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捷达轿车离合器设计

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文档分类: 车辆工程

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关于本文

  • 本文标题:捷达轿车离合器设计.docx
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  • 内容摘要:捷达轿车离合器设计学院:专业:姓名:指导老师:工业自动化学院车辆工程学号:职称:教授中国&#183;珠海二○二一年五月诚信承诺书本人郑重承诺:本人承诺呈交的毕业设计《捷达轿车离合器设计》是在指导教师的指导下,独立开展研究取得的成果,文中引用他人的观点和材料,均在文后按顺序列出其参考文献,设计使用的数据真实可靠。本人签名:日期:2020年5月13日捷达轿车离合器设计摘要离合器充当着确保汽车能够在起步时不会觉得突兀、易于更换行驶挡位和使扭振冲击的程度有所下降等角色,由此可见在轿车传动系统中离合器起着举足轻重的作用。而本论文依据捷达轿车的各项参数从理论上阐述捷达轿车离合器设计,包括从动盘、压紧弹簧、摩擦片等主要零件的设计计算和强度校核。本文关于捷达轿车离合器设计的探索理论上对该离合器的安全、便捷、高效率等方面得到进一步的改善,确保捷达离合器的各项操作功能的稳定。关键词:捷达、离合器、从动盘、膜片弹簧、摩擦片AbstractTheclutchisrespoibleformakingsurethatthecarcangosmoothlywhenitstartspreventingoverloadfacilitatinggeahiftingandreducingtoionalvibrationandimpactwhichshowsthattheclutchplaysanimportantroleinthecartramissioystem。AccordingtovariousparameteofJettacarmypapertheoreticallyexpoundstheclutchdesignofJettacarinmypaper。TheexplorationofJettacarclutchdesigninthispapertheoreticallyimprovesthesafetyconvenienceandhighefficiencyoftheclutchsoastoeurethestabilityofvariousoperationfunctioofJettaclutch。Keywords:JettaClutchDrivendiscDiaphragmspringFrictionplate目录1、前言12、离合器简介32。1离合器主要构造32。2离合器工作原理与功能32。3离合器分类62。4离合器设计的基本要求73、离合器设计83。1离合器主要参数选择83。1。1后备系数β83。1。2摩擦片外径D93。1。3摩擦片内径d103。1。4摩擦片厚度b103。1。5摩擦因数、摩擦面、间隙、单位面积103。1。6单位压力ρ0113。2主动部分123。2。1飞轮123。2。2离合器盖123。2。3压盘143。3从动部分153。4压紧弹簧183。4。1压紧弹簧种类183。4。2膜片弹簧183。5减振器参数计算223。6操纵机构243。6。1分离杠杆253。6。2分离轴承253。6。3离合器踏板264、结论25参考文献26致谢27附录291、前言在一八九一年,出现了摩擦式轿车离合器,于五十七年后人们发明了液力变矩器,各种具有人工智能的技术在汽车工业中得到大家的青睐而广泛地用在了设计方面,汽车离合器的技术也不断地完善且趋于成熟。研究表明,中国的轿车市场已经进入了稳定增长期。这些年来咱们中国在汽车设计和汽车制造技术等方面投入了大量的精力,在汽车行业有了一定的影响力。在经济高速增长的今天,许许多多的设施都进行了改善,而道路作为我们出行的主要通道,也在国家的指导下改造得更高级,所以运输行业对车辆的性能要求也都逐渐增大,消费者更倾向于那种使用效率高、可以信赖、行驶流畅无安全隐患、制造成本不会很高的车型。要实现安全、可靠地行驶,在轿车的研发和设计中,离合器扮演着举足轻重的角色,其性能要求都是也越来越高了。离合器负责支配发动机和变速器短促地分开和慢慢地联合,联接抑或是分开引擎与变速箱二者的动力传输,达到断开或传递引擎向变速箱输入的动力。在大学大约四年了,几乎每天接触着来自于汽车各方面的信息,在这种情况下我慢慢地对汽车的由来有了更深刻的了解和认知。有一次上课,任课老师讲到捷达轿车的发展状况,那时我就产生了一种想去了解捷达轿车的冲动。在学校空闲的时候,通过各种我可以利用到的途径来查阅有关它的信息,例如去学校图书馆二楼、亦或者通过互联网点击有关视频来丰富自己对它的认知。后来,我慢慢地了解到新捷达的脾气。这款车其实就好像人的脾性一样,给人感觉就是十分的低调,不善于张扬,但是它也有一定的实力。本文介绍了离合器的工作原理并在认识和了解捷达轿车离合器的过程中对离合器的主要结构进行了设计和校核,在传统的设计方案的指导下使捷达离合器尽可能结构简洁、操作轻便灵敏、使用寿命更长等。在平时甚至在工作恶劣环境中能达到性能要求。下表为本设计的捷达轿车基本技术参数捷达轿车基本技术参数(表1)项目参数汽车的驱动形式前驱动42汽车的最高车速=185kmh发动机最高功率及转速=81KW(1。6L6000rmin)发动机最大转矩及转速=155Nm=3800rmin主减速器传动比=3。941变速器传动比=3。455、1。944、1。286、0。909车胎型号18560R15整备质量m=1175kg总质量=1500kg制动系类型前通风盘、后鼓式最小离地间隙137mm轴距2603mm前、后轮轮距1429mm;1422mm2、离合器简介2。1离合器主要构造离合器的组成及各部位的作用(表21)部位组成的零部件作用主动部分飞轮、离合器盖和压盘确保离合器处于接合状态并可以传递动力从动部分从动盘、从动轴压紧机构压紧机构将离合器的主动部分和从动部分分开操作机构分离杠杆支撑柱、摆杆、分离套筒、分离轴承、离合器踏板2。2离合器工作原理与功能对于手动的变速箱要顺利地完成曲轴所转换的转速和扭矩,那就务必得利用短暂的时间来阻止从发动机到变速器的动力输送。如果关闭发动机只是仅仅为了转换变速箱档位的话,很显然的,这种做法是很不可取的,正因如此,人们后来发明了离合器。在轿车中引入了离合器之后,汽车允许在开启发动机的环境下暂时停止发动机到变速箱的动力传递。现代轿车的离合器片的上面和下面都会涂有摩擦力蛮高的涂层。根据离合器片的工作原理,它被安装在飞轮上。倘若外在的力对离合器片进行压挤的话,那么在这个过程中产生的摩擦力的影响下,离合器片就会与飞轮一起转动起来。由于离合器片和位于变速器中的输入轴相连,倘若出现了外在力对离合器片进行挤压时,变速系统就会接收到来自引擎的动力的输入,此时的外力是由压盘所提供的,压盘通过弹簧连接到压盖上。当处于耦合情况时,离合器零件彼此挤压。离合器盖和压盘通过接收到直接来自于引擎传输的转矩给飞轮。摩擦力矩的传递途径如下:变速箱输出轴花键从动盘从动盘、飞轮、压盘图21位于耦合情况下的离合器:离合器踏板(最高)间隙分离杠杆分离轴承压紧弹簧作用压盘压紧从动盘传递动力如图21所示图22当慢慢踩下离合器踏板,拉杆和分离叉会使分离轴承向左移动,从而将分离杠杆的内端向左推动,使其外端拉动压盘,并向右方抵抗弹簧力释放压盘飞轮对于从动盘的压力,主动部分和从动部分处于分离状态,从而切断了传递的动力。[1]如上图所示离合器的主要性能是切断和实现向传动系传输动力,其作用是:要求目的切断并实现向传动系的动力传递保证汽车起步时,将发动机与传动系平顺的结合,确保汽车平稳起步让驾驶人不会感觉到有顿挫感换挡时,发动机与传动系分离减少变速器中换挡齿轮之间的冲击限制传动系承受的最大转矩防止由于过载而损坏传动系的各个部分操作轻便减轻驾驶员的疲劳强度2。3离合器的分类干式离合器单片离合器按是否浸在油中可以分为按从动盘的数目可以分为双片离合器湿式离合器多片离合器按压紧弹簧形式与布置形式可以分为周布螺旋弹簧离合器摩擦式离合器摩擦传动按工作原理可以分为中央弹簧离合器液力式耦合器液体传动膜片弹簧离合器电磁式离合器电磁力传动拉式离合器按分离时所受力方向可以分为推式离合器在离合器设计中大多数都采用摩擦式离合器,优点有很多,如下:摩擦式离合器的优点A、结构简单紧凑;B、散热通风性好;C、高速性能好;D、使用寿命长;E、扭矩容量稳定;F、分离踏板操纵轻便;G、平衡性好;H、有利于大批量生产,降低制造成本2。4离合器设计的基本要求1)在结合状态下时可以做到轻便顺畅,确保轿车在启动时不会产生太大的颤动。2)无论在什么的环境状况下,都可以传递引擎的。设计过程中可在从动盘上装波形钢片或做成有弹性的盘状。3)分离时要迅速、彻底。为此离合器的分离杠杆应该有严格的刚度要求以抵制由于分离轴承所产生的推力影响下不改变原来的状态;在离合器处于分离状态时,一般会有0。85毫米到1。30毫米的空隙在从动盘与压盘两者之间;为了排屑,同时也为了防止吸附,会在从动盘片上开个槽。4)因为离合器的从动部分的转动惯量J不算很大,这样可以减轻变速器转换挡位时变速器和齿轮之间产生的冲击。5)离合器必须有优越的吸收来自于零部件摩擦等产生的热量的能力,延长离合器的使用寿命。为此在离合器壳上开散热孔;压盘开通风槽;从动盘片上开槽散热。6)操纵轻便、准确。7)在使用过程中,应尽量减小作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦系,以确保性能稳定8)构造形式要简单紧凑,易于维护和调节。[2]3、离合器设计3。1离合器主要参数选择3。1。1后备系数β参数β是对离合器传递的情况的一个描述。稳当地传输引擎的使用条件恶劣β宜选取大些提高起步能力减少离合器滑磨减少传动系过载保证操纵轻便β宜选取小一些发动机后备功率较大使用条件较好离合器后备系数的取值范围(表31)车型轿、微、轻型货车1。201。75中、重货车1。502。25越、牵引车1。804。00参考以上的数据,本设计取β=1。20为合适。3。1。2摩擦片外径D摩擦片的外径D在离合器的大小、材料与有效使用期限等方面提供了很大的参考价值。已知发动机,可估算:式31如果觉得上面公式麻烦繁琐,摩擦片外径D(mm)其实也可以也可根据如下经验公式选用式32上述公式中:是直径系数车型与直径系数关系(表32)车型重型货车轻、中型货车单片离合器=16。0~18。5双片离合器=13。5~15。0轿车=14。5把直径系数和发动机的最大转矩的数值代入经验公式得到D=180mm。计算出D后,要满足一定的约束条件的,D所选取的值应使:(式33)经过验算代入D=180之后:=600018056。570ms满足了上面的约束条件。3。1。3内径d当D选择好了之后,根据设计准则需要通过d和D的比值在0。53至0。70之间来选择d的。依照表32,由于外径D=180毫米外径和内径的比值在0。684较为合适,所以决定使用内径d=125毫米。3。1。4摩擦片厚度b本设计参照摩擦片的内径和外径的尺寸,选择摩擦片的厚度b=3。5毫米3。1。5摩擦因数f、摩擦面数Z、间隙t、单位面积1)离合器是通过零件的相对摩擦来传递动力的,所以选择合适的摩擦材料对离合器的使用年限和使用效果有相当大的影响。石棉基材料的摩擦因素会受到工作温度、滑摩速度、单位压力等影响,一般是在0。2f0。4之间。2)摩擦面数Z是从动盘的2倍,故取Z=2;3)本设计中,间隙取t=0。3;4)在f、Z、t、选择完之后,摩擦片的单位面积也由此确定了=13200平方毫米离合器摩擦片尺寸系列和参数(表33)外径Dmm内径dmm厚度hmm内外径之比Dd单位面积F1601103。20。687106001801253。50。694132002001403。50。700160002251503。50。667221002501553。50。620302002801653。50。589402003001753。50。583466003251903。50。5855460035019540。557678003802054054072900根据上表取摩擦片外径D=180毫米内径d=125毫米,厚度h=3。5毫米。3。1。5单位压力ρ0单位压力很大范围地对离合器的有效使用期限与功能产生作用,在选择单位压力时需要研究离合器的工作状态、汽车爬坡和加速能力,摩擦片的大小、材质、等要素。当离合器连续不断地进行工作,同时它的比较小时,单位压力理论上必然要取小一些的;当摩擦片的外径设计得比较大的时候,以减少摩擦片远离中心部分的热负荷为目的,单位压力建议取得小一些。摩擦片单位压力的取值范围(表34)材料ρ0石棉基0。100。35MPa粉末冶金0。350。60MPa金属陶瓷0。701。50MPa摩擦片对材料的主要要求是:主要要求摩擦系数大而且稳定;强度高;能承受冲击;高速时不易破裂和剥落;耐磨和耐高温;耐腐蚀导热性能好;热变形小;使用寿命长;易于加工且价格低廉。本设计采用石棉基作为捷达摩擦片的材料,取ρ0=0。3Mpa。单位压力的确定 离合器摩擦力矩Tc的计算 Tc==1。2&#215;155=186N。m     (式34)离合器压盘施加在摩擦面上的工作压力的计算: =2(R&#179;r&#179;)3(R&#178;r&#178;)=2&#215;(90&#179;62。5&#179;)3&#215;(90&#178;62。5&#178;)≈77。1mm      施加在摩擦面的工作压力为 F=fz =186(0。21&#215;2&#215;0。077)≈604N 式中 z摩擦面数(24)f摩擦面间的静摩擦系数本设计为单片离合器故取z=2取f=0。21单位压力: ρ=FA=F[π4(D2d2)]≈0。046MPa(式35)0。046MPa≤0。35MPa   本离合器的单位压力在规定值之内,所以满足其要求。3。2主动部分离合器的主动部分跟曲轴是一同连接的,离合器盖在螺栓的紧固、定位下与飞轮连在一起。[20]3。2。1飞轮飞轮的形状结构简单却起着重要作用。犹如能量存储器的它具有相当大的转动惯量,而它需要发挥的是将聚积保存在做功冲程期间辗转递送给曲轴的一些功贮存下来,此操作是为了克服来自剩下三个冲程产生的阻力,通过动力促使曲柄连杆动起来从而越过上、下止点,切实保持分配在各部分的旋转角速度和曲轴所输出的转矩最大限度地一致,并使引擎能够实现克服暂时过载的可能。3。2。2离合器盖离合器盖一般处在飞轮的特定位置上,作为分离杠杆还有压紧弹簧的这两个部件的支撑壳体,飞轮传送产生于引擎的扭矩。在设计中情理上要留意以下问题:要求目的具有足够的刚度。离合器的厚度一般是在2。5毫米到4。0毫米的范围之间。离合器的分离杠杆支撑在离合器盖上,如果离合器盖的结构在受力的时候没有很好地抵抗弹性变形的能力,离合器盖受到外力作用后而将会产生比较大形状的改变,降低了离合器机械传动机构在工作状态时输出的有用能量与输入能量两者的比值,使分离行程由小变大,使压盘升程由大变小,并导致摩擦片不同程度的磨损,还会导致变速器转换挡位时会明显地感到困难,严重时会导致摩擦面不能分离。[3]与飞轮保持良好的对中。保持对中,这样能有效地避免影响总成的平衡和能力。离合器盖中包括分离杠杆、压紧弹簧、压盘等重要零件,因此要保证与飞轮良好的对中,否则会影响离合器总成的平衡和正常转动。离合器盖的对中主要用定位销、定位螺栓、止口对中,止口对中应注意离合器盖内径应大于离合器摩擦片外径。[4]具通风窗口为了防止摩擦的表面温度过高,这就要增大离合器的冷却,离合器盖必须得开着,或者在离合器盖上增设一个通风的风扇,有时还可以在盖上设置各种不同形状的散热筋来达到帮助散热通风的效果。离合器盖的膜片弹簧支撑处应具有高的尺寸精度。在设计离合器盖时,我们所用的材料一般是冷轧钢板或热轧钢板。3。2。3压盘a。凸块窗孔式;b。销钉式;c。键块式;1)驱动方式有e。弹性传动片;式d。钢带式;在这么多的方式中,最近过去几年到现在弹性传动片涉及范围大。在对其他的几种方式的研究运用后,发现它们彼此都有一个的欠缺的地方是——在衔接之间产生空隙。这种情况在传递过程中出现猛烈撞击和杂乱无章的异响,更进一层或许造成凸块底部引起裂纹,这就会引发零部件最初阶段就受到损伤。传动片的功能是连接、提升、传动,它的制造材料通常为65Mn。2)压盘内外径的确定确定压盘内径d₁=122毫米;压盘外径D₁=182毫米。3)压盘的刚度压盘必须达到满足需要的抵抗弹性变形的条件,避免压紧力没有把压力均匀地施加到在摩擦面上,尽可能降低压盘在受热状态下不会导致翘曲变形,厚度约为15毫米~25毫米的范围内。滑磨功滑磨功计算公式:(式36)m汽车整备质量;驱动桥传动比;发动机转速(按照2000rmin);变速器传动比(一档起步3。455);r车轮滚动半径;(0。377m将m=1175kg=3。941=2000rmin=3。455r=0。377m代入得L19736J温升温升计算公式:t=γWmc(式37)c:比热容,铸铁:c=481。4J(kg。℃);W:滑摩功Jγ:传到压盘的热量所占的比例,单片,双片,中间压盘的γ分别是0。5、0。25、0。5因为石棉所加工而成的摩擦片其热的传导不理想,在滑磨阶段中出现的热大部分是通过压盘与飞轮来转化到出去的,根据上面公式可可以看出,如果想要避免每一次结合的时候每个零部件高出环境的温度不过高,设计大些的来吸热。压盘应具有足够大的刚度,以保证在受热的情况下,不至于产生翘曲变形而影响离合器的彻底分离和摩擦片的均匀压紧。[21]本次设计取γ为0。5;厚度15mm;质量为2。5kg;外径为182mm;内径为122mm,代入公式得t=8。2℃即离合器压盘在1挡起步时温升符合要求大多数情况下压盘都由HT200熔化后放到模具里而成形的,硬度范围在HB170和227之间。3。3从动部分3。3。1从动盘从动盘数从动盘数的选择及特点(表35)单片离合器结构简单,尺寸紧凑,散热良好,易于维修和调整,从动部分转动惯量小,在使用时能保证分离彻底、接合平顺。双片离合器传递转矩的能力较大,径向尺寸较小,踏板力较小,接合较为平顺。但中间压盘通风散热不良,分离也不够彻底。多片离合器接合平顺柔和、摩擦表面温度较低、磨损较小,使用寿命长捷达轿车的引擎的不算太大,当布置尺寸满足的情况下,离合器一般是单个从动盘。在本文中使用单片离合器。干式离合器和湿式离合器湿式离合器通过油液来降温而不发生变化。干式离合器通过的是使用环境中的空气来降低的温度。干式离合器干式离合器优点造价比较低,机械传动效率高在较短时间的半离合状态下进行工作,离合器也不会出现过热的现象干式离合器缺点使用寿命是比较短的操控性差由于采用的是空气冷却,摩擦片相对湿式离合器来说不能很好的进行冷却;湿式离合器湿式离合器优点冷却效果好可以承受较大的功率和扭矩,比较适合性能车和大功率的车湿式离合器缺点结构复杂积较大成本较高在散热和加速性能等方面湿式优于干式离合器。在使用次数很多的状态下热量也能大致均等地分给各部分的,可是湿式的结构在这种情况下要比干式来得繁琐多,然后汽油消耗也会跟着有所增大。故本设计选择干式离合器。花键尺寸表(表36)从动盘外径Dmm发动机转矩花键齿数n花键外径Dmm花键内径Dmm键齿宽bmm有效齿长lmm挤压压力MPa16050102318320101807010262132011。820011010292342511。322515010322643011。525020010352843510。428028010353244012。730031010403254010。732538010403254511。635048010403255013。238060010403255015。2从动盘毂花键的强度校核花键齿的侧面压力(式38)Z为从动盘毂数目代入数据得F=(2&#215;1。2&#215;155)[(26+21)&#215;0。001]&#215;1≈7915(N)花键齿的工作高度hh=(Dd)2=(2621)&#215;0。001&#247;2=0。0025(m)挤压应力=Fhl=7915(10&#215;0。0025&#215;0。02)=15。8MPa20Mpa(式39)从动盘毂通常使用含碳量是0。3%到0。6%的碳素钢做成,从动盘的要小于或者是等于20MPa,故满足它的数值要求。3。4压紧弹簧3。4。1压紧弹簧种类几种压紧弹簧特点如下周置弹簧离合器特点是结构简单、制造容易,因此应用较为广泛。当发动机最大转速很高时,周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲,使离合器传递转矩能力随之降低。中央弹簧离合器可选较大的杠杆比,有利于减小踏板力。通过调整垫片或螺纹容易实现对压紧力的调整,多用于重型汽车上。斜置弹簧离合器摩擦片磨损或分离离合器时,压盘所受的压紧力几乎保持不变。具有工作性能稳定、踏板力较小的突出优点。此结构在重型汽车上已有采用。3。4。2膜片弹簧 膜片弹簧的结构相对于其他的来说会显得简练,膜片弹簧具有的优点在于: (1)形式简单,结构对称,装配空间小。 (2)可以以较低的分离力来满足必要的负荷要求。 (3)以膜片为方式的弹簧所在的旋转中心和它的离合器机械中心重合,所以我们可以知道它们在旋转的时候其压紧力不会受到离心力的间接或者无形的方式来作用或者改变。  (4)该设计的使用时间相对市面上其它产品来说是相对较长的。 膜片弹簧的弹性特性曲线1)摩擦片允许范围内a。膜片弹簧弹簧压力基本不变:从图中看到某一质点B所受到的压力和某一质点A所受到的压力两者之间并没有太大的差别。维持传递原来加速性能,百米加速时间或者爬坡能力的状态,使它不会消失或者是减退。b。圆柱螺旋弹簧从图中我们可以清楚地看到B点所在的位置和所在的位置,它们两者之间所受到的压力变动的非常大,可以看到是呈下降趋势的。2)在分离状态时a。膜片弹簧从图。。。
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