1、1目录1绪论311前言312课程设计目的313设计要求414设计步骤52离合器方案的确定521车型分析522方案选择53离合器基本参数的确定731后备系数732离合器的转矩容量TC733摩擦片外径D、内径D和厚度B734单位压力P0835滑磨功WDJ94离合器结构零件的设计1041从动盘的的设计10411从动盘总成的结构型式的选择10412摩擦片选择10413从动片结构型式的选择10414从动盘毂的设计1042离合器盖总成设计1243离合器盖设计1244压盘设计1345分离轴承1446分离套筒145膜片弹簧的设计1451截锥高度H与板厚H比值HH和板厚H的选择1452膜片弹簧的大端R、小端R的
2、选择和RR比值1553切槽宽度1、2及半径ER的确定1554膜片弹簧起始圆锥底角的选择1555膜片弹簧工作点位置的选择1556分离指数目N的选取1657膜片弹簧小端内半径0R及分离轴承作用半径FR的确定1658压盘加载点半径1R和支承环加载点半径1R的确定1659膜片弹簧材料及制造工艺176扭转减振器的设计1761扭转减振器17262扭转减振器的功用1863扭转减振器组成1864减振器的结构设计18641极限转矩TJ18642扭转角刚度K19643阻尼摩擦转矩T19644预紧力矩TN19645减振弹簧位置半径19646减振弹簧个数ZJ20647减振弹簧总压力F20648极限转角J207总结20
3、8参考资料2131绪论11前言对于内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动系中是作为一个独立的总成而存在的，它是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成。目前，各种汽车广泛采用的摩擦离合器是一种依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构和操作机构等四部分。离合器的主要功用是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车起步时将发动机与传动系统平顺地结合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系统分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系统所承受的最大转矩，以防止传动系各零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声
4、。随着汽车发动机转速、功率的不断提高和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构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离合器传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。12课程设计目的汽车设计课程是培养学生具有汽车设计能力的专业基础课，课程设计则是学生在学习了汽车构造、汽车制造技术、汽车设计等课程后一项重要的实践性教学环节，基本的目的是通过课程设计，综合运用汽车设计课程和其它选修课程的理论和实践知识，解决汽车设计问题
5、，掌握汽车设计的一般规律，树立正确的设计思想，培养分析和解决实际问题的能力。学会分析和评价汽车及各总成的结构与性能，合理选择结构方案及有关参数，掌握一些汽车主要零部件的设计与计算方法。学会考虑所设计部件的制造工艺性、使用、维护、经济和安全等问题，培养汽车设计能力。通过计算，绘图，熟练运用标准，规范，手册，图册和查阅有关技术资料，4进一步培养学生的专业设计技能。鼓励学生充分利用计算机进行参数的优化设计，CAD绘图，锻炼学生利用计算机进行设计和绘图的能力。13设计要求通过课程设计，对轿车离合器的结构、从动盘总成、压盘和离合器盖总成及膜片弹簧的设计有比较深入的熟悉并掌握。首先通过查阅文献、上网查阅资
6、料，了解汽车离合器的基本工作原理，结构组成及功能；通过对车型分析，路况分析和型式分析，制定出总体设计方案。并对轿车膜片弹簧离合器进一步的认知和建模，并在指导老师的帮助下完成膜片弹簧离合器设计。为了保证离合器具有良好的工作性能，对汽车离合器设计提出如下基本要求（1）在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备。（2）接合时要平顺柔和，以保证汽车起步时没有抖动和冲击。（3）分离时要迅速、彻底。（4）离合器从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。（5）应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命。（6）
7、应使传动系避免扭转共振，并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。（7）操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。（8）作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。（9）应有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、寿命长。（10）结构应简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。本次设计要求如下（1）离合器装配图一张视图投影准确，结构合理，画法规范，图面整洁，字体按规定用工程字书写，标题栏及零件明细表完整。5（2）零件图（四号图纸，非标准零件由老师指定）要求结构合理，尺寸公差标注规范，基准选择恰当。（3）课程设计说明书一份（用统一规格
8、）。14设计步骤熟悉离合器结构及相关理论知识。根据所给题目进行车型分析，道路情况分析，所设计部件型式分析，进行主要参考型选择以及设计计算。绘制离合器总成装配图。绘制主要零件图。编写设计说明书。答辩。2离合器方案的确定21车型分析表21北京客车BK6142参数参考车型发动机型号最大功率最大转矩/转速车身总质量一档传动比主减速比驱动轮规格参数北京客车BK6142ISBE22031162KW1069NM/2280RPM22000KG130615275/70R22522方案选择本车设计采用双片膜片弹簧离合器。本车采用的摩擦式离合器，其结构简单，可靠性强，维修方便，目前大多数汽车都采用这种形式的离合器。
9、采用多盘式离合器是因为需要传递较大转矩，本车型传递转矩为180NM相对较大。采用膜片弹簧离合器时因为膜片弹簧离合器有很多优点膜片弹簧具有较理想的非线性弹性特性，弹簧压力在摩擦片的允许磨损范围内基本保持不变，因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；相对圆柱螺6旋弹簧，其压力大大下降，离合器分离时，弹簧压力有所下降，从而降低了踏板力。对于圆柱螺旋弹簧，其压力则大大增加。膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小。高速旋转时，弹簧压紧力降低少，性能较稳定；而圆柱螺栓弹簧压紧力则明显下降。膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀
10、。易于实现良好的通风散热，使用寿命长。膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。近年来，由于材料性能的提高，制造工艺和设计方法的逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。因此，膜片弹簧离合器不仅在乘用车上被大量采用，而且在各种形式的商用车上也被广泛采用。与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有很多优点取消了中间支承各零件，并不用支承环或只用一个支承环，使其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更小；拉式膜片弹簧是以中部与压盘相压，在同样压盘尺寸的条件下可采用直径较大的膜片弹簧，提高了压紧力与传递转矩的能力，且并不增大踏板力，在传递相同的转矩时，可采用尺寸较小的结构；在结合或分离状态下，离合器盖的变形量小，刚
11、度大，分离效率更高；拉式的杠杆比大于推式的杠杆比，且中间支承少，减少了摩擦损失，传动效率较高，踏板操纵更轻便，拉式的踏板力比推式的一般可减少约2530；无论在接合状态或分离状态，拉式结构的膜片弹簧大端与离合器盖支承始终保持接触，在支承环磨损后不会形成间隙而增大踏板自由行程，不会产生冲击和噪声；使用寿命长。但是拉式膜片弹簧的分离指与分离轴承套筒总成嵌装在一起，要采用专门的分离轴承，结构复杂，安装和拆卸困难，造价也相对较高。本车型经济型乘用车，配置综合考虑成本和维修性能。综上所述，本次课程设计采用双片推式膜片弹簧离合器。73离合器基本参数的确定31后备系数后备系数是离合器设计中的一个重要参数，它反
12、映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时，考虑到摩擦片在使用中磨损后仍能可靠地传递发动机最大转矩、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系统过载以及操纵轻便等因素。各类汽车离合器的取值范围见表31。表31离合器后备系数的取值范围车型后备系数乘用车及最大质量小于6T的商用车120175最大总质量为614T的商用车150225挂车180400本次课程设计的对象为客车，属于乘用车，故本次课程设计的后备系数范围为120175，取15。32离合器的转矩容量TCTC51603106951MAXETMN33摩擦片外径D、内径D和厚度B摩擦片外径是离合器的重要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定
13、性的影响。摩擦片外径D（MM）也可根据发动机最大转矩TEMAX（NM）的关系如下DKDTEMAX式中，KD为直径系数，取值范围见表32。表32直径系数KD的取值范围车型直径系数KD乘用车146最大总质量为18140T的商用车160185（单片离合器）135150（双片离合器）最大总质量大于140T的商用车225240本次设计的对象是北京客车BK6142，属于乘用车，故KD146，由车型分析8可知改车型的发动机的最大扭矩TEMAX1069NM。故可算出摩擦片外径D4773MM。按TEMAX初选D以后，还需注意摩擦片尺寸的系列化和标准化，应符合尺寸系列标准/57641998GBT汽车用离合器面片表
14、33为我国摩擦片尺寸的标准。表33离合器摩擦片尺寸系列和参数外径D/MM160180200225250280300325350380405430内径D/MM110125140150155165175190195205220230厚度B/MM32353535353535354444CD/D0687069407000667062005890583058505570540054305351C3067606670657070307620796080208000827084308400847单位面积10602131751602222130218401924663354604663468040590812
15、103672故，摩擦片的尺寸为D405MM,D220MM,B4MM,C0543,单位面积A090812MM2。34单位压力P0单位压力P0决定了摩擦表面的耐磨性，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、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。当摩擦片采用不用的材料时，P0取值范围见表34。表34摩擦因数U与许用单位压力P摩擦片材料P/N/MM2石棉基材料模压02010025编织03025035粉末冶金材料铜基03030左右铁基04030左右金属陶瓷材料035165选用石棉基编织摩擦片，则03，由上可知15，9因为71220405DD所以300
16、0MAXDDDDDZDDTFE又因为AFP/0则300022MAX0DDDDZADDTPE09022022040540543090811220405106951300022N/MM2所得的值小于上表的许用值。35滑磨功WDJ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，离合器每一次结合的单位摩擦面积滑磨功W应小于其许用值W。WD10SIN819/900N0101MAX2E2AAEAAXAEFMMRIITIIKRMT2200001501012502200081947805611385010695611390012200047801069228014322949497J式中
17、，由前面汽车参数选取I11361，主减速比IO5，汽车总质量为AM22000KG，由汽车参数表中数据可计算得驱动轮半径为R275702205254/2478MM。由于对于乘用车2040/JMM，而本课程设计采用双片离合器，即Z4,A0908112,则单位面积的滑磨功W026J/22,则ERD,取0R21MM,FR22MM58压盘加载点半径1R和支承环加载点半径1R的确定1R应略大于R且尽量接近R，1R应略小于R且尽量接近RR1和R1需满足下列条件711RR610RR故选择R1140MM，R190MM1759膜片弹簧材料及制造工艺国内膜片弹簧一般采用60SI2MNA或50CRVA等优质高精度钢板
18、材料。为了保证其硬度，几何形状，金相组织，载荷特性和表面质量等要求，需进行一系列热处理。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行强压处理，即沿其分离状态的工作方向，超过彻底分离点后继续施加过量的位移，使其分离38次，以产生一定的塑性变形，从而使膜片弹簧的表面产生与使用状态反方向的残余应力而达到强化的目的。一般来说，经强压处理后，在同样的工作条件下，可提高膜片弹簧的疲劳寿命530。另外，对膜片弹簧的凹面或双面进行喷丸处理。为提高分离指的耐磨性，可对其端部进行高频感应加热淬火或镀铬。为了防止膜片弹簧与压盘接触圆形处由于拉应力的作用产生裂纹，可对该处进行挤压处理，以消除应力源。膜片弹簧表面不得有
19、毛刺、裂纹、划痕等缺陷。碟簧部分的硬度一般为4550HRC，分离指端硬度为5562HRC，在同一片上同一范围内的硬度差不大于3个单位。碟簧部分应为均匀的回火托氏体和少量的索氏体。单面脱碳层的深度一般不得超过厚度的3。膜片弹簧的内外半径公差一般为HIL和H11，厚度公差为0025MM，初始底锥角公差为10。上、下表面的表面粗糙度为16M，底面的平面度一般要求小于01MM。膜片弹簧处于接合状态时，其分离指端的相互高度差一般要求小于0810MM。6扭转减振器的设计61扭转减振器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
20、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，18因而扭转减震器可有效地降低传动系共振载荷与噪声。62扭转减振器的功用（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，抑制扭转共振影响振幅，并衰减因冲击而产生的瞬间扭振。（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和噪声。（4）缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷，改善离合器的接合平顺性。63扭转减振器组成用圆柱螺旋弹簧和摩擦元件的扭转减振
21、器得到了最广泛的应用。在这种结构中，从动片和从动盘毅上都开有6个窗口，在每个窗口中装有一个减振弹簧，因而发动机转矩由从动片传给从动盘毅时必须通过沿从动片圆周切向布置的弹簧，这样即将从动片和从动盘毅弹性地连接在一起，从而改变了传动系统的刚度。当6个弹簧属同一规格并同时起作用时，扭转减振器的弹性特性为线性的。这种具有线性特性的扭转减振器，结构较简单，广泛用于汽油机汽车中。当6个弹簧属于两种或三种规格且刚度由小变大并按先后次序进人工作时，则称为两级或三级非线性扭转减振器。这种非线性扭转减振器，广泛为现代汽车尤其是柴油发动机汽车所采用。柴油机的怠速旋转不均匀度较大，常引起变速器常啮合齿轮轮齿问的敲击。
22、为此，可使扭转减振器具有两级或三级非线性弹性特性。第一级刚度很小，称怠速级，对降低变速器怠速噪声效果显著。线性扭转减振器只能在一种载荷工况通常为发动机最大转矩下有效地工作，而三级非线性扭转减振器的弹性特性则扩大了适于其有效工作的载荷工况范围，这有利于避免传动系共振，降低汽车在行驶和怠速时传动系的扭振和噪声。64减振器的结构设计641极限转矩TJ极限转矩是指减振器在19消除了限位销与从动盘毂缺口之间的间隙1时所能传递的最大转矩，即限位销起作用时的转矩。它受限于减振弹簧的许用应力等因素，与最大转矩有关，一般可取TJ（1520）TEMAX式中，20适用乘用车，15适用商用车，本设计为乘用车，选取20
23、。代入数据可得，TJ2010692138NM。642扭转角刚度K为了避免引起传动系统的共振，要合理选择减振器的扭转角刚度K，使共振现象不发生在发动机常用的工作转速范围内。K决定于减振弹簧的线刚度及结构布置尺寸。可按下列公式初选角刚度K13TJ可算得，K27794NM/RAD，本设计选K12TJ25656NM/RAD。643阻尼摩擦转矩T由于减振器扭转刚度K受结构及发动机最大转矩的限制，不可能很低，故为了在发动机工作转速范围内最有效地消振，必须合理选择减振器阻尼装置的阻尼摩擦转矩T。一般可按下式初选为（006017）TEMAX本设计取T012TEMAX，可算得T012106912828。644预
24、紧力矩TN减振弹簧安装时应有一定的预紧。这样，在传递同样大小的极限转矩它将降低减振器的刚度，这是有利的，但预紧力值一般不应该大于摩擦力矩否则在反向工作时，扭转减振器将停止工作。一般选取006015TEMAX本设计取01TEMAX0110691069。645减振弹簧位置半径减振弹簧位置半径R0的尺寸应尽可能大一些，一般取R0006075D/220其中D为摩擦片内径,D220MM，本设计取系数07，代入数值，得R077MM。646减振弹簧个数ZJ表551减振弹簧个数的选取摩擦片外径D/MM225250250325325350350ZJ466881010本设计D405MM，故选取Z12。647减振弹
25、簧总压力F当限位弹簧与从动盘毂之间的间隙被消除时，弹簧传递扭矩达到最大TJ，此时，减振弹簧受到的压力F为FTJR0可算得，F277662N。648极限转角J减振器从预紧转矩增加到极限转矩时从动片相对于从动盘毂的最大转角J为J2SIN12R0式中L为减振弹簧的工作变形量。J通常取312，本设计取8。7总结作为车辆工程专业本科四年级的学生，具有一定的汽车零部件与装置设计的能力。因此在学习完汽车设计课程后，紧接着进行机械设计课程设计的配套设计实践显得尤为必要，以便于我们通过实践深化理论知识的理解与掌握，从而更好地了解汽车的思想、方法和过程21我所进行的课程设计题目是参考车型为上海大众波罗POLO劲情
26、14MT款汽车的离合器设计。在接受布置的设计任务时，一时不知何处着手开始工作，这让我们感到非常的迷惑和不安，但在就此问题后请教指导老师周萍教授后，我有了指导性方向。在之后的设计过程中，也存在一些问题，如发动机参数的查取、离合器零件的结构选型及设计计算等，我们都有请教指导老师，并获得了耐心详尽的讲解，解决了我们的疑问。在设计的末尾阶段，老师也能仔细审查我们的设计说明书、工程图等设计成果，给出了重要的指示和修改意见，对我们的设计改进帮助作用非常重要，在此特别感谢同时，在此设计过程中，我与本专业同学相互讨论，针对共同遇到的问题加以讨论，并得出问题的答案。在运用AUTOCAD绘制主要零件图、装配图时也遇到了一些困难，但在与其它同学讨论和交流后能够得到解决，使我能在有限的时间里完成了这项任务，在此一并谢过。总之，通过这次课程设计使我受益匪浅，为今后的学习与工作打下了一个坚实的基础。在此，衷心感谢老师的帮助和指导，感谢同学的帮助和协作。8参考资料1王望予主编汽车设计第4版北京机械工业出版社，20102王国权、龚国庆编汽车设计课程设计指导书M北京机械工业出版社，20093陈家瑞主编汽车构造（下册）第3版北京机械工业出版社，20094徐石安,江发潮汽车离合器/汽车设计丛书M北京清华大学出版社,2005
