基于三維建模的乘用車離合器設(shè)計(jì)

蔣慶磊，聶永濤

（濰坊工程職業(yè)學(xué)院，山東 青州 262500）

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基于三維建模的乘用車離合器設(shè)計(jì)

蔣慶磊，聶永濤

（濰坊工程職業(yè)學(xué)院，山東 青州 262500）

摘 要：離合器是汽車傳動(dòng)系中一個(gè)必不可少的部件，它是汽車傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的總成。文章對(duì)膜片彈簧、離合器的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)并計(jì)算，然后對(duì)膜片彈簧離合器各個(gè)零件的結(jié)構(gòu)和選材進(jìn)行說(shuō)明，給出本次設(shè)計(jì)所建三維數(shù)字化模型的部分?jǐn)?shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：離合器；膜片彈簧

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.006

CLC NO.: U463.2Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-16-02

引言

國(guó)內(nèi)的一些研究機(jī)構(gòu)基本上采用了優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。有的應(yīng)用軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。離合器基本參數(shù)的優(yōu)化主要有以下的步驟：設(shè)計(jì)變量、建立目標(biāo)函數(shù)、確立約束條件、求出函數(shù)的最優(yōu)解。汽車離合器設(shè)計(jì)中主要參數(shù)的確定將直接決定離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而影響離合器乃至整個(gè)傳動(dòng)系的工作和使用壽命，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的思路，把離合器工作壓力P0、幾何尺寸D和d以及儲(chǔ)備系數(shù)β為設(shè)計(jì)變量，綜合考慮和滿足各約束條件情況下，離合器基本參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)定在保證離合器性能要求條件下，使其結(jié)構(gòu)尺寸盡可能的小，可得到較好的設(shè)計(jì)效果。

1、離合器的參數(shù)設(shè)計(jì)

1.1 確定摩擦片外徑

摩擦片外徑是離合器的基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)、重量和使用壽命。它和離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小有一定關(guān)系。顯然，傳遞大的轉(zhuǎn)矩，就需要有較大的尺寸。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是重要的參數(shù)，當(dāng)按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax(N˙ m)來(lái)選定D。

1.2 確定摩擦片單位壓力p0

對(duì)離合器來(lái)說(shuō)，降低p0意味著要增加摩擦片面積，提高了允許磨耗量，直接意義是提高了摩擦片使用里程。因此，在一定意義上來(lái)說(shuō)，p0值小，離合器的壽命長(zhǎng)。這樣，確定摩擦片上的單位壓力p0值大小，應(yīng)和離合器本身工作條件，摩擦片的直徑大小，摩擦片材料及其品質(zhì)等因素有關(guān)。對(duì)于采用有機(jī)材料作為基礎(chǔ)的摩擦面片，對(duì)于小轎車，mm D≤ 230時(shí)，p0約為0.25Mpa。

1.3 校核離合器靜摩擦力矩

摩擦離合器是靠存在于主、從動(dòng)部分摩擦表面間的摩擦力矩來(lái)傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的。設(shè)PO為摩擦面承受的單位壓力，且壓力分布均勻，整理處理公式后，對(duì)于具有個(gè)摩擦面的離合器，其摩擦力矩為：

式中，f取0.25；F為壓盤施加在摩擦面上的工作壓力；Rc為摩擦片的平均半徑；z為摩擦面數(shù)，單片離合器時(shí)為2。c=d/D ，一般在0.53～0.7之間。

1.4 確定后備系數(shù)β

后備系數(shù)β是離合器設(shè)計(jì)中另一個(gè)重要的參數(shù)。它反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度，在選擇時(shí)，應(yīng)考慮摩擦片在使用中磨損后離合器仍能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，防止傳動(dòng)系過(guò)載以及操縱輕便等因素。由上可知：β=TC/Te=1.57。

2、離合器零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 從動(dòng)盤總成設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)從動(dòng)盤總成時(shí)應(yīng)注意滿足以下幾個(gè)方面的要求：為了減少變速器換檔時(shí)齒輪間的沖擊，從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能?。粸榱吮ＷC汽車平穩(wěn)起步，摩擦面片上的壓力分布更均勻等，從動(dòng)盤應(yīng)具有軸向彈性；為避免傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)共振以及緩和沖擊載荷，從動(dòng)盤中應(yīng)裝有扭轉(zhuǎn)減震器等。

2.2 從動(dòng)片設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)從動(dòng)片時(shí)，要盡量減輕其重量，并應(yīng)使其質(zhì)量的分布盡可能地靠近旋轉(zhuǎn)中心，以獲得最小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。為了使離合器結(jié)合平順，保證汽車平穩(wěn)起步，單片離合器的從動(dòng)片一般都做成具有軸向彈性的結(jié)構(gòu)。為了使從動(dòng)盤具有軸向彈性，將扇形波形片的左右凸起段分別與左右側(cè)摩擦片鉚接，這種結(jié)構(gòu)的軸向彈性較好，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，適宜于高速旋轉(zhuǎn)。

2.3 從動(dòng)盤轂設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是經(jīng)從動(dòng)盤轂的花鍵孔輸出，變速器第一軸花鍵軸就插在該花鍵孔內(nèi)。從動(dòng)盤轂和變速器第一軸的花鍵結(jié)合方式，眼下都采用齒側(cè)定心的矩形花鍵。我國(guó)生產(chǎn)的離合器，其從動(dòng)盤轂花鍵多用SAE標(biāo)準(zhǔn)。從動(dòng)盤轂的結(jié)構(gòu)由兩部分組成：盤轂和法蘭，本論文將它們做成一體。

2.4 從動(dòng)盤摩擦材料選取

離合器摩擦面片在離合器結(jié)合過(guò)程中將遭到嚴(yán)重的滑磨，在相對(duì)很短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱，因此，選取石棉材料。它具有良好的耐熱性能，又得到銅絲或鎳絲的加強(qiáng)，可以說(shuō)是一種性能比較良好的摩擦材料。但是它的粉塵對(duì)環(huán)境有污染，國(guó)外已經(jīng)淘汰。

2.5 壓盤的設(shè)計(jì)

1）壓盤傳力方式的選擇

本文采用傳力片的傳動(dòng)方式，由彈簧鋼帶制成的傳力片的一端鉚在離合器蓋，另一端用螺釘固定在壓盤上。為了改善傳力片的受力狀況，它一般都是沿圓周切向布置。這種傳力片的連接方式，簡(jiǎn)化了壓盤的結(jié)構(gòu)，降低了對(duì)裝配精度的要求，并且還有利于壓盤的定中。本文采用膜片彈簧進(jìn)行壓緊，則在壓盤上鑄出凸塊，以供支撐膜片彈簧。

2）壓盤幾何尺寸的確定

在摩擦片的尺寸確定后與它摩擦相接觸的壓盤內(nèi)，外徑尺寸也就基本確定了。壓盤厚度的確定主要依據(jù)以下兩點(diǎn)：一是要求壓盤具有足夠大的質(zhì)量來(lái)吸收熱量。二是要求壓盤應(yīng)具有足夠大的剛度和合理的結(jié)構(gòu)形狀。因此，壓盤一般都做得比較厚，而且在內(nèi)緣做成一定的錐度以彌補(bǔ)壓盤因受熱變形后內(nèi)緣的凸起。壓盤設(shè)計(jì)時(shí)，在初步確定壓盤厚度以后，應(yīng)校核離合器接合一次的溫升。若溫升過(guò)高，可適當(dāng)增加壓盤的厚度。

3）壓盤材料的選取

壓盤形狀一般都比較復(fù)雜，而且要求耐磨，傳熱性好和具有較理想的摩擦性能，通常由灰鑄鐵鑄成。

2.6 離合器蓋設(shè)計(jì)

離合器蓋用厚度約為5mm的低碳鋼板沖壓成型。

2.7 膜片彈簧的設(shè)計(jì)

H/h比值的選擇：設(shè)計(jì)膜片彈簧時(shí)，要利用其非線性的彈性變形規(guī)律，以獲得最佳的使用性能。R/r比值的選擇：比值R/r對(duì)彈簧的載荷及應(yīng)力特性都有影響。根據(jù)結(jié)構(gòu)布置與分離力的需求決定，一般R/r取值為1.2-1.3。汽車膜片彈簧底角α在10o-14o之間。分離指本文取18個(gè)，切槽寬3mm。支撐環(huán)作用半徑L為72mm。

3、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)合理選擇離合器的參數(shù)和結(jié)構(gòu)，獲取了建立三維模型所需數(shù)據(jù)，從而科學(xué)設(shè)計(jì)了乘用車的膜片彈簧離合器，此種方法適用于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)需求，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔣和生等.基于虛擬儀器的汽車離合器從動(dòng)盤總成性能試驗(yàn)機(jī)的開(kāi)發(fā).機(jī)床與液壓，2006（8）：191-192.

[2] 孫文凱等. 汽車離合器起步接合過(guò)程的仿真研究.武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（4）：368-371.

中圖分類號(hào)：U463.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)04-16-02

作者簡(jiǎn)介：蔣慶磊，就職于濰坊工程職業(yè)學(xué)院。

Design on clutch of passenger car based on the three-dimensional modeling

Jiang Qinglei, Nie Yongtao
( Weifang Engineering Vocational College, Shandong Qingzhou 262500 )

Abstract:It is an essential element of the automobile transmission system for clutch, which is directly connected to the engine assembly in the automobile transmission system. In this paper, all parameters of the diaphragm spring and clutch are designed and calculated, then to illustrate the structure and material selection of the diaphragm spring and clutch parts. This design is given to a part of the data of building the three-dimensional digital model.

Keywords:clutch; diaphragm spring