便、准确,以减轻驾驶员的疲劳。
8)作用在从动盘上的总压力和摩擦离合器和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小,以保证有稳定的工作性能。
9)具有足够的强度和良好的动平衡,以保证其工作可靠、使用寿命长。
10)结构应简单、紧凑,质量小,制造工艺性好,拆装、维修、调整方便。
2.3离合器结构设计
2.3.1摩擦片的选择
单片离合器因为结构简单,尺寸紧凑,散热良好,维修调整方便,从动部分转动惯量小,在使用时能保证分离彻底接合平顺,所以被广泛使用于轿车和中、小型货车,因此该设计选择单片离合器。
2.3.2压紧弹簧布置形式的选择
离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。
其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。
膜片弹簧与其他几类相比又有以下几个优点[9]:
(1)由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变,从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。
当离合器分离时,弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高,而是降低,从而降低踏板力;
(2)膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用,使结构简单紧凑,轴向尺寸
小,零件数目少,质量小;
(3)高速旋转时,压紧力降低很少,性能较稳定;
而圆柱弹簧压紧力明显下降;
(4)由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触,故其压力分布均匀,摩擦片磨损均匀,可提高使用寿命;
(5)易于实现良好的通风散热,使用寿命长;
(6)平衡性好;
(7)有利于大批量生产,降低制造成本。
但膜片弹簧的制造工艺较复杂,对材料质量和尺寸精度要求高,其非线性特性在生产中不易控制,开口处容易产生裂纹,端部容易磨损。
近年来,由于材料性能的提高,制造工艺和设计方法的逐步完善,膜片弹簧的制造已日趋成熟。
因此,我选用膜片弹簧式离合器。
2.3.3压盘的驱动方式
在膜片弹簧离合器中,扭矩从离合器盖传递到压盘的方法有三种[9]:
(1)凸台—窗孔式:
它是将压盘的背面凸起部分嵌入在离合器盖上的窗孔内,通过二者的配合,将扭矩从离合器盖传到压盘上,此方式结构简单,应用较多;
缺点:
压盘上凸台在传动过程中存在滑动摩擦,因而接触部分容易产生分离不彻底。
(2)径向传动驱动式:
这种方式使用弹簧刚制的径向片将离合器盖和压盘连接在一起,此传动的方式较上一种在结构上稍显复杂一些,但它没有相对滑动部分,因而不存在磨损,同时踏板力也需要的小一些,操纵方便;
另外,工作时压盘和离合器盖径向相对位置不发生变化,因此离合器盖等旋转物件不会失去平衡而产生异常振动和噪声。
(3)径向传动片驱动方式:
它用弹簧钢制的传动片将压盘与离合器盖连接在一起,除传动片的布置方向是沿压盘的弦向布置外,其他的结构特征都与径向传动驱动方式相同。
经比较,我选择径向传动驱动方式。
2.3.4分离杠杆、分离轴承
分离杠杆的作用由膜片弹簧承担,其作用是通过分离轴承克服离合器弹簧的推力并推动压盘移动,从而使压盘与从动盘和从动盘与飞轮相互分离,截断动力的传递,分离杠杆要具有足够的强度和刚度,以承受反复作用在其上面的弯曲应力,分离轴承的作用是通过分离叉的作用使分离轴承沿变速器前端盖导向套作轴向移动,推动旋转中的膜片弹簧中部分离前端,使离合器起到分离作用。
分离本次设计选用的是油封轴承,它可以将润滑脂密封在轴承壳内,使用中不需要增加润滑,相比供油式轴承则需增加。
2.3.5离合器的散热通风
试验表明,摩擦片的磨损是随压盘温度的升高而增大的,当压盘工作表面超过180~200°
C时摩擦片磨损剧烈增加,正常使用条件的离合器盘,工作表面的瞬时温度一般在180°
C以下。
在特别频繁的使用下,压盘表面的瞬时温度有可能达到
1000oC。
过高的温度能使压盘受压变形产生裂纹和碎裂。
为使摩擦表面温度不致
过高,除要求压盘有足够大的质量以保证足够的热容量外,还要求散热通风好。
改善离合器散热通风结构的措施有:
在压盘上设散热筋,或鼓风筋;
在离合器中间压盘内铸通风槽;
将离合器盖和压杆制成特殊的叶轮形状,用以鼓风;
在离合器外壳内装导流罩。
膜片弹簧式离合器本身构造能良好实现通风散热效果,故不需作另外设置。
3离合器基本结构参数的确定
3.1摩擦片主要参数的选择
摩擦片外径是离合器的主要参数,它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。
当离合器结构形式及摩擦片材料已选定,发动机最大转矩Temax已知,适当选
取后备系数β和单位压力P0,可估算出摩擦片外径。
摩擦片外径D(mm)也可以根据发动机最大转矩Temax(N.m)按如下经验公式选用
Temax
D=KD
式中,KD为直径系数,取值范围见表3-1。
(3.1)
由选车型得Temax=260N·
m,KD=14.6,则将各参数值代入式后计算得D=235.42mm
表3-1直径系数KD的取值范围
车 型
直径系数KD
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14.0t的商用车
22.5~24.0
根据离合器摩擦片的标准化,系列化原则,根据下表3-2
表3-2离合器摩擦片尺寸系列和参数(即GB1457—74)
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h/
3.2
3.5
4
C¢
=d/D
0.687
0.694
0.700
0.667
0.589
0.583
0.585
0.557
0.540
1-C¢
3
0.676
0.657
0.703
0.762
0.796
0.802
0.800
0.827
单位面积F/
cm3
106
132
221
302
402
466
546
678
可取:
摩擦片相关标准尺寸:
外径D=250mm 内径d=155mm 厚度h=3.5mm
内径与外径比值C′=0.589 1-C¢
3=0.762
3.2离合器后备系数β的确定
后备系数β是离合器的重要参数,反映离合器传递发动机最大扭矩的可靠程度,选择β时,应从以下几个方面考虑:
a.摩擦片在使用中有一定磨损后,离合器还能确保传递发动机最大扭矩;
b.防止离合器本身滑磨程度过大;
c.要求能够防止传动系过载。
通常轿车和轻型货车β=1.2~1.75。
本设计的是1.3吨微型轿车离合器,参看有关统计质料“离合器后备系数的取值范围”(见下表3-3),并根据最大总质量不超过6吨的载货汽车b=1.20—
1.75,结合设计实际情况,故选择β=1.5。
则有β可有表3.1查得 β=1.5。
表3-3 离合器后备系数的取值范围
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
3.3单位压力P的确定
摩擦面上的单位压力P的值和离合器本身的工作条件,摩擦片的直径大小,后备系数,摩擦片材料及质量等有关.
离合器使用频繁,工作条件比较恶劣(如城市用的公共汽车和矿用载重车),单位压力P较小为好。
当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力
P。
因为在其它条件不变的情况下,由于摩擦片外径的增加,摩擦片外缘的线速度大,滑磨时发热厉害,再加上因整个零件较大,零件的温度梯度也大,零件受热不均匀,为了避免这些不利因素,单位压力P应随摩擦片外径的增加而降低。
前面已经初步确定了摩擦片的基本尺寸;
外径D=250㎜ 内径d=155㎜ 厚度h=3.5㎜内径与外径比值C′=0.589 1-C¢
由公式D³
πfZP(1-c³
)=12βTemax得
P=0.09mpa
表3-4 摩擦片单位压力的取值范围
摩擦片材料
单位压力p0/MPa
石棉基材料
模压
0.15~0.25
编织
0.25~0.35
粉末冶金材料
0.35~0.50
金属陶瓷材料
0.70~1.50
3.4摩擦片基本参数的优化
(1)为反映离合器传递的转矩并保护过载的能力,单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值,即
Tc0
=pZ
4Tc
(D2-d2
)=0.61>
[Tc0]
(3.2)式中,Tc0为单位摩擦面积传递的转矩(N.m/mm2),可按表3.7选取
经检查,不合格。
当取D=325mm,d=190mm时。
)=0.34£
经检验,数据合格。
表3-5 单位摩擦面积传递转矩的许用值
离合器规格
£
210
>
210~250
250~325
325
[T]/´
10-2
c0
0.28
0.30
0.35
0.40
(2)摩擦片外径D(mm)的选取应使最大圆周速度v0不超过65~70m/s,即
v =pn
D 60
emax
D´
10-3=p´
325´
10-3=54m/s£
65~70m/s (3.3)
60
式中,v0为摩擦片最大圆周速度(m/s);
nemax为发动机最高转速(r/min)。
(3)摩擦片的内、外径比C'
应在0.53~0.70范围内,即
0.58£
C'
=0.67£
0.7
(4)为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩,并防止传动系过载,不同车型的β值应在一定范围内,最大范围为1.2~4.0。
(5)为降低离合器滑磨时的热负荷,防止摩擦片损伤,对于不同车型,单位压力p0的最大范围为0.11~1.50MPa,即
0.10MPa£
p0=0.23MPa£
1.50MPa
综上所述摩擦片参数选择应为:
外径D=325mm 内径d=190mm 厚度h=3.5mm
内径与外径比值C′=0.557 1-C¢
3=0.8
4离合器从动盘设计
4.1从动盘结构介绍
在现代汽车上一般都采用带有扭转减振的从动盘,用以避免汽车传动系统的共振,缓和冲击,减少噪声,提高传动系统零件的寿命,改善汽车行使的舒适性,并使汽车平稳起步。
从动盘主要由从动片,从动盘毂,,摩擦片等组成,由下图4.1可以看出,摩擦片1,13分别用铆钉14,15铆在波形弹簧片上,而后者又和从动片铆在一起。
从动片5用限位销7和减振12铆在一起。
这样,摩擦
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- 上海 通用 君威 2.8 LV6 离合器 设计