汽车设计课程设计
题目汽车膜片弹簧离合器设计
学院: 机电工程学院
班级: 12级车辆工程班
学号:
姓名:
属组: 第X组
目 录
1离合器参数确定 2
11离合器功 2
12次离合器设计选车型基技术参数 2
13离合器形式确定 2
14离合器参数选择 3
141 离合器基性关系式 3
142备系数β 4
143单位压力P0 4
144摩擦数f摩擦面数Z离合器间隙△t 5
145摩擦片外径D径d厚度b 5
15摩擦片材料选择尺寸校核 6
151摩擦片材料选择 6
152摩擦片尺寸校核 7
2扭转减振器设计 8
21扭转减振器选型 8
22扭转减振器参数选择设计计算 9
3膜片弹簧设计 10
31 膜片弹簧基参数选择 11
311值Hhh选择 11
312 RRr值选择 11
313α选择 12
314分离指数目n切槽宽δ1δ2半径re选取 12
315膜片弹簧端半径分离轴承作半径确定 12
316压盘加载点半径R1支承环加载点半径r1确定 12
317膜片弹簧工作点位置选择 12
32 膜片弹簧强度计算 13
321 Pλ图 13
322强度校核 14
参考文献 16
1离合器参数确定
11离合器功
离合器汽车传动系中直接发动机相关联部件动部分动部分暂时分离逐渐接合传动程中相转动通动动两部分相互作发动机动力扭距传递驱动系统实现汽车起步换挡等功离合器作三:保证汽车稳起步二保证传动系换挡时工作三防止汽车传动系载
12次离合器设计选车型基技术参数
表11 捷达整车参数
汽车型号
捷达 GTI 16V
发动机功率(kw)(rmin)
1026100
总质量ma(Kg)
1470
发动机扭矩(Nm)
167
轮胎规格
18560VR14
高车速(kmh)
205
车轮半径r(mm)
2333
高转速(rmin)
6650
减速
367
载重量(kg)
460
变速器档传动
345
13离合器形式确定
目前汽车离合器中摩擦式离合器广泛摩擦式离合器结构分分动部分(包括飞轮离合器盖压盘)动部分(动盘总成)压紧机构(压紧弹簧)操机构(包括分离叉分离轴承分离踏板传动部件)膜片弹簧离合器中膜片弹簧压紧弹簧分离杠杆双重作膜片弹簧离合器结构设计包括动盘总成膜片弹簧压盘总成三部分
根车型技术参数次设计选捷达离合器推式操拉式膜片弹簧离合器目前汽车离合器中较流行第三代产品拉式膜片弹簧安装方推式相反接合位置时膜片弹簧端支承离合器盖中部压紧压盘推式相具许优点:
(1)结构简化捷达离合器盖总成中取消膜片弹簧中间支承零件
(2)扭矩容量更
(3)分离更彻底
(4)操踏板更简单
(5)寿命更长
(a) (b) (c)
安装前位置 安装 分离位置
图11 膜片弹簧离合器工作原理示意图
1—飞轮 2—摩擦片 3—离合器盖 4—分离轴承 5—压盘 6—膜片弹簧 7—支撑环
14离合器参数选择
141 离合器基性关系式
离合器基功传递力矩离合器转矩容量离合器基性通常初步定出离合器原始参数尺寸否合适终取决试验验证
根摩擦力矩公式
(11)
式中 Tc—离合器静摩擦力矩β—备系数f—摩擦数Z:摩擦面数po—单位压力D—摩擦片外径c—外径
保证离合器情况传递发动机转矩设计时Tc应发动机转矩
TcβTemax (12)
面关系式定离合器结构言合理选择中参数满足面关系式估算出设计离合器否合适
142备系数β
备系数β离合器设计时重参数反映离合器传递发动机转矩程度选择时应该注意面3点:
1)离合器摩擦片磨损应正常传递发动机转矩
2)防止离合器滑磨
3)防止传动系载
显然果选择β发动机转矩正常传递果选择β离合器尺寸会导致传动系超负荷难操作根条件坏适选取β摩擦片磨损离合器压力然够稳选取β值较双片离合器β值应单片离合器
表12 离合器备系数β取值范围
车型
备系数β
车总质量6t商车
120~175
总质量6~14t商车
150~225
挂车
180~400
设计捷达轿车离合器设计宜取值次设计取β 145
143单位压力P0
单位压力决定摩擦表面耐摩性离合器工作性寿命影响选择单位压力必须考虑离合器工作条件发动机备功率摩擦片尺寸材料质量备系数等素
摩擦片采材料时表范围选取:
表13 摩擦片单位压力取值范围
摩擦片材料
单位压力P0 MPa
石棉基材料
模压
015~025
编织
025~035
粉末冶金材料
铜基
035~050
铁基
金属陶瓷材料
070~150
根车型具体参数次设计选石棉基编织材料取030MPa
144摩擦数f摩擦面数Z离合器间隙△t
摩擦片摩擦数f取决摩擦片材料工作温度单位压力滑磨速度等素种摩擦材料摩擦数f取值范围见表
表14 摩擦材料摩擦数f取值范围[3]
摩 擦 材 料
摩擦数
石棉基材料
模压
020~025
编织
025~035
粉末冶金材料
铜基
025~035
铁基
035~050
金属陶瓷材料
04
次设计采石棉基编织材料取f 030
摩擦面数Z离合器动盘数两倍决定离合器需传递转矩结构尺寸次设计单片离合器 Z 2
离合器间隙△t指离合器处正常结合状态分离套筒回位弹簧拉极限位置时保证摩擦片正常磨损程中离合器完全结合分离轴承分离杠杆端间留间隙该间隙△t般3~4mm 次设计取△t 3 mm
145摩擦片外径D径d厚度b
摩擦片外径离合器重参数离合器轮廓尺寸质量寿命决定性影响
离合器结构形式摩擦片材料备系数β单位压力已选定情况根公式
D312βTemaxπfZP0(1c3) (13)
摩擦片外径D(mm)根发动机转矩验公式选:
DkDTemax (14)
式中kD直径系数取值范围见表15
表15直径系数kD取值范围
车型
直径系数kD
车
146
质量18140t商车
160185(单片离合器)
135150(双片离合器)
质量140t商车
225240
Tmax167NmkD取146摩擦片径根dD053~070间确定处取外径c07(13)计算:D1985mmd 1390mm
初步确定D需根摩擦片尺寸系列化标准化进步确定根标准(GB145774)规定:
表16离合器尺寸选择参数表
外径Dmm
径dmm
厚度hmm
160
110
32
180
125
35
200
140
35
225
150
35
确定:外径D200mm径d140mm外径c07摩擦片厚度b32mm35mm4mm三种处取b35mm
15摩擦片材料选择尺寸校核
离合器摩擦片性应满足求:
(1)摩擦数较高稳定工作温度单位压力滑磨速度变化影响
(2)具足够机械强度耐磨性
(3)材料密度减动盘转动惯量
(4)热稳定性高温较稳定
(5)磨合性致刮伤飞轮压盘表面
(6)接合咬合抖动现象
(7)长期停放摩擦面间发生粘着现象
(8)油水摩擦性影响达
151摩擦片材料选择
离合器摩擦片材料石棉基摩擦材料粉末冶金摩擦材料金属陶瓷摩擦材料石棉基材料具摩擦数较高(约 03~045)密度较制造容易价格低廉等优点目前应中轻载荷工作
次设计选取石棉合成物制成摩擦材料
152摩擦片尺寸校核
1)圆周速度
摩擦片外径D(mm)选取应圆周速度超65~70ms
msms 式中 摩擦片圆周速度(ms)发动机高转速取6650摩擦片外径径取200mm符合条件
2)摩擦片外径c应053~070 范围:
c070∈{053~070}
3)保证离合器传递发动机转矩防止传动系载β应12~175 间(11)计算Tc2476Nm代入(12)式:
β Tc Temax148∈{120~175}
(2)单位面积滑磨转矩
单位面积滑磨转矩应许值
(15)
=(N·)
式中单位面积滑磨转矩(N·mmm2)表17选择
表17许单位面积滑磨转矩[T∞]求
外径Dmm
≤210
>210—250
>250―325
>320
T∞(Nmm)
28
3
35
4
摩擦片外径D<210时130 N·<
符合求
4)减少汽车起步程中离合器滑磨防止摩擦片表面温度高发生烧伤离合器次接合单位面积滑磨功应许值:
(16)
式中ω—单位摩擦面积滑磨功(Jmm2)[ω] —许值04 Jmm2汽车起步时离合器接合次产生总滑磨功(J)根式计算
(17)
式中:ne—发动机转速车取2 000rminma—汽车总质量(kg)1470kgrr—汽车轮胎滚动半径2333mmig—汽车起步时变速器档位传动数值取345i0—减速器传动取367
数值代入(7)式:W109209JW摩擦片数值代入式(6):
w034Jmm2≤[w]04Jmm2
校核知摩擦片设计符合相应设计求
2扭转减振器设计
21扭转减振器选型
发动机传汽车传动系中转矩周期断变化传动系统产生扭转振动振动频率传动系振频率相重合会发生振影响传动系中零件寿命避免振缓传动系受击载荷许汽车传动系统中装设扭转减振器数扭转减振器附装离合器动盘中
图21 扭转减振器工作示意图
12—减振弹簧 3—动盘体 4—阻尼片
离合器接合时发动机发出转矩飞轮压盘传动盘两侧摩擦片带动动盘体动盘体铆接起减振器盘转动动盘体减振器盘通六减振器弹簧转矩传动盘毂弹性环节作传动系受转动击缓传动系中扭转振动会动盘毂相动盘体减振器盘回转动夹间阻尼片摩擦消耗扭转振动量扭转振动衰减
22扭转减振器参数选择设计计算
扭转减振器设计计算着重减振弹簧
1)减振弹簧材料:采60Si2MnA弹簧钢丝
2)减振弹簧数Zj选取:
摩擦片外径D250mm时D180mmZj取4
3)减振弹簧位置半径R0
减振弹簧位置半径R0般取(060~075)d2375~4375mm时保证离合器传动发动机转矩减振弹簧位置直径2R0约摩擦片径约50mm取R040mm
4)极限转矩Tj
极限转矩指减振器消限位销动盘毂间间隙时传递转矩限位销起作时转矩受限减振弹簧许应力等素发动机转矩关般取:
Tj(15~20)Temax (21)
式中Temax—发动机转矩Tj—极限转矩
车取相应系数20Tj334N×m
5)扭转角刚度kj
避免引起传动系统振合理选择减振器扭转角刚度kj振现象发生发动机常工作转速范围kj取决减振弹簧线刚度结构布置尺寸:
kjKZjR02×103 (22)
式中K—减振弹簧线性刚度(Nmm)Zj—减振弹簧数R0—减振弹簧位置半径(m)
减振器角刚度满足传递足够转矩求满足避开振量降低值求实际做减振器角刚度kj确定常常结构允许设计结果设计时选kj:kj ≤ 13Tj
设计车发动机常工作时转速较高保证发动机工作较稳定选择kj较取kj10Tj3340N×m
样弹簧线性刚度K kj(ZjR02)52×105 Nmm
6)阻尼摩擦转矩Tm
减振器扭转刚度kj受结构发动机转矩限制肯够低发动机工作转速范围效消振必须合理选择减振器阻尼摩擦转矩Tm般选:
Tm(006~017)Temax (23)
式中Tm—阻尼摩擦转矩Temax—发动机转矩
验选Tm012Temax2004N
7)预紧转矩Tn
减振弹簧安装时定预紧力研究表明Tn增加振频率减频率方移动利Tn应Tm否反工作时扭转减振器提前停止工作取:
Tn(005~017) Temax (24)
式中Tn—预紧转矩Temax—发动机转矩
取Tn010Temax167N
8)极限转角jj
减振器预紧转矩Tn增加极限转矩Tj时动片相动盘毂极限转角jj
(25)
式中 —极限转角R—减振弹簧位置半径Dl—减振弹簧工作变量
通常取3o~12o设计车离合器发动机性求较高取
3膜片弹簧设计
31 膜片弹簧基参数选择
图31 膜片弹簧基尺寸
311值Hhh选择
准确选择值Hh获较理想特性曲线获佳性Hh选择膜片弹簧弹性特性着影响膜片弹簧弹性特性碟簧部分决定然状态锥高H弹簧钢板厚h关Hh值弹性弹性(见图) <(Hh)<2 特性曲线段负刚度区域着变形增加载荷反减该特性适作离合器压紧弹簧利负刚度区分离离合器时载荷降达操省力目
图 32 Hh膜片弹簧弹性特性影响
实际工作求中兼顾操简单压紧力落差致灵敏离合器膜片弹簧般取 15<(Hh)<2板厚h 2~4mm
取h 25mmHh 2H 5mmh 25mm
312 RRr值选择
根结构求摩擦片尺寸选择膜片弹簧端半径RRr选定影响材料利效率该值越弹簧材料利效率越汽车离合器膜片弹簧通常取Rr 120~135
次设计取Rr 125r摩擦片均半径Rc中:
(31)
式 31计算Rc85mm取r 86mm125r 1075取R 108mm
313α选择
膜片弹簧状态圆锥底角α截锥高度H关系密切
αtan1HRr≈HRr128°般9°~14°范围符合求
314分离指数目n切槽宽δ1δ2半径re选取
分离指数目n常取1832~35mm9~10mm
re取值应满足(rre)≥求
取分离数目n 18=32mm10mm
re满足r re≥取re≤r 861076mm取:re=76mm
315膜片弹簧端半径分离轴承作半径确定
离合器结构决定膜片弹簧端径值应变速器第轴花键外径应
<2取=15mm取分离轴承=18mm
316压盘加载点半径R1支承环加载点半径r1确定
r1R1取值影响膜片弹簧刚度r1应略r量接rR1应略R量接R
选择:r1=87mmR1 =107mm
317膜片弹簧工作点位置选择
汽车离合器膜片弹簧特性曲线图 42 示选择曲线特定工作点位置重曲线拐点H应膜片弹簧压位置
图 33 膜片弹簧工作点位置图[2]
新离合器处接合时候般点M点H间选取膜片弹簧工作点B保证压紧力P1BP1A变化摩擦片磨损限度范围应该选取膜片弹簧分离情况点B变CC点N点量减踏板力
32 膜片弹簧强度计算
321 Pλ图
1碟形弹簧形状锥型垫片具独特弹性特征广泛应机械制造业中膜片弹簧具特殊结构碟形弹簧碟簧端伸出许径槽隔开挂状部分——分离指膜片弹簧弹性特性尺寸碟簧部分碟形弹簧完全相(加载点相时)碟形弹簧关设计公式膜片弹簧适通支承环压盘加膜片弹簧圆周分布载荷假象集中支承点处F1表示加载点间相变形(轴)λ1压紧力F1变形λ1间关系式
(32)
式中: E——弹性模量钢
μ——泊松钢μ03
H——膜片弹簧状态时碟簧部分锥高度
h——弹簧钢板厚度
R——弹簧状态时碟簧部分端半径
r——弹簧状态时碟簧部分端半径
R1——压盘加载点半径
r1——支承环加载点半径
表31膜片弹簧弹性特性系数
R
r
R1
r1
H
h
108
86
107
87
5
25
代入(32)
(33)
(33)式求次导数解出λ1F1凹凸点求二次导数拐点
凸点:mm时N
凹点:mm时N
拐点:mm时N
2离合器分离时膜片弹簧加载点发生变化设分离轴承膜片弹簧指加载荷P2应载荷作点变形λ2
表32膜片弹簧工作点数
269
640
455
928
2208
1569
621381
355509
487850
180110
103046
1414106
322强度校核
膜片弹簧端变形量
公式:
: ≤1500—1700MP
强度符合求
参考文献
[1] 王玉汽车设计 —4版 —北京:机械工业出版社20048
[2]徐石安江发潮汽车离合器.北京:清华学出版社.2004
[3]汽车工程手册编辑委员会编.汽车工程手册.北京:民交通出版社2001
[4] 李林刘惟信汽车离合器盖结构优化设计.北京汽车19916
[5] 蔡兴旺编汽车构造原理.北京:机械工业出版社2004
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