輕型汽車的膜片式彈簧離合器設計【優(yōu)秀課程畢業(yè)設計含5張CAD圖紙帶任務書+開題報告+中期報告+答辯ppt+外文翻譯】-clsj22

輕型汽車的膜片式彈簧離合器設計

摘要:汽車技術飛速發(fā)展，各國路況水平逐漸完善，要求發(fā)動機高轉速、高功率和汽車電子高科技，各方面都在向著高精尖的技術層次發(fā)展，人們的使用需求和要求也在日漸提高，對離合器性能的要求也與日俱增。推式膜片彈簧離合器不能滿足實際需要，拉式膜片彈簧離合器可滿足實際需要逐漸取代了它。由于其操作形式不便，正慢慢被自動操縱這種新的發(fā)展形式而取代。因此，離合器的發(fā)展趨勢很明顯，擁有很高的結構性能和滿足使用要求的壽命，并且能夠在高轉速確保良好的工作狀態(tài)，擁有簡潔的部件構成和很高的傳遞效率。

本文根據(jù)離合器技術發(fā)展的具體要求，對某汽車離合器進行了設計。首先，根據(jù)當前離合器研究現(xiàn)狀，包括功用、工作原理、具體的設計要求，對本文要完成的各項內容和所要完成的成果進行了全面概要的安排。然后，對離合器的結構進行了詳細的設計，根據(jù)相關標準和要求，重點介紹了離合器構成部件及其構成方式的選取方案；根據(jù)設計要點，對主要構成部件的設計進行了詳細的闡述。最后，對離合器構成部件的具體參數(shù)進行了科學的計算和優(yōu)選。

關鍵詞：離合器；摩擦片；膜片彈簧；從動盤

Diaphragm spring clutch design of light vehicles 

Abstract:With the rapid development of automotive technology, national traffic levels gradually improved, the required engine high speed, high power and high tech automotive electronics, in all aspects of sophisticated technology towards the level of development, people's needs and requirements are also rising, and clutch performance requirements are also increasing. Push type diaphragm spring clutch structure is more traditional, and are gradually upgrading. It faces with technology updates, because of its remarkable features pull-type diaphragm spring clutch structure gradually replaced the former. Since its operation in the form of inconvenience, it is slowly being robotic this new form of development and replaced. Therefore, the development trend of the clutch is evident, with a high structural performance and to meet the requirements of life, and to ensure good working conditions in high speed, and having a simple structure and components of a high transfer efficiency.

According to the specific requirements of clutch technology development, a car clutch is designed. Firstly, according to current research status of the clutch, including function, working principle, the specific design requirements, the various elements and the results of this paper are completed with a comprehensive overview of the arrangements. Then, the clutch structure detailed is design, according to the relevant standards and requirements, focusing on the selected program and its constituent members constituting the clutch mode; Depending upon design considerations, the design of main components is elaborated. Finally, the specific parameters of the clutch component part are scientifically calculated and preferred.

Keywords:Frame; finite element analysis; bearing beam；3D modeling

目錄

摘要 I

Abstract II

1  緒論 1

1.1 課題研究的背景及意義 1

1.2離合器的研究概述 2

1.2.1 離合器的功用 3

1.2.2  現(xiàn)代汽車離合器設計應滿足的要求 4

1.2.3 離合器工作原理 4

1.2.4 拉式膜片彈簧離合器的優(yōu)點 5

1.3本文研究的主要內容 5

2 離合器的結構設計 6

2.1 離合器結構方案分析 6

2.1.1  摩擦片的選擇 6

2.1.2  壓緊彈簧布置形式的選擇 6

2.1.3  壓盤的驅動方式 7

2.1.4 分離杠桿、分離軸承 7

2.1.5 離合器的散熱通風 7

2.1.6 從動盤總成 7

2.2 離合器結構設計的要點 8

2.3  離合器主要零件的設計 8

2.3.1 從動盤 8

2.3.2 摩擦片 9

2.3.3  膜片彈簧 9

2.3.4  壓盤 9

2.3.5  離合器蓋 9

3  離合器的設計計算及說明 10

3.1所選車系的基本參數(shù) 10

3.2  摩擦片主要參數(shù)的選擇 10

3.3  摩擦片基本參數(shù)的優(yōu)化 12

3.4 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇 13

3.4.1比較H/h的選擇 13

3.4.2  R/r選擇 14

3.4.3 圓錐底角 14

3.4.4 切槽寬度 14

3.4.5 壓盤加載點半徑和支承環(huán)加載點半徑的確定 14

3.4.6 公差與精度 15

3.5  膜片彈簧的優(yōu)化設計 15

3.6膜片彈簧的載荷與變形關系 15

3.7膜片彈簧的應力計算 17

3.8 扭轉減振器設計 19

3.9 減振彈簧的設計 19

3.10 操縱機構 21

3.10.2踏板力的計算 23

3.11從動軸的計算 24

3.12 從動盤轂 24

3.13 分離軸承的壽命計算 25

3.14  本章小結 26

4 總結與展望 27

   參考文獻 28

   致謝 29

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第 1 頁 共 8 頁 n 00 of of of of in of so be in of to it 910 902, a of by of of of to to (a is do a so it is to to it a it is to a to to a In to of s is it is to in In of of is no in in of he of of of a of is By of of of to is by is to of of is a a of by to is a to of in on is of to to to to is a of - on of is a at of to in is to of to 第 2 頁 共 8 頁 of is at in of is on in a it on be to to so as to n 1889, s of a is on a on be of is be be by as a is in be of is On of is is in of or to On is so is is To 910s, or it a to a in of to is by by of to a of to of be it is to ar to AG a a it in to on of of of is an an In to on 第 3 頁 共 8 頁 of in 920s. of to in n a of in of of is is on is a of in at K of is a to of of be on a is it a of be in a In to to of to of in of is to be on of to a of as is is In in to of is of to of By of be to of be is is by is a of be of in to a is of 920s, it is by of a is it to 第 4 頁 共 8 頁 it to a to is to is to to of is is to is to or by is by of a to of on is by a is or to is is it to be by s At is in of a or of of to be by a on to be to of is a of a in of to to to As In to in a of so it is to in of of n to of we a 936 of in 930s in to be in 950s in a of 56, 00 is of is 965 of be so it is by a 960s, to By of 960s, to uK in a 第 5 頁 共 8 頁 a of is a is by of of of of in is of of in by of to in In of is so is a be or of 950s 930s, To to 918, of In 930s, a a a is to by 第 6 頁 共 8 頁 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歷過巨大的發(fā)展變化：可靠性、生產成本、維護便利性、節(jié)能減排性等，都已經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。 蒸汽和電動汽車相對于“液體燃料驅動汽車” (蒸汽和電動汽車支持者的習慣叫法 )有一個非常突出的優(yōu)點，就是其近乎理想的轉矩特性，它們既不需要離合器，也不需要變速器，因此易于操作，也很少出故障，更容易維護。由于往復式活塞內燃 機只有在達到一定轉速時才能輸出轉矩，所以在發(fā)動機和變速器之間必須要有一個分離接合裝置。汽油發(fā)動機需要借助離合器的接合功能才能起動汽車，因為只有當發(fā)動機達到一定轉速時，才能輸出轉矩。除了離合器的接合功能，離合器的分離功能也同樣重要，因為在車輛行駛中要求可以自由換檔。鑒于相關問題的復雜性，早期在很多小型車設計結構中并沒有離合器的接合功能，車輛是借助人力推動而起動的。 離合器的起源 第一代離合器的工作原理來自早期工業(yè)化社會使用機械裝置的工廠。通過對帶式變速器的類推，人們將一種平面皮帶引入到汽車中。通過皮帶 輪的張緊作用，皮帶將發(fā)動機的輸出轉矩傳遞到驅動齒輪上，當通過調節(jié)滾輪來使皮帶松弛時，皮帶打滑，就相當于離合器的分離。由于此過程導致皮帶磨損太快，人們便采用了一種新的方法：安裝一個與驅動皮帶輪同樣尺寸的惰輪，通過扳動杠桿，可以將傳動帶從惰輪轉到驅動輪上。 此皮帶傳動裝置的缺點，一方面是效率低下，容易磨損，尤其是在雨天傳遞動力不足時；另一方面是要求變速器增加檔位以應對不斷提高的發(fā)動機轉矩，這就促使工程師們不斷地探索更好的方法以取代此離合器。 結果便是人們發(fā)明了各種各樣的離合器，包括現(xiàn)代離合器先驅 —— 基于摩擦原理的離合器。這是一個盤位于曲軸的末端，并與另一個靜止的盤相連接。當兩個盤接觸時，摩擦便產生了，靜止的盤便開始轉動。隨著壓緊力的提高，驅動盤帶動從動盤使其轉速不斷提高直到變速器正常工作，這時兩個盤轉速相同。在兩個盤完全接合之前，它們是一邊接觸，一邊打滑，從發(fā)動機傳遞過來的大部分動能都轉化成了熱能。這種結構滿足了以下兩個要求：一方面逐漸地柔和地接合，在起動汽車時發(fā)動機不會熄火，也不會引起傳動系的抖動；另一方面，離合器接合后可以將轉矩無損地傳遞到變速器。 離合器通過腳踏板來工作。踩下離合器踏 板，通過分離撥叉拉回錐形座圈，釋放彈簧，從而使離合器分離。 早期的離合器 在 1889 年，戴姆勒的鋼輪汽車已使用這種設計原理的基本形式：配備了一個錐形 /斜面摩擦離合器。這個可以自由移動的錐形盤位于變速器軸上，與曲軸上帶錐形凹槽的飛輪可以牢牢地接合。螺旋彈簧將錐形盤壓入到飛輪錐形凹槽里，離合器接合；可踩下腳踏板，通過分離套筒、彈簧將此錐形盤拉回，從而分離離合器，中斷動力傳輸。最初使用駝毛做為錐形盤摩擦面的材料，但很快被皮革取代。后者在蓖麻油中浸泡過，可以防潮濕，防油 /脂。其優(yōu)點是：可以自動調節(jié)，變速器輸入軸上不受應力，但也有缺點，就是太重。一方面，摩擦片磨損太快，更換太復雜，后在皮革 摩擦片中設計了壓緊彈簧銷或傳動片以做改進。另一方 第 7 頁 共 8 頁 面，飛輪和離合器錐盤體積太大，因而其慣性力矩較大導致?lián)Q檔時離合器比其要求的分離過程要慢很多 (與變速器已不同步了 )。 為解決上述問題，大約在 1910 年代，配備了另一個離合器制動或變速器制動，它通過第二個腳踏板來起作用 —— 通常該第二踏板與離合器踏板連接在一起，并都位于踏板軸的后方。 當改變車速時，許多駕車者習慣于讓離合器打滑而不是換檔，這時飛輪受熱程度要比僅受錐形盤摩擦更嚴重，錐形盤通過皮革制的摩擦層來散熱。經過一段時間的長途駕駛后，由于飛輪的熱膨 脹，錐形盤可能與飛輪接合的更深，但當飛輪溫度下降后，卻很難讓錐形盤從飛輪中分離出來。 直到第一次世界大戰(zhàn)末期，金屬摩擦片才開始普及起來。而此前，人們還試驗了其它不同材料，如 司設計了一種薄鋼片壓制的駝毛錐盤，并裝上像扇子似的刀片用來冷卻，其在兩部分間接合，皮革線狀環(huán)用螺栓固定在飛輪上。該結構的兩部分允許皮革線狀環(huán)自由移動，從而讓離合器維護簡化了，并降低了離合器被卡住的次數(shù)。 戴姆勒發(fā)動機公司開發(fā)了一種鋁制錐盤的開放式摩擦離合器。為了使分離柔和，要將油定期滴在摩擦層上。 由于結構簡單，錐 盤離合器在整個 1920 年代一直占主流地位。圓柱形摩擦面的金屬離合器由于其操作性能較差，而沒有被接受。只有圓柱形離合器的演化版 —— 彈簧帶離合器，由于其創(chuàng)造性的設計，才由戴姆勒在 19 世紀末 20 世紀初裝配在奔馳車上，并持續(xù)到第一次世界大戰(zhàn)。 傳統(tǒng)單盤干式離合器的雛形 在板簧離合器中，有一個堅固耐磨的螺旋狀板簧，其與變速器輸入軸的鼓形末端相連，安裝在飛輪的凹陷處。螺旋板簧的一端與飛輪相連，另一端緊固在彈簧罩殼上。離合器踏板壓緊板簧，板簧在鼓形周圍繞其自身越來越緊 (自動增強 )，驅動變速器輸入軸 —— 接合離合器。 只需很小的力即可壓縮彈簧，并使離合器接合柔和。 大約在戴姆勒公司開發(fā)其板簧離合器的同時，來自英國的 授也完成了對多盤離合器的試驗，這也被認為是現(xiàn)在的傳統(tǒng)單盤干式離合器的先驅。命名為“ 合器，與錐形盤離合器相比能夠大規(guī)模生產的一個決定性的優(yōu)點是：在較小的安裝空間下，其摩擦面積卻很大，并可以持續(xù)地接合。 在多盤離合器中，飛輪連在鼓形外罩上，并根據(jù)盤的外緣形狀在其內部開槽，并允許盤與曲軸或飛輪一起轉動，同時縱向移動。與之匹配的同樣數(shù)量的內凹的盤位于盤轂中央，盤轂連在離合器軸上。這些盤可沿盤轂上的離合器軸縱向移動。在安裝時，離合器內和外從動盤交替地接合成一組盤，如主動和從動盤始終相互連接。 這對從動盤是這樣工作的：開始青銅盤始終對著鋼制盤轉動，并在螺旋彈簧的作用下被壓盤一起壓緊。這樣，所有的盤便持續(xù)地接合。這個摩擦力逐漸增加的效果能夠讓離合器非常柔和地接合。隨著彈簧壓力的下降，從動盤又分離了，傳動片支撐 部位開始從從動盤平面部發(fā)生彎曲。通過改變從動盤對的數(shù)量，離合器可調節(jié)到適合于每個發(fā)動機的輸出功率。 多盤離合器可為浸油 /汽油式，也可為干式。干式的是比較特殊的，其摩擦層用鉚釘鉚住。多盤式離合器，尤其是油浴式多盤離合器，其最大缺點是有一定程度的遲滯，導致其只能部分分離，從而造成換檔困難。 若干年后，單盤離合器就淘汰了錐形盤和多盤離合器。 第一個認識到單盤離合器是離合器未來發(fā)展方向的人。隨著 棉摩擦片的出現(xiàn)，離合器技術取得了一大進步。石棉摩擦片大概從 1920 年代起一直使用到當代，直到其被非石棉摩擦片取代。單盤干式離合器的優(yōu)點是很明顯的：較低的從動盤質量使其分離后可更快地停止轉動，從而使換檔更容易 —— 徹底告別了變速器制動結構。 第 8 頁 共 8 頁 單盤干式的最初構造相對較復雜。離合器外罩用法蘭固定在飛輪上，離合器蓋用螺栓固定在離合器外罩里。帶彈簧向內側壓縮的分離杠桿的離合器蓋從中間盤經由摩擦盤傳遞壓力，將來自飛輪的轉矩傳到變速器。摩擦盤通過駕駛員將其連接到連接處或變速器輸入軸。離合器通過一個可讓錐形盤前后移動的滑動環(huán)片來實現(xiàn)分離和接合。錐盤的各側相應地作用于分離杠桿，分離 杠桿由螺旋彈簧起作用，受到壓緊或分開，即中間盤接合 /分離。由于錐盤是轉動的，而滑動環(huán)片是靜止的，故需要定期地潤滑。 壓緊力由螺旋彈簧提供的螺旋彈簧離合器，獲得了人們的認可。起初，是將螺旋彈簧放在中間進行試驗，但只有幾個較小的螺旋或螺旋彈簧沿離合器外罩外圈排列的結構才得到大批量的生產。分離杠桿通過可在變速器輸入軸上自由移動的分離軸承來壓縮螺旋彈簧，以分離壓盤使離合器分離。壓緊力可因使用不同的彈簧組而有變化，但其有一個致命的缺點，即隨著發(fā)動機轉速的增加，位于壓盤外圈的螺旋彈簧，因離心力作用對著彈簧外罩方 向繼續(xù)向外壓，在彈簧和外罩之間發(fā)生了摩擦，使壓緊力性能曲線發(fā)生改變。 隨著發(fā)動機轉速的不斷增加，離合器變得越來越重。除此以外，用來作用于分離杠桿的分離軸承一直處在受壓狀態(tài)下，使其和離合器外罩很容易發(fā)生磨損，尤其是在發(fā)動機高轉速時換檔，會很快地磨損。 膜片式離合器的誕生 為了解決上述這些系統(tǒng)性的不足，人們便開發(fā)出了膜片彈簧離合器，膜片彈簧離合器誕生于 1936年通用汽車的研究實驗室里，并在 1930年代后期在美國大批量生產。在歐洲，是在第二次世界大戰(zhàn)之后，人們通過美國通用公司的軍用卡車才開始熟悉膜片彈簧離合器，并在 1950 年代中期應用在一些單一的歐洲車型上。保時捷 356， 馬 700 和第一批配備了膜片彈簧離合器的德國制造的汽車。膜片彈簧離合器大批量生產始于 1965 年的歐寶 型。 由于膜片彈簧離合器能夠均衡、對稱地轉動， 因而不受發(fā)動機轉速的影響。膜片彈簧離合器在 1960 年代獲得了成功，那時凸輪軸頂置式高轉速發(fā)動機 (馬，阿爾法羅密歐 )大范圍地取代了凸輪軸下置式發(fā)動機。到 1960 年代末，幾乎所有的汽車制造商都采用膜片彈簧離合器。 這里需要強調的是： 司在讓膜片彈簧離合器大批量生產方面，起了至關重要的作用。用膜片彈簧取代螺旋彈簧系統(tǒng)的所有分離杠桿，帶來了諸多優(yōu)點：結構簡單，壓緊力恒定不變，相對較高的壓緊力僅需較小的安裝空間 (對橫置發(fā)動機非常重要 )和不受發(fā)動機轉速影響。由于這些特點，當代幾乎全部都是用膜片 彈簧離合器，而且其在多功能車上的應用也是越來越多 —— 以前一直是使用螺旋彈簧離合器。 與此發(fā)展相對應的是，離合器從動盤也得到了優(yōu)化。往復式活塞式內燃機不斷變化的轉速和波動的轉矩所產生的振動從曲軸、離合器、變速器輸入軸傳遞到變速器，導致了噪聲和嚴重的齒輪磨損?，F(xiàn)代汽車中不斷輕量化的飛輪和整車質量，加劇了這種現(xiàn)象，所以人們開發(fā)了帶扭矩減振器和波形彈簧片的離合器從動盤。 長時間操縱離合器需要一個強大的大腿，因為踏板力必須通過連接桿 /拉線或軸來傳遞。隨著 1930 年代離合器拉線和 1950 年代液壓分離機構 的應用，駕駛舒適性得到了提高。 讓離合器自動化的不同嘗試使離合器的操作越來越簡單：在 1918 年， 先提出了電磁離合器的概念。在 1930 年代早期，法國 司生產了一種用在豪華轎車上的帶電磁離合器的、有預選擇器的變速器。其中最著名的是通過離心力來調節(jié)壓緊力的離心式離合器和自動離合器，如 薩克斯公司 )， 司 )， 司 )和 司 )。