一種輕型載貨汽車膜片離合器的設(shè)計(jì)

陳東皓　李志鵬

摘 要：離合器是汽車中的一個(gè)重要部件，對(duì)于制動(dòng)，傳動(dòng)的行為，都需要離合器來(lái)發(fā)揮作用并實(shí)施。本次設(shè)計(jì)通過(guò)參考有關(guān)的離合器參數(shù)資料，對(duì)適合輕型載貨汽車的膜片離合器進(jìn)行類型的選擇。之后，對(duì)選擇的膜片離合器的部分零部件進(jìn)行使其可以正常平穩(wěn)運(yùn)作所必須的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證所設(shè)計(jì)離合器符合各種運(yùn)行所需的各種要求。

關(guān)鍵詞：輕型載貨汽車 離合器 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 膜片彈簧

1 引言

離合器作為汽車重要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在汽車的高速行駛制動(dòng)過(guò)程中它需要同時(shí)承受各種不同程度的傳動(dòng)壓迫和用力扭轉(zhuǎn)，對(duì)于輕型載貨汽車，其離合器的強(qiáng)度要求將更加嚴(yán)格，這就要求在設(shè)計(jì)離合器時(shí)，離合器的選擇和強(qiáng)度檢核都必須符合輕型載貨汽車行駛要求。通過(guò)研究輕型載貨專用汽車的多種適配車用離合器結(jié)構(gòu)類型，并對(duì)適配離合器結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高適配離合器的實(shí)際使用壽命以及運(yùn)行穩(wěn)定性，對(duì)于輕型載貨汽車的正常運(yùn)作具有重大意義。

2 輕型載貨汽車離合器發(fā)展概述

隨著我們新國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速度發(fā)展和現(xiàn)代人們?nèi)债a(chǎn)生活物質(zhì)水平的快速的不斷提高，基礎(chǔ)配套設(shè)施的不斷完善，我國(guó)對(duì)于現(xiàn)代汽車的傳動(dòng)性能條件要求也不斷地增加，而離合器作為現(xiàn)代汽車重要的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，對(duì)其性能的要求也日漸嚴(yán)格。目前大部分汽車仍然采用離合器作為汽車的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)。

輕型載貨汽車作為小型貨車，相比重型載貨汽車，具有體積小巧，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，所以對(duì)于輕型載貨汽車來(lái)說(shuō)，它同時(shí)具有輕型汽車的輕量性能和載貨汽車可觀的載貨能力，對(duì)于我國(guó)的貨物運(yùn)輸具有重要的地位和意義。

自從我國(guó)誕生第一輛汽車以來(lái)，我國(guó)的現(xiàn)代汽車制造工業(yè)已經(jīng)歷了百年的快速發(fā)展歷程。隨著現(xiàn)代科學(xué)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車部件的開發(fā)設(shè)計(jì)制造技術(shù)日漸精巧。

對(duì)于輕型載貨汽車來(lái)說(shuō)，離合器具有分離、結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)跟變速器之間的傳動(dòng)，過(guò)載保護(hù)等功用。離合器對(duì)于輕型載貨汽車具有重要的意義。離合器的好壞，會(huì)直接影響輕型載貨運(yùn)輸汽車在正常行駛過(guò)程中的駕駛安全性和操作性。在載貨汽車起步時(shí)，離合器系統(tǒng)可以使汽車平穩(wěn)起步，并在車輛運(yùn)行的過(guò)程中保持汽車能夠平穩(wěn)運(yùn)行。所以對(duì)離合器的合理設(shè)計(jì)對(duì)于促進(jìn)輕型載貨汽車的發(fā)展具有重要意義。

3 離合器簡(jiǎn)介及其作用

離合器作為汽車中用以轉(zhuǎn)向傳動(dòng)的重要部件，相當(dāng)于一個(gè)"動(dòng)力開關(guān)"。離合器一般都是位于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的后部飛輪殼內(nèi)，是汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中直接與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的一個(gè)部件，用來(lái)結(jié)合或者分離變速器與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的各種動(dòng)力傳遞。

離合器在車輛方面的作用可以歸為主要三點(diǎn);第一個(gè)作用即實(shí)現(xiàn)汽車的平穩(wěn)起步。裝有離合器的機(jī)動(dòng)汽車在行駛的過(guò)程中也需要通過(guò)控制油門和離合器的相互配合來(lái)有效實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)汽車的起步，當(dāng)離合器油門控制地較好的情況時(shí)，可以有效保持機(jī)動(dòng)車輛的起步平穩(wěn)。第二個(gè)主要作用是為了保證傳動(dòng)系統(tǒng)的換擋傳動(dòng)過(guò)程平順。在換擋的時(shí)候需要將動(dòng)力的輸出和輸入裝置脫離，用以實(shí)現(xiàn)換擋。第三個(gè)重要作用是有效防止汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生過(guò)載。當(dāng)一輛汽車在正常行駛的過(guò)程中，離合器可以通過(guò)自我的調(diào)整 ，從而達(dá)到有效防止汽車傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生過(guò)載的目的。

4 離合器總體設(shè)計(jì)基本要求

本次設(shè)計(jì)的輕型載貨汽車離合器，首先需要滿足可以使輕型載貨汽車平穩(wěn)并且安全運(yùn)行。在選擇所要設(shè)計(jì)的離合器類型時(shí)，需要綜合考慮包括載貨汽車的載貨量，整備質(zhì)量等內(nèi)容，并對(duì)離合器總體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行校核，保持其滿足使汽車穩(wěn)定運(yùn)行所必要的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。之后需要考慮包括材料在內(nèi)的實(shí)用性以及穩(wěn)定性，并從多個(gè)方面對(duì)目前已有的輕型載貨汽車離合器進(jìn)行分析評(píng)估。然后分別計(jì)算離合器各個(gè)部件運(yùn)行時(shí)所需要的強(qiáng)度校核，保證設(shè)計(jì)的離合器可以在正常的行駛狀況下運(yùn)行。

5 離合器部分部件設(shè)計(jì)計(jì)算

5.1 汽車基本參數(shù)的選定

本文中輕型載貨汽車的基本參數(shù)如下：

整車重量：2200kg

軸距：3300mm

最高車速：95km/h

最大輸出功率：96kw

扭矩：480N·m

5.2 膜片彈簧的基本參數(shù)選擇

（1）高厚比的選擇：為了有效地避免其在外部機(jī)械拉力壓緊和內(nèi)部拉力傳動(dòng)的作用下的變化過(guò)大，取H=5.6，h=3.5，H/h=1.6。

（2）分離指數(shù)目的選擇：本次設(shè)計(jì)中選取n=18。

（3）的值：取R=110mm，根據(jù)汽車參數(shù)，取R/r的值取為1.25，則r=88mm。

（4）圓錐底角α：當(dāng)膜片彈簧在自由的狀態(tài)時(shí)，取α=11°。

5.3 膜片彈簧的載荷與變形關(guān)系

碟形膜片彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算公式對(duì)與膜片彈簧的設(shè)計(jì)也同樣適用。彈簧的支撐軸承處的相對(duì)受力為F1，加載點(diǎn)之間的相對(duì)受力變形（彈簧軸向）為λ1，則彈簧壓緊點(diǎn)受力系數(shù)F1與相對(duì)變形受力λ1之間的相對(duì)關(guān)系式為：

5.4 摩擦片的主要尺寸選擇

（1）摩擦片的外徑D：

由式

得D=295mm

（2）摩擦片內(nèi)徑d：

在單位壓力未超出許用范圍的情況下，d的值可以取大些。由式d=（0.53～0.7）D得：

d=177mm

所設(shè)計(jì)的摩擦片結(jié)構(gòu)圖如下圖2。

5.5 扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù)設(shè)計(jì)

5.5.1 極限扭矩T1im

極限扭矩的大小會(huì)受到多種因素的直接影響，一般可取T1im=（1.5～2）Temax

式中系數(shù)對(duì)轎車取2，貨車取1.5。這里取系數(shù)為1.5可得T1im=720N·m

5.5.2 扭轉(zhuǎn)剛度Kφ

由式Kφ≤13T1im=9360（N·m/rad）

5.5.3 阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩Tμ

由公式Tμ=（0.06～0.17）Temax

得Tμ=0.1×480）=48（N·m）

5.5.4 減振彈簧的分布半徑R0

減振彈簧的分布半徑由式R0=（0.6～0.75）d/2

為盡可能的取大些，這里的系數(shù)取0.7。

則R0=62mm

5.5.5 減振彈簧的個(gè)數(shù)n

由于摩擦片外徑D=295mm，這里n取6。

6 結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)為輕型載貨汽車的離合器設(shè)計(jì)，離合器作為汽車的一個(gè)重要傳動(dòng)部件，對(duì)于汽車的性能的影響十分巨大，離合器的好壞將直接影響汽車在行駛過(guò)程中的安全性，穩(wěn)定性等性能，所以離合器的設(shè)計(jì)對(duì)于包括輕型載貨汽車在內(nèi)的各種汽車都有重要意義。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，先對(duì)離合器的整理結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在綜合考慮其合理性之后，確定離合器的大體結(jié)構(gòu)。之后再對(duì)離合器內(nèi)的各個(gè)部件進(jìn)行分別設(shè)計(jì)，包括膜片彈簧，減震彈簧等重要部件。保證所設(shè)計(jì)的部件滿足離合器在輕型載貨汽車中平穩(wěn)、安全地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]過(guò)學(xué)迅.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004.

[2]徐石安，江發(fā)潮.汽車離合器[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1984.

[3]盧曉春.汽車機(jī)械基礎(chǔ)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[4]劉安陣.微型汽車離合器膜片彈簧力學(xué)分析與研究[J].碩士學(xué)位論文.2008.

通訊作者：李志鵬