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某型拖拉機(jī)離合器的設(shè)計(jì)23
學(xué)校代碼：10410
序 號：20050393
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題目：某型拖拉機(jī)離合器的設(shè)計(jì)
學(xué) 院： 工 學(xué) 院
姓 名： 廖 曉 文
學(xué) 號： 20050393
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
年 級： 2005屆
指導(dǎo)教師： 黎靜
二OO九年 五 月
23
江西農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
論文（設(shè)計(jì)）
課題名稱
某型拖拉機(jī)離合器設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
廖曉文
院（系）
工學(xué)院
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
指導(dǎo)老師
黎 靜
職稱
學(xué)歷
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求：
1、 好學(xué)上進(jìn)，能吃苦耐勞，刻苦鉆研，有相應(yīng)專業(yè)知識具備獨(dú)立工作能力；
2、 能敏感及時(shí)地查閱到國內(nèi)外與本課題相關(guān)的資料和文件；
3、 能通過計(jì)算機(jī)繪圖繪制相應(yīng)的零件、部件和組件，繪制出總裝配圖；
4、 工作量要符合我院畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求；
5、 根據(jù)畢業(yè)的要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成畢業(yè)答辯所需要的全部工作。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容與技術(shù)參數(shù)：
1、 了解作業(yè)對象、使用條件（諸如氣候、地形等）；
2、 了解現(xiàn)有同類機(jī)型存在的問題、使用經(jīng)驗(yàn)等，廣泛搜集使用性能資料；
3、 確定拖拉機(jī)基本參數(shù)、離合器主要零部件結(jié)構(gòu)類型及特征；
4、 通過計(jì)算機(jī)繪圖繪制相應(yīng)的零件和部件，繪制出總裝配圖；
5、 撰寫離合器設(shè)計(jì)說明書；
6、 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成畢業(yè)答辯所需要的全部工作。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作規(guī)劃：
第一階段：查閱相關(guān)專業(yè)資料，參考國內(nèi)外同類先進(jìn)機(jī)型的技術(shù)資料，使離合器具有良好的使用性；
第二階段：對離合器部件進(jìn)行多方案比較，然后選取一個(gè)能夠滿足使用性能要求；技術(shù)要求容易達(dá)到的方案；
第三階段：繪制總體布置草圖，初步安排個(gè)部件與操縱機(jī)構(gòu)；
第四階段：寫設(shè)計(jì)說明書，確定整體參數(shù)與尺寸，最后完成裝配圖和零件圖的繪制。
接受任務(wù)日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日
學(xué) 生 簽 名 年 月 日
指導(dǎo)教師簽名 年 月 日
院長（主任）簽名 年 月 日
摘 要
為了提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化耕作的水平，加快實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的步伐，根據(jù)現(xiàn)有某拖拉機(jī)離合器的工作情況及使用性能，完成某拖拉機(jī)離合器的設(shè)計(jì)。通過離合器的設(shè)計(jì)，使整車的性能更加優(yōu)良。在設(shè)計(jì)離合器時(shí)首先應(yīng)根據(jù)車型的類別、使用要求等合理選擇離合器型式，并合理選擇儲備系數(shù)、壓緊力、摩擦片尺寸等主要參數(shù)的具體值。之后進(jìn)行離合器驗(yàn)算（主要進(jìn)行磨損、滑磨功及發(fā)熱驗(yàn)算）和對主要零件的強(qiáng)度計(jì)算，并完成了裝配圖和一些零件圖的繪制。實(shí)現(xiàn)了離合器的良好使用性和結(jié)構(gòu)工藝性。
關(guān)鍵詞: 拖拉機(jī) 離合器 儲備系數(shù) 壓緊力 摩擦片尺寸
Abstract
In order to increase the level of agricultural mechanization in farming, to accelerate the pace of agricultural modernization, according to the existing clutch of a tractor and use of the performance of the work to complete the design of the clutch of a tractor. Through the design of the clutch, so that more excellent performance vehicle. When the first clutch in the design should be based on the type of model, requirements for a reasonable choice to use the clutch type, and a reasonable choice reserve coefficient, compaction, and friction, such as chip size of the specific value of the main parameters. Checked after the clutch (mainly for wear, sliding wear and heat checking Gong) and the main parts of the strength calculation, and the completion of the assembly drawing and mapping a number of parts. To achieve good use of the clutch
and the structure of technology.
Key words : Tractor Clutch Reserve coefficient Pressed power
Friction plate size
???????
目 錄
1.緒 論 6
1.1離合器概述 6
1.2離合器的功能 6
1.3離合器的工作原理 6
1.4離合器的分類 7
1.5離合器的設(shè)計(jì)要求 8
2.離合器方案的選擇 9
3.離合器主要參數(shù)的確定及滑磨功、溫升的驗(yàn)算 10
3.1離合器的儲備系數(shù)β 10
3.2摩擦襯面外徑D2 和內(nèi)徑D1 10
3.3壓緊力（N）的確定 12
3.4 離合器磨損驗(yàn)算 12
3.5滑磨功的驗(yàn)算 13
3.6離合器發(fā)熱驗(yàn)算 15
3.7離合器實(shí)際壓緊力的影響因素 16
4.離合器主要零件的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 16
4.1離合器軸的計(jì)算 16
4.2壓緊彈簧的計(jì)算 18
5.總結(jié) 20
參考文獻(xiàn) 21
致謝 22
1.緒 論
1.1離合器概述
離合器位于發(fā)動機(jī)和變速箱之間的飛輪殼內(nèi)，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平面上，離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。離合器用來傳遞和切斷發(fā)動機(jī)傳給傳動系統(tǒng)和動力輸出軸的動力，并防止傳動系和動力輸出軸過載。在汽車行駛過程中，駕駛員可根據(jù)需要踩下或松開離合器踏板，使發(fā)動機(jī)與變速箱暫時(shí)分離和逐漸接合，以切斷或傳遞發(fā)動機(jī)向變速器輸入的動力。
1.2離合器的功能
1.保證汽車平穩(wěn)起步 ： 起步前汽車處于靜止?fàn)顟B(tài)，如果發(fā)動機(jī)與變速箱是剛性連接的，一旦掛上檔，汽車將由于突然接上動力突然前沖，不但會造成機(jī)件的損傷，而且驅(qū)動力也不足以克服汽車前沖產(chǎn)生的巨大慣性力，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速急劇下降而熄火。如果在起步時(shí)利用離合器暫時(shí)將發(fā)動機(jī)和變速箱分離，然后離合器逐漸接合，由于離合器的主動部分與從動部分之間存在著滑磨的現(xiàn)象，可以使離合器傳出的扭矩由零逐漸增大，而汽車的驅(qū)動力也逐漸增大，從而讓汽車平穩(wěn)地起步。
2.便于換檔 ： 汽車行駛過程中，經(jīng)常換用不同的變速箱檔位，以適應(yīng)不斷變化的行駛條件。如果沒有離合器將發(fā)動機(jī)與變速箱暫時(shí)分離，那么變速箱中嚙合的傳力齒輪會因載荷沒有卸除，其嚙合齒面間的壓力很大而難于分開。另一對待嚙合齒輪會因二者圓周速度不等而難于嚙合。即使強(qiáng)行進(jìn)入嚙合也會產(chǎn)生很大的齒端沖擊，容易損壞機(jī)件。利用離合器使發(fā)動機(jī)和變速箱暫時(shí)分離后進(jìn)行換檔，則原來嚙合的一對齒輪因載荷卸除，嚙合面間的壓力大大減小，就容易分開。而待嚙合的另一對齒輪，由于主動齒輪與發(fā)動機(jī)分開后轉(zhuǎn)動慣量很小，采用合適的換檔動作就能使待嚙合的齒輪圓周速度相等或接近相等，從而避免或減輕齒輪間的沖擊。
3.防止傳動系過載 ： 汽車緊急制動時(shí)，車輪突然急劇降速，而與發(fā)動機(jī)相連的傳動系由于旋轉(zhuǎn)的慣性，仍保持原有轉(zhuǎn)速，這往往會在傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生遠(yuǎn)大于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的慣性矩，使傳動系的零件容易損壞。由于離合器是靠磨擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩的，所以當(dāng)傳動系內(nèi)載荷超過磨擦力所能傳遞的轉(zhuǎn)矩時(shí)，離合器的主、從動部分就會自動打滑，因而起到了防止傳動系過載的作用。
1.3離合器的工作原理
離合器的主動部分和從動部分借接觸面間的摩擦作用，或是用液體作為傳動介質(zhì)(液力偶合器)，或是用磁力傳動(電磁離合器)來傳遞轉(zhuǎn)矩，使兩者之間可以暫時(shí)分離，又可逐漸接合，在傳動過程中又允許兩部分相互轉(zhuǎn)動。
目前在汽車上廣泛采用的是用彈簧壓緊的摩擦離合器(簡稱為摩擦離合器)。 發(fā)動機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩，通過飛輪及壓盤與從動盤接觸面的摩擦作用，傳給從動盤。當(dāng)駕駛員踩下離合器踏板時(shí)，通過機(jī)件的傳遞，使膜片彈簧大端帶動壓盤后移，此時(shí)從動部分與主動部分分離。
1.4離合器的分類
按操作方式，離合器可以分為外力操縱式離合器和自動離合器。外力操縱式離合器有機(jī)械操縱式、電磁操縱式、液壓操縱式和氣動操縱式等。機(jī)械操縱式離合器又可分為剛性、摩擦、離心和超越等幾類。自動離合器能夠自動進(jìn)行結(jié)合或分離，不需要人來操縱。自動離合器有超越離合器、離心離合器和安全離合器等幾種。
拖拉機(jī)上目前廣泛采用摩擦式離合器。它基本上是由主動部分、從動部分和壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)四部分組成。它可按摩擦面的工作條件分為干式和濕式； 按片數(shù)可分為單片，雙片和多片式；按壓緊方式分為彈簧壓緊式、杠桿壓緊式和液力壓緊式，現(xiàn)有輪式拖拉機(jī)和部分履帶拖拉機(jī)都采用腳踏板操縱的彈簧壓緊式；按離合器在傳動系中的作用分為單作用和雙作用。主、從動部分和壓緊機(jī)構(gòu)是保證離合器處于接合狀態(tài)并能傳動動力的基本結(jié)構(gòu)，而離合器的操縱機(jī)構(gòu)主要是使離合器分離的裝置。
發(fā)動機(jī)飛輪是摩擦離合器的主動件，帶有摩擦片的從動盤和從動轂借滑動花鍵與從動軸（即變速器的主動軸）相連。壓緊彈簧則將從動盤壓緊在飛輪端面上。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩即靠飛輪與從動盤接觸面之間的摩擦作用而傳到從動盤上，再由此經(jīng)過從動軸和傳動系中一系列部件傳給驅(qū)動輪。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。
由于拖拉機(jī)在行駛過程中，需經(jīng)常保持動力傳遞，而中斷傳動只是暫時(shí)的需要，因此汽車離合器的主動部分和從動部分是經(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，套在從動盤轂的環(huán)槽中的撥叉便推動從動盤克服壓緊彈簧的壓力向松開的方向移動，而與飛輪分離，摩擦力消失，從而中斷了動力的傳遞。
當(dāng)需要重新恢復(fù)動力傳遞時(shí)，為使拖拉機(jī)速度和發(fā)動機(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，使從動盤在壓緊彈簧壓力作用下，向接合的方向移動與飛輪恢復(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)動機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。
摩擦離合器所能傳出的最大轉(zhuǎn)矩取決于摩擦面間的最大靜摩擦力矩，而后者又由摩擦面間最大壓緊力和摩擦面尺寸及性質(zhì)決定。故對于一定結(jié)構(gòu)的離合器來說，靜摩擦力矩是一個(gè)定值，輸入轉(zhuǎn)矩一達(dá)到此值，離合器就會打滑，因而限制了傳動系所受轉(zhuǎn)矩，防止超載。
1.5離合器的設(shè)計(jì)要求
1 在任何行駛條件下，傳遞發(fā)動機(jī)最大扭矩的能力有適當(dāng)?shù)膬洹?
2 接合要平順，以保證汽車起步的平穩(wěn)，沒有抖動和沖擊。
3 分離時(shí)要徹底，迅速。
4 離合器從動部件傳動慣量要小，以便換檔和減少換檔時(shí)齒輪的沖擊。
5 應(yīng)設(shè)有扭轉(zhuǎn)減振阻尼裝置，使汽車傳動系在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)避免扭轉(zhuǎn)共振，且具備 吸收振動能量，緩和沖擊，降低噪聲的能力，對于怠速時(shí)的振動和噪聲的能力，對怠速時(shí)的振動和噪音也要引起重視。
6 具有良好的通風(fēng)散熱條件和必要的熱容量，以保證離合器工作溫度不以過高。
7 操縱輕便。
8 使用壽命要長，力求與汽車傳動系其它總成等壽命。
9離合器使用過程中，摩擦扭矩變化要求，從保證離合器工作性能穩(wěn)定。
10結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，質(zhì)量小，工藝性好，維修方便及適合大批量生產(chǎn)。
2.離合器方案的選擇
農(nóng)用拖拉機(jī)是一款在我國使用非常廣泛的農(nóng)業(yè)機(jī)械，為我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)做出了非常杰出的貢獻(xiàn)。為了進(jìn)一步改良某型拖拉機(jī)的性能，使其更好地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，對其離合器進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。
在農(nóng)用拖拉機(jī)中，離合器大多選用摩擦式離合器，該種離合器歷史悠久，技術(shù)成熟度高，雖然外廓尺寸較大，略顯笨重，但結(jié)構(gòu)較其他類型的離合器簡單，維護(hù)較為簡單
方便，非常適合廣大的農(nóng)村地區(qū)實(shí)際的使用和維護(hù)水平。因此在某拖拉機(jī)離合器的設(shè)計(jì)過程中，選用摩擦式離合器。
摩擦式離合器按摩擦表面工作條件分為干式和濕式。濕式離合器一般用油泵泵油以冷卻摩擦表面。故散熱好、磨損小，能適應(yīng)惡劣的工作條件而不致燒損。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在廣大的農(nóng)村地區(qū)維護(hù)保養(yǎng)能力低下的情況下，不利于保障拖拉機(jī)持久正常地使用，因此濕式離合器多用于工業(yè)拖拉機(jī)，在農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)上選用結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便的干式離合器。在某型農(nóng)用拖拉機(jī)離合器的設(shè)計(jì)上，也采用易于維護(hù)的干式離合器。
摩擦離合器按片數(shù)可分為單片、雙片和多片。其中單片離合器由于從動部分轉(zhuǎn)動慣量小、分離徹底、散熱良好等原因使用得最多。雙片和多片離合器接合雖然較平順，但中間片散熱不良，從動部分轉(zhuǎn)動慣量大，分離不易徹底，因而只用在尺寸受限、采用單片式時(shí)摩擦扭矩不夠的場合。考慮到農(nóng)村的實(shí)際使用情況，某型拖拉機(jī)采用具有散熱良好等優(yōu)點(diǎn)的單片離合器。
在現(xiàn)有輪式拖拉機(jī)和部分履帶拖拉機(jī)上都采用彈簧緊壓式離合器。杠桿壓緊式用手操縱，一般只用于履帶式拖拉機(jī)，操縱方便、省力和安全，且可以較長時(shí)間地處于分離狀態(tài)。在某型拖拉機(jī)離合器壓緊方式的選擇上，選用輪式拖拉機(jī)常用的彈簧常壓緊式離合器。某型拖拉機(jī)的壓緊式離合器采用周布彈簧離合器模式，
摩擦離合器按作用方式可分為單作用式和雙作用式。雙作用離合器是將兩個(gè)離合器裝在一起，其中一個(gè)離合器將動力傳給變速箱，稱為主離合器；另一個(gè)將動力傳給動力輸出軸，稱為副離合器。某型離合器采用雙作用式。對雙作用離合器，主副離合器的位置決定于變速箱的結(jié)構(gòu)。當(dāng)變速箱Ⅰ、Ⅱ軸同心，主離合器在前副離合器在后；當(dāng)Ⅰ、Ⅱ軸不同心，則主離合器在后副離合器在前。在某型拖拉機(jī)中，變速箱Ⅰ、Ⅱ軸同心，故主離合器在前副離合器在后。
綜合上述，某型離合器設(shè)計(jì)方案的選擇上采用技術(shù)成熟的單片摩擦離合器，摩擦表面工作條件采用干式，壓緊方式采用彈簧壓緊式，作用方式采用雙作用式。
3.離合器主要參數(shù)的確定及滑磨功、溫升的驗(yàn)算
摩擦離合器的主要參數(shù)是：離合器儲備系數(shù)β、摩擦面所受壓緊力Q、摩擦面外徑D2 和內(nèi)徑D1、摩擦面對數(shù)i。
3.1離合器的儲備系數(shù)β
儲備系數(shù)是離合器的最大摩擦轉(zhuǎn)矩與發(fā)動機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)矩之比，可寫成：=/ （3-1）
儲備系數(shù)β的大小對離合器的工作性能影響很大: β太小,在壓緊力或摩擦系數(shù)降低時(shí),就會出現(xiàn)傳遞扭矩能力不夠的情況，使離合器不能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)全部轉(zhuǎn)矩,并會使滑磨功增加;增大β可減少滑磨功，減輕發(fā)熱和磨損，但卻使瞬時(shí)發(fā)熱量增大，并離合器尺寸變大，傳動系過載保護(hù)減弱，操縱功增加。對于彈簧壓緊式和帶有補(bǔ)償彈簧的杠桿式干式離合器，一般β=2.5;對于剛性杠桿壓緊式離合器β=3~3.5；對于干式、彈簧壓緊式、主離合器，β=2.4~2.6；濕式離合器β=1.5~2.0。雙作用離合器中的副離合器的儲備系數(shù)因結(jié)合次數(shù)少，β稍小，但不宜小于1.3。
在工作繁重、離合頻繁或發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，β應(yīng)取較大些。如果摩擦系數(shù)和壓緊力能保持穩(wěn)定而很少變化，則β可取小些。另外。當(dāng)實(shí)際有效壓緊力和名義壓緊力的差值增大時(shí)，應(yīng)取較大的β。
為了符合某型拖拉機(jī)的實(shí)際工作情況，選擇主離合器的儲備系數(shù)為β=2.61，副離合器的儲備系數(shù)β=1.42。其中查手冊有發(fā)動機(jī)的標(biāo)定轉(zhuǎn)矩=257.6N·m，從而得到主離合器的最大摩擦轉(zhuǎn)矩=672.34 N·m，副離合器的最大摩擦轉(zhuǎn)矩=519.42 N·m。
3.2摩擦襯面外徑D2 和內(nèi)徑D1
摩擦件是摩擦離合器的主要組成元件，其工作表面材料的物理性質(zhì)和機(jī)械性能直接影響離合器的工作性能。對材料的主要要求是：摩擦系數(shù)大而且穩(wěn)定，動摩擦系數(shù)應(yīng)盡量與靜摩擦系數(shù)相近；強(qiáng)度高，能承受沖擊，高速時(shí)不易破裂和剝落；耐磨﹑耐高溫﹑耐腐蝕和導(dǎo)熱性能好，熱變形小；長期靜置時(shí)應(yīng)不致黏連。此外﹐還要求使用壽命長，容易加工和價(jià)廉等。常用的摩擦面材料有粉末冶金材料﹑石棉基材料和紙基材料。粉末冶金材料：表面許用溫度﹑許用壓力﹑高溫下摩擦系數(shù)和壽
命都較高。銅基粉末冶金材料主要用于濕式摩擦面，鐵基粉末冶金材料摩擦系數(shù)和許用壓力都較銅基為高，但耐磨性較低，多用于干式摩擦面。石棉基材料：用石棉
加黏結(jié)劑和填料模壓而成，固結(jié)在鋼或鐵底板上，許用工作溫度較低,石棉襯片有較高的摩擦系數(shù)、比重小、能保證必要的機(jī)械強(qiáng)度、價(jià)格低、制造容易，石棉襯片是目前使用最為廣泛的摩擦件。紙基材料：用石棉﹑植物纖維或兩者的混合物相互交織﹐再加填料后由樹脂等黏結(jié)而成。這種材料具有多孔性，摩擦性能好，動﹑靜摩擦系數(shù)相近，而且成本較低。對于某型拖拉機(jī)離合器，選用性能較好，成本較低的石棉基材料作為摩擦件。
對于采用石棉襯面的單片干式離合器，摩擦襯面外徑D2 （mm）可參考經(jīng)驗(yàn)公式 :
D2= （3-2）
式中 ———直徑系數(shù)。
查手冊可得到某拖拉機(jī)的值為53。所以有：
D2= 336
當(dāng)摩擦片外徑D2確定后，摩擦片內(nèi)徑D1可根據(jù)D1/ D2在0.53～0.70之間來確定當(dāng)D1/ D2=0.64時(shí)，求得D1=215.04mm，根據(jù)離合器內(nèi)部和壓盤的內(nèi)徑大小，我們?nèi)1=216mm 。以上計(jì)算確定的是某拖拉機(jī)主離合器的內(nèi)外徑。對于副離合器，由于后壓板上端的通孔有分離拉桿穿過下端的通孔有前壓板彈簧通過，摩擦片被限制在分離拉桿和前壓板彈簧之間的空間，因此外徑D2比主離合器的外徑略小，結(jié)合分離拉桿孔和主前壓板彈簧孔的尺寸，取副離合器外徑D2 =316mm。取副離合器的D1/ D2 =0.68，則副離合器內(nèi)徑D1 =216mm。
當(dāng)發(fā)動機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)矩較大，按上式初選的D2受到飛輪結(jié)構(gòu)尺寸的限制難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，可考慮采用雙片結(jié)構(gòu)，以發(fā)動機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)矩之半即代入上式，值可取較大值以初選D2。
3.3壓緊力（N）的確定
（N） （3-3）
式中 ———摩擦合力作用半徑（mm）;
可取=;
代入主離合器數(shù)據(jù): D2 =336mm , D1=216mm,可得RP≈138mm
i——摩擦面對數(shù)，單片i=2，雙片i=4；
——摩擦系數(shù)，通常干式石棉摩擦襯面取=0.3 見下表1
將以上數(shù)據(jù)代入上式有主離合器壓緊力=8120 N。
對于副離合器： D2 =316mm , D1=216mm。可得RP≈133mm。
將以上數(shù)據(jù)代入有副離合器壓緊力=4584 N。
表1 摩擦系數(shù)和許用單位壓力
摩擦副材料
(Mpa)
干式
濕式
干式
濕式
鋼、鑄鐵對鋼
0.15~0.18
0.03~0.08
0.25~0.40
0.6~1.0
鋼、鑄鐵對石棉
0.25~0.3
0.08~0.15
0.10~0.25
0.2~0.5
鋼、鑄鐵對粉末冶金
0.25~0.4
0.06~0.12
0.40~0.60
1.2~2.0
鋼、鑄鐵對紙基襯面
—
0.10~0.13
0.5~2.5
3.4 離合器磨損驗(yàn)算
離合器摩擦襯面的磨損與單位壓力q有關(guān)，單位面積壓力：
q== （3-4）
式中 S———每個(gè)環(huán)狀摩擦面的面積；
———許用單位面積壓力。
當(dāng)摩擦襯面直徑較大時(shí)，相對滑磨速度大，應(yīng)取小些。
對于主離合器: q====0.156 Mpa
對于副離合器：q====0.1098 Mpa
查表1可知：主離合器和副離合器的單位面積壓力q均在0.10~0.25的合理范圍內(nèi)，符合要求。
3.5滑磨功的驗(yàn)算
離合器結(jié)合過程中由于主、從動片轉(zhuǎn)速不同，產(chǎn)生相對滑磨，滑磨產(chǎn)生的熱量使離合器的摩擦元件溫度升高，摩擦系數(shù)降低，傳遞轉(zhuǎn)矩的能力下降，甚至導(dǎo)致摩擦襯面因過熱而燒損?？梢婋x合器結(jié)合過程中，滑動功產(chǎn)生的熱量是影響離合器壽命的重要因素。
為了計(jì)算每次接合中的滑磨功，假定：1）接合在瞬間完成；2）整個(gè)滑磨期間離合器所傳遞扭矩都等于它的最大摩擦扭矩；3）接合前從動軸不轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)以標(biāo)定的角速度（red/s）旋轉(zhuǎn)；4）從動軸的阻力矩和和發(fā)動機(jī)發(fā)出的扭矩都等于發(fā)動機(jī)標(biāo)定扭矩。
滑磨功W（J）用下式計(jì)算：
W= （3-5）
式中 ——發(fā)動機(jī)標(biāo)定角速度（rad/s）;
——轉(zhuǎn)動慣量（kgm2）;
——換算到主動盤上的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量，一般按飛輪轉(zhuǎn)動慣量Jm的1.2倍計(jì)算（kgm2）, Jm 的計(jì)算方法是把飛輪分解為若干個(gè)圓環(huán)，對各圓環(huán)的轉(zhuǎn)動慣量求和。即：
=1.2（-） （3-6）
式中 D——環(huán)大徑；
d——環(huán)小徑；
b——厚度；
——密度，=7900Kg/
——換算到離合器軸上的拖拉機(jī)機(jī)組的轉(zhuǎn)動慣量（kgm2），
= （3-7）
其中=（+）/g
式中 ——滿載拖車質(zhì)量。
——拖拉機(jī)機(jī)組質(zhì)量，一般按拖拉機(jī)使用時(shí)整機(jī)質(zhì)量與所帶滿載拖車質(zhì)量之和計(jì)算（kg）；
——驅(qū)動輪的動力半徑（m）;
——傳動系總傳動比，輪式拖拉機(jī)按能帶動車由靜止起步各檔中最高檔計(jì)算。
查手冊可知為
對于主離合器W=9940 J
對于副離合器W=20540 J
因滑磨功不能作為不同等級拖拉機(jī)離合器磨損的比較指標(biāo)，為了使不同等級拖拉機(jī)具有可比性，引入單位面積滑磨功概念，并對其進(jìn)行驗(yàn)算：
==0.3 (J/) （對石棉襯面） （3-8）
式中 i——摩擦面對數(shù)。
對主離合器： ==0.0960.3
對副離合器： ==0.2460.3
主、副離合器均符合要求。
3.6離合器發(fā)熱驗(yàn)算
離合器結(jié)合過程的滑磨功轉(zhuǎn)化為熱量，使零件溫度升高。過高的溫度會使摩擦表面的摩擦系數(shù)降低，加劇磨損。為了降低摩擦表面的溫度，應(yīng)加強(qiáng)散熱通風(fēng)。對于頻繁結(jié)合的離合器則應(yīng)采用在高溫下性能較穩(wěn)定的摩擦材料，必要時(shí)可采用濕式離合器。
離合器的每次接合，都會因摩擦而升溫，一般接合一次的溫升應(yīng)小于5°C，計(jì)算Δt的公式如下:
5 （3-9） 式中 ——熱量傳給驗(yàn)算零件的百分比；
——驗(yàn)算零件的質(zhì)量（kg）；
c——比熱容，鋼、鐵比熱容為481.5J/kg·°C 。
應(yīng)驗(yàn)算受熱最嚴(yán)重的零件在離合器接合一次中的溫升。當(dāng)采用石棉襯面時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算壓盤（單片式）或中間壓盤（雙片或多片式）的溫升。單片式=0.5；雙片或多片式的中間壓盤=。
如果Δt過大，應(yīng)采取結(jié)構(gòu)措施加強(qiáng)通風(fēng)散熱或，或加大零件的熱容量以降低它的瞬時(shí)溫升。
干式離合器通常采用的散熱措施有：在離合器罩上開較大的通風(fēng)口；在壓盤上鑄出散熱和鼓風(fēng)的筋片、采用平板形飛輪、加強(qiáng)空氣在離合器殼中的流動；采用分段形的摩擦襯片而不采用環(huán)形的摩擦襯面等。
3.7離合器實(shí)際壓緊力的影響因素
在實(shí)際使用過程中，彈簧出現(xiàn)永久變形以及因摩擦襯面磨損引起的彈簧的預(yù)加變形變小，都使實(shí)際壓緊力降低。
另外，分離杠桿上裝有反壓彈簧用來保證分離軸承處的間隙，以防止離心力使分離杠桿內(nèi)端后移，這個(gè)彈簧力將抵消摩擦襯面上的部分壓緊力。為了克服離心力，有的結(jié)構(gòu)中把反壓彈簧設(shè)計(jì)得很強(qiáng)，個(gè)別結(jié)構(gòu)中因此而使壓緊力減少26%，這個(gè)因素值得設(shè)計(jì)時(shí)重視。合理的辦法是使分離杠桿的重心盡量靠近它的轉(zhuǎn)動支點(diǎn)，減小離心力的力臂，同時(shí)采用較弱的反壓彈簧。
另一個(gè)因素是在離合器片被壓緊的過程中，驅(qū)動銷和壓盤之間、從動盤輪轂和花鍵軸之間，因在傳遞圓周力的同時(shí)有軸向移動，出現(xiàn)的軸摩擦阻力，它抵消彈簧部分壓緊力。
同樣尺寸同樣壓緊力的雙片離合器所傳遞扭矩只是單片式的1.7~1.8倍。在多片離合器中，壓緊力因軸向摩擦阻力而減弱的比例更大。
在離合器接合后，由于振動或其他原因，軸向摩擦阻力可能減弱或消失。但在接合初期，也正是離合器滑磨時(shí)期，摩擦阻力造成壓緊力減少的影響是值得注意的。在多片式離合器設(shè)計(jì)中，選擇儲備系數(shù)時(shí)應(yīng)考慮到這點(diǎn)。
4.離合器主要零件的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)
4.1離合器軸的計(jì)算
離合器軸的結(jié)構(gòu)取決于離合器的類型和傳動系的布置。一般單作用離合器采用實(shí)心軸；雙作用離合器則有實(shí)心軸和空心套管軸。
離合器軸的扭轉(zhuǎn)（剪切）強(qiáng)度 ： 離合器在接合和完全接合時(shí)其軸都處于受扭狀態(tài)，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須對離合器軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算。
在危險(xiǎn)斷面處
（4-1）
式中 ——抗扭轉(zhuǎn)斷面系數(shù)。
實(shí)心軸為
空心軸為
式中 D——大徑;
d——小徑。
花鍵空心軸 ，
式中 ——花鍵軸大徑；
——輪轂的花鍵小徑；
d——孔徑；
K——危險(xiǎn)斷面處的應(yīng)力集中系數(shù)。
（平滑過渡K=1.1~1.5; 有孔、槽 K=2~2.5）。
對于該款離合器的主離合器軸：
圖1 主離合器軸
4.2壓緊彈簧的計(jì)算
彈簧壓緊式離合器的壓緊力可以由一個(gè)中央彈簧，也可以由布置在圓周上的若干個(gè)彈簧產(chǎn)生。大多數(shù)結(jié)構(gòu)中，彈簧直接壓緊壓盤，個(gè)別結(jié)構(gòu)中彈簧力經(jīng)過杠桿傳至壓盤，此時(shí)壓緊力應(yīng)考慮杠桿傳動比。
在這款離合器的設(shè)計(jì)中，采用周布彈簧模式，彈簧直接壓緊壓盤。布置在圓周上的螺旋彈簧個(gè)數(shù)Z一般為6、9、12、15個(gè)。每個(gè)彈簧受力,分離時(shí)彈簧受力為，，最大工作壓力。此處，為分離時(shí)各片間間隙，單片式=0.75~1mm，雙片式=0.5~0.9mm，多片式=0.3~0.45mm。
按驗(yàn)算彈簧的剪切力：
（） （4-2）
式中 D——彈簧圈中徑；
d——彈簧鋼絲直徑；
K ——彈簧的曲度系數(shù)；
C ——旋繞比。
對于常用的碳素彈簧鋼和等材料，許用剪切應(yīng)力=50000~70000。
該款離合器的壓緊彈簧的選擇如表2所示。
對于主離合器：=48715
對于副離合器：=32838
主、副離合器壓緊彈簧均符合要求。
使彈簧產(chǎn)生單位變形所需的載荷稱為彈簧的剛度M，剛度M的計(jì)算公式：
（） （4-3）
式中 G——鋼的剪切彈性模數(shù)；
()
n—— 彈簧的有效工作圈數(shù)。
對于主離合器：=560（）
對于副離合器: =606 ()
增加n可以使彈簧剛度下降，操縱省力，但受結(jié)構(gòu)布置和彈簧穩(wěn)定性的限制。n不宜太多，一般把=0.2作為一個(gè)指標(biāo)來初步確定剛度，然后求出n，彈簧總?cè)?shù)N=n+(1.5~2)。
在壓緊力很大而彈簧的直徑和個(gè)數(shù)又受布置限制時(shí)，為了避免因采用較粗的彈簧鋼絲而致剛度過大，往往采用同心的內(nèi)、外彈簧，內(nèi)外圈螺旋方向相反以防卡住。
為了防止壓盤溫升過高而使彈簧受熱退火，常在彈簧和壓盤間裝絕熱墊片，或在壓盤上作出十字筋，使彈簧只和筋接觸，減少受熱。
表2 旋繞比C值的推薦值
d(mm)
0.2~0.4
0.5~1
1.5~2.2
2.5~6
7~16
18~50
C
7~14
5~12
5~10
4~9
4~8
4~6
表3 壓緊彈簧參數(shù)的選擇
參數(shù)
名稱
個(gè)數(shù)
材料
彈簧絲
直徑
彈簧
外徑
彈簧
內(nèi)徑
自由
長度
預(yù)壓
變形量
旋向
工作
圈數(shù)
總?cè)?shù)
后壓盤彈簧
12
彈簧
鋼絲-Ⅰ
5
32
58
11
任意
5.5
7.5
前壓盤彈簧
9
彈簧
鋼絲-Ⅰ
4
16
50
9
任意
6
8
5.總結(jié)
大多數(shù)離合器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)格化，設(shè)計(jì)時(shí)，只需要參考有關(guān)手冊對其進(jìn)行類比設(shè)計(jì)或選擇即可。
選擇離合器時(shí)，首先根據(jù)機(jī)器的工作特點(diǎn)和使用條件，結(jié)合各種離合器的性能特點(diǎn)，確定離合器的類型；類型確定后，可根據(jù)被關(guān)聯(lián)的兩軸的直徑、計(jì)算轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，從有關(guān)手冊中查出適當(dāng)?shù)男吞?；必要時(shí)，可對其薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行承載能力校核。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，離合器要有防襯面油污的結(jié)構(gòu)措施；加強(qiáng)散熱通風(fēng)；防止壓緊彈簧退火；防止運(yùn)動零件運(yùn)動干涉；調(diào)整方便，可靠；選擇合適的壓盤驅(qū)動方式；要有結(jié)構(gòu)措施保證裝配時(shí)各零件對中準(zhǔn)確、可靠；分離杠桿要有反壓彈簧或采用平衡塊保證分離間隙，但分壓彈簧壓力不能過大，否則將使離合器壓緊力降低；設(shè)計(jì)時(shí)分離杠桿重心應(yīng)盡量靠近支點(diǎn)，以減少離心力矩的力臂；主要旋轉(zhuǎn)件要做靜平衡試驗(yàn)；操縱力和操縱行程符合要求；從動盤轉(zhuǎn)動慣量較大的可設(shè)置離合器制動器。
表 4 離合器常見故障及排除方法
現(xiàn)象
故 障 原 因
排 除 方 法
離合器打滑
1.摩擦片及壓力板上有油污。
1.用煤油清洗。
2.離合器調(diào)整受到破壞。
2.進(jìn)行正確調(diào)整。
3.摩擦片磨損過多。
3.更換。
4.壓力彈簧軟化或折斷。
4.更換。
5.踏板無自由行程。
5調(diào)整自由行程至30~50毫米。
離合器分離
不徹底
1.踏板自由行程過大。
1.調(diào)整自由行程至30~50毫米。
2.踏板第一工作行程（踏板從初始位置
至分離定位銷擋住的行程）不夠。
2.調(diào)整分離定位銷拉桿長度，使踏板一
段行程在140~160毫米。
3.支撐螺栓與前壓力板間隙不夠。
3.擰緊支撐螺栓至頂住擋銷，然后再退
回9個(gè)槽。
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致謝
本畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我的指導(dǎo)老師黎靜老師的悉心指導(dǎo)下完成的。黎靜老師是一位有著認(rèn)真的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的治學(xué)精神的老師。從她那里除了學(xué)到了不少專業(yè)方面的知識外，還感受到了她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、精益求精的治學(xué)精神，讓我受益良多，這些都會讓我以后的學(xué)習(xí)、工作中受益。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我翻閱了不少專業(yè)課本，并從圖書館借閱了不少專業(yè)資料。在設(shè)計(jì)過程中我遇到了不少未知的專業(yè)問題，除了自己積極思考外，還積極和同學(xué)討論解決問題的途徑，進(jìn)一步培養(yǎng)了自己解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)我的導(dǎo)師黎老師給我提出了很多寶貴的意見，使我的設(shè)計(jì)得以進(jìn)一步的完善。在此十分感謝
指導(dǎo)老師給予我的悉心指導(dǎo)和大力幫助。