DCT双离合器毕业设计解读Word格式.docx
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4.1.2压盘几何尺寸确定28
4.1.3压盘温升校核29
4.3本章小结30
5膜片弹簧设计30
5.1膜片弹簧30
5.2常开式离合器膜片弹簧的工作特性31
5.3膜片弹簧参数的选择和计算34
5.4本章小结35
结论36
参考文献37
摘要
离合器是汽车传动系中关键总成之一,它被配置在发动机和变速器之间,起到平稳传递转矩,防止过载等作用。
自动离合器的设计直接关系到发动机能否有效传递扭矩--即直接关系到车辆的动力性的好坏。
本文针对现代的小型乘用车,对现有各类离合器进行了性能分析并选择了双离合器进行结构设计。
然后参阅图表标准,选择双离合器设计所需基本参数,再对其各部件进行尺寸和应力计算,最后对计算结果进行校核。
本文具体设计了摩擦片、从动盘、扭转减振器、膜片弹簧、压盘等多个离合器部件,最后经过Catia进行总体装配,由
三维模型出图。
本次设计成果为常用7速干式双离合器,拟定了详细的设计、分析、装配等流程,达到了双离合器机械效率高的特点。
关键词:
双离合器,摩擦片,从动盘,膜片弹簧
StructureDesignofAutomobileClutch
ABSTRACT
Theclutchofautomatictransmissionisanimportantpartoftheautomobiletransmissionsystem,itconnectdirectlywiththeengineanditcantransfertorquesmoothly,preventingoverloadandundertakeotherfunctions.Thedesignoftheautomaticclutchisdirectlyrelatedtotheengine'
sabilitytotransmittorqueeffectively,whichiswhatdirectlyrelatedtothepowerofthevehicle.
Thisthesisaimsatmodernpassengercar,analysisvarietiesofclutchesperformanceandchoseDCTasthedesigntarget.Thenaccordingtothevehicleparametersthathavebeendeterminedtochoosebasicparametersandconstraints.Atthesametime,selectthedualclutchcomponents.Aftercalculation,maketheparameterschecking.Thethesisparticularlydesignedthefrictionplate,Clutchdisc,torsionaldamper,diaphragmspring,pressureplateandotherclutchparts.Atlast,assembletheclutchbyCatiaanddrawingfromthethree-dimensionalmodel.
Thedesignresultisthecommonlyused7speeddrydualclutch,designedadetailprocessandThecharacteristicsofhighefficiencyofdualclutchareachieved.
Keywords:
dualclutch,frictionplate,drivenplate,diaphragmspring
自动变速箱离合器结构设计
吴琦062111116
1绪论
21世纪以来中国科技发展逐步跟上了世界的轨迹,汽车行业也未曾于此落后。
随着中国经济的超速发展,人们越来越倾向于高科技与舒适性,传统的手动档机械变速器已不能再满足国人的需求。
确实,在现今的中低端汽车市场中,手动变速器的车辆仍然是随处可见的,可是与自动变速器相比较,它已处在退役边缘。
自动控制档位在日常家用中将有很大的可能性能够完全代替它的前辈,手动变速箱[2]。
现在的汽车市场显示,中低档车存在手动变速器较多,而中高档车辆几乎已经完全普及自动变速器。
目前,国内自动变速器的价格相对于手动变速器依旧较高,而对于中低端的市场开拓来说,这是不利的。
而针对自动变速器的研究和开发就是要降低自动变速器的市场价格,简化结构的同时并同时尽量提高其性能,设计出能冲入中低端市场的自动变速器。
由此可见,自动变速器未来的的发展空间仍然非常客观,值得我们投入资源去进行研究和开发,创造更加舒适的驾驶条件。
1.1选题原因及意义
如今,离合器的各项核心技术都主要掌握在国外先进汽车企业中,它们对我国的态度大多都是只卖产品不卖技术,在中国的合作也只是坚持只生产不研发的策略,以便达到核心技术垄断。
在这种国外先进汽车及其零部件企业对中国车企技术封锁的大背景下,国产汽车
想要得到一定的发展,并拉进与国外老牌先进汽车的技术差距就只能通过国人自己努力不懈的研发,并掌握属于自己的核心技术。
若只靠进口国外的成熟产品却无法掌握其核心技术,那么中国车企将永远只起到组装的作用,无法拥有属于国人的先进汽车和技术。
作为学习了四年汽车工程知识的当代大学生,希望可以通过自己的努力和对汽车设计尚不成熟的认知,为国产汽车技术带来哪怕是一点点的绵薄之力。
1.2汽车变速箱及其离合器发展现状
1.2.1自动变速箱现状及发展趋势
车辆销售量在国内外日益提升,很多家庭甚至拥有两台及以上的家用车,离合器
作为汽车行业的上游产业,自然随着汽车销售量的增大而增加。
离合器是有手动档和自动档两种种类之分的,根据国内汽车市场销售报告,除去出租车公司的大批量订单之外(出租车全部配备手动变速箱),散户在购买车辆时选择自动档的概率达到92.1%,许多豪华级车辆品牌,譬如奥迪、奔驰、凯迪拉克、雷克萨斯、克莱斯勒等在4S店
已经全线停止供应手动档配置车辆,如此现状清晰的体现了自动控制档位的技术在现代汽车零配件市场的地位。
自动变速箱在90年代时还是大众普及率比较少的一种变速器,现如今已经是使用率最高的一种变速器了。
自动变速箱从1939年被研发出来至今已经拥有70多年的历史,在这段时间里,它的技术一直在各国工业科学家的手中创新和改进。
科技的快速进步导致了人们对车辆各种性能的要求日益新高。
与传统的手动变速箱相比较,自动变速箱的性能并不输于前者,虽然结构相对比较复杂,但是不用手动换挡这个特点使得自动变速箱愈发受到绝大多数消费者的垂青,尤其在这几年中,自动变速箱已经能更优秀地同时具备舒适性、经济性以及高机械传动性等性能,这些性能特点使其在世界各地汽车市场中能够占据愈发高的配备率。
目前国内外的主流自动变速箱主要有
四种形,它们是:
液力自动变速箱(AT)、电控机械式自动变速箱(AMT)、无极式自动变速箱(CVT)、双离合自动变速箱(DCT)。
从目前国内外汽车变速箱的装备现状上来看,此四种变速箱在工作方式和结构上各具它们的优势,国内外各个品牌
的汽车厂家都在不断加快对现有变速器的改革和新品种的创新,而其目标只有一个,
那就是以高科技这一点为特色,从而能够夺取更大的市场份额⑴。
上文提及的几种变速箱特点、结构、工作模式包括零部件材料都各不相同,所以各个不同种类的变速箱根据其优势和劣势都有它们相对应的发展趋势。
优势劣势及其
对应发展趋势如表1.1、1.2。
表1.1各变速器的优势劣势
各变速器
优势
劣势
液力自动变速器
1.舒适性好
1.传递效率低、燃油经济系差
2.功率传递能力强
2.结构较复杂、制造成本高
3.零件使用寿命长
3.变矩范围有限、有换挡冲击
电控机械式自动变速器
1.传动效率咼、燃油经济性最
好
1.换挡不平稳、舒适性差
2.结构简单、制造维护成本低
2.控制参量多、自动化难度大
3.适用于多种车型
无极式自动变速器
1.无实际档位,舒适性好
1.扭矩传递范围有限
2.结构简单、体积小
2.传动带易磨损,使用寿命短
3.传动效率咼,功率损失少
3.制造繁复、核心零件需进口
双离合自动变速器
1.换挡时间短
1.电控系统复杂、实现难度大
2.加速性能好、燃油经济性咼
2.生产成本咼
3.无功率传递限制
3.核心控制模块被少数国外
厂商掌控、普及性差
表1.2为各变速箱型针对其现有缺陷的技术发展趋势。
表1.2
各变速箱型发展趋势
AT技术发展趋势
ATM技术发展趋势
CVT技术发展趋势
DCT技术发展趋势
传动系向多速发展
液力变矩器结构优化
总成轻量化降低工作噪音换挡控制平稳性优化
提咼系统可靠性
协调化控制
精确换挡
提高扭矩传动效率
滑轮优化设计
提咼在混合动力车上
的应用率
提高换挡性能
完善控制技术
满足运动车型的需求
简化电控系统
由上方数个表格可看出车辆变速器器的大致发展趋势主要注重在:
(1)动力传递
(2)电控精确性
(3)电控系统简化
(4)降低成本
(5)舒适性
(6)经济性
1.2.2自动变速箱离合器现状及发展趋势
1885年末,戴姆勒制造出第一辆四轮汽车,当时的技术导致车辆并没有装备变速器,但是已经采取了齿轮啮合的传动手段,依靠齿轮把动力传递到传送带上,再由传送带再带动车轴转动。
直到1889年,戴姆勒首次在四轮汽车上使用四速变速箱及摩擦离合器。
直到上世纪90年代,第一款能够批量生产的自动离合器问世,此技术最早
来自于德国,当ECU被加装在离合器上使奔驰产品取得了成功之后,其它老字号品牌
如奥迪、宝马、保时捷等都相继研发装备了属于自己技术体系的自动离合器。
目前,几乎所有离合器都采用膜片弹簧模式,最早的锥形离合器由于技术较为落
后,并因其不再能满足现代车辆传递发动机高扭矩的能力而销声匿迹。
自动离合器因
为不需要驾驶员手动逐步换挡而备受市场追捧。
在排量及扭矩输出较小的轻型轿车中,多使用单片或者多片干式离合器,在排量及输出扭矩相对较大的中大型车中,多使用湿式离合器。
随着国人逐渐富足,拥有能力购买车辆的人越来越多,汽车销量增大直接导致离合器的销量增加,为了满足市场的需要科研人员们也逐步设计出了很多具有各自特点的离合器,从最基础的螺旋弹簧离合器,到液力变矩器,再到最新的电磁离合器等。
从汽车推广上来看,这些年来车辆的关注点越加朝着经济性和舒适性靠拢。
变速箱的传递效率决定经济性,电控单元的精确控制决定舒适性。
科技发展也不光局限在自动控制方面,各种车辆的功率扭矩也逐渐的加大,车速越来越快,变速箱的载荷也越来越高,因此性能更好的离合器在市场上广泛需求。
综上,离合器的转矩传递、自动控制、使用寿命及更加平顺的换挡将会成为变速箱主要科研攻关方向。
1.3当今主流自动变速器的离合器介绍
1.3.1液力自动变速器(AT)离合器
AT是第一种被研发出来并大规模投入市场融入人们生活的自动变速器。
液力变矩
器在其中起到了离合器的作用。
液力变矩器主要是由泵轮、涡轮和导轮等零件组成,
通过传动液压推动变速拨片来调整齿轮比,从而达到所谓“变速”的效果。
到如今已是2015年,自动变速器问世已经达到70多年,其技术的研究与发展已经十分成熟,在
一般的家用系列轿车配备中占了很大的比例,不过由于新的技术不断完善,它将慢慢~
被更高级的变速技术取代。
图1.1液力自动变速器结构图
1.3.2电控机械自动变速器(AMT)离合器
AMT的离合器依靠着三个电磁阀来控制,通过油压推动活塞来完成它的各种工作。
控制单元会接收从离合器传来的电子信号,来自主判断离合器的工况,由此离合器便能随情况变化运作,使变速箱正常运行。
永久晞铁活基离合蛊推杆
图1.2电磁阀截面图
133无级变速器(CVT)离合器
无级变速器的离合器是装配在液力变矩器内的。
一共有两种:
单向离合器、锁止离合器。
单向离合器的作用是在车速低的时候固定住导轮,起到增矩作用。
锁止离合器:
液力变矩器工作时依靠自动变速器的循环流动传递动力,在泵轮与涡轮之间存在着至少4%专%勺转速差。
由此可以看出,液力变矩器并不能完全传递发动机的动力,而是会产生一定机械效率的损失。
所以科研人员在这个基础上又设计了锁止离合器,锁止效果使发动机动力几乎全部都能传递出来。
达到更高经济性的效果。
图1.3单向离合器结构图
1.3.4双离合器自动变速器(DCT离合器
大家都知道双离合变速箱在不间断的传递动力方面有着非常大的经济性优势,
是要做到这一点并不是这么容易的。
其结构的复杂程度几乎超过其它所有变速箱的离合器结构。
首先,在双离合变速器内布置着两组离合器,并且这两组离合器都是依靠电子控制而且全都是由液压系统推动工作的,此种变速箱依靠着两组离合器不断配合工作来实现换挡的无缝接合。
由此可见,这种双离合的结构设计已经完全推颠覆了之前所有其它形式的变速箱结构,开创出了一片新的离合器领域。
图1.4双离合器工作原理图
1.4自动变速器离合器结构设计计划方案
(1)离合器种类选定
选择本次课题所要设计的离合器种类,并给出详细的依据。
(2)离合器基本参数选择
首先根据离合器整体参数设计需求选取合适的计算表达式,其次对后备系数,摩擦系数,膜片弹簧钢板厚度、截锥高度等基本参数进行选定。
(3)离合器从动盘总成设计
此部分设计主要涉及三个部件,分别为摩擦片、从动盘毂和扭转减振器。
首先,查阅资料掌握摩擦片的特质,然后开始进行摩擦片尺寸选型,之后计算出它的摩擦力有效半径和单位压力,最后进行数据校核。
从动盘毂的设计流程包括花键的尺寸选择和挤压应力以及剪切应力的强度校核。
扭转减振器的设计包括四个主要参数(极限转矩、扭转刚度、预紧转矩、摩擦转矩)的计算和减震弹簧的设计计算。
(4)离合器压盘设计
本部分设计主要是选择它的材料和尺寸,其尺寸包括内外径、凸台高度和压盘厚
度。
在所需尺寸计算完成后进行对压盘的温升校核
(5)膜片弹簧设计
首先根据膜片弹簧的工作要求选择设计材料,其次确定其几何尺寸参数,其主要
尺参数据包括:
内截锥高度H和钢板厚度h、碟簧内外半径R和r、切槽宽度d等。
(6)双离合器装配图及零件图绘制
根据计算得到以上各部件的尺寸,对歌部件进行三维建模,然后由CAD出图。
2离合器结构设计
2.1离合器选型
基于DCT不仅起到了快速直接切换档位的作用,还能有效继承其它离合器的高传动效率、简易起步操控、降低动力传递过程中产生的噪音以及超负荷保护等重要作用。
本文选择设计双离合器自动变速器离合器。
当今市场上可见的DCT分两种:
干式和湿式双离合形式。
从工作模式上来讲,此两种离合器其实都是由一种工作方式运作。
他们工作时的不同之处就在于其摩擦片的散热方式。
湿式离合器的两组摩擦片被密封在一个油腔里,表面完全被油液包裹,依
靠油液来散热冷却。
干式离合器的摩擦片则因缺乏油液或者其它液体的辅助散热,所
以所有摩擦中产生的热量只能经由空气流动这种传统方法来进行耗散,但是,气体的
比热容要远小于液体和固体,所以干式离合器散热十分缓慢。
双离合器问世也有近十年的时间了,在其发展过程中,人们也会把这两种离合器相比较,得出两者的优势及劣势,具体如表2.1:
表2.1干式离合器和湿式离合器优劣对比
类型
干式离合器
1、机械效率咼
2、轴向长度小
1、直径大
2、长时间滑摩时控制困难
3、控制难度大
4、滑摩过程中摩擦特性变化较大
湿式离合器
1、直径小
2、摩擦特性稳定
3、较容易控制
1、轴向长度大
2、液压系统导致效率降低
3、离心压力对活塞的影响
由于湿式离合器相对价位较高,而市场需求最大的版块是在中等阶层,车型承受扭矩较小,干式离合器完全能满足需求且降低成本,因此本文挑选了干式双离合器为模板进行设计。
下图2.1为干式双离合器爆炸结构图,零部件部分便根据下图所示设计:
和零件分解图°
b)装配图
】•压盘I2”从动盘总应I弘中间骡动盘车从动盘总成]I头压.盘11&
膜片弹费II
7-离合器盖II8离舍器盖【9-膜片弹赞I10-般片弹簧网宦钾钉II前支擇坏
I2-Jn支撐环门册:
栓14-传动片
图2.1干式双离合器爆炸结构图
2.2干式双离合器工作原理
干式双离合器与传统推式膜片弹簧离合器大致相似,它的优点是它具有简单的结构,容易进行离合器间隙调整,而且由于质量较小,所以传动件的转动惯量也较小,同时它也能够彻底的分离,对于过载保护也拥有更好的措施,除此之外,它的生产成本也更低⑶。
此种离合器的构造大致为以下几部分:
1主动部分:
双质量飞轮、驱动盘、离合器壳体;
2从动部分:
Ki离合器从动盘、K2离合器从动盘;
3压紧装置:
Ki离合器膜片弹簧、K2离合器膜片弹簧压盘、支承固定铆钉、传动片;
4分离机构:
分离轴承、离合器壳体支撑环;
干式双离合器的工作原理如图(2.1)所示:
第一输入轴与其从动盘花键连接,控制I、川、切、毗奇数档位,空心轴套在第一输入轴上,与从动盘花键连接,控制n>
v>
w偶数档位。
双质量飞轮一侧连接发动机,另一侧装配在干式双离合器壳体上,将发动机转矩传递至离合器壳体,同时带动着离合器盖作为一个主动元件,随着发动机一起旋转。
与离合器壳体固定连接的驱动盘作为主动部分,通过传力片与壳体相连接,并随壳体一起转动。
在双质量另一侧的壳体端,安装着Ki和K2的膜片弹簧及离合器操纵机构。
当驾驶员将变速器操纵杆置于奇数档位时,Ki膜片弹簧在操纵机构的作用力下,其小端延轴向方向向双质量飞轮端运动并在杠杆作用下,迫使膜片弹簧大端带动离合
器盖延轴向方向做反向运动,并带动压紧装置将Ki从动盘向驱动盘移动,由于膜片
弹簧产生的轴向压力,使其与压盘逐渐接合,并完成离合器的动力接合过程。
至此,Ki从动盘与发动机转速一致,并通过花键将发动机转矩传递至输入轴1,继而传递至
变速箱,完成进一步的减速、增矩变换过程。
同理,当驾驶员将变速杆置于偶数档位时,K2膜片弹簧受操纵机构作用力,其小端延轴向方向向飞轮端移动,其大端与固定连接与压盘上的离合器内部支撑盖接触,并形成杠杆,膜片弹簧与K2离合器压紧机构接触点将杠杆力作用于压紧机构,并致使其延轴向移动至驱动盘,并在膜片弹簧的作用力下,逐渐与驱动盘接合。
至此,K2
离合器从动盘与发动机转速一致,并通过花键将转矩传递至空心轴2,进而完成变速
器的变速操作[11]。
因为双离合器具有预选档位的作用,因此它能够实现快速换挡操作。
如果速度从
1档增加到2档,本来接合的Ki离合器会在操纵机构的作用下自动断开,而本来断开的K2离合器此时会逐渐接合,动力就会从i轴传递到2轴,2档则由预选状态进入工作状态。
在变速箱工作期间,有一组齿轮是处于啮合状态的,这个时候下一档位的齿轮组会处在预选的状态,它随时准备根据车速提升而进行啮合,此时该档位的摩擦片与中间驱动盘仍处于分离状态;
一旦速度增加达到下一个档位,上一档位的齿轮组分离,此时已处于预选状态的齿轮组啮合。
这一系列的变换过程都是由车载处理器控制而同时进行的操作,因此它的换挡速度要比传统的变速器更加迅速,在换挡过程中,双离合器会保证至少有一组齿轮处在啮合状态,从理论上来说,即使在换挡间隙,变速器也依然会有动力传递,杜绝了其它变速器会出现的换挡时动力短暂中断的情况。
其结构如图2.2:
离合脣壳体支乎环
图22干式双离合器工作原理图
2.3双离合器基本参数选择
2.3.1双离合器整体参数设计
本次设计模板为奥迪A3三厢2014舒适版,其所配备离合器为DSG7速干式双离合
器。
车辆参数如表2.2:
表2.2车辆原始数据
汽车的驱动方式
前置前驱
车重1345kg
满载质量1815kg
发动机最大功率110KW
发动机最大转速5000r/min
发动机最大扭矩
250N.m
操纵形式
液压操纵
摩擦片最大外径
f=250mm
踏板行程
80~150mm
汽车最大时速
215km/h
离合器静摩擦力矩表达式可表示为:
Tc壬丄FRc(2.2)
式中:
J――静摩擦系数,计算时一般取0.25~~0.3
F――压盘加于摩擦片的工作压力
DD3-d3
Rc2厂
3(D-d2)
D――摩擦片外径
d——摩擦片内径
当d/D三0.6时,Rc可相当准确的由下式计算
Rc=
2.4)
压盘工作压力F为摩擦片单位压力Po与一个摩擦面的面积A的积:
可参
上式中A为结构系数,它反映了不同结构和使用条件对摩擦片外径的影响,
考下列范围:
a小轿车A=47;
b一般载货汽车A=36(单片)或A=50(双片);
c自卸车或使用条件恶劣的载货汽车A=19;
将上式与(2.3)代入(2.2)可得:
(2.6)
:
•」33
T^Tema-^P0D(^C)
摩擦片内外径之比,
2.3.2B后备系数的选择
B代表的是离合器所能够传递最大扭矩和变速箱匹配的发动机所发出的极限扭矩的比值。
这个值越大,那么该离合器能够传递扭矩的性能也越可靠,其值的大小也决定了离合器尺寸的大小,因此该值的选取既不能太小,也不能太大。
当设计者在选择后备系数的时候,不能只考虑最初始的工作状态,同时还要考虑到工作一段时间后,离合器摩擦片发生磨损之后的工作状态。
所以B应根
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