基于CATIA的货车离合器与变速器设计.doc
摘 要本设计的任务是设计一台用于货车上的离合器和手动变速器。本设计采用摩擦离合器和中间轴式变速器。离合器装在发动机与变速器之间,汽车从启动到行驶的整个过程中,经常需要使用离合器。它的作用是使发动机与变速器之间能逐渐接合,从而保证汽车平稳起步;暂时切断发动机与变速器之间的联系,以便于换档和减少换档时的冲击;当汽车紧急制动时能起分离作用,防止变速器等传动系统过载,起到一定的保护作用。所设计的离合器是膜片弹簧离合器,此设计说明书详细的说明了轻型汽车膜片弹簧离合器的结构形式,参数选择以及计算过程,按照离合器系统的设计步骤和要求,对摩擦片外径的确定,离合器后备系数的确定,单位压力的确定,以及从动盘设计包括从动片设计和从动盘毂设计,主动部分的设计,包括压盘、离合器盖设计、弹性传动片设计,其中离合器盖的设计只是简单的设计,操纵机构的设计是大体上计算出踏板的行程、踏板力,是否符合人体工程学要求。根据轿车的外形、轮距、轴距、最小离地间隙、最小转弯半径、车辆重量、满载重量以及最高车速等参数,结合自己选择的适合于该货车的发动机型号可以得出发动机的最大功率、最大扭矩、排量等重要的参数。再结合某些货车的基本参数,选择适当的主减速比。本次设计的汽车变速箱主要是从强度方面来对齿轮的尺寸计算及校核,轴的尺寸计算和位置的确定,选择设计满足其承载能力的同步器。另外,针对齿轮作用力的不同,在不同的轴上选择合适的轴承。利用软件CATIA完成变速器总成图、第一轴、第二轴、中间轴、各个挡齿轮及同步器的设计。关键词:离合器;膜片弹簧;摩擦片;变速器;传动比;中间轴;设计;CATIAABSTRACTThe aim of this design is to design a clutch and a manual transmission used in the truck, Its the countershaft-type transmission gearbox.The coupling installs between the engine and the transmission gearbox, the automobile from the start to the travel entire process, needs to use the coupling frequently. Shuts off between the engine and transmission gearbox's relation temporarily, is advantageous shifts gears and reduces shifts gears the time impact.The clutch designed is diaphragm spring clutch, the design manual detailed the process of the diaphragm spring clutch designing of light vehicle structure, including parameter selection and calculation process, the determination of friction plate diameter, back-up clutch coefficient determination unit to determine the pressure, as well as the follower plate follower piece design includes the design and the design of the driven wheel disc, part of the design of the initiative, including the pressure plate, Clutch cover design, flexible drive chip design, which covered the design of the clutch is a simple design, is designed to manipulate the whole body out of the trip pedal, pedal power, with the ergonomic requirements. reverse the shock absorber of the coil spring design.According to the contour, track,wheel base, the all-up weight as well as the highest speed and so on, union the choosing engine model we can obtain the important parameters of the max power, the max torque, the displacement and so on. According to the basic parameters of the certain saloon, choose the suitable final drive ratio. This design is mainly gear's size computation and the examination,the axis size's calcul-ation and the position's determination,the choice design satisfies its bearing capacity the syn- chromesh. Completes the transmission gearbox unit chart,the first axis,the second axis, the intermediate shaft using software CATIA, to keep off the gear and the synchromesh design one by oneKey words: Clutch; Diaphragm Spring; Friction Disc; Transmission; Gear ratio; Countershaft; Design; CATIA目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 概述11.2 国内外研究现状21.3 研究内容3第2章 离合器的设计42.1 离合器的基本结构选择42.1.1摩擦片数选择42.1.2压紧弹簧的型式和布置52.1.3膜片弹簧的支承形式72.1.4压盘的驱动方式72.1.5分离杠杆和分离轴承72.1.6离合器的散热通风82.2 从动盘82.2.1摩擦片82.2.2减振器92.3离合器操纵系统92.4 离合器相关参数选择与计算102.4.1 离合器主要参数的选择102.4.2 离合器的设计与计算122.4.3扭转减震器的设计162.4.4离合器压盘的设计192.5本章小结22第3章 变速器的设计233.1变速器齿轮的主要参数选择与计算233.1.1挡数的选择及各档传动比的确定233.1.2中心距243.1.3齿轮参数253.1.4计算齿宽263.1.5各挡齿轮齿数的分配263.1.6变速器轮齿强度计算343.2 变速器轴设计与计算433.2.1 变速器轴设计433.2.2初选轴的直径433.2.3轴的结构形状443.2.4 轴的强度和刚度的计算443.3轴承选择与寿命计算543.3.1使用时间计算543.3.2轴承的选择与寿命计算553.4同步器设计及其结构元件563.4.1同步器设计563.4.2同步环主要参数的确定573.5本章小结59第4章 应用CATIA进行离合器与变速器的建模604.1 CATIA软件简介604.2变速器几何模型的建立614.2.1圆柱齿轮的几何模型建立614.2.2变速器轴的几何模型建立714.2.3轴承的几何模型建立724.4离合器的建模724.5本章小结74结 论79参考文献80致 谢81附 录82第1章 绪 论1.1 概述传动系一般由离合器、变速器、万向传动装置、主减速器、差速器和半轴等组成。离合器与变速器同为汽车传动系中的重要组成部分,如下图所示:可以保证将发动机发出的动力传给汽车的驱动车轮,产生驱动力,使汽车能在一定速度上行驶。汽车传动系的基本功能就是将发动机发出的动力传给驱动车轮。它的首要任务就是与汽车发动机协同工作,以保证汽车能在不同使用条件下正常行驶,并具有良好的动力性和燃油经济性,为此,汽车传动系都具备以下的功能:(1)减速和变速;(2)实现汽车倒驶;(3)必要时中断传动;(4)差速作用。从中可以看出,离合器与变速器在传动系中有着至关重要的作用。其中,变速器可以保证汽车平稳起步,在汽车起步前汽车处于静止状态, 如果发动机与变速箱是刚性连接的,一 1离合器2变速器3万向节4驱动桥旦挂上档,汽车将由于突然接上动力突 图1.1然前冲,不但会造成机件的损伤,而且驱动力也不足以克服汽车前冲产生的巨大惯性力,使发动机转速急剧下降而熄火。同时还能保证驾驶过程中便于换档,在汽车行驶过程中,经常换用不同的变速箱档位,以适应不断变化的行驶条件。如果没有离合器将发动机与变速箱暂时分离,那么变速箱中啮合的传力齿轮会因载荷没有卸除,其啮合齿面间的压力很大而难于分开。另一对待啮合齿轮会因二者圆周速度不等而难于啮合。即使强行进入啮合也会产生很大的齿端冲击,容易损坏机件。同时还能防止传动系过载,当汽车紧急制动时,车轮突然急剧降速,而与发动机相连的传动系由于旋转的惯性,仍保持原有转速,这往往会在传动系统中产生远大于发动机转矩的惯性矩,使传动系的零件容易损坏。由于离合器是靠摩擦力来传递转矩的,所以当传动系内载荷超过摩擦力所能传递的转矩时,离合器的主、从动部分就会自动打滑,因而起到了防止传动系过载的作用。最后离合器还能降低扭振冲击,因为汽车发动机的工作原理决定了其输出扭矩的不平稳。在做功冲程,燃烧室气体爆炸产生极大冲击扭矩,而在其他冲程,却是靠惯性反拖发动机。虽然发动机本身转动系具有的惯性可降低扭振,但剩余的冲击力仍然对后续的变速箱、传动轴产生不利影响。而离合器中的减振弹簧(切向分布),可显著降低发动机带来的扭振冲击,延长变速齿轮寿命。变速器在汽车工作过程中更是有着不可替代的作用,首先可以改变传动比,扩大驱动轮转矩和转速的变化范围,以适应经常变化的行驶条件,同时使发动机在有利(功率较高而油耗较低)的工况下工作; 实现汽车的变速。其次,在发动机旋转方向不变情况下,汽车能倒退行驶; 同时还可利用空挡,中断动力传递,以发动机能够起动、怠速,并便于变速器换档或进行动力输出。必要时可以中断传动。综上所述,可以知道汽车传动系中的离合器与变速器在传动系体现其作用时起着最为重要的作用。1.2 国内外研究现状汽车工业是具有世界性的开发型综合工业,竞争也越来越激烈,随着我国国民经济的快速发展和人们的生活水平的不断提高,对汽车的使用功能不断提出新的要求。与此同时,我国的汽车及各种车辆的零部件产品在性能和质量上和发达国家存在着一定的差距,其中一个重要原因就是设计手段落后,发达国家在机械产品设计上早以进入了分析设计阶段,他们利用计算机辅助设计技术,将现代设计方法,如有限元分析、优化设计、可靠性设计等应用到产品设计中,采用机械CAD系统在计算机上进行建模、分析、仿真、干涉检查,实现三维设计,大大地提高产品设计的一次成功率,减少了试验费用,缩短了产品更新周期。而我们的设计手段仍处于以经验设计为主的二维设计阶段,设计完成后在投产中往往要进行很大的改动,使得产品开发周期很长,性能质量低等。 相比较离合器与变速器,我国在变速器研发方面与发达国家之间的差距稍大,基本上没有自己的研发能力,对国外工厂的依赖性很大。离合器的发展水平稍高,不过仍与发达国家存在着不小的差距。毕竟我国汽车工业发展时间比较短,不过,我坚信,只要经过几代汽车人不懈的努力,肯定能赶超发达国家。1.3 研究内容由于传动系是汽车上面的重要组成部分,而离合器与变速器更是传动系的重要构造总成。所以,在汽车研发生产制造过程中,在离合器与变速器方面均投入了大量人力物力资源。早期的离合器尺寸结构比较大,从动部分转动惯量大,引起变速器换档困难,而且这种离合器在结合时也不够柔和,容易卡住,散热性差,操纵也不方便,平衡性能也欠佳。本次设计的目的是克服上述困难,使离合器的尺寸减小,便于安装盒布置;减小从动部分的转动惯量,保证换挡容易,使用起来效果更好,而且具有稳定性好、操纵方便等优点。膜片弹簧离合器,它的转矩容量大且较稳定,操纵轻便,平衡性好,也能大量生产,对于它的研究已经变得越来越重要。对于变速器部分,主要进行变速器的结构功能、工作原理以及设计方法的研究。主要使用CATIA进行建模设计,CATIA是当前主流的三维建模设计软件,选择这个软件可以为以后实际工作打下更好的基础。整个毕业设计会针对平时遇见的各种问题进行认真解决。相信从中可以巩固掌握的理论知识。后续将针对离合器与变速器分别进行设计。第2章 离合器的参数计算与结构设计汽车主要参数如图2.1所示。表2.1整体设计中的汽车参数额定总质量9000kg载质量5000 kg自重4400 kg总重9400 kg车长8145mm车宽2470 mm车高2485 mm轴距4700 mm最大转矩353 N·m最大爬坡度30%离合器单片,干式轴荷分配满 载空 载前35%,后65%前45%,后55%最高车速90km/h发动机功率99kW车轮直径974mm2.1 离合器的基本结构选择2.1.1摩擦片数选择摩擦片数主要有单片、双片、多片之分。其优缺点如下:单片双片多片优点结构简单,分离彻底,散热良好,尺寸紧凑,调整方便,从动部分转动惯量小。传递扭矩大,接合平顺,在传递同样扭矩情况下,径向尺寸较小,踏板力较轻。接合平顺柔和,由于在油中工作,磨损小。缺点传递扭矩不能过大,否则直径过大,会影响总体布置。分离彻底性较差,中间压盘散热不良,热负荷较高分离不彻底(尤其是冬季),尺寸、重量大。2.1.2压紧弹簧的型式和布置有圆柱弹簧、矩形断面圆锥弹簧膜片弹簧等型式。压紧弹簧有周置、中央布置、也可斜置。其主要优缺点:优点缺点周置弹簧离合器简单,应用广泛。转速过高时,使弹簧受离心力鼓出使压紧力显著降低;另一方面使弹簧靠到定位套或定位销座上,致磨损甚至断弹簧。中央弹簧离合器采用杠杆放大压紧力作用在压盘上利于减轻踏板力,弹簧与压盘不直接接触,弹簧无受热退火之患,也易于调整。结构较复杂,适合重型车膜片弹簧的结构特点和一系列优点:(1)由于膜片弹簧的轴向尺寸较小,径向尺寸较大,有利于在提高离合器转矩容量的情况下减小离合器的轴向尺寸;(2)无需设置专门的分离杠杆,可是结构简化,零件数目减小,质量减轻,便于维修保养;(3)膜片弹簧的安装位置对离合器中心线来说数对称的,因此,它的压力不受离心力的影响,这一点对高速车辆十分有利;(4)操纵轻便,这是由离合器膜片弹簧特性决定的,当离合器处于结合状态时,设两弹簧的压缩变形量和压紧都相同,都在A点工作,当分离离合器时,若两弹簧的压缩变形量都增加到,此时 膜片弹簧的压紧力小于螺旋弹簧的压紧力,同时小于结合状态时的压紧力,也就是说,膜片弹簧分离时越来越轻,而螺旋弹簧越来越重,膜片弹簧具有操纵轻便的特点;(5)在正常的磨损情况下,膜片弹簧的压紧力基本保持不变,工作可靠,当摩擦片磨损变薄,螺旋弹簧的压紧理由下降到,压紧力下降很多。而膜片弹簧的压紧力,与磨损前的压紧力相当接近;(6)主要部件结构简单,可采用冲压加工,大批生产时可降低产品成本。因此,在轿车,现代汽车,甚至重型汽车上都得到广泛的应用。此外,膜片弹簧离合器将发动机动力传递给变速器,使二者柔顺地接合与分离,能够保证汽车起步平稳、换挡平顺、防止传动系过载和产生扭转振动。(1) 可使汽车起步平稳,当发动机启动后,汽车要行驶,就要把动力传递给变速器。离合器的结构保证了主动部分与从动部分的暂时分离和逐浙结合,在传递动力的过程中具有相对转动的功能,这是靠摩擦片的逐渐结合的摩擦传递来实现的。在起步过程中摩擦离合器的滑动和逐渐结合是保证起步平稳的重要因素;在从动盘上的扭转减振器可以缓和动力传动的冲击,也能起到起步平稳的作用。(2)无需设置专门的分离杠杆,可是结构简化,零件数目减小,质量减轻,便于维修保养。可使汽车换挡平顺,汽车在行驶中,随着行驶工况的变化,变速器需要经常换挡。换挡动作完成后,再慢慢放松离合器踏板,使汽车动力再次接通,汽车动力的再次传递要平顺,汽车速度逐渐变化.从动盘为单片,转动惯量小,可以减轻换挡时变速器中同步环的负荷和换挡时齿轮之间的冲击作用。与汽车起步一洋,由于摩擦力的逐浙传递和扭转减振器的作用使换挡平顺。(3)防止传动系过载,离合器中的摩擦传动和扭转减振器使发动机与传动系之间成带有柔住的联接。 在行驶中,驾驶员突然加大油门,传动系负荷突然增加,扭转减振器的减振作用可以缓和负荷的增加。汽车紧急制动时,驱动车轮突然减速,汽车突然减速,汽车的惯住力通过传动系逆向传动发动机.如果离合器此时处于分离状态,无异减轻了传动系的冲击和过载;如果来不及踏下离合器踏板,离合器处于结合状态时,也有扭转减振器的扭转弹簧缓和了传动系的冲击;假如冲击负荷很大扭转弹簧不能完全吸收冲击负荷的话,还有摩擦片的打滑作用可以缓和冲击,这是因为摩擦片设计成只能传递一定大小的转矩,突然超过这个转矩时,离合器就打滑,减轻传动系的过载。(4) 减轻扭转振动,内燃机的工作原理决定了活塞上的动力是脉冲式的,转换成曲轴上的动力虽然是经过了飞轮的平滑以后,仍然不够均匀,即转速是一定转速下的波动转速,扭矩是一定扭矩下的波动扭矩,旋转中带有扭转振动.这样的动力传递给变速器可能引起传动器的扭转振动,传递给驱动轴可能引起驱动轴的扭转振动.正是离合器中的扭转减振器缓和了传动系的扭转振动,可以使传动平稳.减低了传动系的振动和噪声.减轻了传动系的负荷.延长了汽车和发动机的使用寿命。无需设置专门的分离杠杆,可是结构简化,零件数目减小,质量减轻,便于维修保养但膜片弹簧的制造工艺复杂,对材质和尺寸精度的要求很高,其非线性特性在生产中不易控制,开口处容易产生裂痕,端部容易摩擦。近年来,由于材料性能的提高,制造工艺和设计方法逐渐完善,膜片弹簧的制造已日趋成熟。依次,膜片弹簧离合器不仅在轿车上被大量采用,而且在轻、中、重型卡车以及客车上也被广泛采用。至于,在选择拉式和推式时,考虑到推式膜片弹簧的外端压在离合器压盘上,而拉式式膜片弹簧的内端压在离合器压盘上,拉式膜片弹簧离合器结构较为复杂,阿纳缓和撤卸较为困难,奋力行程也比推式的要求稍大一些。综上所述,我选择了用推式膜片弹簧离合器。2.1.3膜片弹簧的支承形式推式膜片弹簧支承形式分为三种。第一种为双支承,其中,有的用台肩式铆钉将膜片弹簧,两个支承环于离合器盖定位铆合在一起,结构简单,式早已采用的传统形式;有的在铆钉上装硬化衬套和刚性挡环,可提高耐磨性和使用寿命,但结构较复杂;还有一种形式取消了铆钉,在离合器内边缘上伸出许多舌头,将膜片弹簧,两个支承环与离合器盖碗合在一起,式结构简化,紧凑,耐久性好,因此,应用日益广泛。2.1.4压盘的驱动方式压盘的驱动方式选择传动片式型式凸块 窗孔式销钉式传动片式适用范围单片离合器,采用传统结构双片离合器多采用近来广泛采用的结构特点简单,但时间长后易产生平衡恶化,造成离合器接合时出现抖动或噪声效率高,无噪声,无摩擦,无磨损,适应性好2.1.5分离杠杆和分离轴承分离杠杆的设计,应使其支撑机构与压盘的驱动结构在运动上不发生干涉;保证有足够的刚度;支撑处要减少摩擦损失,效率要高;调整要方便。同时要保证在高速运转时有稳定的压紧力(离心力造成的压盘压紧力变化要尽量少)。对于分离杠杆装置的结构设计要求:(1)分离杠杆应具有较大的弯曲刚度,以免分离时杆件弯曲变形过大,减小了压盘行程,使分离不彻底;(2)应使分离杠杆支承机构与压盘的驱动机构在运动上不发生干涉;(3)分离杠杆内端高度应能调整,使各内端位于平行于压盘的同一平面,其高度差不大于02mm;(4)分离杠杆的支承处应采用滚针轴承、滚销或刀口支承,以减小摩擦和磨损;(5)应避免在高速旋转时因分离杠杆的离心力作用而降低压紧力;(6)为了提高通风散热能力,町将分离杠杆制成特殊的叶轮形状,用以鼓风。分离杠杆主要有钢板冲压和锻造成形两种生产方式;支承环和支承铆钉的安装尺寸精度要高,耐磨性要好。支承环一般采用3040mm的碳素弹簧钢丝。分离轴承的作用是通过拨叉的拨动,推动旋转中的膜片弹簧的分离指或螺旋弹簧力离合器的内端,使其绕支点转动而分离离合器。此处使用轴承是为了 避免膜片弹簧分离纸或分离杠杆的内端的磨损。供油式轴承需经常添加润滑脂,以减轻旋转阻力与磨损。密封式不需要。分离轴承与分离杠杆接触,实现离合器的分离和接合。它们两者之间有周向滑动,同时也有径向滑动。当两者不同心时易于造成滑动加剧,引起不同心造成的磨损。近年来在膜片弹簧离合器中广泛采用自动调心式分离轴承。可是考虑到自动调心式分离轴承制造工艺比较复杂,而且成本高,所以我选用了止推轴承。2.1.6离合器的散热通风实验表明,摩擦片的磨损是随着压盘温度的升高而增大的。当压盘工作表面温度达到 180 200 以上时,摩擦片磨损急剧增加。正常情况下,离合器压盘工作表面的温度一般在 180 以下。温度过高时会使压盘受热变形产生裂纹。为此,除了在设计时保证压盘有足够的热容量外,良好的通风散热是必须要的。2.2 从动盘从动盘对离合器的工作性能影响很大,它是离合器零件中寿命最薄弱的一环,因此,在结构和摩擦材料上选择时尤需注意。从动盘主要由摩擦片、传从动钢片、扭转减振器和从动盘毂组成。2.2.1摩擦片离合器对摩擦片的要求是:摩擦系数稳定,由足够的机械强度和耐磨性,热稳定性和磨合性要好,密度要小等。具体要求如下:(1)因数较高且较稳定,工作温度、单位压力、滑磨速度的变化对其影响要小;(2) 有足够的机械强度与耐磨性;(3) 密度要小,以减小从动盘转动惯量;(4) 热稳定性好,在高温下分离出的粘合剂少,无味,不易烧焦;(5) 磨合性能好,不致刮伤飞轮和压盘表面;(6) 接合时应平顺而不产生“咬合”或“抖动”现象;(7)长期停放后,摩擦面间不发生“粘着”现象。离合器摩擦片所用的材料有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金属陶瓷摩擦材料。石棉基摩擦材料具有摩擦因数较高(大约为03045)、密度较小、制造容易、价格低廉等优点。但它性能不够稳定,摩擦因数受工作温度、单位压力、滑磨速度的影响大,目前主要应用于中、轻型货车中。粉末冶金和金属陶瓷摩擦材料具有传热性好、热稳定性与耐磨性好、摩擦因数较高且稳定、能承受的单位压力较高以及寿命较长等优点,但价格较贵,密度较大,接合平顺性较差,主要用于重型汽车上。 摩擦片与从动片的连接方式有铆接和粘接两种。铆接方式连接可靠,更换摩擦片方便,适宜从动片上装波形片,但其摩擦面积利用率小,使用寿命短。粘接方式可增大实际摩擦面积,摩擦片厚度利用率高,具有较高的抗离心力和切向力的能力,但更换摩擦片困难,且使从动盘难以装波形片,无轴向弹性,可靠性低。故采用铆接法。2.2.2减振器扭转减振器主要有弹性元件和阻尼元件组成。为了避免不利的传动系共振,降低传动系噪声,可采用两三组钢度不同的弹簧,并将装弹簧的窗口长度做成尺寸不一,利用弹簧先后起作用的方法获得边钢度特性。减振器中的阻尼元件常采用摸才片,靠传动钢片与减振盘间的连接铆钉建立正压力,这种方案简单。2.3离合器操纵系统离合器操纵机构主要有机械式。液压式和气压式几种。它们主要是根据车型进行选择。它们有各自的优缺点:优点缺点机械式结构简单,工作可靠,应用广泛。效率低,重量大,车架和支撑部位变形后会影响其正常工作液压式传动效率高,重量轻,布置方便结构复杂2.4 离合器相关参数选择与计算2.4.1 离合器主要参数的选择摩擦离合器是靠摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器的静摩擦力局根据摩擦定律可表示为 (2.1)式中:经摩擦力矩N·M;f摩擦面间的摩擦因数,计算时一般取0.25至0.30;F压盘施加在摩擦面上的工作压力N; 摩擦片的平均摩擦半径mm,是从动盘数的两倍。假设摩擦片上工作压力均匀,则有 (2.2)式中:摩擦面上的单位压力MPa;A1个摩擦面的面积;D摩擦片的外径mm;d摩擦片的内径mm。摩擦片的平均半径Rc根据压力均匀的假设,可表示为 (2.3)当 0.6时,R相当准确的有下式计算 (2.4)将上两式代入第一式得 (2.5)式中,c为摩擦片内外径之比,c=,一般在0.53至0.70之间。为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机最大转矩,设计时应大于发动机最大转矩,即=式中,为发动机最大转矩;为离合器的后备系数,定义为离合器所能传递的最大经摩擦力矩与发动机最大转矩与发动机最大转矩之比,必须大于1。离合器的基本参数主要有性能参数和,尺寸参数D和d机摩擦片厚度b。1、后备系数后备系数是离合器设计时用到的一个重要参数,它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时,应考虑以下几点:(1)摩擦片在使用中磨损后,离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩;(2)要防止离合器滑磨过大;(3)要能防止传动系过载。显然,为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大,不宜选取太小;为使离合器尺寸不致过大,减小传动系过载,保证操纵轻便,又不宜选取太大;当发动机后备功率较大,使用条件较好时,可选取小些;当使用条件恶劣,需要拖带挂车时,为提高起步能力、减小离合器滑磨,应取大些;货车总质量越大,也应选得越大;采用柴油机时,由于工作粗暴,转矩较不平稳,选取的值应比汽油机大些;发动机缸数越多,转矩波动越小,可选取小些;膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定,选取的值也应大于单片离合器。各类汽车值的取值范围通常为:轿车和微型、轻型货车 =1.20至1.75中型和重型货车 =1.50至2.25越野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽车 =1.80至4.002、单位压力单位压力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的工作条件,发动机后备功率大小,摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。离合器使用频繁,发动机后备系数较小时,应取小些;当摩擦片外径较大时,为了降低摩擦片外缘出的热负荷,应取小些,后备系数较大时,可适当增大。当摩擦片采用不同材料时,按下列范围选取:石棉基材料 =0.15至0.20MPa粉末冶金材料 =0.20至0.60MPa金属陶瓷材料 =0.70至1.50MPa3、摩擦片外径D、内径d和厚度b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,适当选取后备系数和单位压力,即可估算摩擦片的尺寸。摩擦片外径D(mm)可根据发动机最大转矩(Nm)按如下经验公式选用 (2.6)式中,A是和车型有关的常数。对于货车单片摩擦离合器取A=46,带入得知道摩擦片的外径D后,何根据摩擦片尺寸系列标准GB5764-86汽车用离合器面片,选取摩擦片内径d和摩擦片厚度b的值。摩擦片的厚度b主要有3.2mm、3.5mm、4.0mm三种。2.4.2 离合器的设计与计算1、摩擦片参数的计算(1)摩擦片外径D、内径d和厚度b根据公式 , 取A=46,则 =277.02mmD取系列化值为280mm。则相应的d=187mm,b=4mm。c=(2)后备系数取摩擦因数f=0.25,材料选为石棉基,取,则静摩擦半径=×0.25×2×0.21××1- =479.71Nm。后备系数:=1.36(3)离合器基本参数的优化设计离合器要确定离合器的性能参数和尺寸参数,这些参数的变化影响离合器的机构尺寸和工作性能。a、 设计变量离合器基本参数的优化设计变量选为=b、 目标函数离合器基本参数优化设计追求的目标是在保证离合器性能要求条件下,使其结构尺寸尽可能小,即目标函数为c、 约束条件1)摩擦片的外径D(mm)的选取应使最大圆周速度不超过65至70,即=×=×3600×280×=52.75265-70符合要求。2)摩擦片的内外径比c应在0.53-0.70范围内,即 0.53 c0.70 c=,符合要求。3)为保证离合器可靠传递转矩,并防止传动系过载,不同车型的值应在一定范围内,最大范围为1.2-4.0,而轿车位1.2-1.75,即 1.21.75 =1.36,符合要求。4)为了保证扭转减震器的安装,摩擦片内径d必须大于减震器弹簧位置直径约50mm,即 d+50=0.6d=0.6×165=99mm d99+50=149mm5)为了反映离合器传递转矩并保护过载的能力,单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值。符合要求。 6)为降低离合器滑磨是的热负荷,防止摩擦片损伤,单位压力对于不同车型,根据所用的摩擦材料在一定范围内选取,最大范围为0.101.50MPa,即 0.150.35MPa由于选取粉末冶金材料,取0.21MPa,所以符合要求。7)为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨,防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤,每一次结合的单位摩擦面积滑磨功应小于其须用值,即式中,w为单位面积滑磨功();w为其许用值(),对于轿车:w=0.40,对于轻型货车:w=0.33,对于重型货车:w=0.25;W为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨共(J),可根据下式计算 W= (2.7)式中,为其车总质量(9400kg);为轮胎滚动半径(m);为起步时所用变速器挡位的传动比=6.967;为主减速器传动比,取=6.86;为发动机转速(),计算时轿车取2000,货车取1800。J=0.40 符合要求。2、膜片弹簧主要参数的选择(1)比值Hh和h的选择比值Hh对膜片弹簧的弹性特性影响极大。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Hh一般为1.62.2,板厚为24mm,取4mm。(2)比值Rr和R、r的选择研究表明,Rr越大,弹簧材料利用率越低,弹簧刚度越大,弹性特性曲线受直径误差影响越大,且应力越高。根据结构布置和压紧力的要求,Rr一般为1.201.35。为使摩擦片上压力分布较均匀,推式膜片弹簧的R值应取为大于或等于摩擦片的平均半径RC。而且,对于同样的摩擦片尺寸,拉式的R值比推式大。通过比较选取Rr1.2。(3)膜片弹簧小端半径ri与分离轴承作用半径rf的关系膜片弹簧小端半径ri应该大于变速器第一轴花键外径且分离轴承作用半径应大于膜片弹簧小端半径,即:rfri(4)的选择膜片弹簧自由状态下圆锥底角。与内截锥高度H关系密切,=arctanH(R-r) H(R-r),一般在90150范围内。圆锥底角可选取100。(5)膜片弹簧工作点位置的选择膜片弹簧的弹性特性曲线,如图21所示。该曲线的拐点H对应着膜片弹簧的压平位置,而且1H=(1M+1N)2。新离合器在接合状态时,膜片弹簧工作点B一般取在凸点M和拐点H之间,且靠近或在H点处,一般1B=(0.81.0)且lH,以保证摩擦片在最大磨损限度入范围内压紧力从F1B到F1A变化不大。当分离时,膜片弹簧工作点从B变到C,为最大限度地减小踏板力,C点心尽量靠近N点。图2.1膜片弹簧的弹性特性曲线(6)n的选取分离指数目n常取为18,大尺寸膜片弹簧有些取24,小尺寸膜片弹簧有些取12,本设计采用18根分离指,切槽宽,分离指半径re应满足r-re2的要求。2.4.3扭转减震器的设计扭转减振器主要由弹性元件(减振弹簧或橡胶)和阻尼元件(阻尼片)等组成。弹性元件的主要作用是降低传动系的首端扭转刚度,从而降低传动系扭转系统的某阶(通常为三阶)固有频率,改变系统的固有振型,使之尽可能避开由发动机转矩主谐量激励引起的共振;阻尼元件的主要作用是有效地耗散振动能量。所以,扭转减振器具有如下功能:1)降低发动机曲轴与传,动系接合部分的扭转刚度,调谐传动系扭振固有频率。2)增加传动系扭振阻尼,抑制扭转共振响应振幅,并衰减因冲击而产生的瞬态扭振。3)控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器轴系的扭振,消减变速器怠速噪声和主减速器与变速器的扭振与噪声。4)缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷和改善离合器的接合平顺性。减振器的扭转刚度和阻尼摩擦元件间的摩擦转矩是两个主要参数。其设计参数还