奧迪a3離合器設計【含9張CAD圖紙+文檔全套】
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本科生畢業(yè)設計
畢 業(yè) 設 計 說 明 書
奧迪A3離合器的設計
專 業(yè) 車輛工程
學生姓名
班 級 車輛
學 號 全學號
指導教師
完成日期 2019年 月 日
摘 要
本文結合奧迪A3基礎車型對液壓離合器的結構及過程進行分析計算。離合器裝在發(fā)動機與變速器之間,汽車從啟動到行駛的整個過程中,經(jīng)常需要使用離合器。它的作用是使發(fā)動機與變速器之間能逐漸接合,從而保證汽車平穩(wěn)起步;暫時切斷發(fā)動機與變速器之間的聯(lián)系,以便于換檔和減少換檔時的沖擊;當汽車緊急制動時能起分離作用,防止變速器等傳動系統(tǒng)過載,起到一定的保護作用。離合器類似開關,接合或斷離動力傳遞作用,因此,任何形式的汽車都有離合裝置,只是形式不同而已。此外通過液壓操縱系統(tǒng)的分析與計算,明白液壓離合工作的過程及原理,通過本次設計了解液壓離合的設計思路,為今后的工作打下堅實的基礎。
關鍵詞:從動盤總成;傳動系統(tǒng);離合器;膜片彈簧;液壓操縱
Abstract
This paper analyses and calculates the structure and process of the hydraulic clutch based on Audi A3 basic vehicle model.. Clutches are installed between the engine and the transmission. The clutch is often used in the whole process of starting and driving. Its function is to make the engine and transmission gradually engage, so as to ensure a smooth start of the car; temporarily cut off the connection between the engine and transmission, so as to facilitate gear shifting and reduce the impact of gear shifting; when the car emergency braking can play a separation role, prevent transmission and other transmission systems overload, play a certain protective role. Clutch is similar to switch, engagement or disconnection power transfer function, therefore, any form of automobile has clutch device, only in different forms. In addition, through the analysis and calculation of hydraulic control system, understand the process and principle of hydraulic clutch work, through this design of hydraulic clutch design ideas, lay a solid foundation for future work.
Key words: Following disc assembly; Transmission system; Clutch; Diaphragm spring; Hydraulic control
目 錄
摘 要 2
Abstract 3
第1章 緒 論 6
1.1液壓離合器的簡介 6
1.2離合器的發(fā)展狀況 6
1.3 離合器及其飛輪的功用 7
1.3.1 飛輪的功用 7
1.3.2 離合器的功用 7
1.4離合器設計要求 8
第2章 離合器飛輪的結構設計與分析 8
2.1 離合器飛輪的發(fā)展狀況 8
2.2 離合器飛輪的性能特點 9
2.3 離合器飛輪的結構分析 9
第3章 離合器的結構設計 10
3.1 離合器結構選擇 10
3.1.1 摩擦片的選擇 10
3.1.2 壓緊彈簧布置形式的選擇 10
3.1.3 壓盤的驅(qū)動方式 11
3.1.4 分離杠桿、分離軸承 11
3.1.5 離合器的散熱通風 11
3.1.6 從動盤總成 12
3.2 離合器結構設計的要求 12
3.2.1摩擦片要求 12
3.2.2從動盤 12
3.2.3扭轉(zhuǎn)減震器 12
3.2.4總體要求 13
3.3 離合器主要零件的設計 14
3.3.1 從動盤 14
3.3.2 摩擦片 14
3.3.3 膜片彈簧 14
3.3.4 壓盤 14
3.3.5 離合器蓋 14
第4章 離合器的參數(shù)化設計計算 15
4.1 主要參數(shù)的選擇 15
4.2 摩擦片的設計 17
4.3 膜片彈簧的設計 19
4.3.1彈性特性計算 19
4.3.2圓錐底角的技術 19
4.3.3切槽寬度的計算 20
4.3.4 壓盤的計算 20
4.4膜片彈簧的載荷分析 20
4.5 扭轉(zhuǎn)減振器的計算 22
第5章 液壓操縱機構的設計 22
5.1 操縱機構的簡介 22
5.2 液壓操縱系統(tǒng)的工作過程 23
5.3 液壓操縱機構的計算 23
5.3.1 踏板行程計算 23
5.2.2踏板力的計算 24
5.2.3從動軸的計算 25
5.3.4 分離軸承的壽命計算 25
總 結 27
參考文獻 28
致 謝 29
第1章 緒 論
1.1液壓離合器的簡介
近年來各國政府都從資金、技術方面大力發(fā)展汽車工業(yè),使其發(fā)展速度明顯比其它工業(yè)要快的多,因此汽車工業(yè)迅速成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標志。
對于內(nèi)燃機汽車來說,離合器在機械傳動系中作為一個獨立的總成而存在,它是汽車傳動系中直接與發(fā)動機相連接聽總成。目前,各種汽車廣泛采用的摩擦式離合器主要依靠主、從動部分之間的摩擦來傳遞動力且能分離的裝置。
在早期研發(fā)的離合器中,錐形離合器最為成功?,F(xiàn)今所用的盤片式離合器的先驅(qū)是多片盤式離合器,它是直到1925年以后才出現(xiàn)的。20世紀20年代末,直到進入30年代時,只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才采用多片離合器。多年的實踐經(jīng)驗和技術上的改進使人們逐漸趨向于首選單片干式離合器[1]。
隨著汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速、功率不斷提高和汽車電子技術的高速發(fā)展,人們對離合器的要求越來越高。從提高離合器工作性能的角度出發(fā),傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器結構正逐步地向拉式膜片彈簧離合器結構發(fā)展,傳統(tǒng)的操縱形式正向自動操縱的形式發(fā)展。因此,提高離合器的可靠性和延長其使用壽命,適應發(fā)動機的高轉(zhuǎn)速,增加離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡化操縱,已成為離合器的發(fā)展趨勢。隨著計算機的發(fā)展,設計工作已從手工轉(zhuǎn)向電腦,包括計算、性能演示、計算機繪圖、制成后的故障統(tǒng)計等等。
1.2離合器的發(fā)展狀況
離合器技術發(fā)展史 在100多年的汽車發(fā)展史中,幾乎所有的零部件在技術方面都經(jīng)歷過巨大的發(fā)展變化:可靠性、生產(chǎn)成本、維護便利性、節(jié)能減排性等,都已經(jīng)且將一直成為汽車行業(yè)的追求目標,這些發(fā)展目標要求汽車工程師們不斷地開發(fā)出更新更好的解決方案。 ??? 在技術方面,直到1910年,往復式活塞內(nèi)燃機汽車才明顯地超過汽車和電動汽車。1902年,一輛汽油發(fā)動機汽車第一次打破了當時的最高速度記錄,而在此之前,最高速度記錄則一直是由蒸汽汽車和電動汽車創(chuàng)造的。汽車的這三種不同驅(qū)動方式的支持者們在20世紀的頭十年里一直為打破最高速度記錄而不斷地競爭和比賽。
1.3 離合器及其飛輪的功用
1.3.1 飛輪的功用
飛輪(Flywheel)裝置在曲柄的軸的一端,是鑄鐵制造較重的輪盤,在爆發(fā)沖程傳遞回轉(zhuǎn)力,由飛輪一時吸收儲蓄,供給下一次動力沖程,能使曲柄軸圓滑的回轉(zhuǎn)作用,外環(huán)的齒圈可供起時搖轉(zhuǎn)引擎之用,背面與離合器片接觸,成為離合器總成的主件
飛輪是發(fā)動機在曲軸后端的較大的圓盤狀的零件,它具有較大的轉(zhuǎn)動慣量,具有以下功能:將發(fā)動機作功形成的部分能量儲存起來,以克服其他形成的阻力,使曲軸均勻旋轉(zhuǎn)。通過安裝在飛輪上的離合器,把發(fā)動機和汽車傳動系統(tǒng)連接起來。裝有與起動機結合的齒圈,便于發(fā)動機啟動。
飛輪,是發(fā)動機裝在曲軸后端的較大的圓盤狀零件,它具有較大的轉(zhuǎn)動慣量,具有以下功能: 將發(fā)動機作功行程的部分能量儲存起來,以克服其他行程的阻力,使曲軸均勻旋轉(zhuǎn); 通過安裝在飛輪上的離合器,把發(fā)動機和汽車傳動系統(tǒng)連接起來;裝有與起動機接合的齒圈,便于發(fā)動機起動。
1.3.2 離合器的功用
離合器可使發(fā)動機與傳動系逐漸接合,保證汽車平穩(wěn)起步。如前所述,現(xiàn)代車用活塞式發(fā)動機不能帶負荷啟動,它必須先在空負荷下啟動,然后再逐漸加載。發(fā)動機啟動后,得以穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速約為300~500r/min,而汽車則只能由靜止開始起步,一個運轉(zhuǎn)著的發(fā)動機,要帶一個靜止的傳動系,是不能突然剛性接合的。因為如果是突然的剛性連接,就必然造成不是汽車猛烈攢動,就是發(fā)動機熄火。所以離合器可使發(fā)動機與傳動系逐漸地柔和地接合在一起,使發(fā)動機加給傳動系的扭矩逐漸變大,至足以克服行駛阻力時,汽車便由靜止開始緩慢地平穩(wěn)起步了。
雖然利用變速器的空檔,也可以實現(xiàn)發(fā)動機與傳動系的分離。但變速器在空檔位置時,變速器內(nèi)的主動齒輪和發(fā)動機還是連接的,要轉(zhuǎn)動發(fā)動機,就必須和變速器內(nèi)的主動齒輪一起拖轉(zhuǎn),而變速器內(nèi)的齒輪浸在黏度較大的齒輪油中,拖轉(zhuǎn)它的阻力是很大的。尤其在寒冷季節(jié),如沒有離合器來分離發(fā)動機和傳動系,發(fā)動機起動是很困難的。所以離合器的第二個功用,就是暫時分開發(fā)動機和傳動系的聯(lián)系,以便于發(fā)動機起動。
離合器所能傳遞的最大扭矩是有一定限制的,在汽車緊急制動時,傳動系受到很大的慣性負荷,此時由于離合器自動打滑,可避免傳動系零件超載損壞,起保護作用。
1.4離合器設計要求
根據(jù)離合器的功用,它應滿足下列主要要求:
(1)能在任何行駛情況下,可靠地傳遞發(fā)動機的最大扭矩。為此,離合器的摩擦力矩()應大于發(fā)動機最大扭矩();
(2)接合平順、柔和。即要求離合器所傳遞的扭矩能緩和地增加,以免汽車起步?jīng)_撞或抖動;
(3)分離迅速、徹底。換檔時若離合器分離不徹底,則飛輪上的力矩繼續(xù)有一部份傳入變速器,會使換檔困難,引起齒輪的沖擊響聲;
(4)從動盤的轉(zhuǎn)動慣量小。離合器分離時,和變速器主動齒輪相連接的質(zhì)量就只有離合器的從動盤。減小從動盤的轉(zhuǎn)動慣量,換檔時的沖擊即降低;
(5)具有吸收振動、噪聲和沖擊的能力;
(6)散熱良好,以免摩擦零件因溫度過高而燒裂或因摩擦系數(shù)下降而打滑;
(7)操縱輕便,以減少駕駛員的疲勞。尤其是對城市行駛的轎車和公共汽車,非常重要;
(8)摩擦式離合器,摩擦襯面要耐高溫、耐磨損,襯面磨損在一定范圍內(nèi),要能通過調(diào)整,使離合器正常工作。
第2章 離合器飛輪的結構設計與分析
2.1 離合器飛輪的發(fā)展狀況
雙質(zhì)量飛輪由于具有減振、降噪等優(yōu)點,對提高手動檔車駕駛的舒適性和平順性有很大效果,并且是與雙離合器系統(tǒng)(DCT)具有最理想的匹配效果,因此,雙質(zhì)量飛輪具有一定的長遠發(fā)展前景。但雙質(zhì)量飛輪在我國的發(fā)展前景,仍存在較大的未知數(shù)。我國雙質(zhì)量飛輪的發(fā)展前景,受到以下因素的影響:雙質(zhì)量飛輪受到變速器形式在我國發(fā)展趨勢的制約。日、美基本上采用AT和CVT,而在歐洲MT比AT略占優(yōu)勢,DCT發(fā)展較迅速。這些都影響著我國的變速器走勢。、國內(nèi)主機廠對雙質(zhì)量飛輪的應用態(tài)度。目前,國內(nèi)還很少車型采用雙質(zhì)量飛輪,主要是大眾系統(tǒng)采用的比例相對比較多。大多數(shù)人的態(tài)度是國內(nèi)發(fā)展雙質(zhì)量飛輪的前景比較暗淡。
2.2 離合器飛輪的性能特點
雙質(zhì)量飛輪是當前汽車上隔振減振效果最好的裝置。因此20世紀90年代以來在歐洲得到廣泛推廣,已從高級轎車推廣到中級轎車,這與歐洲人喜歡手動檔和柴油車有很大關系。眾所周知,柴油機的振動比汽油機大,為了使柴油機減少振動,提高乘坐的舒適性,現(xiàn)在歐洲許多柴油乘用車都采用了雙質(zhì)量飛輪,使得柴油機轎車的舒適性可與汽油機轎車媲美。在國內(nèi),一汽大眾的寶來手動檔轎車也率先采用了雙質(zhì)量飛輪。主要有如下特點:
1.扭振隔振:雙質(zhì)量飛輪幾乎使發(fā)動機曲軸的扭振完全與變速箱隔離,尤其能把發(fā)動機低速區(qū)域內(nèi)的不均衡性完全過濾掉。這樣就給降低怠速轉(zhuǎn)速和使發(fā)動機主要運轉(zhuǎn)在低速區(qū)提供了可能性,也因此實現(xiàn)了整車燃油經(jīng)濟性的提升和噪音降低。
2.變速箱減載:由于雙質(zhì)量飛輪降低了輸入軸的不平衡性,因此變速箱由之產(chǎn)生的負荷和應力也隨之降低。雙質(zhì)量飛輪幾乎完全消除了傳統(tǒng)系統(tǒng)中高頻變速器的附加扭矩。既然變速器減小了附加載荷,就可以傳遞較高的靜力扭矩。在帶有雙質(zhì)量飛輪的柴油機中尤其如此。
3.曲軸減載:由于雙質(zhì)量飛輪的初級質(zhì)量較傳統(tǒng)傳動系統(tǒng)的飛輪質(zhì)量小很多,所以飛輪的轉(zhuǎn)動慣量很小,同時次級質(zhì)量對于曲軸的彎曲載荷而言可以忽略不計,因此飛輪的轉(zhuǎn)動慣量所帶來的慣性力矩給曲軸施加的動載荷減少了。
4.由于雙質(zhì)量飛輪的使用有效的隔離發(fā)動機傳來的振動,因此可以在寒冷天氣下使用粘度更低的潤滑油,并得到更好的換擋效果;另外離合器的減振器取消也降低了同步器上的力,使換擋力更小。
此外,由于負載較小,使用壽命長,外形尺寸也要小于傳動離合器。
2.3 離合器飛輪的結構分析
雙質(zhì)量飛輪將原來的一個飛輪分成兩個部分,一部分保留在原來發(fā)動機一側的位置上,起到原來飛輪的作用,用于起動和傳遞發(fā)動機的轉(zhuǎn)動扭矩,這一部分稱為第一質(zhì)量(初級質(zhì)量),另一部分則放置在傳動系變速器一側,用于提高變速器的轉(zhuǎn)動慣量,這一部分稱為第二質(zhì)量(次級質(zhì)量)。兩部分飛輪之間有一個環(huán)型的油腔,在腔內(nèi)裝有彈簧減振器,由彈簧減振器將兩部分飛輪連接為一個整體。一個典型的雙質(zhì)量飛輪結構一般包括第一質(zhì)量、第二質(zhì)量、彈性元件(螺旋彈簧)等元件,如圖所示。
第3章 離合器的結構設計
3.1 離合器結構選擇
3.1.1 摩擦片的選擇
單片離合器因為結構簡單,尺寸緊湊,散熱良好,維修調(diào)整方便,從動部分轉(zhuǎn)動慣量小,在使用時能保證分離徹底接合平順,所以被廣泛使用于轎車和中、小型貨車,因此該設計選擇單片離合器。摩擦片數(shù)為2。
3.1.2 壓緊彈簧布置形式的選擇
離合器壓緊裝置可分為周布彈簧式、中央彈簧式、斜置彈簧式、膜片彈簧式等。其中膜片彈簧的主要特點是用一個膜片彈簧代替螺旋彈簧和分離杠桿。膜片彈簧與其他幾類相比又有以下幾個優(yōu)點[9]:
(1)由于膜片彈簧有理想的非線性特征,彈簧壓力在摩擦片磨損范圍內(nèi)能保證大致不變,從而使離合器在使用中能保持其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力不變。當離合器分離時,彈簧壓力不像圓柱彈簧那樣升高,而是降低,從而降低踏板力;
(2)膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用,使結構簡單緊湊,軸向尺寸小,零件數(shù)目少,質(zhì)量??;
(3)高速旋轉(zhuǎn)時,壓緊力降低很少,性能較穩(wěn)定;而圓柱彈簧壓緊力明顯下降;
(4)由于膜片彈簧大斷面環(huán)形與壓盤接觸,故其壓力分布均勻,摩擦片磨損均勻,可提高使用壽命;
(5)易于實現(xiàn)良好的通風散熱,使用壽命長;
(6)平衡性好;
(7)有利于大批量生產(chǎn),降低制造成本。
但膜片彈簧的制造工藝較復雜,對材料質(zhì)量和尺寸精度要求高,其非線性特性在生產(chǎn)中不易控制,開口處容易產(chǎn)生裂紋,端部容易磨損。近年來,由于材料性能的提高,制造工藝和設計方法的逐步完善,膜片彈簧的制造已日趨成熟。因此,我選用膜片彈簧式離合器。
3.1.3 壓盤的驅(qū)動方式
在膜片彈簧離合器中,扭矩從離合器蓋傳遞到壓盤的方法有三種[9]:
(1)凸臺—窗孔式:它是將壓盤的背面凸起部分嵌入在離合器蓋上的窗孔內(nèi),通過二者的配合,將扭矩從離合器蓋傳到壓盤上,此方式結構簡單,應用較多;缺點:壓盤上凸臺在傳動過程中存在滑動摩擦,因而接觸部分容易產(chǎn)生分離不徹底。
(2)徑向傳動驅(qū)動式:這種方式使用彈簧剛制的徑向片將離合器蓋和壓盤連接在一起,此傳動的方式較上一種在結構上稍顯復雜一些,但它沒有相對滑動部分,因而不存在磨損,同時踏板力也需要的小一些,操縱方便;另外,工作時壓盤和離合器蓋徑向相對位置不發(fā)生變化,因此離合器蓋等旋轉(zhuǎn)物件不會失去平衡而產(chǎn)生異常振動和噪聲。
(3) 徑向傳動片驅(qū)動方式:它用彈簧鋼制的傳動片將壓盤與離合器蓋連接在一起,除傳動片的布置方向是沿壓盤的弦向布置外,其他的結構特征都與徑向傳動驅(qū)動方式相同。經(jīng)比較,我選擇徑向傳動驅(qū)動方式。
3.1.4 分離杠桿、分離軸承
分離杠桿的作用由膜片彈簧承擔,其作用是通過分離軸承克服離合器彈簧的推力并推動壓盤移動,從而使壓盤與從動盤和從動盤與飛輪相互分離,截斷動力的傳遞,分離杠桿要具有足夠的強度和剛度,以承受反復作用在其上面的彎曲應力,分離軸承的作用是通過分離叉的作用使分離軸承沿變速器前端蓋導向套作軸向移動,推動旋轉(zhuǎn)中的膜片彈簧中部分離前端,使離合器起到分離作用。分離本次設計選用的是油封軸承,它可以將潤滑脂密封在軸承殼內(nèi),使用中不需要增加潤滑,相比供油式軸承則需增加。
3.1.5 離合器的散熱通風
試驗表明,摩擦片的磨損是隨壓盤溫度的升高而增大的,當壓盤工作表面超過°C時摩擦片磨損劇烈增加,正常使用條件的離合器盤,工作表面的瞬時溫度一般在°C以下。在特別頻繁的使用下,壓盤表面的瞬時溫度有可能達到。過高的溫度能使壓盤受壓變形產(chǎn)生裂紋和碎裂。為使摩擦表面溫度不致過高,除要求壓盤有足夠大的質(zhì)量以保證足夠的熱容量外,還要求散熱通風好。改善離合器散熱通風結構的措施有:在壓盤上設散熱筋,或鼓風筋;在離合器中間壓盤內(nèi)鑄通風槽;將離合器蓋和壓桿制成特殊的葉輪形狀,用以鼓風;在離合器外殼內(nèi)裝導流罩。膜片彈簧式離合器本身構造能良好實現(xiàn)通風散熱效果,故不需作另外設置。
3.1.6 從動盤總成
從動盤總成由摩擦片,從動片,減震器和從動盤穀等組成。它雖然對離合器工作性能影響很大的構件,但是其工作壽命薄弱,因此在結構和材料上的選擇是設計的重點。從動盤總成應滿足如下設計要求:
(1)轉(zhuǎn)動慣量要小,以減小變速器換檔時輪齒簡單沖擊;
(2)應具有軸向彈性,使離合器接合平順,便于起步,而且使摩擦面壓力均勻,減小磨損。
(3)應裝扭轉(zhuǎn)減振器,以避免傳動系共振,并緩和沖擊。
3.2 離合器結構設計的要求
3.2.1摩擦片要求
摩擦系數(shù)穩(wěn)定、工作溫度、單位壓力的變化對其影響要小,有足夠的機械強度和耐磨性;熱穩(wěn)定性好,磨合性好,密度?。挥欣诮Y合平順,長期停放離合器摩擦片不會粘著現(xiàn)象的。綜上所述,選擇石棉基材料。石棉基摩擦材料是由石棉或石棉織物、粘結劑(樹脂或硅膠)和特種添加劑熱壓制成,其摩擦系數(shù)為0.25~0.3,密度小,價格便宜,多年來在汽車離合器上使用效果良好。同時,摩擦片從動鋼片用鉚釘連接,連接可靠,更換摩擦片方便,而且適宜在從動鋼片上裝波形彈簧片以獲得軸向彈性。
3.2.2從動盤
從動盤的軸向彈性可改善離合器性能,使離合器接合柔和,摩擦面接觸均勻,磨損較小。為使從動盤有軸向彈性,單獨制造扇形波狀彈簧與從動鋼片鉚接。波狀彈簧可用比鋼片輕薄的材料制造,軸向彈性較好,轉(zhuǎn)動慣量小,適宜高速旋轉(zhuǎn),且彈簧對置分布,彈性好。因此設計中選用此類彈簧。
3.2.3扭轉(zhuǎn)減震器
扭轉(zhuǎn)減震器幾乎是現(xiàn)代汽車離合器從動盤上必備的部件,主要由彈性元件和阻尼元件組成。彈性元件可降低傳動系的首端扭轉(zhuǎn)剛度,從而降低傳動系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階固有頻率,改變系統(tǒng)的固有振型,使之盡可能避免由發(fā)動機轉(zhuǎn)矩主諧量激勵引起的共振。但是,這種共振往往難以避免。汽車行駛在不平的道路上行駛阻力也會時刻變化。當由于路面不平引起的激力頻率與傳動系的某階自振頻率重合時,也會發(fā)生共振現(xiàn)象。阻尼元件則可有效的耗散此時的振動能量,因而扭轉(zhuǎn)減震器可有效地降低傳動系共振載荷與噪聲。
扭轉(zhuǎn)減震器的彈性特性,又線性和非線性兩種。彈性元件采用圓柱螺旋彈簧的減震器,其彈性特點為線性。阻尼元件采用摩擦片通過碟形彈簧建立阻尼默片的正應力,其阻尼力矩比較穩(wěn)定。因此發(fā)動機的扭矩實際上是通過一些彈性元件傳遞到傳動系的。
摩擦式扭轉(zhuǎn)減震器工作原理:離合器工作時,扭矩從摩擦片傳給從動鋼片再傳給從動盤轂,此時彈簧被壓縮,從動鋼片相對從動盤轂前移(從動轂邊緣上的缺口控制著鋼片與轂的最大位移)。
3.2.4總體要求
在進行離合器的具體設計時,首先應保證傳遞發(fā)動機最大扭矩為前提,然后滿足下列條件[15]:
(1)如前所述,扇形波狀彈簧對置分布鉚接在從動鋼片上,并在從動盤上設置扭轉(zhuǎn)減震器保證離合器接合柔和,摩擦片制成一定錐度(從動盤錐形量約為0.5mm)使其大端面向飛輪,這樣從動盤轂在從動軸(即變速器第一軸)花鍵上易于滑動,有利于離合器徹底分離。
(2)離合器主動部分與從動部分的連接和支撐形式,離合器的主動部分包括飛輪,離合器蓋與他們一起轉(zhuǎn)動并能軸向移動的壓盤,壓盤通過鋼片與離合器蓋相連,離合器從動部分有從動盤,從動軸,從動軸裝在飛輪與壓盤之間,可在從動軸花鍵上滑動,設計時把離合器從動軸的前軸承安裝在發(fā)動機曲軸的中心孔內(nèi)。
(3)離合器從動軸的軸向定位及軸承潤滑,離合器從動軸在安裝后應保持軸向定位,在拆卸時便于離合器中抽出來。因此,設計時使從動軸前軸承外圓與飛輪為過渡配合,而前軸承內(nèi)圈與從動軸為間隙配合,離合器的從動軸軸向定位是靠從動軸后軸承來保證的。離合器分離軸承靠注入黃油潤滑的,而從動軸前軸承靠油杯定期注入潤滑。 為防止?jié)櫥土鞯侥Σ烈r面,造成離合器打滑,除在軸承處安有自緊油封外,還在飛輪上開泄油孔。
(4)離合器運動零件的限位,離合器處于接合時為使壓盤與摩擦片很好接合,應使分離彈簧與分離軸承之間保持一定間隙,這是分離軸承回位彈簧加以保證。分離時,應對踏板的最大行程加以限制。
3.3 離合器主要零件的設計
3.3.1 從動盤
扇形波狀彈簧兩兩對置鉚接與從動鋼片上,兩側在鉚接摩擦片,鉚釘都采用鋁制埋頭鉚釘,摩擦襯面在鉚接后腰磨削加工,使其工作表面的不平度誤差小于0.2mm,從動盤本體采用45號鋼沖壓加工得到,為防止其彎曲變形而引起分離不徹底,一般在從動盤本體上設徑向切口。
3.3.2 摩擦片
摩擦片在性能上要滿足如下要求:
(1)摩擦系數(shù)穩(wěn)定,工作溫度,滑磨速度,單位壓力的變化對其影響;
(2)具有足夠的機械強度和耐磨性,熱穩(wěn)定性好;
(3)有利于接合平順;4.長期停放離合器摩擦面會發(fā)生粘著現(xiàn)象。
(4)摩擦片選用材料為石棉基摩擦材料,它是由石棉或石棉織物、粘結劑和特種添加劑熱壓而成,其摩擦系數(shù)為。石棉基摩擦材料密度小,工作溫度小于180℃,價格便宜,使用效果良好,在汽車離合器中廣泛使用。
3.3.3 膜片彈簧
膜片彈簧使用優(yōu)質(zhì)高精質(zhì)鋼。其碟簧部分的尺寸精度要求高,碟簧材料為60SiMnA。為了提高膜片彈簧的承載能力,要對膜片彈簧進行調(diào)質(zhì)處理,得具有高抗疲勞能力的回火索氏體。要防止膜片內(nèi)緣離開,同時對膜片彈簧進行強壓處理(將彈簧壓平并保持小時),使其高壓力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應力,對膜片彈簧的凹表面進行噴丸處理,噴丸是φ0.8的白口鐵小丸, 可提高彈簧的疲勞壽命。同時,為提高分離指的耐磨性,對其進行局部高頻淬火式鍍鉻。采用乳白鍍鉻,若膜片彈簧許用應力可取為1500~1700N/mm2。
3.3.4 壓盤
壓盤的材料選用HT20-40鑄造制成。它要有一定的質(zhì)量和剛度,以保證足夠的熱容量和防止溫度升高而產(chǎn)生的彎曲變形。壓盤應與飛輪保持良好的對中,并進行靜平衡。壓盤的摩擦工作面需平整光滑,其端面粗糙不低于0.8。壓盤殼用M8×12mm螺栓將其一端固定在飛輪端面上,另一端固定在壓盤端面上。
3.3.5 離合器蓋
離合器蓋的膜片彈簧支撐處須具有較大的剛度和較高的尺寸精度,壓盤高度(叢承壓點到摩擦面的距離)公差要小,支撐環(huán)和支撐鉚釘?shù)陌惭b尺寸精度要高,耐磨性好,膜片彈簧的支撐形式采用鉚釘作支承時,如果分離軸承與曲軸中心線不同心,可引起鉚釘?shù)倪^度磨損。提高鉚釘硬度的套筒和支承與曲軸中心線不同心,亦可引起鉚釘?shù)倪^度。提高鉚釘硬度的套筒和支承圈是提高耐磨性的結構措施,采用10鋼材材料、HRc40-50。
第4章 離合器的參數(shù)化設計計算
4.1 主要參數(shù)的選擇
表4.1 離合器原始數(shù)據(jù)
發(fā)動機位置
前置
發(fā)動機最大功率
75KW
發(fā)動機最大轉(zhuǎn)速
4500r/min
發(fā)動機最大扭矩
≥170N.m
離合器形式
機械、干式、單片、膜片彈簧(壓式)
操縱形式
液壓人力操縱
摩擦片最大外徑
f=225mm
踏板行程
mm
i0=6.17 ig1=5.913 ig2=2.659 ig3=1.775 ig4=1.000
汽車最大時速
≥110 km/h
采用單片摩擦離合器是利用摩擦來傳遞發(fā)動機扭矩的,為保證可靠度,離合器靜摩擦力矩應大于發(fā)動機最大扭矩
摩擦片的靜壓力:
(4.1)
(
式中:離合器后備系數(shù)()
發(fā)動機的最大扭矩可由式: (4.2)求得
式中: Kw,r/min。α在1.1~1.3之間 ,取α=1.16,則N.m
(1)后備系數(shù)β是離合器的重要參數(shù),反映離合器傳遞發(fā)動機最大扭矩的可靠程度,選擇β時,應從以下幾個方面考慮:a. 摩擦片在使用中有一定磨損后,離合器還能確保傳遞發(fā)動機最大扭矩;b. 防止離合器本身滑磨程度過大;c. 要求能夠防止傳動系過載。通常轎車和輕型貨車β=1.2~1.75。結合設計實際情況,故選擇β=1.5。
則有β可有表4.2查得 β=1.5。
表4.2 離合器后備系數(shù)的取值范圍
車型
后備系數(shù)β
乘用車及最大總質(zhì)量小于6t的商用車
1.20~1.75
最大總質(zhì)量為6~14t的商用車
1.50~2.25
掛車
1.80~4.00
摩擦片的外徑可有式: (4.3) 求得
為直徑系數(shù),取值見表4.3 取 得D=221.11mm。
表4.3 直徑系數(shù)的取值范圍
車型
直徑系數(shù)
乘用車
14.6
最大總質(zhì)量為1.8~14.0t的商用車
16.0~18.5(單片離合器)
13.5~15.0(雙片離合器)
最大總質(zhì)量大于14.0t的商用車
22.5~24.0
摩擦片的尺寸已系列化和標準化,標準如下表(部分):
表4.4 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)
外徑D\mm
160
180
200
225
250
280
300
325
內(nèi)徑d\mm
110
125
140
150
155
165
175
190
厚度/mm
3.2
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
0.687
0.694
0.700
0.667
0.620
0.589
0.583
0.585
0.676
0.667
0.657
0.703
0.762
0.796
0.802
0.800
單面面積cm2
106
132
160
221
302
402
466
546
摩擦片的摩擦因數(shù)取決于摩擦片所用的材料及基工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素??捎杀?.5查得:
摩擦面數(shù)Z為離合器從動盤數(shù)的兩倍,決定于離合器所需傳遞轉(zhuǎn)矩的大小及其結構尺寸。本題目設計單片離合器,因此Z=2。離合器間隙Δt是指離合器處于正常接合狀態(tài)、分離套筒被回位彈簧拉到后極限位置時,為保證摩擦片正常磨損過程中離合
器仍能完全接合,在分離軸承和分離杠桿內(nèi)端之間留有的間隙。該間隙Δt一般為3~4mm。取Δt=4mm。
表4.5 摩擦材料的摩擦因數(shù)的取值范圍
摩擦材料
摩擦因數(shù)
石棉基材料
模壓
0.20~0.25
編織
0.25~0.35
粉末冶金材料
銅基
0.25~0.35
鐵基
0.30~0.50
金屬陶瓷材料
0.4
離合器的靜摩擦力矩為: (4.4)
與式(4.1)聯(lián)立得:
(4.5) 代入數(shù)據(jù)得:單位壓力MPa。
表4.6 摩擦片單位壓力的取值范圍
摩擦片材料
單位壓力/MPa
石棉基材料
模壓
0.15~0.25
編織
0.25~0.35
粉末冶金材料
模壓
0.35~0.50
編織
金屬陶瓷材料
0.70~1.50
4.2 摩擦片的設計
(1)摩擦片外徑D(mm)的選取應使最大圓周速度不超過65~70m/s,即
m/sm/s (4.6)
式中,為摩擦片最大圓周速度(m/s);為發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速(r/min)。
(2)摩擦片的內(nèi)、外徑比應在0.53~0.70范圍內(nèi),即
(3)為了保證離合器可靠地傳遞發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩,并防止傳動系過載,不同車型的β值應在一定范圍內(nèi),最大范圍為1.2~4.0。
(4)為了保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝,摩擦片內(nèi)徑d必須大于減振器振器彈簧位置直徑約50mm,即
mm
(5)為反映離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩并保護過載的能力,單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應小于其許用值,即
(4.7)式中,為單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩(N.m/mm2),可按表3.6選取
經(jīng)檢查,合格。
表4.7 單位摩擦面積傳遞轉(zhuǎn)矩的許用值
離合器規(guī)格
0.28
0.30
0.35
0.40
(6)為降低離合器滑磨時的熱負荷,防止摩擦片損傷,對于不同車型,單位壓力的最大范圍為0.11~1.50MPa,即
MPaMPaMPa
(7)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,離合器每一次接合的單位摩擦面積滑磨功應小于其許用值,即
(4.8)
式中,為單位摩擦面積滑磨(J/mm2);為其許用值(J/mm2),對于乘用車:J/mm2,對于最大總質(zhì)量小于6.0t的商用車:J/mm2,對于最大總質(zhì)量大于6.0t商用車:J/mm2:W為汽車起步時離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(J),可根據(jù)下式計算
(4.9)
式中,為汽車總質(zhì)量(Kg);為輪胎滾動半徑(m);為汽車起步時所用變速器擋位的傳動比;為主減速器傳動比;為發(fā)動機轉(zhuǎn)速r/min,計算時乘用車取r/min,商用車取r/min。其中: m Kg代入式(3.9)得J,代入式(3.8)得,合格。
(8)離合器接合的溫升
式中,t為壓盤溫升,不超過°C;c為壓盤的比熱容,J/(Kg·°C);γ為傳到壓盤的熱量所占的比例,對單片離合器壓盤;,為壓盤的質(zhì)量Kg
代入,°C,合格。
4.3 膜片彈簧的設計
4.3.1彈性特性計算
此值對膜片彈簧的彈性特性影響極大,分析式(4.10)中載荷與變形1之間的函數(shù)關系可知,當時,F(xiàn)2為增函數(shù);時,F(xiàn)1有一極值,而該極值點又恰為拐點;時,F(xiàn)1有一極大值和極小值;當時,F(xiàn)1極小值在橫坐標上,見圖3.1。
1- 2- 3-
4- 5-
圖4.1 膜片彈簧的彈性特性曲線
為保證離合器壓緊力變化不大和操縱方便,汽車離合器用膜片彈簧的H/h通常在1.5~2范圍內(nèi)選取。常用的膜片彈簧板厚為2~4mm,本設計 ,h=3mm ,則H=6mm 。
4.3.2圓錐底角的技術
汽車膜片彈簧在自由狀態(tài)時,圓錐底角α一般在°范圍內(nèi),本設計中 得°在°之間,合格。分離指數(shù)常取為18,大尺寸膜片彈簧有取24的,對于小尺寸膜片彈簧,也有取12的,本設計所取分離指數(shù)為18。
4.3.3切槽寬度的計算
mm,mm,取mm,mm,應滿足的要求。
4.3.4 壓盤的計算
應略大于且盡量接近r,應略小于R且盡量接近R。本設計取mm,mm。膜片彈簧應用優(yōu)質(zhì)高精度鋼板制成,其碟簧部分的尺寸精度要高。國內(nèi)常用的碟簧材料的為60SizMnA,當量應力可取為1600~1700N/mm2。
4.4膜片彈簧的載荷分析
碟形彈簧的形狀如以錐型墊片,見圖3.2,它具有獨特的彈性特征,廣泛應用于機械制造業(yè)中。膜片彈簧是具有特殊結構的碟形彈簧,在碟簧的小端伸出許多由徑向槽隔開的掛狀部分——分離指。膜片彈簧的彈性特性與尺寸如其碟簧部分的碟形彈簧完全相同(當加載點相同時)。因此,碟形彈簧有關設計公式對膜片彈簧也適用。通過支承環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的沿圓周分布的載荷,假象集中在支承點處,用F1表示,加載點間的相對變形(軸向)為λ1,則壓緊力F1與變形λ1之間的關系式為:
(3.10)
式中: E——彈性模量,對于鋼,
μ——泊松比,對于鋼,μ=0.3
H——膜片彈簧在自由狀態(tài)時,其碟簧部分的內(nèi)錐高度
h——彈簧鋼板厚度
R——彈簧自由狀態(tài)時碟簧部分的大端半徑
r——彈簧自由狀態(tài)時碟簧部分的小端半徑
R1——壓盤加載點半徑
r1——支承環(huán)加載點半徑
圖4.2 膜片彈簧的尺寸簡圖
表4.8 膜片彈簧彈性特性所用到的系數(shù)
R
r
R1
r1
H
h
118
94
116
96
6
3
代入(4.10)得
(4.11)
對(4.11)式求一次導數(shù),可解出λ1=F1的凹凸點,求二次導數(shù)可得拐點。
凸點:mm時,N
凹點:mm時,N
拐點:mm時,N
2、當離合器分離時,膜片彈簧加載點發(fā)生變化。設分離軸承對膜片彈簧指所加的載荷為F2,對應此載荷作用點的變形為λ2。由
(4.12)
(4.13)
列出表4.8:
表4.9 膜片彈簧工作點的數(shù)據(jù)
2.96
7.04
5
9.18
2.182
15.5
11796.93
6748.98
9273
3775.02
2159.67
2967.36
膜片彈簧工作點位置的選擇。從膜片彈簧的彈性特性曲線圖分析出,該曲線的拐點H對應著膜片彈簧壓平位置,而。新離合器在接合狀態(tài)時,膜片彈簧工作點B一般取在凸點M和拐點H之間,且靠近或在H點處,一般,以保證摩擦片在最大磨損限度Δλ范圍內(nèi)壓緊力從F1B到F1A變化不大。當分離時,膜片彈簧工作點從B變到C ,為最大限度地減小踏板力,C點應盡量靠近N點。為了保證摩擦片磨損后仍能可靠的傳遞傳矩,并考慮摩擦因數(shù)的下降,摩擦片磨損后彈簧工作壓緊力應大于或等于新摩擦片時的壓緊力,見圖4.3。
4.5 扭轉(zhuǎn)減振器的計算
減震器極轉(zhuǎn)矩 N·m
摩擦轉(zhuǎn)矩 N·m
預緊轉(zhuǎn)矩 N·m
極限轉(zhuǎn)角 °
扭轉(zhuǎn)角剛度 N·m/rad
詳細見圖3.5。
第5章 液壓操縱機構的設計
5.1 操縱機構的簡介
汽車離合器操縱機構是駕駛員用來控制離合器分離又使之柔和接合的一套機構。它始于離合器踏板,終止于離合器殼內(nèi)的分離軸承。由于離合器使用頻繁,因此離合器操縱機構首先要求操作輕便。輕便性包括兩個方面,一是加在離合器踏板上的力不應過大,另一方面是應有踏板形成的校正機構。離合器操縱機構按分離時所需的能源不同可分為機械式、液壓式、彈簧助力式、氣壓助力機械式、氣壓助力液壓式等等。
離合器操縱機構應滿足的要求是[3]:
(1)踏板力要小,轎車一般在80~150N范圍內(nèi),貨車不大于150~200N;
(2)踏板行程對轎車一般在mm范圍內(nèi),對貨車最大不超過180mm;
(3)踏板行程應能調(diào)整,以保證摩擦片磨損后分離軸承的自由行程可復原;
(4)應有對踏板行程進行限位的裝置,以防止操縱機構因受力過大而損壞;
(5)應具有足夠的剛度;
(6)傳動效率要高;
(7)發(fā)動機振動及車架和駕駛室的變形不會影響其正常工作。
離合器液壓操縱結構簡單摩擦阻力小,傳動效率高,離合器結合平穩(wěn),整車易布置。尤其是對于發(fā)動機后置大客車,不受車架、車身變形的影響。在離合器氣助力器失效后。仍可以靠液壓油傳遞離合器踏板力,將離合器分離。離合器液壓操縱機構在國內(nèi)外大客車上已普遍采用,技術日益成熟、配套方便。離合器液壓操縱機構主要由離合器踏板機構、離合器主虹、液壓管路、離合器助力器、離合器分離機構、分離軸承、踏板限位器、自由行程調(diào)節(jié)器等組成。本次設計的普通輪型離合器操縱機構,采用液壓式操縱機構。液壓操縱機構有如下優(yōu)點:
(1)液壓式操縱,機構傳動效率高,質(zhì)量小,布置方便;便于采用吊掛踏板,從而容易密封,不會因駕駛室和車架的變形及發(fā)動機的振動而產(chǎn)生運動干涉;
(2)可使離合器接合柔和,可以降低因猛踩踏板而在傳動系產(chǎn)生的動載荷,正由于液壓式操縱有以上的優(yōu)點,故應用日益廣泛,離合器液壓操縱機構由主缸、工作缸、管路系統(tǒng)等部分組成。
5.2 液壓操縱系統(tǒng)的工作過程
在離合器與離合器分離叉之間有主缸和工作缸。主缸和工作缸用液壓油管連接。分離叉推桿一端頂在分離叉凹槽內(nèi),另一端伸入工作缸活塞內(nèi)。離合器操縱機構的功用是使離合器暫時處于分離狀態(tài)。踏下離合器踏板,通過液壓驅(qū)動系統(tǒng)向后推動分離叉外端,其內(nèi)端推壓分離套筒和分離軸承前移,壓迫膜片彈簧使離合器分離,松開踏板后,在回位彈簧力作用下離合器又很快恢復到原來位置,離合器又從新處于接合狀態(tài)。
離合器操縱機構是駕駛員借以使離合器分離,而后又使之柔和接合的一套機構。它起始于離合器踏板,終止于飛輪殼內(nèi)的分離軸承。
5.3 液壓操縱機構的計算
5.3.1 踏板行程計算
踏板行程由自由行程和工作行程組成:
(5.1)
式中,為分離軸承的自由行程,一般為mm,取mm;反映到踏板上的自由行程一般為mm;、分別為主缸和工作缸的直徑;Z為摩擦片面數(shù);為離合器分離時對偶摩擦面間的間隙,單片:mm,取mm;、、、、、為杠桿尺寸。
得:mm,mm,合格。
圖5.1 液壓操縱機構示意圖
5.2.2踏板力的計算
踏板力為
?。?.2)
式中,為離合器分離時,壓緊彈簧對壓盤的總壓力;為操縱機構總傳動比,;為機械效率,液壓式:%,機械式:%;為克服回位彈簧1、2的拉力所需的踏板力,在初步設計時,可忽略之。N,,%;則
N
合格。
分離離合器所作的功為
式中,為離合器拉接合狀態(tài)下壓緊彈簧的總壓緊力,N,則
J
合格。
5.2.3從動軸的計算
1.選材
40Cr調(diào)質(zhì)鋼可用于載荷較大而無很大沖擊的重要軸,初選40Cr調(diào)質(zhì) 。
2.確定軸的直徑
式中,A為由材料與受載情況決定的系數(shù),見表5.1:
表5.1 軸常用幾種材料的及A值
軸的材料
Q235-A,20
Q275,35
(1Cr18Ni9Ti)
45
40Cr,35SiMn
38SiMnMo,3Cr13
15~25
20~35
25~45
35~56
A
149~126
135~112
126~103
112~97
取,n 為軸的轉(zhuǎn)速,r/min,則
mm,取mm。
5.3.4 分離軸承的壽命計算
分離軸承的參數(shù)
表5.2 分離軸承參數(shù)表
型號
Cr
ε
n
7014C
48.2KN
1.2
3
4500r/min
則由下式:
得:
h
總 結
通過以上對雙質(zhì)量飛輪,膜片彈簧離合器及液壓操縱機構的工作原理的闡述及各構件的計算說明,可以看出離合器操縱機構的設計要從選材,尺寸約束,傳遞發(fā)動機扭矩,駕駛員操作等各方面的綜合考慮。
綜上所述,本次設計遵從了:(1)分離徹底;(2)接合柔和;(3)操縱輕便,工作特征穩(wěn)定;(4)從動部分轉(zhuǎn)動慣量小的設計要點,數(shù)據(jù)全部通過約束條件檢驗,原件所使用的材料基本上符合耐磨,耐壓和耐高溫的要求,而且離合器尺寸合適,適宜安裝,能最高效率傳遞發(fā)動機扭矩,完全符合計劃書及國家標準。但是,我的設計中仍存在大量的錯誤和缺點,如加工精度問題等等。
對于我在設計中出現(xiàn)的錯誤,希望老師理解,我將在今后的工作學習中完善學習,將設計能力提升上去。。
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致 謝
轉(zhuǎn)眼間四年的大學生活即將結束,回顧四年的學習生活,真是收獲豐碩,感受頗深。在畢業(yè)前最后一個環(huán)節(jié)——畢業(yè)設計中,遇到了許多困難。無論是對理論知識的學習,還是對論文題目的理解、文獻的查閱、模型的建立、圖紙的繪制等都離不開老師的悉心指導和幫助。借此機會向四年來一直指導我的老師表示衷心的感謝,同時也向一直關心幫助我的同學表示感謝。因為許多問題沒有他們的幫助,沒有相互之間的討論是不可能完成的。指導老師他性格溫和,對學生熱情、悉心指導,在設計過程中雖然他總是對我們組要求很嚴格,從選題開始,一直讓我們制定自己的工作計劃。但是我理解他是在培養(yǎng)我們的設計能力,想讓我做的更好,按時完成設計任務。通過老師的精心指導和熱枕鼓勵,最終我順利完成畢業(yè)任務。我還要感謝人生中這最美好的大學生活,感謝大學校園,感謝永遠不會忘記的那些大學朋友們,他們的支持和幫助讓我度過這最美好的四年大學時光,是我永遠最寶貴的財富。最后感謝百忙之中進行畢設答辯評閱的各位老師!
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