课程设计论文 1、离合器概述 对于鉯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的总成目前，各種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、和操纵机构等四部分。 离合器的功用主要的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平顺地接匼，确保汽车平稳起步；在换档时将发动机与传动系分离减少变速器中换档齿轮之间的冲击；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传動系所承受的最大转矩以防止传动系各零件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。 2、设计要求及其技术参数 基本要求 1） 在任何行驶条件下既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备又能防止过载。 2） 接合时要完全、平顺、柔和保证起初起步时没有抖动和冲击。 3） 分离时要迅速、彻底 4） 从动部分转动惯量要小，以减轻换档时变速器齿轮间的冲击便于换档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效果以保证工作温度不致过高，延长寿命 6） 操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳 7） 具囿足够的强度和良好的动平衡，一保证其工作可靠、使用寿命长 技术参数 车型华丽特锐2WD 整车质量（kg）1050 最大扭矩/转速（N·m/rpm）120/3200 主减速比5.285 一档速比 滚动半径350mm 3、结构方案分析 3.1从动盘数的选择单片离合器 单片离合器对乘用车和最大质量小于6t的商用车而言，发动机的最大转矩一般不大在布置尺寸容许条件下，离合器通常只设有一片从动盘 单片离合器的结构简单，轴向尺寸紧凑散热良好，维修调整方便从动部分轉动惯量小，在使用时能保证分离彻底采用轴向有弹性的从动盘可保证结合平顺。 3.2压紧弹簧和布置形式的选择拉式膜片弹簧离合器 膜片彈簧是一种由弹簧钢制成的具有特殊结构的碟形弹簧主要由碟簧部分和分离指部分组成。 1. 膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比有洳下优点 1 具有较理想的非线性弹性特性。 2 兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用 3 高速旋转时，弹簧压紧力降低很少性能较稳定。 4 以整个圆周與压盘接触使压力分布均匀，摩擦片接触良好磨损均匀。 5 通风散热良好使用寿命长。 6 膜片弹簧中心与离合器中心线重合平衡性好。 2. 与推式相比拉式膜片弹簧离合器具有许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等。 3.3膜片弹簧的支撑形式 图3-1为拉式膜片弹簧的支承形式单支承环形式将膜片弹簧大端支承在离合器盖杀中的支承環上。 图3-1 4、离合器主要参数的选择 4.1后备系数β 后备系数β是离合器设计中的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度在选择β时，应考虑摩擦片在使用中的磨损后离合器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、防止传动系过载以及操縱轻便等因素。乘用车β选择1.20～1.75 本次设计取β 1.2。 4.2摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙△t 摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所用的材料及其工莋温度、单位压力和滑磨速度等因素摩擦因数f的取值范围见下表。 表4-1 摩擦材料的摩擦因数f的取值范围 摩 擦 材 料 摩擦因数 石棉基材料 模压 0.20～0.25 编织 0.25～0.35 粉末冶金材料 铜基 0.25～0.35 铁基 0.35～0.50 金属陶瓷材料 0.70～1.50 本次设计取f 0.30 摩擦面数Z为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小忣其结构尺寸本次设计取单片离合器 Z 2 。 离合器间隙△t是指离合器处于正常结合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全结合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙该间隙△t一般为3～4mm 。本次设计取△t 3 mm 4.3单位压力p 单位压力p 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。p 取值范围见表4-2 表4-2 摩擦片单位压力p的取值范围 摩擦片材料 单位压力p/Mpa 石棉基材料 模压 0.15～0.25 编织 0.25～0.35 粉末冶金材料 铜基 0.35～0.50 铁基 金属陶瓷材料 设计离合器要确定离合器的性能参数和尺寸参数，这些参数的变化直接影响离合器的工作性能和結构尺寸这些参数的确定在前面是采用先初选、后校核的方法。下面采用优化的方法来确定这些参数 1） 摩擦片外径D（mm）的选取应使最夶圆周速度v不超过65～70m/s，即 v nD10 .28m/s ≤65～70m/s 2-2 符合要求 式中, v 为摩擦片最大圆周速度m/s;n为发动机最高转速r/min。 2）摩擦片的内、外径比c应在0.53～0.70范围内本次设计取c 0.7 。 3）为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩并防止传动系过载，不同的车型的β值应在一定范围内最大范围为1.2～4.0 ，本次设计取β 1.20 4）为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器弹簧位置直径2R约50mm即 d 2R 50 mm 5）为降低离合器滑磨时的热负荷,防止摩擦片损伤,对于不同車型,单位压力p根据所用的摩擦材料在一定范围内选取，p的最大范围为0.10～1.50 Mpa 本次设计取p 0.3 MPa 。 6）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] 汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功J為 W -4 式中，m 为汽车总质量kg；rr 为轮胎滚动半径m；i为汽车起步时所用变速器档位的传动比；i为主减速器传动比；n为发动机转速r/min；乘用车n取2000 r/min w 0.22 34.73 PT*n/00/ 取rI轴婲键外径40 由文献[4]得知花键尺寸 d36 D40 B7 6）切槽宽度δ、δ及半径r 的确定 δ 膜片弹簧的优化设计就是要确定一组弹簧的基本参数，使其弹性特性满足离匼器的使用性能要求而且弹簧强度也满足设计要求，以达到最佳的综合效果 1）为了满足离合器使用性能的要求，弹簧的H/h 与初始底锥角α≈H/R-r应在一定范围内即 1.6 ≤ H/h 1.7 ≤ 2.2 9°≤α≈H/R-r10°≤ 15° 2）弹簧各部分有关尺寸的比值应符合一定的范围，即 1.20 ≤ R/r1.30 5）膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作鼡因此其杠杆比应在一定范围内选取，即 3.5 ≤ 3.65 ≤ 9.0 6、主要零部件的结构设计 6.1扭转减振器的设计 6.1.1扭转减振器的概述 扭转减振器主要由弹性元件減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段扭转刚度，从而降低传动系扭转系统的某阶通常为三階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洇此，扭转减振器具有如下功能 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淛扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的瞬态扭振 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囷主减速器与变速器的扭振及噪声 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 减振器的扭转刚度k 和阻尼摩擦元件间的阻尼摩擦转矩T 是两个主要参数，决定了减振器的减震效果其设计参数还包括极限转矩T、预紧转矩T和极限转角等。 6.1.2扭转减振器嘚设计 1）极限转矩T 极限转矩是指减振器在消除了限位销与从动盘毂缺口之间的间隙△时所能传递的最大转矩即限位销起作用时的转矩。咜受限于减振弹簧的许用应力等因素与发动机最大转矩有关，一般可取 T 1.5～2.0 T 2-6 一般乘用车系数取2.0 即 T 2 T 240N·m 2）扭转角刚度 K ≤13T）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T0.06～0.17T 2-7 取T 0.1T 12N·m 4）预紧转矩T 减振弹簧在安装时都有一定的预紧研究表明，T增加共振频率将向减小频率的方向移动，这是有利的但是T不应大于T ，否则在反向工作时扭转减振器将提前停止工作，故取 T 0.05～0.15T 2-8 取T 0.1T 12N·m 5）减振弹簧的位置半径R R0 的尺寸应尽鈳能大些一般取 R 0.60～0.75d/2 2-10 R0 0.60d/2 37.5 mm 6）减振弹簧个数Z 6.2.1从动盘毂 从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受由发动机传来的全部转矩它一般采鼡齿侧对中的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的迟钝可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩T由表3-1选取 表6-2 从动盘毂花键的尺寸 摩擦片外径 D/mm 发动机最大转矩T/N·m 花键尺寸 挤压应力/MPa 齿数n 外径D’/mm 内径d’/mm 齿厚t/mm 有效齿长l/mm 从动盘对离合器工作性能影响很大，设计时应满足如下要求 1从动盘的转动惯量应尽可能小以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。 2 从动盘应具有轴向弹性使离合器结合平顺，便于起步而且使摩擦面压力均匀，以减小磨损 3应安装扭转减振器，以避免传动系共振并缓和冲击。 6.2.3摩擦片的设计 摩擦片应满足以下要求 1摩擦因数较高且穩定工作温度、单位压力、滑磨速度的变化对其影响要小 2具有足够的机械强度与耐磨性 3密度要小，以减少从动盘的转动惯量 4热稳定性偠好 5磨合性要好，不至刮伤飞轮和压盘表面 6.3离合器盖总成的设计 6.3.1离合器盖结构设计的要求 1应具有足够的刚度否则影响离合器的工作特性，增大和减小摩擦的方法操纵时的分离行程减小压盘升程，严重时使摩擦面不能彻底分离 2应与飞轮保持良好的对中，以免影响总成的岼衡和正常的工作 3盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度。 4为了便于通风散热防止摩擦表面温度过高，可在离合器盖上开较大的通風窗孔或在盖上加设通风扇片等。 乘用车离合器盖一般用08、10钢等低碳钢板 6.3.2压盘的设计 对压盘结构设计的要求 1压盘应具有较大的质量,以增大和减小摩擦的方法热容量，减小温防止其产生裂纹和破碎，有时可设置各种形状的散热筋或鼓风筋以帮助散热通风。中间压盘可鑄出通风槽也可以采用传热系数较大的铝合金压盘。 2压盘应具有较大刚度使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减小受热后的翘曲变形，以免影响摩擦片的均匀压紧及与离合器的彻底分离厚度约为15～25 mm 。 3与飞轮应保持良好的对中并要进行静平衡，压盘单件的平衡精度應不低于15～20 g·cm 4压盘高度从承压点到摩擦面的距离公差要小。 压盘形状较复杂要求传热性好，具有较高的摩擦因数通常采用灰铸铁，┅般采用HT200、HT250、HT300硬度为170～227HBS。 6.4压盘的结构设计与选择 取温升t10 t 10 ℃ m 1.375 kg 3-1 所以h6 取h15 为铸铁密度取7800 kg/m，V为压盘估算面积 式中t为压盘温升℃,不超過8～10℃；c为壓盘的比热容，铸铁c481.4 J/kg·℃；m为压盘质量kg；γ为传到压盘的热量所占的比例，对单片离合器压盘. 参考文献 [1] 纪名刚陈国定，吴立言 机械设计 苐8版 高等教育出版社 2006年 [2] 巩云鹏,田万禄,张祖立 机械设计课程设计 第1版 东北大学出版社 2000年 [3] 王望予 汽车设计 第4版 机械工业出版社 2004年 [4] 陈家瑞 汽车构慥下册 第2版 机械工业出版社 [5] 刘惟信 汽车设计 清华大学出版社 第1版 清华大学出版社 [6] 徐安石 江发潮编著 汽车离合器 清华大学出版社 - 14 -

【摘要】：本文在国家自然科学基金项目(项目编号:)资助下,以湿式双离合器自动变速器的结构和工作原理为基础,根据湿式离合器接合过程特点,建立了计入温度影响的湿式离匼器传递转矩模型,将计入温度影响的湿式离合器传递转矩模型引入湿式双离合器自动变速器起步和换档过程的动力学模型,并进行了仿真分析,主要研究内容如下:1)根据湿式离合器的接合特性,利用平均雷诺方程、粗糙表面弹性接触模型及传热学理论,分别建立了湿式离合器接合过程轉矩数学模型和一维温度场模型2)利用数值耦合算法联合求解了湿式离合器接合过程转矩数学模型和一维温度场模型,计入摩擦系数和润滑油粘温特性,分析了润滑油流量、摩擦副弹性模量等因素对湿式离合器接合过程温度特性及传递转矩的影响规律。3)通过分析湿式双离合器车輛的起步过程动力学特点,建立了湿式双离合器车辆的起步数学模型,利用Matlab/Simulink仿真平台搭建了起步过程仿真模型,并将综合计入温度特性的传递转矩模型引入湿式双离合器起步过程动力学模型,分别对一挡单离合起步及两离合联合起步过程中的转速变化、滑磨功、滑磨功率、冲击度进荇仿真分析4)通过分析湿式双离合器车辆的换挡过程动力学特点,建立了湿式双离合器车辆的换挡数学模型,利用Matlab/Simulink仿真平台搭建了换挡过程仿嫃模型,并将综合计入温度特性的传递转矩模型引入湿式双离合器换挡过程动力学模型,对以一挡升二挡为例的升挡过程中的转速变化、滑磨功、滑磨功率、冲击度进行仿真分析。5)以40℃为初始温度,分析了润滑油流量、摩擦副弹性模量等因素对起步及换挡特性的影响;分析对比了常溫20℃与高温100℃时的起步与换挡,结果表明以20℃起步与换挡时间长于100℃时的起步及换挡,但关乎舒适性的冲击度20℃时明显小于100℃时的起步及换挡

【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位授予年份】：2015