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車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
KD1100中型載貨汽車設(shè)計(jì)
—離合器及傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)
摘 要
本次設(shè)計(jì)了離合器和傳動(dòng)軸。在汽車傳動(dòng)系的這些部件中，離合器和傳動(dòng)軸是其中兩個(gè)重要的部件。在傳動(dòng)系統(tǒng)中，離合器位于發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間，其作用是使駕駛員可以把發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器接合或分離。離合器是一種摩擦式分離裝置，與駕駛室中離合器踏板相連接。駕駛員通過操縱離合器既可以使發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器暫時(shí)分離，也可以在汽車起步時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器平穩(wěn)接合。本次設(shè)計(jì)為膜片彈簧離合器。
本設(shè)計(jì)通過對(duì)傳動(dòng)軸的傳動(dòng)類型分析，結(jié)合所設(shè)計(jì)中型載貨汽車的特點(diǎn)以及市場趨勢等因素，對(duì)傳動(dòng)方式和傳動(dòng)軸進(jìn)行了選型；通過對(duì)傳動(dòng)軸的類型與結(jié)構(gòu)分析，選擇傳動(dòng)軸的十字軸滾針軸承的密封形式為蓋板式密封，并在其密封部位采用橡膠骨架油封和氈圈油封相結(jié)合的密封形式，以適應(yīng)農(nóng)村地區(qū)的惡略路況；通過對(duì)萬向節(jié)的十字軸 、滾針軸承 、萬向節(jié)差的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了所設(shè)計(jì)車輛使用的這些部件的具體尺寸；通過對(duì)傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速和計(jì)算載荷的確定，用待定系數(shù)法確定了傳動(dòng)軸的花鍵軸和軸管的尺寸，并校核了其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和臨界轉(zhuǎn)速，確定了合適的安全系數(shù)。鑒于矩形花鍵的一系列優(yōu)點(diǎn)和國內(nèi)的生產(chǎn)加工水平，傳動(dòng)軸花鍵采用了矩形花鍵。傳動(dòng)軸的實(shí)驗(yàn)室傳動(dòng)軸的生產(chǎn)加工中的一項(xiàng)至關(guān)重要的程序，本文在該書中對(duì)傳動(dòng)軸的試驗(yàn)進(jìn)行了簡要介紹，并且在設(shè)計(jì)過程中對(duì)涉及到實(shí)驗(yàn)的部分有針對(duì)性查閱了同類型的產(chǎn)品的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果予以修正。綜合各部分的設(shè)計(jì)及校核結(jié)果，所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸能滿足所設(shè)計(jì)的中型載貨汽車的傳動(dòng)要求。
關(guān)鍵詞：離合器, 摩擦式, 膜片彈簧, 傳動(dòng)軸, 十字軸
KD1100MEDIUM-LADEN CAR
—CLUTCH AND PROPELLER SHAFT DESIGN
ABSTRACT
In this thesis ,clutch and propeller shaft is designed .The clutch and the transmission are two important units of all .The clutch is located in the power train between the engine and the transmission .Its purpose is to permit the driver to coupe or uncouple the engine and transmission .The clutch is a friction-type device .It is linked to a clutch pedal in the driver’s compartment .The clutch allows the driver to couple the engine or uncouple the engine from transmission while he is shifting gears or starting the automobile moving rest .In the design ,we use the type of coil-pressure-spring .
The thesis introduced power transmission shaft used on farming transporters. According to the features of the farming transporter and the characters of the road in rural areas ,we chose the simply made open style power transmission shaft .For farming transporters , its cost and convenience for reparation and adaptability rather than its comfort ability and science ratio are concerned .So during the design we did not pay too much attention to the popular which is often advanced technology of the filed .On the contrary ,we just made some necessary improvement to the using form .For example ,we use involutes serration instead of rectangle serration ,so the durability of the spine will be much upgraded while its cost still low because nowadays its not more difficult to machine involutes serration than rectangle serration .To up the durability of the shaft ,we paid much attention to the seal form of the unit .We used rubber bone seal together with felt washer .
KEY WORDS：clutch, friction-type, Diaphragm spring, power transmission shaft, cross axle
目 錄
第一章 前 言…………………………………………………………………1
第二章 離合器概述…………………………………………………………2
§1.1 離合器的主動(dòng)部分……………………………………………………2
§1.2 離合器的工作原理……………………………………………3
第三章 離合器設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………6
§3.1離合器設(shè)計(jì)要求……………………………………………6
§3.2離合器參數(shù)的選擇…………………………………………6
§3.3從動(dòng)盤總成………………………………………………10
§3.4壓盤和離合器蓋計(jì)算…………………………………………12
§3.5 膜片彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………15
§3.6 扭轉(zhuǎn)減震器計(jì)算………………………………………………17
§3.7 離合器操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………18
§3.8 離合器試驗(yàn)……………………………………………………18
§3.9 國外離合器發(fā)展………………………………………………18
第四章 傳動(dòng)軸計(jì)算……………………………………………………………21
§4.1 萬向傳動(dòng)的計(jì)算載荷…………………………………………………21
§4.2 十字軸設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………22
§4.3 十字軸滾針軸承的計(jì)算………………………………………………23
§4.4 萬向節(jié)叉的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………24
§4.5 傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算…………………………………………………27
§4.6 軸管強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………29
§4.7 傳動(dòng)軸花鍵軸的計(jì)算…………………………………………………29
第五章 結(jié) 論…………………………………………………………………31
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………32
致 謝………………………………………………………………………33
外文翻譯…………………………………………………………………34
常用符號(hào)表
第二章 離合器設(shè)計(jì)計(jì)算
物理量
代號(hào)
單位
物理量
代號(hào)
單位
摩擦片外徑
D
mm
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速
n
r/min
摩擦片最大圓周速度
V
m/s
離合器后備系數(shù)
單位壓力
靜摩擦力矩
N.m
摩擦面間的靜摩擦因數(shù)
f
壓盤施加在摩擦面上的工作壓力
F
N
摩擦面數(shù)
Z
摩擦片的平均摩擦半徑
mm
單位摩擦面積滑磨功
w
汽車總質(zhì)量
Kg
輪胎滾動(dòng)半徑
m
主減速器傳動(dòng)比
軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
軸的抗扭截面系數(shù)
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩
N.m
第三章 傳動(dòng)軸計(jì)算
物理量
代號(hào)
單位
物理量
代號(hào)
單位
傳動(dòng)軸計(jì)算載荷
變速器一擋傳動(dòng)比
計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)
n
萬向傳動(dòng)的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
N.m
萬向傳動(dòng)的最大夾角
十字軸軸頸根部彎曲應(yīng)力
滾針工作長度
mm
材料的彈性模量
E
臨界轉(zhuǎn)速
r/mi
安全系數(shù)
K
動(dòng)載系數(shù)
傳動(dòng)花鍵軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
齒側(cè)擠壓應(yīng)力
變速器一擋傳動(dòng)比
車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
第一章 前 言
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,離合器也在原有的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)和提高,以適應(yīng)新的使用條件。從國外的發(fā)展動(dòng)向來看,汽車的性能在向高速發(fā)展,發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速不斷提高,載重汽車趨于大型化,國內(nèi)情況也類似于此。另外,離合器的使用條件也日酷一日。因此,增加離合器的傳扭能力,提高其使用壽命,簡化操作已成為離合器目前發(fā)展的趨勢。
離合器的結(jié)構(gòu)形式雖然可以各不相同,但在使用中對(duì)它們的基本要求卻是一致的。對(duì)汽車離合器的基本要求有以下幾點(diǎn): ①能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩; ②接合時(shí)要平順、柔和,使汽車起步時(shí)沒有抖動(dòng)和沖擊; ③分離時(shí)要迅速徹底; ④離合器從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小,以減輕汽車起步和換檔時(shí)變速器齒輪輪齒間的沖擊,方便換檔; ⑤離合器的通風(fēng)散熱應(yīng)良好; ⑥高速回轉(zhuǎn)時(shí)要具有可靠的強(qiáng)度,應(yīng)注意平衡問題和離心力的影響; ⑦應(yīng)使汽車傳動(dòng)系避免共振,并具有吸收振動(dòng),緩和沖擊和減少噪音的能力; ⑧操縱輕便; ⑨離合器的工作性能應(yīng)保持穩(wěn)定,這就要求作用在摩擦片上的總壓力要不因摩擦表面的磨損而變化,或者變化較小; ⑩要求使用壽命長。此外,離合器也要盡量做到結(jié)構(gòu)簡單,緊湊,制造工藝性好,維修方便,重量輕等等。
基于上述要求,離合器的壓緊彈簧從普遍采用的圓柱螺旋彈簧改為膜片彈簧,其利甚多。首先,膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用,使零件數(shù)量減少,重量減輕,離合器結(jié)構(gòu)大為簡化,并顯著地縮短了離合器的軸向尺寸。其次,由于膜片彈簧與壓盤以整個(gè)圓周接觸,使壓力分布均勻,摩擦片的接觸良好,磨損均勻,再者,由于膜片彈簧具有非線性的特性,因此,可設(shè)計(jì)成當(dāng)摩擦片磨損后,彈簧壓力幾乎可以保護(hù)不變,且可減輕分離離合器時(shí)的踏板力,使操縱輕便。另外,膜片彈簧的安裝集團(tuán)對(duì)離合器軸的中心線來說是對(duì)稱的,因此它的壓緊力實(shí)際上不受離心力的影響。
膜片彈簧與螺旋彈簧的對(duì)比：
1、 制造工藝方面 膜片彈簧由彈簧鋼板沖制而成,而螺旋彈簧由鋼絲卷繞而成,相比之下前者制造工藝性好。
2、 零件數(shù)量方面 膜片彈簧本身帶有分離爪,勿須另加分離桿,且一個(gè)離合器只用一張膜片彈簧作為壓緊彈簧;而螺旋彈簧要另加分離桿,且一個(gè)離合器要用若干個(gè)螺旋彈簧作為壓緊彈簧。相比之下前者零件數(shù)量少,結(jié)構(gòu)緊湊;后者零件數(shù)量多。零件數(shù)量少者,拆裝、維修方便省時(shí);零件數(shù)量多則費(fèi)時(shí)。
3、其他方面
(1) 螺旋彈簧其彈性特性為線性的,因此離合的調(diào)整比較容易。而膜片彈簧其彈性特性為非線性的,因而離合器的調(diào)整較困難。不過,適當(dāng)選取H/ h 的值,適合汽車離合器使用的膜片彈簧總可以制造出來,只要我們掌握了膜片彈簧的特性,離合器調(diào)整問題也可隨之解決。
(2) 膜片彈簧的制造成本比圓柱螺旋彈簧的制造成本高一些,但壽命也比螺旋彈簧長一些。另外,膜片彈簧不受離心力的影響,而螺旋彈簧要受離心力影響,特別是高速旋轉(zhuǎn)時(shí),其影響不可忽視。
現(xiàn)代汽車向高速發(fā)展,離合器也向高速發(fā)展,壓緊彈簧在高轉(zhuǎn)速下工作,膜片彈簧的優(yōu)越性會(huì)隨之顯示出來。膜片彈簧取代螺旋彈簧作為離合器壓緊彈簧勢所必然。
第二章 離合器概述
§2.1離合器的主要結(jié)構(gòu)
一、 主動(dòng)部分
主動(dòng)部分包括飛輪、離合器蓋、壓盤等機(jī)件組成。這部分與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸連在一起。離合器蓋與飛輪靠螺栓連接，壓盤與離合器蓋之間是靠壓盤上的凸臺(tái)和離合器蓋上的窗口傳遞轉(zhuǎn)矩的。
二、 從動(dòng)部分
從動(dòng)部分是由單片、雙片或多片從動(dòng)盤所組成，它將主動(dòng)部分通過摩擦傳來的動(dòng)力傳給變速器的輸入軸。從動(dòng)盤由從動(dòng)盤本體，摩擦片和從動(dòng)盤轂三個(gè)基本部分組成。為了避免轉(zhuǎn)動(dòng)方向的共振，緩和傳動(dòng)系受到的沖擊載荷，大多數(shù)汽車都在離合器的從動(dòng)盤上附裝有扭轉(zhuǎn)減震器。
三、 扭轉(zhuǎn)減振器
離合器接合時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)飛輪和壓盤傳給了從動(dòng)盤兩側(cè)的摩擦片，帶動(dòng)從動(dòng)盤本體和與從動(dòng)盤本體鉚接在一起的減振器盤轉(zhuǎn)動(dòng)。從動(dòng)盤本體和減振器盤又通過四個(gè)減振器彈簧把轉(zhuǎn)矩傳給了從動(dòng)盤轂。因?yàn)橛袕椥原h(huán)節(jié)的作用，所以傳動(dòng)系受的轉(zhuǎn)動(dòng)沖擊可以在此得到緩和。傳動(dòng)系中的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)會(huì)使從動(dòng)盤轂相對(duì)于從動(dòng)盤本體和減振器盤來回轉(zhuǎn)動(dòng)，夾在它們之間的減震阻尼片靠摩擦消耗扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能量，將扭轉(zhuǎn)振動(dòng)衰減下來。
為了使汽車能平穩(wěn)起步，離合器應(yīng)能柔和接合，這就需要從動(dòng)盤在軸向具有一定彈性。為此，往往在動(dòng)盤本體圓周部分，沿徑向和周向切槽。再將分割形成的扇形部分沿周向翹曲成波浪形，兩側(cè)的兩片摩擦片分別與其對(duì)應(yīng)的凸起部分相鉚接，這樣從動(dòng)盤被壓縮時(shí)，壓緊力沿翹曲的扇形部分被壓平而逐漸增大，從而達(dá)到接合柔和的效果。
四、彈簧布置形式的選擇
周置彈簧離合器的壓緊彈簧均采用圓柱螺旋彈簧，其結(jié)構(gòu)簡單制造容易，因此用較為廣泛。壓緊彈簧直接與壓盤接觸，易受熱退火，且當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速很高時(shí)周置彈簧由于受離心力作用而向外彎曲，使彈簧壓緊力下降，離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力隨之降低。此外，彈簧靠到它的定位面上，造成接觸部位嚴(yán)重磨損，甚至出現(xiàn)彈簧斷裂的現(xiàn)象。
中央彈簧離合器采用一至兩個(gè)圓柱螺旋或用一個(gè)圓錐彈簧作為壓緊彈簧，并且布置在離合器的中心，此結(jié)構(gòu)軸向尺寸較大。
膜片彈簧的結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)是采用一個(gè)膜片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的螺旋彈簧和分離杠桿。起結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：
1、膜片彈簧的軸向尺寸較小而徑向尺寸很大,這有利于在提高離合器傳遞轉(zhuǎn)矩能力的情況下離合器的軸向尺寸。
2、膜片彈簧的分離指器分離杠桿的作用，故不需專門的分離杠桿，使離合器結(jié)構(gòu)大大的簡化，零件數(shù)目少，質(zhì)量輕。
3、由于膜片彈簧軸向尺寸小，所以可以適當(dāng)增加壓盤的厚度，提高熱容量；而且還可以在壓盤上增設(shè)散熱筋及在離合器蓋上開設(shè)較大的通風(fēng)孔來改善散熱條件。
4、膜片彈簧離合器的主要部件形狀簡單，可以采用沖壓加工，大批量生產(chǎn)時(shí)可以降低生產(chǎn)成本。
故在本設(shè)計(jì)中選用了膜片彈簧離合器。
離合器按它的結(jié)構(gòu)形式選擇
根據(jù)膜片彈簧分離指在分離時(shí)所受的力是推力還是受拉力，可分為推式和拉式彈簧離合器。拉式與推式離合器最明顯的特征就是膜片彈簧安裝方向相反。
拉式膜片彈簧離合器與推式有其明顯的優(yōu)點(diǎn)：
1、減少中間支撐，零件數(shù)目相對(duì)要少。結(jié)構(gòu)簡單，緊湊、質(zhì)量較輕。
2、由于取消了中間支撐，減少了摩擦損失，傳動(dòng)效率高，使分離時(shí)的踏板力更少，
3、拉式膜片彈簧無論在接合還是在分離時(shí)，膜片彈簧都與離合器蓋接觸，不會(huì)產(chǎn)生噪聲和沖擊。
4、由于拉式膜片彈簧是以其中部壓緊壓盤，在壓盤大小相同的條件下可使用直徑相對(duì)較大的膜片彈簧，從而實(shí)現(xiàn)在不增加分離時(shí)的操縱力的前提下，提高壓盤的壓緊力和傳遞轉(zhuǎn)矩的能力；或在傳遞轉(zhuǎn)矩相同的條件下，減小壓盤的尺寸。
5、使用壽命相對(duì)要長。所以在本設(shè)計(jì)中選擇拉式離合器。
五、 操縱機(jī)構(gòu)
操縱機(jī)構(gòu)是為駕駛員控制離合器分離與接合程度的一套專設(shè)機(jī)構(gòu)，它是由位于離合器殼內(nèi)的分離杠桿（在膜片彈簧離合器中，膜片彈簧兼起分離杠桿的作用）、分離軸承、分離套筒、分離叉、回位彈簧等機(jī)件組成的分離機(jī)構(gòu)和位于離合器殼外的離合器踏板及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、助力機(jī)構(gòu)等組成。
§2.2 離合器的工作原理
發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪是離合器的主動(dòng)件，帶有摩擦片的從動(dòng)盤和從動(dòng)轂借滑動(dòng)花鍵與從動(dòng)軸（即變速器的主動(dòng)軸）相連。壓緊彈簧則將從動(dòng)盤壓緊在飛輪端面上。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩即靠飛輪與從動(dòng)盤接觸面之間的摩擦作用而傳到從動(dòng)盤上，再由此經(jīng)過從動(dòng)軸和傳動(dòng)系中一系列部件傳給驅(qū)動(dòng)輪。壓緊彈簧的壓緊力越大，則離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩也越大。
由于汽車在行駛過程中，需經(jīng)常保持動(dòng)力傳遞，而中斷傳動(dòng)只是暫時(shí)的需要，因此汽車離合器的主動(dòng)部分和從動(dòng)部分是經(jīng)常處于接合狀態(tài)的。摩擦副采用彈簧壓緊裝置即是為了適應(yīng)這一要求。當(dāng)希望離合器分離時(shí)，只要踩下離合器操縱機(jī)構(gòu)中的踏板，套在分離套筒的環(huán)槽中的撥叉便推動(dòng)分離叉克服壓緊彈簧的壓力向松開的方向移動(dòng)，而與飛輪分離，摩擦力消失，從而中斷了動(dòng)力的傳遞。
當(dāng)需要重新恢復(fù)動(dòng)力傳遞時(shí)，為使汽車速度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化比較平穩(wěn)，應(yīng)該適當(dāng)控制離合器踏板回升的速度，使從動(dòng)盤在壓緊彈簧壓力作用下，向接合的方向移動(dòng)與飛輪恢復(fù)接觸。二者接觸面間的壓力逐漸增加，相應(yīng)的摩擦力矩也逐漸增加。當(dāng)飛輪和從動(dòng)盤接合還不緊密，二者之間摩擦力矩比較小時(shí)，二者可以不同步旋轉(zhuǎn)，即離合器處于打滑狀態(tài)。隨著飛輪和從動(dòng)盤接合緊密程度的逐步增大，二者轉(zhuǎn)速也漸趨相等。直到離合器完全接合而停止打滑時(shí)，汽車速度方能與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。
第三章 離合器設(shè)計(jì)計(jì)算
§3.1 離合器設(shè)計(jì)要求
一、 能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩；
二、 接合過程要平順柔和，使汽車起步時(shí)沒有抖動(dòng)和沖擊；
三、 分離時(shí)要迅速徹底；
四、 離合器從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕換檔時(shí)變速器輪齒間的沖擊力并方便換檔；
五、 高速旋轉(zhuǎn)時(shí)具有可靠的強(qiáng)度，應(yīng)注意平衡并免受離心力的影響；
六、 應(yīng)使汽車傳動(dòng)系避免共振，具有吸收振動(dòng)，沖擊和減小噪聲的能力；
七、操縱輕便，工作性能穩(wěn)定，使用壽命長。
以上這些要求中最重要的是使用可靠，壽命長以及生產(chǎn)和使用中的良好技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和環(huán)保指標(biāo)。
§3.2 離合器參數(shù)的選擇
一、摩擦片外徑的確定：
摩擦片外徑是離合器的基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)和使用壽命，她和離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小有一定的關(guān)系。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是重要參數(shù)，按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩來選定D時(shí)，有下列公式可得：
（3－1）
根據(jù)所設(shè)計(jì)的車型和采用單片摩擦片，則A=36。由（2－1）得：
查摩擦片尺寸的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，選取標(biāo)準(zhǔn)摩擦片外徑D=325mm,內(nèi)徑d=190mm,厚度h=3.5mm,內(nèi)外徑之比，單位面積.驗(yàn)算摩擦片最大圓周速度
（3—2）
式中：D—摩擦片外徑，mm;
N—發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速，r/min;
V—摩擦片最大圓周速度，m/s;
即滿足設(shè)計(jì)要求。
二、離合器后備系數(shù)的確定：
后備系數(shù)是離合器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)到的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度。在選擇時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：
摩擦片在使用中磨損后，離合器還能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；
要能防止離合器滑磨過大；
要能防止傳動(dòng)系過載。
為可靠傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和防止離合器滑磨過大，不易選取太小，當(dāng)使用條件惡劣，為提高起步能力，減小離合器滑磨，應(yīng)選取大些；采用柴油機(jī)時(shí)，由于工作比較粗暴，轉(zhuǎn)矩較不平穩(wěn)，選取值應(yīng)大些；發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)越小，可選取小些。
考慮以上影響因素和所設(shè)計(jì)車型為農(nóng)用運(yùn)輸車，采用單缸柴油機(jī)，根據(jù)的取值范圍β=1.7～2.25，同時(shí)參考其它同類車型選取。
三、單位壓力：
單位壓力對(duì)離合器工作性能和使用壽命有很大影響，選取時(shí)應(yīng)考慮離合器的工作條件，發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率大小，摩擦片尺寸，材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。離合器使用頻繁，發(fā)動(dòng)機(jī)后備系數(shù)較小時(shí)，應(yīng)取小些；
當(dāng)摩擦片外徑較大時(shí)，為降低摩擦片外源出的熱負(fù)荷，應(yīng)取小些；后備系數(shù)較大時(shí)，可適當(dāng)增大。
采用石棉基材料時(shí)，。
四、離合器壓盤力的計(jì)算：
摩擦離合器是靠摩擦表面的摩擦力矩來傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的。離合器的靜摩擦力矩根據(jù)摩擦定律可表示為：
(3—3)
式中：—為靜摩擦力矩，單位N.m;
F—摩擦面間的靜摩擦因數(shù)，取f=0.30;
F—壓盤施加在摩擦面上的工作壓力，單位：N;
Z—摩擦面數(shù)，為從動(dòng)盤數(shù)兩倍。Z=2;
—摩擦片的平均摩擦半徑，單位：mm.
假設(shè)摩擦片上工作壓力均勻，則有：
（3—4）
式中：--摩擦面單位壓力，單位：；
A--一個(gè)摩擦面的面積；
D—摩擦片外徑，單位：mm;
d—摩擦片內(nèi)徑，單位：mm.
摩擦片的平均摩擦半徑Rc根據(jù)壓力均勻的假設(shè)，可表示
（3—5）
將式（3—4）與（3—5）代入（3—3）得：
（3—6）
式中：c—摩擦片內(nèi)外徑之比，c=0.585.即在0.53-0.70之間。
為了保證離合器在任何工況下都能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，即
（3—7）
則根據(jù)以上相應(yīng)計(jì)算公式及相關(guān)數(shù)據(jù)可得：
由（3—7）得：
由（3—6）驗(yàn)算單位壓力，則：
在所要求范圍內(nèi)。
由式（3—5）：
由公式（2—3）：
五、單位面積滑磨功：
為了減少汽車起步過程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過高而發(fā)生燒傷，每一次接合的單位摩擦面計(jì)劃磨功應(yīng)小于其需用值，即：
（3—8） 式中: w—單位摩擦面積滑磨功（
[w]—許用單位摩擦面積劃磨功，中型貨車：[w]=0.33;
Z—摩擦面數(shù)，Z=2;
D—摩擦片外徑，D=325mm;
d—摩擦片內(nèi)徑，d=190mm;
W—汽車起步時(shí)離合器接合一次產(chǎn)生總滑磨功（J）
汽車起步時(shí)離合器接合一次產(chǎn)生總滑磨功（J）為：
（3—9）
式中：--汽車總質(zhì)量，單位：.；
--輪胎滾動(dòng)半徑，單位（m）；
--起步時(shí)所用變速器擋位的傳動(dòng)比。此時(shí)計(jì)算用一擋起步；
--主減速器傳動(dòng)比。；
--發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。。
由公式（2—9）可得：
由公式（2—8）可得：
即滿足要求。
六、單位面積傳遞的轉(zhuǎn)矩：
為了反映離合器傳遞轉(zhuǎn)矩并保護(hù)過載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于其許用值，即
（3—10）
式中各參數(shù)以及數(shù)值與前計(jì)算相同，則：
即。滿足要求。
§3.3 從動(dòng)盤總成
從動(dòng)盤有兩種結(jié)構(gòu)型式，帶扭轉(zhuǎn)減震器的和不帶扭轉(zhuǎn)減震器的 。本次設(shè)計(jì)從動(dòng)盤為帶扭轉(zhuǎn)減震器的型式。
從動(dòng)盤總成設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求：
為了減少變速器換擋時(shí)輪齒間的沖擊，從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能?。?
為了保證汽車平穩(wěn)起步，摩擦面片上的壓力分布更均勻等，從動(dòng)盤應(yīng)具有軸向彈性；
為了避免傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)共振以及緩和沖擊載荷，從動(dòng)盤中應(yīng)裝有扭轉(zhuǎn)減震器；
具有足夠的抗爆裂強(qiáng)度。
一、從動(dòng)片：
設(shè)計(jì)從動(dòng)片時(shí)，應(yīng)盡量減輕其重量，并應(yīng)使其質(zhì)量的分布盡可能地靠近旋轉(zhuǎn)中心，以獲得最小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。從動(dòng)片一般都做得比較薄，通常使用1.3-2.0mm厚的鋼板沖制而成。本次設(shè)計(jì)的農(nóng)用運(yùn)輸行使速度較低，最高車速不超過50Km/h.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速。故取從動(dòng)片厚度為1.6mm.
為了使離合器接合平順，保證汽車平穩(wěn)起步，單片離合器的從動(dòng)片一般都做成具有軸向彈性的結(jié)構(gòu)。這樣，在離合器的接合過程中，助動(dòng)盤和從動(dòng)盤之間的壓力是逐漸增加的。
具有軸向彈性的從動(dòng)片有整體式、分開式和組合式三種型式。比較三種形式的優(yōu)缺點(diǎn)，本次所設(shè)計(jì)從動(dòng)片采用整體式彈性從動(dòng)片。整體式彈性從動(dòng)片能達(dá)到軸向彈性的要求，且生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低。
二、變速器第一軸軸徑的計(jì)算：
軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
（3—11）
式中：--軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，；
T—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩，N.mm;
--軸的抗扭截面系數(shù)，；
對(duì)于實(shí)心軸，將代入（2—11）可得：
（3—12）
由可得：
三、從動(dòng)盤轂：
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是經(jīng)從動(dòng)盤轂的花鍵空輸出，變速器輸入軸就插在該花鍵孔內(nèi)。從動(dòng)盤轂和變速器輸入州的花鍵接合方式采用齒側(cè)定心的矩形花鍵。
設(shè)計(jì)花鍵的結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)參照國標(biāo)GB1144-1974的花鍵標(biāo)準(zhǔn)，從動(dòng)盤轂花鍵尺寸如下：花鍵齒數(shù)：n=10;花鍵外徑：D=40mm；花鍵內(nèi)徑:d=32mm;
齒厚：b=5mm; 有效尺長：l=45mm.
為了保證從動(dòng)盤轂在變速器輸入軸上滑動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生歪斜，影響離合器的徹的分離，從動(dòng)盤轂的軸向長度不宜過小，一般取其尺寸與花鍵外徑大小相同，對(duì)在復(fù)雜情況下工作的離合器，其盤轂長度更大。考慮所設(shè)計(jì)中型載貨汽車，工作條件較復(fù)雜，所以取從動(dòng)盤轂長為L=1.2540=50mm。
由于花鍵損壞的主要形式是由于表面受擠壓過大而全破壞，所以花鍵要進(jìn)行擠壓應(yīng)力計(jì)算。由公式：
（3—13）
式中:P—花鍵的齒側(cè)面壓力，由下式確定：
（3—14）
式中：d,D—花鍵的內(nèi)外徑，mm;
Z---從動(dòng)盤轂的數(shù)目；
--發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N.m;
n—花鍵齒數(shù)；
h—花鍵工作高度,m.h=(D+d)/2;
l—花鍵有效長度，m.
由已知條件：
從動(dòng)盤轂由中碳鋼鍛造而成，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其擠壓應(yīng)力不應(yīng)超過20。故所選花鍵尺寸滿足要求。
§3.4 壓盤和離合器蓋計(jì)算
一、壓盤傳力方式的選擇：
壓盤時(shí)離合器的主動(dòng)部分，在傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)，它和飛輪以期帶動(dòng)從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，所以它和飛輪有一定的聯(lián)系，但這種聯(lián)系又允許壓盤在離合器分離過程中能自由做軸向移動(dòng)，使壓盤和從動(dòng)盤脫離接觸。壓盤和飛輪間常用的連接方式有凸臺(tái)式連接、鍵式連接和銷式連接。本次設(shè)計(jì)采用凸臺(tái)式連接方式。
離合器蓋用螺栓固定在摩擦飛輪上，在蓋上開有長方形的窗口，崖畔上則鑄有相應(yīng)的凸臺(tái)，凸臺(tái)伸進(jìn)蓋上的窗口，由離合器蓋帶動(dòng)壓盤?？紤]到摩擦片磨損后壓盤向前移，硬是壓盤凸臺(tái)適當(dāng)高處蓋上窗口以外，以保證摩擦片磨損后至極限時(shí)仍能可靠傳動(dòng)。
二、壓盤幾何尺寸的確定：
在摩擦片的尺寸確定后，與它摩擦相接觸的壓盤內(nèi)外徑尺寸也就基本確定下來了。這樣，壓盤幾何尺寸最后歸結(jié)為如何去確定它的厚度。
壓盤厚度的確定主要依據(jù)以下兩點(diǎn)：1）壓盤應(yīng)具有足夠的質(zhì)量，使每次接合時(shí)的溫聲不致過高：2)壓盤營具有較大的剛度，以保證在受熱的情況下不致因產(chǎn)生翹曲變形而影響離合器的徹底分離和磨擦片的均勻壓緊。
鑒于以上兩原因，本次設(shè)計(jì)壓盤厚度取25mm。在初步確定壓盤厚度以后，應(yīng)校核離合器接合一次時(shí)的溫升，它不應(yīng)超過。
校核計(jì)算公式：
（3—15）
式中：--溫升，；
L—滑磨功，N.m;
--分配到壓盤上的滑磨功所占的百分比，單片離合器壓盤；
c—壓盤的熱容量，對(duì)鑄鐵壓盤：；
m—壓盤質(zhì)量，．
壓盤由鑄鐵鑄成．由此部分可選擇摩擦飛輪的厚度為18ｍｍ．此厚度必然也滿足所需要求。
三、凸臺(tái)強(qiáng)度校核：
當(dāng)采用壓盤的凸臺(tái)傳力時(shí)，由于它與離合器蓋的接觸面積很小，所以必須進(jìn)行擠壓應(yīng)力校核計(jì)算，至于凸臺(tái)的彎曲應(yīng)力校核比較起來就顯得不那麼重要。這是因?yàn)橥古_(tái)彎曲時(shí)，力的作用臂很小，再加上凸臺(tái)根部抗彎斷面系數(shù)有比較大，所以彎曲應(yīng)力一般不會(huì)很大。
擠壓應(yīng)力的計(jì)算公式如下：
（3—16）
式中：F——作用在每一個(gè)凸臺(tái)上的力，Ｎ；
A――離合器蓋與凸臺(tái)的接觸面積，。
計(jì)算面積A時(shí)，應(yīng)考慮到由于摩擦片的磨損，壓盤前移而使接觸面積減少的情況。
計(jì)算F時(shí)，分配給該壓盤上的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩按該壓盤摩擦面的數(shù)目Ｚ和離合器的全部摩擦面的數(shù)目之比來確定。單片離合器的壓盤。則由公式：
（3—17）
式中：――發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，；
――分配到該壓盤上的轉(zhuǎn)矩占發(fā)動(dòng)機(jī)總轉(zhuǎn)矩的百分比；
――凸臺(tái)分布的平均半徑，；
――凸臺(tái)數(shù)目。
由式（2—16）和（2—17）可得：
凸臺(tái)擠壓需用應(yīng)力為。
四、離合器蓋設(shè)計(jì)：
離合器蓋與飛輪用螺栓固定在一起，通過它傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分轉(zhuǎn)矩給壓盤。此外它還是離合器壓緊彈簧和分離桿的支承殼體。離合器分離桿支承在離合器蓋上，如果蓋的剛度不夠，則當(dāng)離合器分離時(shí)，可能會(huì)使蓋產(chǎn)生較大的變形，這樣就會(huì)降低離合器操縱部分的傳動(dòng)效率，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致分離不徹底，引起摩擦片的早期磨損，還會(huì)造成變速器換擋困難。
離合器蓋常采用厚度越為的碳鋼板沖壓而成。
§3.5膜片彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算
一、主要參數(shù)的選擇
1.比值H/h和h選擇
汽車用的膜片彈簧H/h一般為1.6~2.2，板厚h為2~4，所以 參數(shù)選為：
h=2.0
故H=（1.5~2.0），h=3~4，取為3.75。
H/h=1.208。
2、 比值R/r及R，r的選擇：
因?yàn)槟Σ疗钠骄霃剑?
拉式膜片彈簧的r值取，故取
研究表明：R/r越大，彈簧材料利用率于低，彈簧越硬彈性曲線受直徑誤差的影響越大，且應(yīng)力越高。根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求，R/r一般為1.5~1.35。所以：
R=162.5
R/r=1.25
3、a的選擇
a值一般在范圍內(nèi)
故符合要求。
4、 n的選擇
n取為18。
膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)
一、約束條件
應(yīng)保證所設(shè)計(jì)的彈簧工作壓緊力與要求壓緊力相等，即
為了保證各工作點(diǎn)有較合適的工作位置，應(yīng)正確選擇相對(duì)與的位置，一般：
故符合要求。
為了摩擦片磨損后仍能可靠的傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，并考慮到摩擦因數(shù)的下降，應(yīng)使：
因 =4126 =3589
42163589 故符合要求。
為了滿足離合器使用性能的要求應(yīng)使：
9
因 =1.739
故符合要求。
彈簧各部分有關(guān)尺寸應(yīng)符合一定的范圍內(nèi)，即：
故符合要求。
為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，應(yīng)使：
因
故符合要求。
7. 根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置的要求,應(yīng)使
而，，
12.57，026 ，014。
故符合要求。
8.磨片彈簧的分離指起分離杠桿作用,因此其杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取,即：
故符合要求。
§3.6 扭轉(zhuǎn)減震器計(jì)算
一、極限轉(zhuǎn)矩：極限轉(zhuǎn)矩為減震器在消除限位銷與從動(dòng)盤轂缺口間的間隙時(shí)所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩 。
二、減震彈簧的位置半徑：
三、減震彈簧個(gè)數(shù)Z：摩擦片外徑D=325mm，根據(jù)推薦選取減震彈簧個(gè)數(shù)Z=6 。
四、減震彈簧總壓力：當(dāng)限位銷與從動(dòng)盤轂之間的間隙被消除，減震彈簧傳遞轉(zhuǎn)矩達(dá)最大值時(shí)，減震彈簧受到的壓力為：
單個(gè)減震彈簧壓力：
§3.7 離合器操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一、踏板位置: 離合器踏板位置以人體左右對(duì)稱中心外準(zhǔn)向左移80-100mm，作為離合器踏板中心線的位置 。
二、踏板行程：離合器踏板最大行程是指從踏板最高點(diǎn)所劃過的距離。踏板最大行程應(yīng)小于175mm 。
三、踏板力：對(duì)于一定的離合器總成，離合器踏板力取決于離合器分離軸承的輸出力及操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)比，加大傳動(dòng)比會(huì)使踏板力減小但行程增加。踏板力大小直接影響到對(duì)離合器操縱的輕便性。一般來說，對(duì)于轎車和輕型卡車，其踏板力為：輕的踏板力小于100N ，較重的踏板力大于130N 。
四、離合器操縱傳動(dòng)：
常用的離合器操縱傳動(dòng)由機(jī)械式和液壓式。本次設(shè)計(jì)采用液壓式。
§3.8 離合器試驗(yàn)
在離合器開發(fā)過程中，要確保產(chǎn)品質(zhì)量，僅靠理論分析和經(jīng)驗(yàn)的指導(dǎo)是不夠的，最終還要進(jìn)行試驗(yàn)。故離合器產(chǎn)品的試驗(yàn)室開發(fā)過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。
試驗(yàn)是評(píng)價(jià)離合器整個(gè)系統(tǒng) 、分系統(tǒng)或其中任何一種零件好壞的重要方法和最終手段。只有通過試驗(yàn)才能最終確認(rèn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)或選用是否恰當(dāng)、合理 。
離合器試驗(yàn)分室內(nèi)試驗(yàn) 、零部件試驗(yàn)、 操縱系統(tǒng)試驗(yàn)及離合器在車上的試驗(yàn) 。通過離合器試驗(yàn)來最終確定其性能 零部件質(zhì)量以及檢測離合器師傅還存在哪些性能問題，以便對(duì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行修改和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
§3.9 國外離合器發(fā)展
國外離合器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是以干式單片摩擦離合器為主，默片彈簧式離合器在轎車，輕 中型載貨汽車和重型卡車上也日益廣泛使用。從動(dòng)盤都裝有扭轉(zhuǎn)減震器，以提高減震能力降低振動(dòng)噪聲。
國外汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在降低油耗的同時(shí)，增加輸出功率和提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并對(duì)汽車的平順性能提出了更高的要求，這要求離合器具有足夠的轉(zhuǎn)矩容量，保證高速時(shí)安全可靠，接合平順，具有結(jié)構(gòu)緊湊和操縱輕便等性能，現(xiàn)已廣泛使用拉式離合器以及自動(dòng)操縱離合器，雙質(zhì)量飛輪也日益推廣。
一、壓盤及離合器蓋總成
由于國外汽車發(fā)動(dòng)機(jī)向大功率 高轉(zhuǎn)速 低油耗方向發(fā)展，國外離合器生產(chǎn)企業(yè)除規(guī)定離合器具有足夠大的轉(zhuǎn)矩容量外，還提高了離合器的安全轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速的高低取決于汽車廠家。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的不斷增加，離合器轉(zhuǎn)矩容量在逐漸提高，為了增加離合器的轉(zhuǎn)矩容量，又不致使得尺寸過大和壓緊負(fù)荷過高，在載荷汽車中采用兩種方案，一個(gè)采用雙片離合器，另外采用拉式離合器。
為了適應(yīng)汽車技術(shù)不斷發(fā)展的要求，國外汽車離合器及離合器的基本結(jié)構(gòu)保持了傳統(tǒng)的形式，壓緊原件為膜片彈簧，為單片干式摩擦離合器，在一些細(xì)節(jié)上做了改進(jìn)。如采用CP、 DST等結(jié)構(gòu)，使得離合器的軸向尺寸，重量減輕，并通過離合器蓋的翻鉚接，取代支承鉚釘，另外再蓋上沖制支承環(huán)，替代焊接式支承環(huán)，使得零件數(shù)量大為減少，而且是離合器的軸向尺寸減少。目前主要用于轎車及輕型、中型貨車上。
離合器中，通過將膜片彈簧的支撐點(diǎn)和作用點(diǎn)位置改變，使其與傳統(tǒng)的膜片式離合器相反，將傳統(tǒng)的壓式操縱改為拉式操縱。由于支點(diǎn)變更，使得分離杠桿比有所擴(kuò)大，提高了分離效率，降低了分離載荷，所得離合器操縱更為輕便。另外拉式離合器由于最大程度利用壓盤該內(nèi)部的空間，使得同樣尺寸的離合器能具有更大的載荷，提高了傳扭能力，另外由于支撐點(diǎn)的改變，使得分離杠桿比提高，減低了分離負(fù)荷。由于分離的受力方向改變，使得拉式離合器膜片彈簧始終緊貼著壓盤蓋，有利于解決離合器摩擦后的噪聲。
近年來國外在壓盤及蓋總成又有了新的結(jié)構(gòu)，再蓋總成中采用一些自動(dòng)調(diào)整裝置，使得蓋總成中壓盤的摩擦量得以自動(dòng)補(bǔ)償，使得膜片彈簧的工作壓力保證一致。
二、從動(dòng)盤總成
國外汽車離合器從動(dòng)盤總成，基本上保持了傳統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)，在提高減振性能和降低噪聲方面是了更多工作。汽車傳動(dòng)系近似于多自由度的彈性體，工作時(shí)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)共振，將引起連續(xù)的沖擊并產(chǎn)生噪聲，另外由于傳動(dòng)系中齒輪及花鍵聯(lián)接，避免不了有一定的間隙存在，隨著汽車的摩擦也會(huì)產(chǎn)生一定的間隙，各種振動(dòng)和噪聲可以發(fā)生在汽車的不同工況：怠速、 等速行駛及加速減矩過程，為了很好的解決這個(gè)問題，在從動(dòng)盤中引入了扭轉(zhuǎn)減振系統(tǒng)，扭轉(zhuǎn)減振系統(tǒng)地發(fā)展衍變，隨著汽車對(duì)振動(dòng)和噪聲要求的提高一起提高，線性扭轉(zhuǎn)減振系統(tǒng)從單極向多級(jí)發(fā)展，阻尼裝置也從單級(jí)向多極發(fā)展。由于汽車的傳動(dòng)系共振一般發(fā)生在兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是低速區(qū)，也就是怠速附近，通過引進(jìn)地剛度減震系統(tǒng)，使得共振區(qū)域前移，另一個(gè)在高速附近，通過減震系統(tǒng)使得頻率改變，讓共振發(fā)生在很少工作的區(qū)域，以降低振動(dòng)的噪聲。而振動(dòng)最后要通過阻尼系統(tǒng)來吸收，這樣必須在地剛度減震系統(tǒng)中設(shè)置較小的阻尼器與其匹配，在高剛度的減震系統(tǒng)中，設(shè)置較大的阻尼器，可很好的解決振動(dòng)及噪聲問題。
三、摩擦襯片新材料
由于國外汽車向著大功率，高轉(zhuǎn)速方向發(fā)展，要求離合器具有高扭矩容量和高安全轉(zhuǎn)速，這就對(duì)摩擦材料提出了更高的要求。石棉基的摩擦片雖然具有熱穩(wěn)定性和耐磨性能好及價(jià)格低廉的優(yōu)勢，而高速旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度低，對(duì)人體危害都大，現(xiàn)已在歐美禁止使用。取而代之以玻璃纖維，鋼纖維等其它纖維為增強(qiáng)纖維的摩擦材料，另外在部分車輛采用粉末冶金，而如今由于環(huán)保日益受到重視，在摩擦襯片上已禁止使用重金屬。
四、國外最新應(yīng)用成果
由于汽車市場競爭較為激烈，這樣對(duì)汽車的舒適性要求較高，尤其振動(dòng)及噪聲，而離合器在汽車中起的作用之一就是降低振動(dòng)和噪聲。因?yàn)槭艿讲贾每臻g的限制，減振阻尼系統(tǒng)不能很好起到作用，現(xiàn)在有一種雙質(zhì)量飛輪能起到這個(gè)效果，就是把從動(dòng)盤的扭轉(zhuǎn)減振系統(tǒng)撞到飛輪之中。另外為了解決發(fā)動(dòng)機(jī)軸向方面振動(dòng)，出現(xiàn)了柔性飛輪，也就是在飛輪中引入彈性系統(tǒng)，在國外汽車中應(yīng)用最為廣泛的為自動(dòng)離合器，就是在離合器操縱系統(tǒng)中引入電子裝置，通過變速器的操縱桿來操縱離合器，減去了離合器操縱踏板。
最近20年來，由于汽車工業(yè)的技術(shù)發(fā)展，汽車離合器向著高可靠性、長壽命、操縱輕便和無保養(yǎng)方向發(fā)展，重點(diǎn)課題是可靠性和減少傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的噪聲，另外離合器的摩擦襯片環(huán)境保護(hù)問題也日益得到重視。
第四章 傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)計(jì)算
傳動(dòng)軸總成主要由傳動(dòng)軸及其兩端焊接的花鍵軸和萬向節(jié)叉組成。傳動(dòng)軸中一般設(shè)有由滑動(dòng)叉和花鍵軸組成的滑動(dòng)花鍵，以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)長度的變化。為了減小滑動(dòng)花鍵的軸向滑動(dòng)阻力和磨損，有時(shí)對(duì)花鍵齒進(jìn)行磷化處理或噴涂尼龍層；有的則在花鍵槽中放入滾針、滾柱或滾珠等滾動(dòng)元件，以滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦，提高傳動(dòng)效率。但這種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高。有時(shí)對(duì)于有嚴(yán)重沖擊載荷的傳動(dòng)，還采用具有彈性的傳動(dòng)軸。傳動(dòng)軸上的花鍵應(yīng)有潤滑及防塵措施，花鍵齒與鍵槽間隙不宜過大，且應(yīng)按對(duì)應(yīng)標(biāo)記裝配，以免裝錯(cuò)破壞傳動(dòng)軸總成的動(dòng)平衡。
傳動(dòng)軸的長度和夾角及它們的變化范圍由汽車總布置設(shè)計(jì)決定。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在傳動(dòng)軸長度處在最大值時(shí)，花鍵套與軸有足夠的配合長度；而在長度處在最小時(shí)不頂死。傳動(dòng)軸夾角的大小直接影響到萬向節(jié)十字軸和滾針軸承的壽命、萬向傳動(dòng)的效率和十字軸旋轉(zhuǎn)的不均勻性。
§4.1 萬向傳動(dòng)的計(jì)算載荷
萬向節(jié)傳動(dòng)軸因布置位置不同，計(jì)算載荷是不同的。本次設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸布置在變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間。計(jì)算載荷的設(shè)計(jì)方法有三種：1）按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一擋傳動(dòng)比來確定；2）按驅(qū)動(dòng)輪打滑來確定；3）按日常平均使用轉(zhuǎn)矩來確定。
在此設(shè)計(jì)中采用根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和一擋傳動(dòng)比來計(jì)算。由公式：
（4—1）式中：—傳動(dòng)軸計(jì)算載荷，單位：；
—猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，在此取=2；
—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，單位：N.m；
K —液力變矩器變矩系數(shù)，k=1;
—變速器一擋傳動(dòng)比，i=4.44；
—分動(dòng)器傳動(dòng)比，；
—發(fā)動(dòng)機(jī)到萬向傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)效率，％；
n—計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，為1。
由公式（3—1）：
對(duì)萬向傳動(dòng)軸進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，計(jì)算載荷取，安全系數(shù)一般取2.5-3.0 。
§4.2 十字軸設(shè)計(jì)計(jì)算
十字軸萬向節(jié)的損壞形式主要有十字軸軸頸和滾針軸承的磨損，十字軸軸頸和滾針軸承碗工作表面出現(xiàn)壓痕和剝落。一般情況下，當(dāng)磨損或壓痕超過0.15mm時(shí)，十字軸萬向節(jié)便應(yīng)報(bào)廢。十字軸的主要失效形式是軸頸根部的斷裂，所以在設(shè)計(jì)十字軸萬向節(jié)時(shí)，應(yīng)保證十字軸軸頸有足夠的抗彎強(qiáng)度。
本次設(shè)計(jì)參考《底盤設(shè)計(jì)》（吉林工業(yè)大學(xué)出版），根據(jù)不同噸位載重汽車的十字軸總成初選其尺寸：
十字軸：H=90mm d=18mm h=16mm
設(shè)各滾針對(duì)十字軸軸頸作用力的合力為F，則：
（4—2）
式中：--萬向傳動(dòng)的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，；
r--合力F作用線到十字軸中心之間的距離，r=37mm；
--萬向傳動(dòng)的最大夾角，取 。
則由式（4—2）可得:
十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力應(yīng)滿足：
（3—3） 式中：--十字軸軸頸根部彎曲應(yīng)力，單位：；
--十字軸軸頸直徑，；
--十字軸油道孔直徑，；
s--合力F作用線到軸頸根部的距離，s=8mm；
--彎曲許用值，為 。
由公式（4—3）可得：
滿足強(qiáng)度要求。
十字軸軸頸的切應(yīng)力應(yīng)滿足：
（3—4）
則由已知數(shù)據(jù)可得：
滿足切應(yīng)力許用范圍 。
§4.3 十字軸滾針軸承的計(jì)算
滾針軸承中的滾針直徑一般不小于1.6mm，以免壓碎。而且差別要小，否則會(huì)加重載荷在滾針間分配的不均勻性。一般控制在0.003mm以內(nèi)。滾針軸承徑向間隙過大時(shí)，承受載荷的滾針數(shù)減少，有出現(xiàn)滾針卡住的可能性；而間隙過小時(shí)，有可能出現(xiàn)所熱卡住或因贓物阻滯卡住，合適的間隙為0.009-0.095mm .滾針軸承得軸向總間隙以0.08-0.30mm為好。滾針的長度一般不超過軸頸的長度。使其既有較高的承載能力，又不致因滾針果場發(fā)生歪斜而造成應(yīng)力集中。滾針得軸向間隙一般不超過0.2-0.4mm 。
滾針軸承的接觸應(yīng)力為：
（4—5）
式中：--滾針直徑，；
--十字軸軸頸直徑，；
--滾針工作長度，。
其中，為合力F作用下一個(gè)滾針?biāo)艿淖畲筝d荷（N），可有下式求得:
(4—6)
式中：i—滾針列數(shù)，i=1；
Z—每列中滾針數(shù)，Z=22 。
則:
由公式（4—5）可得:
當(dāng)滾針和十字軸軸頸表面硬度在58HRC以上時(shí)，許用接觸應(yīng)力為3000-3200，即滿足接觸強(qiáng)度要求。
計(jì)算結(jié)果: 滾針直徑；
工作高度；
列數(shù) i=1；
單列滾針數(shù)Z=22
§4.4 萬向節(jié)叉的設(shè)計(jì)計(jì)算
由于十字軸萬向節(jié)主、從動(dòng)叉軸轉(zhuǎn)矩 、的作用，在主、從動(dòng)萬向節(jié)叉上產(chǎn)生相應(yīng)的切向力 、和軸向力 、 。
圖3-1 作用在萬向節(jié)叉及十字軸上的力
（a）初始位置 時(shí)；（b）主動(dòng)叉軸轉(zhuǎn)角時(shí)
（4—7）
式中：R—切向力作用線與萬向節(jié)叉軸之間的距離；
--轉(zhuǎn)向節(jié)主動(dòng)叉軸之轉(zhuǎn)角；
--轉(zhuǎn)向節(jié)主、從動(dòng)叉軸之夾角。
在十字軸軸線所在平面內(nèi)并作用于十字軸的切向力與軸向力的合力為：
（4—8）
圖（a）為主動(dòng)叉位于與初始位置的受力狀況，此時(shí) ，達(dá)最大值：
（4—9）
圖（b）為主動(dòng)叉軸轉(zhuǎn)角時(shí)的受力狀況，這時(shí) 、及均達(dá)最大值：
（4—10）
圖4-2 萬向節(jié)叉危險(xiǎn)截面示意圖
萬向節(jié)叉在力作用下承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，在截面B-B處，彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分別為：
（4—11）
式中: 、--抗彎截面系數(shù)和抗扭截面系數(shù) ，對(duì)于本設(shè)計(jì)中矩形截面：
（4—12）
根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)可知：
H=60mm b=18mm k=0.246 a=16mm e=45mm
則：
萬向節(jié)叉由45鋼制造，其彎曲應(yīng)力不應(yīng)大于 ，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力不應(yīng)大于 。而設(shè)計(jì)計(jì)算所得結(jié)果滿足條件要求。
§4.5 傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算
萬向傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)與其所連接的萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。通常，萬向傳動(dòng)軸由中間部分和端部組成，中間部分可為實(shí)心軸或?yàn)榭招妮S管。本次設(shè)計(jì)采用空心軸管?？招牡妮S管具有較小的質(zhì)量但能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，且較實(shí)心軸具有更高的臨界轉(zhuǎn)速，故用作汽車傳動(dòng)系的萬向傳動(dòng)軸。
傳動(dòng)軸管由低碳鋼板卷制的電焊鋼管制成，軸管外徑及內(nèi)徑是根據(jù)所傳遞最大轉(zhuǎn)矩、最高轉(zhuǎn)速及長度按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（YB242-63）選定，并校核臨界轉(zhuǎn)速及扭矩強(qiáng)度。
傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速與其長度及斷面尺寸等有關(guān)。由于沿軸管表面鋼材質(zhì)量分布的不均勻性以及在旋轉(zhuǎn)使其本身質(zhì)量產(chǎn)生的離心力所引起的靜撓度，使軸管產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，后者在一定的轉(zhuǎn)速下會(huì)導(dǎo)致軸管的斷裂。所謂傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速是指旋轉(zhuǎn)軸失去穩(wěn)定的最低轉(zhuǎn)速，它決定于傳動(dòng)軸的尺寸、結(jié)構(gòu)及其支撐情況。為了確定臨界轉(zhuǎn)速，可研究一下兩端自由支撐與剛性球鉸上的軸（見下圖）：
圖4-3 傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算示意圖
設(shè)軸的質(zhì)量m集中于O點(diǎn)，且O點(diǎn)偏離旋轉(zhuǎn)軸線的量為e，當(dāng)軸以角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的離心力為：
式中：y—軸在其離心力作用下產(chǎn)生的撓度。
與離心力相平衡的彈性力為：
式中：c—周的側(cè)向剛度，對(duì)于質(zhì)量分布均勻且兩端自由地支撐于球形鉸接的軸，其側(cè)向剛度為：
E—材料的彈性模量，可??；
J—軸管截面的抗彎慣性矩。
因
故有：
認(rèn)為在達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速的角速度時(shí)，傳動(dòng)軸將破壞，即，則有：
（4—13）
傳動(dòng)軸管：
式中：D、d—軸管的外徑及內(nèi)徑，mm. D=60mm,d=56mm;
L—傳動(dòng)軸的支撐長度，取兩萬向節(jié)之中心距，mm；
--軸管材料的密度，對(duì)于鋼 ；
將上述c、J及m的表達(dá)式代入（4-13），令
則得傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速為：
（4 —14）
由于傳動(dòng)軸動(dòng)平衡的誤差，伸縮花間聯(lián)接的間隙以及支承的非剛性等，傳動(dòng)軸的實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速要低于所計(jì)算的臨界轉(zhuǎn)速。因此引進(jìn)安全系數(shù)K，并?。?
式中：--相應(yīng)于最高車速時(shí)傳動(dòng)軸最大轉(zhuǎn)速，r/min;
--傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速,r/min;
在本次設(shè)計(jì)中，已知D=60mm，d=56mm,L=327.65mm;
已知發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。
安全系數(shù)。
§4.6 軸管強(qiáng)度計(jì)算
萬向傳動(dòng)軸的尺寸除了要有足夠的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，傳動(dòng)軸的最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力可按下式計(jì)算：
（4—15）
式中：--發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N.m;
--變速器一擋傳動(dòng)比；
--動(dòng)載系數(shù)；
--抗扭截面系數(shù)。
傳動(dòng)軸采用空心結(jié)構(gòu)，則：
（4—16）
式中：T—傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩，T=1220550N.mm；
D d—傳動(dòng)軸管的外徑和內(nèi)徑，D=60mm,d=56mm;
傳動(dòng)軸管扭轉(zhuǎn)應(yīng)力不大于，安全系數(shù) 。
§4.7 傳動(dòng)軸花鍵軸的計(jì)算
對(duì)于傳動(dòng)軸上的花鍵軸，應(yīng)保證在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)有足夠的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。通常以底徑計(jì)算其扭轉(zhuǎn)且應(yīng)力。
（4—17）
式中: --傳動(dòng)花鍵軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力；
--傳動(dòng)軸傳遞載荷；
--花鍵軸的花鍵內(nèi)徑；
軸的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為，可初取花鍵軸直徑計(jì)算，然后進(jìn)行強(qiáng)度校核。取，則：
安全系數(shù)為 ，安全系數(shù)一般在2-3左右。即滿足要求。
傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵采用矩形花鍵，齒側(cè)擠壓應(yīng)力為：
（3—18）
式中：--花鍵處轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)。=1.3-1.4 ；
--花鍵外徑，取 ；
--花鍵內(nèi)徑，取 ；
--花鍵的有效工作長度， ；
--花鍵齒數(shù)， ； 則：
對(duì)于齒面硬度大于35HRC的滑動(dòng)花鍵，齒側(cè)許用擠壓應(yīng)力為 。故安全系數(shù) ，滿足要求強(qiáng)度。
根據(jù)以前計(jì)算傳動(dòng)軸管強(qiáng)度，可取滑動(dòng)叉軸直徑為56mm 。
46
第五章 結(jié) 論
在本次設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，首先要做的是對(duì)所設(shè)計(jì)整車有一個(gè)全面的、系統(tǒng)的、整體的認(rèn)識(shí)，明確各自的任務(wù)以及與整車設(shè)計(jì)過程中的聯(lián)系。在這次設(shè)計(jì)中，我個(gè)人承擔(dān)了離合器及傳動(dòng)軸連部分的設(shè)計(jì)任務(wù)。
離合器是汽車傳動(dòng)系中的重要組成部分它的性能好壞直接影響整車的整體性能。在本次設(shè)計(jì)中，首先對(duì)離合器的類型和各自的特點(diǎn)進(jìn)行分析，然后結(jié)合所設(shè)計(jì)整車的性能要求確定離合器的結(jié)構(gòu)型式。接下來根據(jù)所確定離合器的形式，按照離合器設(shè)計(jì)要求，對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。其中最重要的是確定離合器的后備系數(shù)、摩擦片的內(nèi)外徑大小、從動(dòng)盤轂連接花鍵齒、壓盤厚度以及離合器蓋等的各個(gè)參數(shù)。并在計(jì)算過程中，注重個(gè)零部件之間的相互聯(lián)系，即滿足相互之間的約束條件關(guān)系。本次設(shè)計(jì)的膜片彈簧離合器經(jīng)計(jì)算校核能夠滿足所需設(shè)計(jì)要求。
傳動(dòng)軸同離合器一樣，在汽車傳動(dòng)系中起著重要的作用。傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)過程中最重要的就是傳動(dòng)軸的動(dòng)平衡以及臨界轉(zhuǎn)速的校核。此次設(shè)計(jì)的中型載貨汽車，根據(jù)其使用要求和使用條件，同時(shí)參考同類車型的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中采用十字軸式萬向節(jié)。通過一系列參數(shù)的計(jì)算和校核，十字軸式萬向節(jié)能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。傳動(dòng)軸連接花鍵的設(shè)計(jì)也是設(shè)計(jì)過程中重要的一環(huán)?；ㄦI齒強(qiáng)度和有效接合長度直接決定傳動(dòng)軸是否能夠有效地傳遞轉(zhuǎn)矩。因此在設(shè)計(jì)中對(duì)傳動(dòng)花鍵進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算之后，要進(jìn)行必要的校核，以確定其能滿足設(shè)計(jì)需要。
此次設(shè)計(jì)，是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的一次全面回顧和掌握的過程，同時(shí)也是對(duì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的一次鍛煉。在設(shè)計(jì)過程中，是我認(rèn)識(shí)到了自己知識(shí)的缺乏，使我明白了在以后工作過程中不斷學(xué)習(xí)的重要性。由于自身知識(shí)和能力的限制，此次設(shè)計(jì)難免存在不足之處。例如，某些計(jì)算部分不夠完整，計(jì)算數(shù)據(jù)不夠合理，整體設(shè)計(jì)不夠合理等。特別是傳動(dòng)軸部分的設(shè)計(jì)，由于整體布置和其它傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)不夠緊湊，造成傳動(dòng)軸部分空間長度過短，使傳動(dòng)軸實(shí)際長度較短，給生產(chǎn)和加工造成困難。這些都有待日后進(jìn)一步的學(xué)習(xí)提高。
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致 謝
此次設(shè)計(jì)，是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的一次全面回顧和掌握的過程，同時(shí)也是對(duì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的一次鍛煉。在設(shè)計(jì)過程中，是我認(rèn)識(shí)到了自己知識(shí)的缺乏，使我明白了在以后工作過程中不斷學(xué)習(xí)的重要性。由于自身知識(shí)和能力的限制，此次設(shè)計(jì)難免存在不足之處。例如，某些計(jì)算部分不夠完整，計(jì)算數(shù)據(jù)不夠合理，整體設(shè)計(jì)不夠合理等。
在設(shè)計(jì)中，李水良老師提出的要求和建議使我們學(xué)到了如何認(rèn)真的對(duì)待一項(xiàng)工作，也使我們養(yǎng)成了對(duì)待任何事情都要認(rèn)真、嚴(yán)肅的態(tài)度，同時(shí)也使我們學(xué)會(huì)了如何在工作中克服浮躁心理。李水良老師本人治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度給我們留下了非常深刻的印象，從他的身上我們學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的寶貴經(jīng)驗(yàn)，這一切使我們受益匪淺。
此外，在本次設(shè)計(jì)中，我得到了同班其他同學(xué)的大力幫助，更得到了車輛研究所多位老師的熱情指導(dǎo)，他們給我提供了許多寶貴的建議，在這里特此以我向他們致以最誠摯的謝意！
再次感謝設(shè)計(jì)過程中關(guān)心和幫助過我的老師和同學(xué)！
感謝參與評(píng)審的老師！
英文翻譯
Options for the Development Pattern of China’s Automobile Industry
I. Why is China’s Automobile Industry Not Competitive?
Of the many industries in China, auto industry does not develop fast and is not competitive. There are many reasons that lead to this situation. But the main reason is that it has not experienced a complete process of market opening and competition. This will be clearer after being compared with the development of other industries.
Since the reform and opening-up, China has seen some fast-developing industries, especially the household electrical appliance industry. In spite of many problems, they are generally healthy and dynamic, and outperform other industries in product upgrading, technological progress, quality, service and guaranteeing consumers’ rights. They will be most competitive even after China’s entry into WTO. The sound development of these industries should be mostly attributed to the fact that they have experienced a process of market opening and intensive competition, thus solving the three key problems crucial to the development of an industry:
First, the “discovery” of advantageous enterprises. The advantageous enterprises are not born by nature, self-styled or designated by the government. They must experience a process of being “screened” through competition before being “discovered”. Any individuals or organizations including the governments cannot foretell which enterprises are advantageous enterprises. Today’s advanced enterprises were once not sure whether they would surely succeed today. This is determined by the competition on the market.
Second, the learning and training of enterprises’ competitiveness. “Competitiveness can only be acquired through competition” is a basic tenet. An enterprise’s marketing, management, R&D and financing abilities can only be acquired and accumulated from the twists and turns in the course of competitio