離合器設(shè)計說明書

./目錄一離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計···············································21.1離合器結(jié)構(gòu)選擇與論證1.2離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計要點1.3離合器主要零件的設(shè)計二離合器的設(shè)計計算及說明······································72.1離合器設(shè)計所需數(shù)據(jù)2.2摩擦片主要參數(shù)選擇2.3摩擦片基本參數(shù)設(shè)計優(yōu)化2.4膜片彈簧主要參數(shù)的選擇2.5膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計2.6膜片彈簧的載荷與變形關(guān)系2.7膜片彈簧的應(yīng)力計算2.8扭轉(zhuǎn)減震器設(shè)計2.9減震彈簧的設(shè)計2.10踏板行程及踏板力計算2.11從動軸的計算2.12從動盤轂2.13分離軸承的壽命計算三心得體會················································25四參考文獻················································26一離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計為了達到計劃書所給的數(shù)據(jù)要求,設(shè)計時應(yīng)根據(jù)車型的類別、使用要求、制造條件,以及"系列化、通用化、標準化"的要求等,合理選擇離合器結(jié)構(gòu)。1.1離合器結(jié)構(gòu)選擇與論證1.1.1摩擦片的選擇單片離合器因為結(jié)構(gòu)簡單,尺寸緊湊,散熱良好,維修調(diào)整方便,從動部分轉(zhuǎn)動慣量小,在使用時能保證分離徹底接合平順,所以被廣泛使用于轎車和中、小型貨車,因此該設(shè)計選擇單片離合器。摩擦片數(shù)為2。1.1.2壓緊彈簧布置形式的選擇離合器壓緊裝置可分為周布彈簧式、中央彈簧式、斜置彈簧式、膜片彈簧式等。其中膜片彈簧的主要特點是用一個膜片彈簧代替螺旋彈簧和分離杠桿。膜片彈簧與其他幾類相比又有以下幾個優(yōu)點[9]：〔1由于膜片彈簧有理想的非線性特征,彈簧壓力在摩擦片磨損圍能保證大致不變,從而使離合器在使用中能保持其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力不變。當離合器分離時,彈簧壓力不像圓柱彈簧那樣升高,而是降低,從而降低踏板力；〔2膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用,使結(jié)構(gòu)簡單緊湊,軸向尺寸小,零件數(shù)目少,質(zhì)量小；〔3高速旋轉(zhuǎn)時,壓緊力降低很少,性能較穩(wěn)定；而圓柱彈簧壓緊力明顯下降；〔4由于膜片彈簧大斷面環(huán)形與壓盤接觸,故其壓力分布均勻,摩擦片磨損均勻,可提高使用壽命；〔5易于實現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱,使用壽命長；〔6平衡性好；〔7有利于大批量生產(chǎn),降低制造成本。但膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜,對材料質(zhì)量和尺寸精度要求高,其非線性特性在生產(chǎn)中不易控制,開口處容易產(chǎn)生裂紋,端部容易磨損。近年來,由于材料性能的提高,制造工藝和設(shè)計方法的逐步完善,膜片彈簧的制造已日趨成熟。因此,我選用膜片彈簧式離合器。1.1.3壓盤的驅(qū)動方式在膜片彈簧離合器中,扭矩從離合器蓋傳遞到壓盤的方法有三種[9]：〔1凸臺—窗孔式：它是將壓盤的背面凸起部分嵌入在離合器蓋上的窗孔,通過二者的配合,將扭矩從離合器蓋傳到壓盤上,此方式結(jié)構(gòu)簡單,應(yīng)用較多；缺點：壓盤上凸臺在傳動過程中存在滑動摩擦,因而接觸部分容易產(chǎn)生分離不徹底。〔2徑向傳動驅(qū)動式：這種方式使用彈簧剛制的徑向片將離合器蓋和壓盤連接在一起,此傳動的方式較上一種在結(jié)構(gòu)上稍顯復(fù)雜一些,但它沒有相對滑動部分,因而不存在磨損,同時踏板力也需要的小一些,操縱方便；另外,工作時壓盤和離合器蓋徑向相對位置不發(fā)生變化,因此離合器蓋等旋轉(zhuǎn)物件不會失去平衡而產(chǎn)生異常振動和噪聲。〔3徑向傳動片驅(qū)動方式：它用彈簧鋼制的傳動片將壓盤與離合器蓋連接在一起,除傳動片的布置方向是沿壓盤的弦向布置外,其他的結(jié)構(gòu)特征都與徑向傳動驅(qū)動方式相同。經(jīng)比較,我選擇徑向傳動驅(qū)動方式。分離杠桿、分離軸承分離杠桿的作用由膜片彈簧承擔(dān),其作用是通過分離軸承克服離合器彈簧的推力并推動壓盤移動,從而使壓盤與從動盤和從動盤與飛輪相互分離,截斷動力的傳遞,分離杠桿要具有足夠的強度和剛度,以承受反復(fù)作用在其上面的彎曲應(yīng)力,分離軸承的作用是通過分離叉的作用使分離軸承沿變速器前端蓋導(dǎo)向套作軸向移動,推動旋轉(zhuǎn)中的膜片彈簧中部分離前端,使離合器起到分離作用。分離本次設(shè)計選用的是油封軸承,它可以將潤滑脂密封在軸承殼,使用中不需要增加潤滑,相比供油式軸承則需增加。離合器的散熱通風(fēng)試驗表明,摩擦片的磨損是隨壓盤溫度的升高而增大的,當壓盤工作表面超過°C時摩擦片磨損劇烈增加,正常使用條件的離合器盤,工作表面的瞬時溫度一般在°C以下。在特別頻繁的使用下,壓盤表面的瞬時溫度有可能達到。過高的溫度能使壓盤受壓變形產(chǎn)生裂紋和碎裂。為使摩擦表面溫度不致過高,除要求壓盤有足夠大的質(zhì)量以保證足夠的熱容量外,還要求散熱通風(fēng)好。改善離合器散熱通風(fēng)結(jié)構(gòu)的措施有：在壓盤上設(shè)散熱筋,或鼓風(fēng)筋；在離合器中間壓盤鑄通風(fēng)槽；將離合器蓋和壓桿制成特殊的葉輪形狀,用以鼓風(fēng)；在離合器外殼裝導(dǎo)流罩。膜片彈簧式離合器本身構(gòu)造能良好實現(xiàn)通風(fēng)散熱效果,故不需作另外設(shè)置。1.1.6從動盤總成從動盤總成由摩擦片,從動片,減震器和從動盤穀等組成。它雖然對離合器工作性能影響很大的構(gòu)件,但是其工作壽命薄弱,因此在結(jié)構(gòu)和材料上的選擇是設(shè)計的重點。從動盤總成應(yīng)滿足如下設(shè)計要求：〔1轉(zhuǎn)動慣量要小,以減小變速器換檔時輪齒簡單沖擊；〔2應(yīng)具有軸向彈性,使離合器接合平順,便于起步,而且使摩擦面壓力均勻,減小磨損?！?應(yīng)裝扭轉(zhuǎn)減振器,以避免傳動系共振,并緩和沖擊。1、摩擦片要求摩擦系數(shù)穩(wěn)定、工作溫度、單位壓力的變化對其影響要小,有足夠的機械強度和耐磨性；熱穩(wěn)定性好,磨合性好,密度??；有利于結(jié)合平順,長期停放離合器摩擦片不會粘著現(xiàn)象的。綜上所述,選擇石棉基材料。石棉基摩擦材料是由石棉或石棉織物、粘結(jié)劑〔樹脂或硅膠和特種添加劑熱壓制成,其摩擦系數(shù)為0.25～0.3,密度小,價格便宜,多年來在汽車離合器上使用效果良好。同時,摩擦片從動鋼片用鉚釘連接,連接可靠,更換摩擦片方便,而且適宜在從動鋼片上裝波形彈簧片以獲得軸向彈性。2、從動盤的軸向彈性從動盤的軸向彈性可改善離合器性能,使離合器接合柔和,摩擦面接觸均勻,磨損較小。為使從動盤有軸向彈性,單獨制造扇形波狀彈簧與從動鋼片鉚接。波狀彈簧可用比鋼片輕薄的材料制造,軸向彈性較好,轉(zhuǎn)動慣量小,適宜高速旋轉(zhuǎn),且彈簧對置分布,彈性好。因此設(shè)計中選用此類彈簧。3、扭轉(zhuǎn)減震器扭轉(zhuǎn)減震器幾乎是現(xiàn)代汽車離合器從動盤上必備的部件,主要由彈性元件和阻尼元件組成。彈性元件可降低傳動系的首端扭轉(zhuǎn)剛度,從而降低傳動系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階固有頻率,改變系統(tǒng)的固有振型,使之盡可能避免由發(fā)動機轉(zhuǎn)矩主諧量激勵引起的共振。但是,這種共振往往難以避免。汽車行駛在不平的道路上行駛阻力也會時刻變化。當由于路面不平引起的激力頻率與傳動系的某階自振頻率重合時,也會發(fā)生共振現(xiàn)象。阻尼元件則可有效的耗散此時的振動能量,因而扭轉(zhuǎn)減震器可有效地降低傳動系共振載荷與噪聲。扭轉(zhuǎn)減震器的彈性特性,又線性和非線性兩種。彈性元件采用圓柱螺旋彈簧的減震器,其彈性特點為線性。阻尼元件采用摩擦片通過碟形彈簧建立阻尼默片的正應(yīng)力,其阻尼力矩比較穩(wěn)定。因此發(fā)動機的扭矩實際上是通過一些彈性元件傳遞到傳動系的。摩擦式扭轉(zhuǎn)減震器工作原理：離合器工作時,扭矩從摩擦片傳給從動鋼片再傳給從動盤轂,此時彈簧被壓縮,從動鋼片相對從動盤轂前移〔從動轂邊緣上的缺口控制著鋼片與轂的最大位移。1.2離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點在進行離合器的具體設(shè)計時,首先應(yīng)保證傳遞發(fā)動機最大扭矩為前提,然后滿足下列條件[15]:〔1如前所述,扇形波狀彈簧對置分布鉚接在從動鋼片上,并在從動盤上設(shè)置扭轉(zhuǎn)減震器保證離合器接合柔和,摩擦片制成一定錐度〔從動盤錐形量約為0.5mm使其大端面向飛輪,這樣從動盤轂在從動軸〔即變速器第一軸花鍵上易于滑動,有利于離合器徹底分離?！?離合器主動部分與從動部分的連接和支撐形式,離合器的主動部分包括飛輪,離合器蓋與他們一起轉(zhuǎn)動并能軸向移動的壓盤,壓盤通過鋼片與離合器蓋相連,離合器從動部分有從動盤,從動軸,從動軸裝在飛輪與壓盤之間,可在從動軸花鍵上滑動,設(shè)計時把離合器從動軸的前軸承安裝在發(fā)動機曲軸的中心孔。〔3離合器從動軸的軸向定位及軸承潤滑,離合器從動軸在安裝后應(yīng)保持軸向定位,在拆卸時便于離合器中抽出來。因此,設(shè)計時使從動軸前軸承外圓與飛輪為過渡配合,而前軸承圈與從動軸為間隙配合,離合器的從動軸軸向定位是靠從動軸后軸承來保證的。離合器分離軸承靠注入黃油潤滑的,而從動軸前軸承靠油杯定期注入潤滑。為防止?jié)櫥土鞯侥Σ烈r面,造成離合器打滑,除在軸承處安有自緊油封外,還在飛輪上開泄油孔?！?離合器運動零件的限位,離合器處于接合時為使壓盤與摩擦片很好接合,應(yīng)使分離彈簧與分離軸承之間保持一定間隙,這是分離軸承回位彈簧加以保證。分離時,應(yīng)對踏板的最大行程加以限制。1.3離合器主要零件的設(shè)計1.3.1從動盤扇形波狀彈簧兩兩對置鉚接與從動鋼片上,兩側(cè)在鉚接摩擦片,鉚釘都采用鋁制埋頭鉚釘,摩擦襯面在鉚接后腰磨削加工,使其工作表面的不平度誤差小于0.2mm,從動盤本體采用45號鋼沖壓加工得到,為防止其彎曲變形而引起分離不徹底,一般在從動盤本體上設(shè)徑向切口。1.3.2摩擦片摩擦片在性能上要滿足如下要求：〔1摩擦系數(shù)穩(wěn)定,工作溫度,滑磨速度,單位壓力的變化對其影響；〔2具有足夠的機械強度和耐磨性,熱穩(wěn)定性好；〔3有利于接合平順；4.長期停放離合器摩擦面會發(fā)生粘著現(xiàn)象?！?摩擦片選用材料為石棉基摩擦材料,它是由石棉或石棉織物、粘結(jié)劑和特種添加劑熱壓而成,其摩擦系數(shù)為。石棉基摩擦材料密度小,工作溫度小于180℃,價格便宜,使用效果良好,在汽車離合器中廣泛使用。1.3.3膜片彈簧膜片彈簧使用優(yōu)質(zhì)高精質(zhì)鋼。其碟簧部分的尺寸精度要求高,碟簧材料為60SiMnA。為了提高膜片彈簧的承載能力,要對膜片彈簧進行調(diào)質(zhì)處理,得具有高抗疲勞能力的回火索氏體。要防止膜片緣離開,同時對膜片彈簧進行強壓處理〔將彈簧壓平并保持小時,使其高壓力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應(yīng)力,對膜片彈簧的凹表面進行噴丸處理,噴丸是φ0.8的白口鐵小丸,可提高彈簧的疲勞壽命。同時,為提高分離指的耐磨性,對其進行局部高頻淬火式鍍鉻。采用乳白鍍鉻,若膜片彈簧許用應(yīng)力可取為1500～1700N/mm2。壓盤壓盤的材料選用HT20-40鑄造制成。它要有一定的質(zhì)量和剛度,以保證足夠的熱容量和防止溫度升高而產(chǎn)生的彎曲變形。壓盤應(yīng)與飛輪保持良好的對中,并進行靜平衡。壓盤的摩擦工作面需平整光滑,其端面粗糙不低于0.8。壓盤殼用M8×12mm螺栓將其一端固定在飛輪端面上,另一端固定在壓盤端面上。離合器蓋離合器蓋的膜片彈簧支撐處須具有較大的剛度和較高的尺寸精度,壓盤高度〔叢承壓點到摩擦面的距離公差要小,支撐環(huán)和支撐鉚釘?shù)陌惭b尺寸精度要高,耐磨性好,膜片彈簧的支撐形式采用鉚釘作支承時,如果分離軸承與曲軸中心線不同心,可引起鉚釘?shù)倪^度磨損。提高鉚釘硬度的套筒和支承與曲軸中心線不同心,亦可引起鉚釘?shù)倪^度。提高鉚釘硬度的套筒和支承圈是提高耐磨性的結(jié)構(gòu)措施,采用10鋼材材料、HRc40-50。二離合器的設(shè)計計算及說明2.1離合器設(shè)計所需數(shù)據(jù)表3.1離合器原始數(shù)據(jù)發(fā)動機型號EQ6100-1汽車的質(zhì)量9610kg傳動系傳動比1檔7.31主減速比6.33發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩352N.m/1300〔r/min離合器形式機械、干式、單片、膜片彈簧〔壓式操縱形式液壓人力操縱摩擦片最大外徑f=225mm踏板行程mmi0=6.17ig1=5.913ig2=2.659ig3=1.775ig4=1.000汽車最大時速≥110km/h2.2摩擦片主要參數(shù)的選擇采用單片摩擦離合器是利用摩擦來傳遞發(fā)動機扭矩的,為保證可靠度,離合器靜摩擦力矩應(yīng)大于發(fā)動機最大扭矩摩擦片的靜壓力：〔3.1〔式中：離合器后備系數(shù)〔發(fā)動機的最大扭矩可由式:〔3.2求得α在1.1～1.3之間,取α=1.16,則N.m〔1后備系數(shù)β是離合器的重要參數(shù),反映離合器傳遞發(fā)動機最大扭矩的可靠程度,選擇β時,應(yīng)從以下幾個方面考慮：a.摩擦片在使用中有一定磨損后,離合器還能確保傳遞發(fā)動機最大扭矩；b.防止離合器本身滑磨程度過大；c.要求能夠防止傳動系過載。通常轎車和輕型貨車β=1.2～1.75。結(jié)合設(shè)計實際情況,故選擇β=1.5。則有β可有表3.2查得β＝1.5。表3.2離合器后備系數(shù)的取值圍車型后備系數(shù)β乘用車及最大總質(zhì)量小于6t的商用車1.20～1.75最大總質(zhì)量為6～14t的商用車1.50～2.25掛車1.80～4.00摩擦片的外徑可有式:〔3.3求得為直徑系數(shù),取值見表3.3取得D=221.11mm。表3.3直徑系數(shù)的取值圍車型直徑系數(shù)乘用車14.6最大總質(zhì)量為1.8～14.0t的商用車16.0～18.5<單片離合器>13.5～15.0<雙片離合器>最大總質(zhì)量大于14.0t的商用車22.5～24.0摩擦片的尺寸已系列化和標準化,標準如下表<部分>:表3.4離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)外徑D\mm160180200225250280300325徑d\mm110125140150155165175190厚度/mm3.23.53.53.53.53.53.53.50.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.800單面面積cm2106132160221302402466546摩擦片的摩擦因數(shù)取決于摩擦片所用的材料及基工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素。可由表3.5查得：摩擦面數(shù)Z為離合器從動盤數(shù)的兩倍,決定于離合器所需傳遞轉(zhuǎn)矩的大小及其結(jié)構(gòu)尺寸。本題目設(shè)計單片離合器,因此Z=2。離合器間隙Δt是指離合器處于正常接合狀態(tài)、分離套筒被回位彈簧拉到后極限位置時,為保證摩擦片正常磨損過程中離合器仍能完全接合,在分離軸承和分離杠桿端之間留有的間隙。該間隙Δt一般為3～4mm。取Δt=4mm。表3.5摩擦材料的摩擦因數(shù)的取值圍摩擦材料摩擦因數(shù)石棉基材料模壓0.20～0.25編織0.25～0.35粉末冶金材料銅基0.25～0.35鐵基0.30～0.50金屬瓷材料0.4離合器的靜摩擦力矩為：〔3.4與式〔3.1聯(lián)立得：〔3.5代入數(shù)據(jù)得：單位壓力MPa。表3.6摩擦片單位壓力的取值圍摩擦片材料單位壓力/MPa石棉基材料模壓0.15~0.25編織0.25~0.35粉末冶金材料模壓0.35~0.50編織金屬瓷材料0.70~1.502.3摩擦片基本參數(shù)的設(shè)計優(yōu)化〔1摩擦片外徑D〔mm的選取應(yīng)使最大圓周速度不超過65～70m/s,即m/sm/s〔3.6式中,為摩擦片最大圓周速度〔m/s；為發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速<r/min>?！?摩擦片的、外徑比應(yīng)在0.53～0.70圍,即〔3為了保證離合器可靠地傳遞發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩,并防止傳動系過載,不同車型的β值應(yīng)在一定圍,最大圍為1.2～4.0?！?為了保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝,摩擦片徑d必須大于減振器振器彈簧位置直徑約50mm,即mm〔5為反映離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩并保護過載的能力,單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于其許用值,即〔3.7式中,為單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩<N.m/mm2>,可按表3.6選取經(jīng)檢查,合格。表3.7單位摩擦面積傳遞轉(zhuǎn)矩的許用值離合器規(guī)格0．280．300．350．40〔6為降低離合器滑磨時的熱負荷,防止摩擦片損傷,對于不同車型,單位壓力的最大圍為0.11～1.50MPa,即MPaMPaMPa〔7為了減少汽車起步過程中離合器的滑磨,防止摩擦片表面溫度過高而發(fā)生燒傷,離合器每一次接合的單位摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其許用值,即〔3.8式中,為單位摩擦面積滑磨<J/mm2>；為其許用值<J/mm2>,對于乘用車：J/mm2,對于最大總質(zhì)量小于6.0t的商用車：J/mm2,對于最大總質(zhì)量大于6.0t商用車：J/mm2：W為汽車起步時離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功〔J,可根據(jù)下式計算〔3.9式中,為汽車總質(zhì)量<Kg>；為輪胎滾動半徑〔m；為汽車起步時所用變速器擋位的傳動比；為主減速器傳動比；為發(fā)動機轉(zhuǎn)速r/min,計算時乘用車取r/min,商用車取r/min。其中：mKg代入式〔3.9得J,代入式〔3.8得,合格。〔8離合器接合的溫升式中,t為壓盤溫升,不超過°C；c為壓盤的比熱容,J/<Kg·°C>；γ為傳到壓盤的熱量所占的比例,對單片離合器壓盤；,為壓盤的質(zhì)量Kg代入,°C,合格。2.4膜片彈簧主要參數(shù)的選擇1.比較H/h的選擇此值對膜片彈簧的彈性特性影響極大,分析式〔3.10中載荷與變形1之間的函數(shù)關(guān)系可知,當時,F2為增函數(shù)；時,F1有一極值,而該極值點又恰為拐點；時,F1有一極大值和極小值；當時,F1極小值在橫坐標上,見圖3.1。1-2-3-4-5-圖3.1膜片彈簧的彈性特性曲線為保證離合器壓緊力變化不大和操縱方便,汽車離合器用膜片彈簧的H/h通常在1.5～2圍選取。常用的膜片彈簧板厚為2～4mm,本設(shè)計,h=3mm,則H=6mm。2.R/r選擇通過分析表明,R/r越小,應(yīng)力越高,彈簧越硬,彈性曲線受直徑誤差影響越大。汽車離合器膜片彈簧根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求,R/r常在1.2～1.3的圍取值。本設(shè)計中取,摩擦片的平均半徑mm,取mm則mm取整mm則。3.圓錐底角汽車膜片彈簧在自由狀態(tài)時,圓錐底角α一般在°圍,本設(shè)計中得°在°之間,合格。分離指數(shù)常取為18,大尺寸膜片彈簧有取24的,對于小尺寸膜片彈簧,也有取12的,本設(shè)計所取分離指數(shù)為18。4.切槽寬度mm,mm,取mm,mm,應(yīng)滿足的要求。5.壓盤加載點半徑和支承環(huán)加載點半徑的確定應(yīng)略大于且盡量接近r,應(yīng)略小于R且盡量接近R。本設(shè)計取mm,mm。膜片彈簧應(yīng)用優(yōu)質(zhì)高精度鋼板制成,其碟簧部分的尺寸精度要高。國常用的碟簧材料的為60SizMnA,當量應(yīng)力可取為1600～1700N/mm2。6.公差與精度離合器蓋的膜片彈簧支承處,要具有大的剛度和高的尺寸精度,壓力盤高度〔從承壓點到摩擦面的距離公差要小,支承環(huán)和支承鉚釘安裝尺寸精度要高,耐磨性要好。2.5膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計〔1為了滿足離合器使用性能的要求,彈簧的與初始錐角應(yīng)在一定圍,即〔2彈簧各部分有關(guān)尺寸的比值應(yīng)符合一定的圍,即〔3為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻,推式膜片彈簧的壓盤加載點半徑〔或拉式膜片彈簧的壓盤加載點半徑應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間,即推式：拉式：〔4根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求,與,與之差應(yīng)在一定圍選取,即〔5膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用,,因此杠桿比應(yīng)在一定圍選取,即推式：拉式：由〔4和〔5得mm,mm。2.6膜片彈簧的載荷與變形關(guān)系碟形彈簧的形狀如以錐型墊片,見圖3.2,它具有獨特的彈性特征,廣泛應(yīng)用于機械制造業(yè)中。膜片彈簧是具有特殊結(jié)構(gòu)的碟形彈簧,在碟簧的小端伸出許多由徑向槽隔開的掛狀部分——分離指。膜片彈簧的彈性特性與尺寸如其碟簧部分的碟形彈簧完全相同〔當加載點相同時。因此,碟形彈簧有關(guān)設(shè)計公式對膜片彈簧也適用。通過支承環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的沿圓周分布的載荷,假象集中在支承點處,用F1表示,加載點間的相對變形〔軸向為λ1,則壓緊力F1與變形λ1之間的關(guān)系式為:〔3.10式中：E——彈性模量,對于鋼,μ——泊松比,對于鋼,μ=0.3H——膜片彈簧在自由狀態(tài)時,其碟簧部分的錐高度h——彈簧鋼板厚度R——彈簧自由狀態(tài)時碟簧部分的大端半徑r——彈簧自由狀態(tài)時碟簧部分的小端半徑R1——壓盤加載點半徑r1——支承環(huán)加載點半徑圖3.2膜片彈簧的尺寸簡圖表3.8膜片彈簧彈性特性所用到的系數(shù)RrR1r1Hh118941169663代入〔3.10得〔3.11對〔3.11式求一次導(dǎo)數(shù),可解出λ1=F1的凹凸點,求二次導(dǎo)數(shù)可得拐點。凸點：mm時,N凹點：mm時,N拐點：mm時,N2、當離合器分離時,膜片彈簧加載點發(fā)生變化。設(shè)分離軸承對膜片彈簧指所加的載荷為F2,對應(yīng)此載荷作用點的變形為λ2。由〔3.12〔3.13列出表3.8:表3.9膜片彈簧工作點的數(shù)據(jù)2.967.0459.182.18215.511796.936748.9892733775.022159.672967.36膜片彈簧工作點位置的選擇。從膜片彈簧的彈性特性曲線圖分析出,該曲線的拐點H對應(yīng)著膜片彈簧壓平位置,而。新離合器在接合狀態(tài)時,膜片彈簧工作點B一般取在凸點M和拐點H之間,且靠近或在H點處,一般,以保證摩擦片在最大磨損限度Δλ圍壓緊力從F1B到F1A變化不大。當分離時,膜片彈簧工作點從B變到C,為最大限度地減小踏板力,C點應(yīng)盡量靠近N點。為了保證摩擦片磨損后仍能可靠的傳遞傳矩,并考慮摩擦因數(shù)的下降,摩擦片磨損后彈簧工作壓緊力應(yīng)大于或等于新摩擦片時的壓緊力,見圖3.3。2.7膜片彈簧的應(yīng)力計算假定膜片彈簧在承載過程中其子午斷面剛性地繞此斷面上的某中性點O轉(zhuǎn)動〔圖3.4。斷面在O點沿圓周方向的切向應(yīng)變?yōu)榱?故該點的切向應(yīng)力為零,O點以外的點均存在切向應(yīng)變和切向應(yīng)力。現(xiàn)選定坐標于子午斷面,使坐標原點位于中性點O。令X軸平行于子午斷面的上下邊,其方向如上圖所示,則斷面上任意點的切向應(yīng)力為：〔3.14圖3.3膜片彈簧工作點位置式中φ——碟簧部分子午斷面的轉(zhuǎn)角〔從自由狀態(tài)算起α——碟簧部分子有狀態(tài)時的圓錐底角e——碟簧部分子午斷面中性點的半徑e=〔R-r/In<R/r>〔3.15為了分析斷面中斷向應(yīng)力的分布規(guī)律,將〔3.14式寫成Y與X軸的關(guān)系式：〔3.16圖3.4切向應(yīng)力在子午斷面的分布由上式可知,當膜片彈簧變形位置φ一定時,一定的切向應(yīng)力αt在X-Y坐標系里呈線性分布。當時,因為的值很小,我們可以將看成,由上式可寫成。此式表明,對于一定的零應(yīng)力分布在中性點O而與X軸承角的直線上。從式〔3.16可以看出當時無論取任何值,都有。顯然,零應(yīng)力直線為K點與O點的連線,在零應(yīng)力直線側(cè)為壓應(yīng)力區(qū),外側(cè)位拉應(yīng)力區(qū),等應(yīng)力直線離應(yīng)力直線越遠,其應(yīng)力越高。由此可知,碟簧部分緣點B處切向壓應(yīng)力最大,A處切向拉應(yīng)力最大,分析表明,B點的切向應(yīng)力最大,計算膜片彈簧的應(yīng)力只需校核B處應(yīng)力就可以了,將B點的坐標X=〔e-r和Y=h/2代入〔3.17式有：〔3.17令可以求出切向壓應(yīng)力達極大值的轉(zhuǎn)角由于：mm所以：,N/mm2B點作為分離指根部的一點,在分離軸承推力F2作用下還受有彎曲應(yīng)力：〔3.18式中n——分離指數(shù)目n=18br——單個分離指的根部寬mm因此：N/mm2由于σrB是與切向壓應(yīng)力σtB垂直的拉應(yīng)力,所以根據(jù)最大剪應(yīng)力強度理論,B點的當量應(yīng)力為：N/mm2N/mm2膜片彈簧的設(shè)計應(yīng)力一般都稍高于材料的局限,為提高膜片彈簧的承載能力,一般要經(jīng)過以下工藝：先對其進行調(diào)質(zhì)處理,得到具有較高抗疲勞能力的回火索氏體,對膜片彈簧進行強壓處理〔將彈簧壓平并保持12～14h,使其高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應(yīng)力,對膜片彈簧的凹表面進行噴丸處理,提高彈簧疲勞壽命,對分離指進行局部高頻淬火或鍍鋁,以提高其耐磨性。故膜片彈簧和當量應(yīng)力不超出允許應(yīng)力圍,所以用設(shè)數(shù)據(jù)合適。2.8扭轉(zhuǎn)減振器設(shè)計減震器極轉(zhuǎn)矩N·m摩擦轉(zhuǎn)矩N·m預(yù)緊轉(zhuǎn)矩N·m極限轉(zhuǎn)角°扭轉(zhuǎn)角剛度N·m/rad詳細見圖3.5。2.9減振彈簧的設(shè)計1．減振彈簧的安裝位置,結(jié)合mm,得取49mm,則。2．全部減振彈簧總的工作負荷N3．單個減振彈簧的工作負荷N式中Z為減振彈簧的個數(shù),按表3.9選擇：取Z=6表3.10減振彈簧個數(shù)的選取摩擦片的外徑D/mm225～250250～325325～350〉350Z4～66～88～10〉10圖3.5扭轉(zhuǎn)減振器4．減振彈簧尺寸〔1選擇材料,計算許用應(yīng)力根據(jù)《機械原理與設(shè)計》<機械工業(yè)>采用65Mn彈簧鋼絲,設(shè)彈簧絲直徑mm,MPa,MPa?！?選擇旋繞比,計算曲度系數(shù)根據(jù)下表選擇旋繞比表3.11旋繞比的薦用圍d/mmC確定旋繞比,曲度系數(shù)〔3強度計算mm,與原來的d接近,合格。中徑mm；外徑mm〔4極限轉(zhuǎn)角°取°,則mm〔5剛度計算彈簧剛度mm其中,為最小工作力,彈簧的切變模量MPa,則彈簧的工作圈數(shù)取,總?cè)?shù)為〔6彈簧的最小高度mm〔7減振彈簧的總變形量mm〔8減振彈簧的自由高度mm〔9減振彈簧預(yù)緊變形量mm〔10減振彈簧的安裝高度mm〔11定位鉚釘?shù)陌惭b位置取mm,則°,mm,mm,,合格。2.10踏板行程及踏板力計算汽車離合器操縱機構(gòu)是駕駛員用來控制離合器分離又使之柔和接合的一套機構(gòu)。它始于離合器踏板,終止于離合器殼的分離軸承。由于離合器使用頻繁,因此離合器操縱機構(gòu)首先要求操作輕便。輕便性包括兩個方面,一是加在離合器踏板上的力不應(yīng)過大,另一方面是應(yīng)有踏板形成的校正機構(gòu)。離合器操縱機構(gòu)按分離時所需的能源不同可分為機械式、液壓式、彈簧助力式、氣壓助力機械式、氣壓助力液壓式等等。離合器操縱機構(gòu)應(yīng)滿足的要[3]：〔1踏板力要小,轎車一般在80～150N圍,貨車不大于150～200N；〔2踏板行程對轎車一般在mm圍,對貨車最大不超過180mm；〔3踏板行程應(yīng)能調(diào)整,以保證摩擦片磨損后分離軸承的自由行程可復(fù)原；〔4應(yīng)有對踏板行程進行限位的裝置,以防止操縱機構(gòu)因受力過大而損壞；〔5應(yīng)具有足夠的剛度；〔6傳動效率要高；〔7發(fā)動機振動及車架和駕駛室的變形不會影響其正常工作。機械式操縱機構(gòu)有杠系傳動和繩索系兩種傳動形式,杠傳動結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,但是機械效率低,質(zhì)量大,車架和駕駛室的形變可影響其正常工作,遠距離操縱桿系,布置困難,而繩索傳動可消除上述缺點,但壽命短,機構(gòu)效率不高。本次設(shè)計的普通輪型離合器操縱機構(gòu),采用液壓式操縱機構(gòu)。液壓操縱機構(gòu)有如下優(yōu)點：〔1液壓式操縱,機構(gòu)傳動效率高,質(zhì)量小,布置方便；便于采用吊掛踏板,從而容易密封,不會因駕駛室和車架的變形及發(fā)動機的振動而產(chǎn)生運動干涉；〔2可使離合器接合柔和,可以降低因猛踩踏板而在傳動系產(chǎn)生的動載荷,正由于液壓式操縱有以上的優(yōu)點,故應(yīng)用日益廣泛,離合器液壓操縱機構(gòu)由主缸、工作缸、管路系統(tǒng)等部分組成。mm,mm,mm,mmmm,mm,mm,mm2.10.1離合器踏板行程計算踏板行程由自由行程和工作行程組成：〔3.19式中,為分離軸承的自由行程,一般為mm,取mm；反映到踏板上的自由行程一般為mm；、分別為主缸和工作缸的直徑；Z為摩擦片面數(shù)；為離合器分離時對偶摩擦面間的間隙,單片：mm,取mm；、、、、、為杠桿尺寸。得：mm,mm,合格。圖3.6液壓操縱機構(gòu)示意圖2.10.2踏板力的計算踏板力為〔3.20式中,為離合器分離時,壓緊彈簧對壓盤的總壓力；為操縱機構(gòu)總傳動比,；為機械效率,液壓式：%,機械式：%；為克服回位彈簧1、2的拉力所需的踏板力,在初步設(shè)計時,可忽略之。N,,%；則N合格。分離離合器所作的功為式中,為離合器拉接合狀態(tài)下壓緊彈簧的總壓緊力,N,則J合格。2.11從動軸的計算1．選材40Cr調(diào)質(zhì)鋼可用于載荷較大而無很大沖擊的重要軸,初選40Cr調(diào)質(zhì)。2．確定軸的直徑式中,A為由材料與受載情況決定的系數(shù),見表3.11:表3.12軸常用幾種材料的及A值軸的材料Q235-A,20Q275,35〔1Cr18Ni9Ti4540Cr,35SiMn38SiMnMo,3Cr1315～2520～3525～4535～56A149～126135～112126～103112～97取,n為軸的轉(zhuǎn)速,r/min,則mm,取mm。2.12從動盤轂從動盤轂是離合器中承受載荷最大的零件,它幾乎承受由發(fā)動機傳來的全部轉(zhuǎn)矩。它一般采用齒側(cè)對中的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上,花鍵的尺寸可根據(jù)摩擦片的外徑D與發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩由表3.12選取：一般取1.0～1.4倍的花鍵軸直徑。從動盤轂一般采用碳鋼,并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,表面和心部硬度一般26～32HRC。為提高花鍵孔表面硬度和耐磨性,可采用鍍鉻工藝；對減振彈簧窗口及與從動片配合處,應(yīng)進行高頻處理。取,mm,mm,mm,mm,MPa。驗證：擠壓應(yīng)力的計算公式為：式中,P為花鍵的齒側(cè)面壓力,它由下式確定：從動盤轂軸向長度不宜過小,以免在花鍵軸上滑動時產(chǎn)生偏斜而使分離不徹底,,分別為花鍵的外徑；Z為從動盤轂的數(shù)目；取Z=1h為花鍵齒工作高度；得N,MPaMPa,合格。表3.13花健的的選取摩擦片的外徑/mm/N.m花健尺寸擠壓應(yīng)力/MPa齒數(shù)n外徑/mm徑/mm齒厚/mm有效齒長/mm160491023183209．81806910262132011．620010810292342511．122514710322643011．325019610352843510．228027510353244012．530030410403254010．532537310403254511．435047110403255013．02.13分離軸承的壽命計算分離軸承的參數(shù)表3.14分離軸承參數(shù)表型號Crεn7014C48.2KN1.234500r/min則由下式：得：h三心得體會通過以上對膜片彈簧離合器及液壓操縱機構(gòu)的工作原理的闡述及各構(gòu)件的計算說明,可以看出離合器操縱機構(gòu)