德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 王曉林 于士軍
輕型載貨汽車離合器的設(shè)計
德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 王曉林 于士軍
隨著汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,人們對車輛各種性能的追求不斷提高,人們對離合器及其操縱系統(tǒng)的要求也越來越高,增大離合器所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩和提高其操縱方便性、快捷性,成為汽車生產(chǎn)廠商考慮的問題。本文就離合器的基本結(jié)構(gòu)和要求、離合器的結(jié)構(gòu)方案以及參數(shù)的選擇和優(yōu)化進(jìn)行分析和設(shè)計,為輕型載貨汽車離合器的設(shè)計提供參考。
離合器;設(shè)計;結(jié)構(gòu)分析;參數(shù)優(yōu)化
隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,各國都不斷在汽車業(yè)投入大量的資金和技術(shù)。我國的人均消費(fèi)水平也在不斷提升,對汽車的需求量也在與日俱增,我國汽車產(chǎn)業(yè)也前景廣闊。汽車產(chǎn)業(yè)已然成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一,同時汽車產(chǎn)業(yè)也代表了國家的工業(yè)發(fā)展水平。汽車離合器作為汽車重要的部件之一,具有廣闊的發(fā)展前景。
對離合器的基本要求是:結(jié)合平順柔和,以保證汽車平穩(wěn)起步;分離迅速徹底,便于換擋和發(fā)動機(jī)起動;具有合適的儲備能力,既能保證傳遞發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩,又能防止傳動系過載;從動部分的轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)盡量小,以減少換擋時的沖擊;具有良好的散熱能力;操縱輕便,以減少駕駛員的疲勞。
3.1 離合器總成結(jié)構(gòu)方案分析
3.1.1 離合器總成的選擇
汽車離合器總成有摩擦盤式離合器、周布彈簧式離合器、中央彈簧離合器等幾種。本次設(shè)計選擇摩擦盤式離合器。摩擦盤式離合器轉(zhuǎn)矩容量大且較穩(wěn)定,操縱輕便、結(jié)構(gòu)簡單且較緊湊,散熱通風(fēng)性能好且摩擦片的使用壽命長。下圖為摩擦片總成。
圖1 摩擦片總成
3.1.2 從動盤的選擇
從動盤主要分為單片離合器和雙片離合器。對于輕型載貨汽車而言,因發(fā)動機(jī)的輸出扭矩一般不是特別大,在使用時能保證接合平順分離徹底即可,在此我們選用單片離合器。其結(jié)構(gòu)簡單、從動部分轉(zhuǎn)動慣量小、維修調(diào)整方便、散熱良好,應(yīng)用廣泛。
3.1.3 壓緊彈簧和布置形式的選擇
通過對目前常規(guī)的五種壓緊彈簧(周置彈簧、中央彈簧、斜置彈簧、膜片彈簧、拉式膜片彈簧)的分析及綜合輕型載貨汽車的各種性能參數(shù)以及所要滿足的要求,選擇拉式膜片彈簧離合器作為離合器的壓緊彈簧。
3.1.4 壓盤驅(qū)動形式選擇
扭矩在膜片彈簧離合器中從離合器蓋傳到壓盤有三種方式:徑向傳動驅(qū)動式、徑向傳動片驅(qū)動方式、凸臺—窗孔式。其中徑向傳動驅(qū)動式操作方便,需要的踏板力小,旋轉(zhuǎn)件不會因為動作不平衡而產(chǎn)生震動和噪音。故本次設(shè)計選用徑向傳動驅(qū)動方式。
3.1.5 扭轉(zhuǎn)減振器
扭轉(zhuǎn)減振器可以削減曲軸扭轉(zhuǎn)振動,提高曲軸的疲勞壽命,減少應(yīng)力水平;增加傳動系扭振阻尼,抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)振幅,并削減因沖擊而產(chǎn)生的瞬態(tài)扭振;減少整車的振動、噪音。故選用扭轉(zhuǎn)減振器。
3.2 離合器主要參數(shù)的選擇
3.2.1 后備系數(shù)β
后備系數(shù)β是離合器設(shè)計中的一個重要參數(shù),它反映了離合器傳遞發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度。在選擇β時,應(yīng)考慮摩擦片在使用過程中磨損后離合器仍可正常工作。綜合實(shí)際情況,本次設(shè)計取β=1.4。
3.2.2 摩擦因數(shù)f和摩擦面數(shù)Z
摩擦片的摩擦因數(shù)f取決于摩擦片所用的材料及其工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素。摩擦因數(shù)f的取值范圍見表1。
表1 摩擦材料的摩擦因數(shù)f的取值范圍
本次設(shè)計取f=0.3。
摩擦面數(shù)Z一般為離合器從動盤數(shù)的兩倍,決定于離合器的結(jié)構(gòu)尺寸和所要傳遞的扭矩的最大值。本次設(shè)計取單片離合器Z=2。
3.2.3 摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度b
摩擦片外徑是離合器基本的尺寸,它關(guān)系到離合器的重量和使用的壽命,是離合器的一個重要的參數(shù)。它的大小與離合器的最大轉(zhuǎn)矩有一定的關(guān)系。公式如下:
式中:Tmax為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩,取Tmax=170N*m;
A為不同結(jié)構(gòu)和使用條件對D的影響系數(shù),對于輕型載貨汽車取A=34。
當(dāng)摩擦外徑D確定后,摩擦片內(nèi)徑d可以根據(jù)經(jīng)驗公式d/D 在0.35~0.7選擇。
取c=d/D=0.66d=0.66D=0.66225=148.5mm取d=150mm。
摩擦片厚度b主要有3.2 mm、3.5 mm、4.0 mm三種。取b=3.5 mm。
3.2.4 單位壓力P0的確定
單位壓力P0對離合器的使用壽命影響很大,它決定了摩擦片的耐磨性。在選取的時候應(yīng)考慮離合器的工作條件、摩擦片參數(shù)以及后備系數(shù)等。目前離合器設(shè)計時單位壓力推薦選擇范圍如下:
石棉基材料 P0=0.10Mpa~0.35Mpa;
粉末冶金材料P0=0.35Mpa~0.60Mpa;
金屬陶瓷材料P0=0.70Mpa~1.50Mpa。
本次設(shè)計p取0.25,離合器摩擦片選用石棉基材料。
3.3 離合器基本參數(shù)的優(yōu)化
(1)選取摩擦片的外徑D(mm)時要保證最大圓周速度υD為65m/s~70m/s。
(2)摩擦片的內(nèi)、外徑比c應(yīng)在0.53~0.70范圍內(nèi),本次設(shè)計取c=0.67。
(3)為了使發(fā)動機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定傳遞并且保證不過載,應(yīng)選擇合適的β值,其范圍在1.2~4.0,本次設(shè)計取β=1.6。
(4)為了保證離合器在工作過程中的溫度正常,防止摩擦片因過熱而損壞,保證單位壓力P0在0.10Mpa~1.50 Mpa。本次設(shè)計P0取0.25。
(5)扭轉(zhuǎn)減振器在安裝時應(yīng)保證其位置正確,摩擦片內(nèi)徑d必須大于減振器彈簧位置直徑2R0約50 mm,即d>2 R0+50 mm。
本文系統(tǒng)地介紹了離合器的設(shè)計要求、離合器總成的選擇、參數(shù)的確定及優(yōu)化,為離合器的設(shè)計提供了一定的參考方案和數(shù)據(jù)。合適的離合器總成的選擇以及參數(shù)的優(yōu)化對汽車的各種性能都有著極大的提升。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,離合器也隨之不斷地改進(jìn)優(yōu)化,各種新技術(shù)不斷出現(xiàn)也推動了汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。
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