基于桑塔纳俊杰推式膜片弹簧离合器系统设计毕业设计论文.docx
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基于桑塔纳俊杰推式膜片弹簧离合器系统设计毕业设计论文
基于桑塔纳2000俊杰推式膜片弹簧离合器系统设计
摘要
在汽车传动系中,离合器是一种分离、接合装置,通过这种分离和接合实现对传动系动力的中断和传递。
离合器能够将发动机与传动系平顺地接合,确保汽车平稳起步;在换挡时将发动机与传动系分离,减少变速器中换挡齿轮之间的冲击;在工作中受到大的动载荷时,限制传动系所承受的最大转矩,防止传动系各零件因过载而损坏;同时还能有效地降低传动系中的振动和噪声。
由此可见,离合器在汽车上起着至关重要的连接发动机与变速器纽带作用。
其设计中结构的合理性,性能的稳定性,操作的便捷性将直接关系到整个汽车的动力性,操作性和经济性。
随着汽车运输的发展,离合器的设计还要在原有的基础上不断改进和提高,以适应新的使用条件。
本论文针对轻型货车,根据给定的要求和参数,设计完成了与之性能相匹配的离合器。
从汽车的总体设计开始,首先对汽车的结构形式和主要参数进行了确定。
对各种现有的离合器结构型式进行了分析对比,选择出与设计要求相匹配的离合器结构。
然后根据已确定的汽车参数,对离合器基本尺寸、参数进行了选择,同时对离合器各零部件进行选型、设计,并计算校核了设计得出的数据。
最后通过对机械式操纵系统和液压式操纵系统特点的分析,选取了液压式式操纵系统,结合人体工程学要求的舒适性,对其进行了设计和尺寸计算。
总体来说,本论文做了对汽车上常用的干式摩擦离合器设计工作,较详细地介绍了有关结构、设计、试验等方面的具体方法。
可以说,如果对汽车上一般摩擦离合器的设计理论、方法和试验有较清楚的了解和实践体会的话,那么对解决其他如自动离合器的设计等问题也会有所启发和帮助。
第1章绪论
1.1汽车离合器的研究现状及发展趋势
汽车是作为一种交通工具而产生的,但是汽车发展到今天已经不能把它理解为单纯的“行”的手段。
因为“汽车化”改变了当代世界的面貌,它已经成为当代物质文明与进步的象征及文明形态的一种代表。
人类社会及人民生活的“汽车化”,大大地扩大了人们日常生活的活动范围,扩大并加速了地区间、国际间的交往,成倍地提高了人们外出办事的效率,极大地加速了人们的活动节奏,促进了世界经济的大发展与人类的快速进步,开创了现代“汽车社会”这样一个崭新的时代。
随着社会节奏的加速以及人们生活水平的提高,对汽车来说,人们要求它有自重轻、行使速度高、加速性能好、使用于各种路面上甚至无路地区行驶及机动灵活等特点。
为了满足汽车各种行使的需求,在汽车上要需要有一套复杂的传动系统。
现代汽车上最常用的是机械式传动系统,它是由发动机以及离合器、变速器、万向节传动轴、主减速器、差速器和驱动车轮的传动装置(如半轴)等部件组成。
其中离合器是作为一个独立的部件而存在的。
它在传动系统中起着传扭、分离传动、减振和过载保护多重功用,其品质攸关汽车的性能,对于使用工况复杂、超载严重的中国汽车更是如此。
随着汽车发动机转速和功率的不断提高、汽车电子技术的高速发展,人们对离合器的要求越来越高。
从提高离合器工作性能的角度出发,传统的推式膜片弹簧离合器结果正逐步地向拉式结果发展,传统的操作形式正向自动操作形式发展。
因此,提高离合器的可靠性和使用寿命,适应高转速,增加传递转矩的能力和简化操作,已成为离合器的发展趋势。
现代汽车工业具有世界性,是开发型的综合工业,竞争也越来越激烈。
我国自1953年创建第一汽车制造厂至今,已有130多家汽车制造厂,700多家汽车改装厂。
随着我国国民经济的快速发展和人们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。
目前大部分汽车采用离合器作为汽车的动力传递机构。
在采用离合器的传动系统中,早期离合器的结果形式是锥形摩擦离合器。
锥形摩擦离合器传递扭矩的能力,比相同直径的其他结构形式的摩擦离合器要大。
但是,其最大的缺点是从动部分的转动惯量太大,引起变速器换挡困难。
而且这种离合器在接合时也不够柔和,容易卡住。
此后,在油中工作的所谓湿式的多片离合器逐渐取代了锥形摩擦离合器。
但是多片湿式摩擦离合器的片与片之间容易被油粘住(尤其是在冷天油液变浓时更容易发生),导致分离不彻底,造成换挡困难。
所以它又被干式所取代。
多片干式摩擦离合器的主要优点是由于接触面数多,故接合平顺柔和,保证了汽车的平稳起步。
但因片数较多,从动部分的转动惯量较大,还是感到换挡不够容易。
另外,中间压盘的通风散热不良,易引起过热,加快了摩擦片的磨损甚至烧伤和破裂。
如果调整不当还可能引起离合器分离不彻底。
多年的实践经验使人们逐渐趋向于采用单片干式摩擦离合器。
它具有从动部分转动惯量小,散热性好,结构简单,调整方便,尺寸紧凑,分离彻底等优点。
而且只要在结构上采取一定措施,也能使其接合平顺。
因此,它得到了极为广泛的应用。
如今,单片干式摩擦离合器在结构设计方面也相当完善:
采用具有轴向弹性的从动盘,提高了离合器的接合平顺性;离合器中装有扭转减振器,防止了传动系统的共振,减少了噪音;以及采用了摩擦较小的分离杆机构等。
另外,采用了膜片弹簧作为压簧,可同时兼起到分离杠杆的作用,使离合器结构大为简化,并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。
膜片弹簧和压盘的环行接触,可保证压盘上的压力均匀。
由于膜片弹簧本身的特性,当摩擦片磨损时,弹簧的压力几乎没有改变,且可减轻分离离合器时所需要的踏板力。
为了提高离合器的传扭能力,在重型汽车上多采用多片干式离合器。
次外,近年来由于多片湿式离合器在技术上的不段改善,在国外的某些重型牵引汽车和自卸车上又开始采用多片湿式离合器,并有不断增加的倾向。
与干式离合器相比,由于用油泵进行强制制冷的结果,摩擦表面的温度较低(不超过93℃)。
因此,允许起步时长时间地打滑或用高档起步而不致烧损摩擦片,具有良好的起步能力。
据说这种离合器的使用寿命可达干式离合器的五、六倍。
为了实现离合器的自动操纵,有自动离合器。
采用自动离合器时可以省去离合器踏板,实现汽车的“双踏板”操纵。
与其他自动传动系统(如液力传动)相比,它具有结构简单,成本低廉及传动效率高的优点。
因此,在欧洲小排量汽车上曾得到广泛的应用。
但是在现有自动离合器的各种结构中,离合器的摩擦力矩的力矩调节特性还不够理想,使用性能不尽完善。
例如,汽车以高档低速上坡时,离合器往往容易打滑。
因此必须提前换如低档以防止摩擦片的早期磨损以至烧坏。
这些都需要进一步改善。
随着汽车运输的发展,离合器还要在原有的基础上不断改进和提高,以适应新的使用条件。
从国外的发展动向来看,近年来汽车的性能在向高速发展,发动机的功率和转速不断提高,载重汽车趋向大型化,国内也有类似的情况。
此外,对离合器的使用要求也越来越高。
所以,增加离合器的传扭能力,提高其使用寿命,简化操作,已经成为目前离合器的发展趋势。
1.2离合器的功用
离合器可使发动机与传动系逐渐接合,保证汽车平稳起步。
如前所述,现代车用活塞式发动机不能带负荷启动,它必须先在空负荷下启动,然后再逐渐加载。
发动机启动后,得以稳定运转的最低转速约为300~500r/min,而汽车则只能由静止开始起步,一个运转着的发动机,要带一个静止的传动系,是不能突然刚性接合的。
因为如果是突然的刚性连接,就必然造成不是汽车猛烈攒动,就是发动机熄火。
所以离合器可使发动机与传动系逐渐地柔和地接合在一起,使发动机加给传动系的扭矩逐渐变大,至足以克服行驶阻力时,汽车便由静止开始缓慢地平稳起步了。
虽然利用变速器的空档,也可以实现发动机与传动系的分离。
但变速器在空档位置时,变速器内的主动齿轮和发动机还是连接的,要转动发动机,就必须和变速器内的主动齿轮一起拖转,而变速器内的齿轮浸在黏度较大的齿轮油中,拖转它的阻力是很大的。
尤其在寒冷季节,如没有离合器来分离发动机和传动系,发动机起动是很困难的。
所以离合器的第二个功用,就是暂时分开发动机和传动系的联系,以便于发动机起动。
汽车行驶中变速器要经常变换档位,即变速器内的齿轮副要经常脱开啮合和进入啮合。
如在脱档时,由于原来啮合的齿面压力的存在,可能使脱档困难,但如用离合器暂时分离传动系,即能便利脱档。
同时在挂档时,依靠驾驶员掌握,使待啮合的齿轮副圆周速度达到同步是较为困难的,待啮合齿轮副圆周速度的差异将会造成挂档冲击甚至挂不上档,此时又需要离合器暂时分开传动系,以便使与离合器主动齿轮联结的质量减小,这样即可以减少挂挡冲击以便利换档。
离合器所能传递的最大扭矩是有一定限制的,在汽车紧急制动时,传动系受到很大的惯性负荷,此时由于离合器自动打滑,可避免传动系零件超载损坏,起保护作用。
1.3现代汽车离合器应满足的要求
根据离合器的功用,它应满足下列主要要求:
(1)能在任何行驶情况下,可靠地传递发动机的最大扭矩。
为此,离合器的摩擦力矩()应大于发动机最大扭矩();
(2)接合平顺、柔和。
即要求离合器所传递的扭矩能缓和地增加,以免汽车起步冲撞或抖动;
(3)分离迅速、彻底。
换档时若离合器分离不彻底,则飞轮上的力矩继续有一部份传入变速器,会使换档困难,引起齿轮的冲击响声;
(4)从动盘的转动惯量小。
离合器分离时,和变速器主动齿轮相连接的质量就只有离合器的从动盘。
减小从动盘的转动惯量,换档时的冲击即降低;
(5)具有吸收振动、噪声和冲击的能力;
(6)散热良好,以免摩擦零件因温度过高而烧裂或因摩擦系数下降而打滑;
(7)操纵轻便,以减少驾驶员的疲劳。
尤其是对城市行驶的轿车和公共汽车,非常重要;
(8)摩擦式离合器,摩擦衬面要耐高温、耐磨损,衬面磨损在一定范围内,要能通过调整,使离合器正常工作。
1.4离合器工作原理
如图1.1所示,摩擦离合器一般是有主动部分、从动部分组成、压紧机构和操纵机构四部分组成。
离合器在接合状态时,发动机扭矩自曲轴传出,通过飞轮2和压盘借摩擦作用传给从动盘3,在通过从动轴传给变速器。
当驾驶员踩下踏板时,通过拉杆,分离叉、分离套筒和分离轴承8,将分离杠杆的内端推向右方,由于分离杠杆的中间是以离合器盖5上的支柱为支点,而外端与压盘连接,所以能克服压紧弹簧的力量拉动压盘向左,这样,从动盘3两面的压力消失,因而摩擦力消失,发动机的扭矩就不再传入变速器,离合器处于分离状态。
当放开踏板,回位弹簧克服各拉杆接头和支承中的摩擦力,使踏板返回原位。
此时压紧弹簧就推动压盘向右,仍将从动盘3压紧在飞轮上2,这样发动机的扭矩又传入变速器。
1-轴承2-飞轮3-从动盘4-压盘5-离合器盖螺栓
6-离合器盖7-膜片弹簧8-分离轴承9-轴
图1.1离合器总成
1.5设计的预期成果
本次设计,我将取得如下成果:
1、设计说明书:
(1)离合器各零件的结构;
(2)离合器主要参数的选择与优化;(3)膜片弹簧的计算与优化;(4)扭转减振器的设计;(5)离合器操纵机构的设计计算。
2、图纸有:
扭转减振器、摩擦片、膜片弹簧、从动盘、轴、压盘、离合器总成。
第2章离合器的结构设计
为了达到计划书所给的数据要求,设计时应根据车型的类别、使用要求、制造条件,以及“系列化、通用化、标准化”的要求等,合理选择离合器结构。
2.1离合器结构选择与论证
2.1.1摩擦片的选择
单片离合器因为结构简单,尺寸紧凑,散热良好,维修调整方便,从动部分转动惯量小,在使用时能保证分离彻底接合平顺,所以被广泛使用于轿车和中、小型货车,因此该设计选择单片离合器。
摩擦片数为2。
2.1.2压紧弹簧布置形式的选择
离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。
其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。
膜片弹簧与其他几类相比又有以下几个优点[5]:
(1)由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变,从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。
当离合器分离时,弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高,而是降低,从而降低踏板力;
(2)膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用,使结构简单紧凑,轴向尺寸小,零件数目少,质量小
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