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机械工程学院车辆工程专业•课程设计说明书题目:华西牌CDL6603轻型客车姓名:班级学号:指导教师:第章离合器重要参数的选择3后备系数
3.1|3后备系数是离合器设计中的一个重要参数,它反映了离合器传递B发动机最大转矩的可靠限度在选择时,应考虑摩擦片在使用中P的磨损后离合器仍能可靠地传递发动机最大转矩、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系过载以及操纵轻便等因素乘用车选择B〜,本次设计取L
201.75B=
1.2o摩擦因数八摩擦面数和离合器间隙
3.2Z At
3.
2.
12.1摩擦因数f的选择摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素摩擦因数f的取值范围见下表3-1表3-1摩擦材料的摩擦因数f的取值范围摩擦材料摩擦因数f模压
0.20-
0.25石棉基材料编织
0.25-
0.35铜基
0.25-
0.35粉末冶金材料铁基
0.35-
0.50金属陶瓷材料
0.70-
1.50本次设计选用粉末金属材料铜基,取f=
0.30o摩擦面数的选择摩擦面数为离合器从动盘数的两倍,决
3.
2.2Z Z定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸由于本次设计取用单片离合器,所以Z=2离合器间隙的选择离合器间隙是指离合器处在正常
3.
2.3At at结合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时,为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全结合,在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙该间隙At一般为3〜4mm本次设计取=3mmo单位压力
3.3p单位压力决定了摩擦表面的耐磨性,对离合器工作性能和使用寿命有很大影响,选取时应考虑离合器P的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素P取值范围见表3-2表3-2摩擦片单位压力p的取值范围摩擦片材料单位压力pO/MRz模压
0.15-
0.25石棉基材料编织
0.25-
0.35铜基粉末冶金材料
0.35-
0.50铁基金属陶瓷材料
0.70-
1.50由于选用铜基材料,所以选择,本次设计取P摩擦片外径内径和厚度
3.4D db摩擦片外径是离合器的重要参数,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,发动机最大转矩已知,适当选择后备系数和128幺I12x1,2x180^
163.7mm3-1兀阳11\
3.14x
0.3x2x
0.4xl-
0.63单位压力,可估算出摩擦片外径,即取D=180mm当摩擦片外径D拟定后,摩擦片内径d可根据d/D在
0.53〜
0.70之间来拟定取c=d/D=
0.6,d=
0.6D=
0.6180=108mm,取d=100mm摩擦片厚度b重要有
3.2mm、
3.5mm
4.0mm三种取b=
3.5mm计算校核
3.5离合器的摩擦力矩与结构参数的拟定
3.
5.1L RJTc=/FZRc=/H_=L2*18=216-N em32摩擦系数铜基对钢铁;f-,f=
0.3F摩擦面受压紧力N;R--摩擦合力作用半径mm,凡=°25+=70c352最大周速度摩擦面数,从动盘数的倍Z—•2n Q3142v=—n,DxlO3=x3200x180x10-3«
30.\4m/s65-70m/sD max606033D式中,------摩擦片最大圆周速度m/s;VD“emax----发动机最高转速取5500r/min;摩擦片外径径取225mm;故符合条件47c4x216工
0.00002N•ml mm13-4;rZD2-d
23.14X2X1803-1003单位摩擦面积传递的转矩工
3.
5.3式中,——离合器传递的最大静摩擦力矩;当摩擦片外径时,180D210,故符合规定=
0.28N■/
0.00002■/单位摩擦面积滑磨功
3.
5.42W3-5W=---------------空---------------------------21—1/月1/4+1//〃式中3一一发动机标定角速度;仅一一离合器储备系数;Je——发动机运动部分转动惯量一般飞轮转动惯量
1.2倍;每个圆环转动惯量卷P d-d bma〃Jn转换到离合器轴上整车转动惯量;J=材料密度环的外、内径圆环厚度P-----,P=7800kg/m,dw、dn-----m,b-----mo》m——汽车总质量之和kg,r——驱动力的动力半径m,——车启动时传动系总的a r2kg/传动比经简化后,可按下式计算:3-6单位面积的摩擦功0°皿—co=-----——=
2.8*1CT,,/1m2\co]n7T D2-d2Z L」3-7轿车[
①]=
0.40J/mm2轻货[
①]=
0.33J/mm重货[
①]=
0.25J/miv^故符合设计规定摩擦片外径D摩擦片内径d后备系数B厚度b单位压力Po180mm100mm
1.
23.
50.4MPa表3-3摩擦片的相关参数第章膜片弹簧的设计4膜片弹簧的基本参数的选择
4.1截锥高度与板厚比值和板厚的选择
4.
1.1H hhh为保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便,汽车离合器用膜片弹簧的H/h一般为
1.5〜
2.0,板厚h为2~4mm取,即h=
2.5mm,H/h=
1.7H=
1.7h=
4.25mm自由状态下碟簧部分大端、小端的选择和.比值
4.
1.2R rr研究表白R/r越大,弹簧材料运用率越低,弹簧越硬,弹性特性曲受直径误差的影响越大,且应力越高根据结构布置和压紧力的规定R/r一般为
1.20-
1.35o为使摩擦片上的压力分布较均匀,拉式膜片弹簧的R值宜为大于或等于O即70mm WRW摩擦片外径径180mm取R=80mm取R/r=
1.33,r=R/
1.33=60mm膜片弹簧起始圆锥底角的选择
4.
1.3a膜片弹簧自由状态下圆锥角Q与内截锥高度H关系密切,,Q一般在9〜15范围内,符合规定分离指数目的选
4.
1.4n I分离指数目n常取18,大尺寸膜片弹簧可取24,小尺寸膜片弹簧可取12o取分离之数目n=18o膜片弹簧最小端内半径「及分离轴承作用半径不
4.
1.5由离合器的结构决定,其最小值应大于变速器第一轴花键的外径应当大于切槽宽度及半径
4.
1.
651.6261=
3.3mm,62=10mm,满足r-=52,则故取=50mm压盘加载点半径和支承环加载点半径的拟定
4.
1.7R1rlR1和rl需满足下列条件:0rl-r6故选择Rl=75mm,rl=62mm.膜片弹簧材料
4.L8制造膜片弹簧用的材料,应具有高的弹性极限和屈服极限,高的静力强度及疲劳强度,高的冲击强度,同时应具有足够大的塑性变形性能按上述规定,国内常用的膜片弹簧材料为硅锈钢60Si2MnA或50CrVAo膜片弹簧的弹性特性曲线
4.2碟形弹簧的载荷F与变形量几弹性公式:4FAF=--------....—[H-2H-2/2+/z2]1-//2D2A4-1E一钢片弹性模量,钢E=206Gpa〃一泊桑比,钢4=
0.3表4-1碟形弹簧系数D/d AO C
21.
30.
3881.
0441.
0921.
40.
4641.
0621.
1351.
50.
5231.
0981.
1781.
60.
5711.
1241.
2191.
70.
6121.
1491.260由于D/d在
1.3〜
1.4之间,所以把上述数据代入碟形弹簧的载荷F与变形量弹性公式用Matlab编辑程序可得膜片弹簧弹性曲线图4-1:图4-1膜片弹簧弹性曲线截锥高度II板厚h分离指数n圆底锥角a表4-2膜片弹簧的相关参
2.5mm
1812.2°
4.25mm第章扭转减振器的设计5扭转减振器重要由弹性元件(减振弹簧或橡胶)和阻尼元件(阻尼片)等组成弹性元件的重要作用是减少传动系的首端扭转刚度,改变系统的固有振型,尽也许避开由发动机转矩主谐量激励引起的共振阻尼元件的重要作用是有效地耗散振动能量扭转减振器重要参数
5.1目前,在柴油机汽车中广泛采用品有怠速级的两级或三级非线性扭转减振器三级非线性减振器的扭转特性如图5-1所示图5-1三级非线性减震器扭转特性曲线极限转矩
5.
1.14极限转矩是指减振器在消除了限位销与从动盘毂切口之间的间隙时所能传递的最大转矩,即限位销起作用是的转矩它受限于减振弹簧的许用应力等因素,与发动机最大转矩有关,一般可取(()=
1.5〜
2.0对于商用车,系数取
1.5,计算得扭转角刚度勺
5.
1.2为了避免引起传动系统的共振,要合理选择减振器的扭角转刚度,使共振现象不发生在发动机常用的工作转速范围内由经验公式初选,,故取的值为3000N.m/radO阻尼摩擦转矩々
5.
1.3由于减震器扭转刚度受结构及发动机最大转矩的限制,不也许很低,故为了在发动机工作转速范围内最有效的消振,必须合理选择减震器阻尼装置的阻尼摩擦转矩一般可按公式初选7;=(
0.06-
0.17)-取■=().1K=01X180=18Mmmitt预紧转矩(
5.
1.4减振弹簧在安装时都有一定的预紧研究表白,增长,共振频率将向减小频率的方向移动,这是有利的但是不应当大于,否则在反向工作时,扭转减震器将提前停止工作,故满足以下关系且,而,则初选的尺寸应尽也许大些,般取,则取,取为35mm.减振弹簧的位置半径凡
5.
1.5减振弹簧个数
5.
3.
3.
3.
3.
5.
1.7F当减振弹簧传递的转矩达成最大值门时,减振弹簧受到的压力F为Fg=TjR=240/35x10〃=
6857.14N5-1极限转角化
5.
1.8减震器从预紧转矩增长到极限转矩时,从动片相对从动盘毂的极限转角为cp.=2arcsin-^-5-272凡式中,为减震弹簧的工作变形量通常取3~12度,对汽车平顺性规定高或者发动机工作不均匀时,取上限本次设计车型E减振弹簧的计算
5.2在初步选定减振器的重要参数以后,即可根据布置上的也许来拟定和减振器设计相关的尺寸减振弹簧的分布半径与
5.
2.1的尺寸应尽也许大些,一般取式中,为离合器=
0.60〜
0.75d/2,d摩擦片内径,故即为减振器基本参数=
0.7d/2=
0.7X100/2=35mm,中的单个减振器的工作压力
5.
2.2PP=F/z=685714/6=
1142.86Nx5-3减振弹簧尺寸5231)弹簧中径De其一般由布置结构来决定,通常Dc=ll〜15mm故取Dc=12mm2)弹簧钢丝直径dISPDc J8xl142,85d2双】d=»”=4x580=
3.92mm(5-4)式中,扭转许用应力可取550~600Mpa,故取为580Mpad取4mni3)减振弹簧刚度k应根据已选定的减振器扭转刚度值及其布置尺寸R1拟定,即3120x
424.5N/mm1OOOR^1000x35x10-32*65-54)减振弹簧有效圈数,
8.3X104X4XW348Dk8x12xl0-
33424.5x1O-3X5-65减振弹簧总圈数n其一般在6圈左右,与有效圈数之间的关系为n=+
1.5〜2=66减振弹簧最小高度/=nd+^^
1.Idn=
1.1x4x9=
39.65-7min7)弹簧总变形量7P
1142.86c/c/匚o、A()Al=—=---------=
2.69mm5-8k
424.58)减振弹簧总变形量,1=/+△/=
39.6+
2.69=
42.29mm(5-9)0min9)减振弹簧预变形量AZ=1I----------------------------=
0.20mm(5-10)、()kZR
424.5x6x35x1-310)减振弹簧安装工作高度//=_△/=
42.29-
0.20=
42.09mm(5-11)11)从动片相对从动盘毂的最大转角a最大转角和减振弹簧的工作变形量有关,其值为a=2arcsin(A//2RJ=2°(5-12)12)限位销与从动盘毂缺口侧边的间隙4,式中,为限位销的安装尺寸值一般为
2.5〜4mm所以可取4为3mm,此为41mmo13)限位销直径按结构布置选定,一般=
9.5〜12mm可取为10mm表5-1扭转减振器相关参数极限转矩Tj阻尼摩擦转矩T u预紧转矩Tn减振弹簧的位置半径R0减振弹簧个数Zj240N•18N•18N•m35mm mm第章离合器重要零部件的结构设计6从动盘毂的设计
6.1从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件,它几乎承受由发动机传来的所有转矩它一般采用齿侧对中的矩形花键安装在变速器的第一轴上,花键的迟钝可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩T来选择,相关参数如表6-1所示表6-1从动盘毂相关参数摩擦片发动机最大转花键尺寸挤压应力外径矩齿数n外径内径齿厚有效尺9/MPaD/mm TemaxXN*«1D7mm d7mm t/mm长I/mm
18018010352843510.2从动片的设计
6.
21.从动盘对离合器工作性能影响很大,设计时应满足如下规定
2.从动盘的转动惯量应尽也许小,以减小变速器换挡时轮齿间的冲击从动盘应具有轴向弹性,使离合器结合平顺,便于起步,并且使摩擦面压力均匀,以减小磨损应安装扭转减振器,以避免传动系共振,并缓和冲击本次设计初选从动片厚度为
1.8mmo离合器盖结构设计的规定
6.
31.应具有足够的刚度,否则影响离合器的工作特性,增大操纵时的分离行程,减小压盘升程,严重时使摩擦面不能彻底分离
2.应与飞轮保持良好的对中,以免影响总成的平衡和正常的工作
3.盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度为了便于通风散热,防止摩擦表面温度过高,可在离合器盖上开较大的通风窗孔,或在盖上加设通风扇片等乘用车离合器盖一般用
08、10钢等低碳钢板本次设计初选08钢板厚度为3mm压板的设计
4.4对压盘结构设计的规定
1.压盘应具有较大的质量,以增大热容量,减小温,防止其产生裂纹和破碎,有时可设立各种形状的散热筋或鼓风筋,以帮助散热通风中间压盘可铸出通风槽,也可以采用传热系数较大的铝合金压盘
2.压盘应具有较大刚度,使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减小受热后的翘曲变形,以免影响摩擦片的均匀压紧及与离合器的彻底分离,厚度约为15〜25nrni选18mmo
3.与飞轮应保持良好的对中,并要进行静平衡,压盘单件的平衡精度应不低于15〜20g•cm o
4.压盘高度从承压点到摩擦面的距离公差要小压盘形状较复杂,规定传热性好,具有较高的摩擦因数,通常采用灰铸铁,一般采用HT
200.HT
250、HT300,硬度为170〜227HBS压盘厚度选18mm压板的结构设计与选择
5.5t=6-1mer2_72m=Vp=---------------96-
240.5x10251t==
3.09—2252—152…八---------%c15------------------万x7800x
481.444式中,W为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功,W=10251J丫为传到压盘的热量所占的比例,对单片离合器压盘.Y=
0.5;m为压盘质量kgV为压盘估算面积;c为压盘的比热容,铸铁c=
481.4J/kg•;为铸铁密度,取7800kg/m;为摩擦片外径取225〃刈;d为摩擦片内径取150加九;h为压盘厚度,取二15mm;t为压盘温升°满足压盘温升不超过8〜10°规定第章离合器轴的选取与校核7离合器轴与从动盘盘毂相配合,所以所选参数与从动盘盘毂一致,及表7-1所示表7-1离合器传动轴摩擦片发动机最大转花键尺寸挤压应力外径矩齿数n外径内径齿厚有效尺y/MPacD/mm Temax/N-m D7mm d7mm t/mm长1/mm
18018010352843510.2TDK180*
0.035*2^\AMPa[T]=12QMPa7-1n
0.24_小
0.2*
0.0354-
0.0284离合器轴的扭转强度加校核
7.1D—离合器轴危险断面的外径,如是花键轴取其平均直径.d—离合器轴危险断面的内径K—应力集中系数:对花键、横孔、环槽K=2,对平缓过渡K=L1符合扭转强度规定离合器花键轴剪切强度「校核
7.24T_________________4*180gT~D+dbLZ~
0.035+
0.028*
0.004*
0.035*10二82MPa[r]=3bMpciD、d一花键外、内径,b一花键的宽度L一从动盘轮毂的长度z一花键的齿数符合剪切强度规定离合器轴的花键挤压强度校核
7.308T,_________8*180D2-d2LZ-
0.0352-
0.0282*
0.035*107-3=93MPa㈤=2bMpci满足挤压强度规定参考文献
[1].徐石安,江发潮.汽车离合器/汽车设计丛书[M].北京清华大学出版社,2023
[2].王望予.汽车设计[M].北京机械工业出版社,2023
[3].濮良贵,纪名刚.机械设计第八版[M].北京高等教育出版社,2023
[4].陈家瑞.汽车构造[M].北京人民交通出版社,2023
[5].刘惟信.汽车设计[M].北京清华大学出版社,2023
[6].巩云鹏,田万禄,张祖立,黄秋波.机械设计课程设计[M].沈阳东北大学出版社,2023致谢:感谢教研室安排了这次离合器设计,它让我学到了很多东西,也结识到了自身上的很多局限性更要感谢我们的导师刘老师的细心指导,使我能顺利完毕了这次设计
4.
4.
1.2自由状态下碟簧部分大端R、小端r的选择和一比值….…错误!未定义书签r
4.
4.
4.
4.
1.6切槽宽度
134.
4.
5.
5.
1.6减振弹簧个数勺
5.
5.
1.1了解轿车离合器的构造,掌握轿车离合器的工作原理了解从动盘总成的结构,掌握从动盘总成的设计方法,了解压盘和膜片弹簧的结构,掌握压盘和膜片弹簧的设计方法,通过对以上几方面的了解,从而熟悉轿车离合器的工作原理学会如何查找文献资料、相关书籍,培养自己的动手设计项目、自学的能力,掌握单独设计课题和项目的方法,设计出满足整车规定并符合相关标准、具有良好的制造工艺性且结构简朴、便于维护的轿车离合器,为以后从事汽车方面的工作或工作中设计其它项目奠定良好的基础离合器的工作原理
1.2离合器通常装在发动机与变速器之间,其积极部分与发动机飞轮相连,从动部分与变速器相连为各类型汽车所广泛采用的摩擦离合器,事实上是一种依靠其主、从动部分间的摩擦来传递动力且能分离的机构离合器的重要功用是切断和实现发动机与传动系平顺的接合,保证汽车平稳起步;在换挡时将发动机与传动系分离,减少变速器中换档齿轮间的冲击;在工作中受到较大的动载荷时,能限制传动系所承受的最大转矩,以防止传动系个零部件因过载而损坏;有效地减少传动系中的振动和噪音离合器的设计规定
1.
31.在任何行驶条件下,既能可靠地传递发动机的最大转矩,并有适当的转矩储备,又能防止过载
2.接合时要完全、平顺、柔和,保证起初起步时没有抖动和冲击
3.分离时要迅速、彻底
4.从动部分转动惯量要小,以减轻换档时变速器齿轮间的冲击,便于换档和减小同步器的磨损
5.应有足够的吸热能力和良好的通风效果,以保证工作温度不致过高,延长寿命
6.应能避免和衰减传动系的扭转振动,并具有吸取振动、缓和冲击和减少噪声的能力
7.操纵方便、准确,以减少驾驶员的疲劳
8.作用在从动盘上的总压力和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中的变化要尽也许小,以保证有稳定的工作性能具有足够的强度和良好的动平衡,一保证其工作可靠、使用寿命长结构应简朴、紧凑、质量小,制造工艺性好,拆装维修、调整方便等第章离合器的结构方案分析2车型、技术参数
2.1车型华西牌CDL6603轻型客车总质量kg:4200最大扭矩/转速N•m/rpm:180/3200主减速比
6.142一档速比:
4.802滚动半径360mm从动盘数的选择
2.2对乘用车和最大质量小于6t的商用车而言,发动机的最大转矩一般不大,离合器通常只设一片从动盘压紧弹簧和布置形式的选择
2.
31.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重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
2.由于膜片弹簧有抱负的非线性特性,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大体不变,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,而是减少,从而减少踏板力;
3.膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用,使结构简朴紧凑,轴向尺寸小,零件数目少,质量小;
4.高速旋转时,压紧力减少很少,性能较稳定;而圆柱弹簧压紧力明显下降;
5.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;
6.易于实现良好的通风散热,使用寿命长;
7.平衡性好;有助于大批量生产,减少制导致本但膜片弹簧的制造较复杂,其精度规定高,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,由于材料性能提高,制造工艺和设计方法逐步完善,膜片弹簧的制造已日趋成熟因此,选用膜片弹簧式离合器膜片弹簧的支承形式
2.4我们选用了拉式膜片弹簧,图为拉式膜片弹簧的支承形式一单支承环形式,将膜片弹簧大端支承在离合器盖中的支承环上图2-1膜片弹簧离合器的工作原理示意图压盘的驱动方式
2.
51.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凸台一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,通过两者的配合,将扭矩从离合器盖传到压盘上,此方式结构简朴,应用较多;缺陷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;此外,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,其他的结构特性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。