TY220型拖拉机离合器设计【说明书+CAD】
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控制发动机离合器的转矩以改善混合动力电动车的特性H. S. HWANG1), D. H. YANG2), H. K. CHOI2), H. S. KIM2) and S. H. HWANG2)*1)Korea Automotive Technology Institute, 74 Yongjeong-ri, Pungse-myeon, Cheonan-si, Chungnam 330-912, Korea2)School of Mechanical Engineering, Sungkyunkwan University, Gyeonggi 440-746, Korea(Received 28 June 2010; Revised 24 March 2011)摘要:作为混合动力电动车(HEV)的传动系统,自动变速器不仅便于驱动,也可以降低成本,因为可以使用目前的流水线生产自动变速器。然而,由于扭矩转换器的存在增大了能耗。为克服这一缺点,这篇论文研究一种不使用扭矩转换器的自动变速器,即混合动力电动汽车。在这种情况下需要另外的扭矩控制来防止驱动质量下降。这篇论文提出三种不同的扭矩控制方法并开发了混合动力电动汽车的模拟器,当发动机离合器工作时可以模拟混合动力电动汽车的传动。混合动力电动汽车传动系统由AMESim模拟,控制器模型利用MATLAB/Simulink建立。建立了一个联合仿真环境。通过使用开发的HEV模拟器,分析HEV的动力的控制方法。关键词:混合动力电动汽车,发动机离合器,驱动质量,传动轴扭矩,扭矩控制,驱动控制,电机控制。正文:1 介绍因为能源消耗问题和环保意识增强,像混合动力电动车这样的环保车辆的需求量迅速增加。1997年,丰田普锐斯在日本首次面世,成为首个大批量生产的混合动力电动汽车。在40多个国家和地区都有销售,其中最大的市场在日本和北美。2008年全球销售量达到100万,在2010年初累计销量达到160万。丰田普锐斯使用有分动力装置的混合动力系统;因此,它可以被归类为分输入系统,因为发动机的动力是分别传送给传动装置。这种分动力系统装配简单,但是有一些缺点。例如,最大速度受到较小电动机的速度限制。此外,传输效率主要依赖于传送给电力的能量总和,但相对于纯机械方式,多重方式转换降低了效率。特别是在高速行驶时,效率低于通用自动变速器的水动力耦合器。为了克服这些缺点,需要开发一个可以减少杂交带来的额外的能耗并且可以用目前的生产线生产的新的混合动力系统。HEV系统的动力系统的自动传送(AT)有许多优点,包括平稳启动,便利的驱动和良好的安全性。此外,目前的生产线可以生产AT系统,所以可以减少混合费用。因为具有转矩变换器,所以AT系统具有优良的加速和换挡性能。然而,因为转矩控制器的传送功率低,当它用于HEV系统是会阻碍能源经济性的改善。为了克服这个缺点,许多研究都致力于开发不需要变矩器的AT系统。没有了变矩器,就需要另外的转矩控制来阻止发动起离合器衔接时的驱动质量的退化。现在一直在研究发动机离合器的油压控制方法和通过电动机转矩控制改善变速质量。在这项研究中,制作了一个HEV系统的模拟器来模拟HEV系统的动态行为,此系统装配的AT系统不具有发动机离合器衔接时的变矩器。转矩波动会降低发动机离合器衔接时的驱动质量,为减少波动,提出了三种不同的转矩控制方式:离合器接合前同步控制发动机和电动机速度;接合后控制电动机转矩;同时控制发电机和电动机扭矩。通过仿真,分析在这几种控制方式下HEV系统的动态特性。2. HEV仿真模型 图1. 带有AT系统的平行传动HEV的结构图图1显示了HEV系统的结构。它是一个二级传动的具有AT系统的HEV系统。可以以电动汽车模式运行,即只驱动电机,也可以通过控制安装在发动机和电动机之间的离合器改成HEV模式。2.1 发动机、电动机和ISG仿真模型因为燃料注入时间、点火周期和燃料特性等问题,引擎具有复杂的特征。在本文中,一个简单的引擎模型用来估测转矩的产生。曲轴的振动特征和简单的模型用来模拟引擎的转矩振动。基于时间推迟引起的速度变化的考虑,通过稳态转矩的近似拟合曲线将驱动马达和集成启动发电机模拟为第一个传递函数。图2显示本文中发动机和ISG的特性曲线。图2. 发动机和ISG的特性曲线2.2 扭矩阻尼器和发动机离合器本文中的HEV的发动机离合器使用AMESim模型,即多盘式离合器。传递扭矩和摩擦系数通过下列方程计算摩擦系数,s动摩擦系数,k静摩擦系数,N离合板的数量,P离合器压力,Ac离合器面积,Ro 离合器外圆半径,Ri离合器内圆半径,滑动时的相对转速,s稳态时的转速发动机离合器的操作具有以下3不同的范围:发动机传动轴脱离范围;动力传送的滑动范围;发动机和电动机轴线间的作用范围。扭矩阻尼器模拟为一个弹簧和减震器,减震器具有不同的由扭矩阻尼器末端产生的相对扭转角。图3显示扭矩阻尼器的滞后特性。 图3. 扭矩阻尼器的特性曲线2.3 自动变速器和车辆动力模型车辆动态模型使用广泛运用于车辆和水力模型的AMESim建模。在车辆模型中,用惯性、刚度和阻尼效应详细描述HEV的动态特性。如图4所示,HEV采用6速自动传动装置。图5显示使用AMESim的HEV动力系统模型。传动装置由三个程序生成系统构成,OWC、LRB、UD/B和OD/C。图6表示试验和车辆模型仿真中传动轴扭矩的比较结果。图4 自动传动装置的原理图图5 AMESim环境下的HEV动力模型图6 试验和仿真的对比分析在相同的发动机扭矩、电机扭矩和油压条件下取得仿真结果。测试条件中,加速器位置是100%,即阀门完全开放,并包括传动方式和齿轮传动条件。2.4 控制器模型该控制器利用MATLAB / Simulink进行了建模,并建立了模拟环境。混合动力控制系统决定发动机管理系统电动机控制单元需要的扭矩;这些扭矩根据驱动器的指令和驱动策略计算得出。本研究运用一个简单的驱动策略,因为我们只关心在发动机离合器衔接时驱动轴变化的效果。表1显示了本研究运用的驱动策略,操作条件和四个驱动模式的动作。依据发动机的驱动模式,EMS根据计算出的从HCU到发动机所需的转矩传送节流阀打开的信号,TCU根据换挡动作传送油压信号。MCU传送所需扭矩,然后从HCU传送到电机和ISG。图7所示为利用MATLAB / Simulink构建的HEV控制器模型。图7 利用MATLAB / Simulink构建的HEV控制器模型图8 无转矩控制的仿真结果3. 仿真结果各种仿真研究在以下几种条件下进行,并为了减少驱动轴的扭矩振动采用了扭矩控制算法。输入的加速踏板条件是一踏功能为100%APS。3.1 无控制图8显示的仿真结果没有通过控制算法来减少发动机离合器衔接时的振动。模式改变时,发动机扭矩不会随着阀门位置改变,电机转矩取决于APS。图8(a)显示了发动机和电机的速度以及驱动轴转矩,是本文中驱动特性的参考值。在图中,发动机转速和电机转速相同的点是在引擎完全衔接时。驱动轴转矩变化是从滑动点到衔接点。图8(b)显示发动机和电机的输出转矩。初始的负转矩值是摩擦引起的转矩损耗,ISG包括了转矩的损失。3.2 啮合前的发动机转速控制发动机的转速控制方法是控制对发动机启动后离合器啮合前的电机转速的跟踪。这种控制算法可以计算出发动机的输出转矩,需要用电机转速的反馈值和通过计算转矩得出的阀门位置信号来计算(图9)。图9 发动机转矩控制框图图10显示了发动机转速控制的仿真结果。结果表明,发动机离合器接合后,带有控制结构的驱动轴比不带有控制结构的驱动轴的转矩的波动要小。3.3 接合时的电机转矩控制接合时需要电机转矩控制;框图如图11所示。图12显示了通过接合时驱动轴转矩的反馈值得出的电机转矩控制仿真结果。在离合器接合前,发动机转速、电机转速和驱动轴转矩与无控制结构的相同,但离合器接合后,因为电机转矩控制使的转矩波动降低。图10 发动机转速控制的仿真结果图11. 用于减少扭矩振动的电机扭矩控制框图图12 电机转矩控制仿真结果3.4 同时控制发动机转速和电机转矩图13显示了同时控制发动机转速和电机转矩的仿真结果。离合器接合前的结果与单纯应用发动机转速控制的结果相同,接合后与单纯控制电机转矩的结果相同。在离合器接合后驱动轴转矩余震消失。4 仿真结果分析上述控制方法的仿真结果依据HEV的速度和加速度进行对比分析。图13 同时控制发动机转速和电机转矩的仿真结果图14显示了从发动机启动到离合器接合时的离合器的油压力剖面图。控制方法虽然不同,但具有相同的油压剖面图。图15和图16显示了不同的控制方法下车辆的速度和加速度。加速度的变化趋势与驱动轴转矩的变化趋势相似。从速度图中可以看出具有控制结构的车辆加速度要比没有控制结构的低。这是因为引擎发动后发动机转矩减少。在控制转矩的情况下,离合器接合后车辆速度随着驱动轴转矩的减少而缓慢增大。表3显示了车辆加速度的波动,显示出发动机离合器发动时的加速度峰值和发动机离合器接合的相对时间为1时的速度峰值不同。结果按照不同的控制方法列表,并以不进行控制时的结果的百分数表示。图14 离合器的油压力剖面图图15 车速对比图16 车辆加速度对比表3 减少车速和驱动转矩比值的控制方法因此,尽管控制电机和发动机会降低车辆加速度,但却可以通过减少驱动轴转矩振动提高驱动特性。因此,汽车设计师可以通过权衡加速度和驱动特性来选择恰当的控制方法设计控制器。5. 总结本文中,对配有不带有转矩控制的AT系统的HEV进行建模,并基于电机和电动机不同的控制方法对HEV进行了动态分析。通过AMESim制造HEV模拟器模拟模拟系统并使用MATLAB / Simulink开发了控制器模型;建立了仿真环境。为减少电动机离合器接合时低驱动特性的车辆的转矩波动,提出了三种不同的转矩控制方法。根据不同的控制方法对驱动轴转矩和车辆速度进行对比分析。从仿真结果可以看出,尽管控制电机和发动机会降低车辆加速度,但却可以通过减少驱动轴转矩振动提高驱动特性。将来,车辆设计师可以根据设计要求,像减速度和驱动特性,通过HEV模拟器来设计控制系统。参考文献:Ahn, J., Jung, K., Kim, D., Jin, H., Kim, H. and Hwang, S.(2009). Analysis of a regenerative braking system forhybrid electric vehicles using an electro-mechanicalbrake. Int. J. Automotive Technology 10, 2, 229234.Deur, J., Petric, J., Asgari, J. and Hrovat, D. (2005). Modeling of wet clutch engagement including a through experimental validation. SAE Paper No. 2005-01-0877.International Business Times (2009). Toyota captures 75%of US hybrid share.http:/www.ibtimes.com/articles/20090311/toyota-captures-75-pct -us-hybrid-share.htm.Kim, S., Park, J., Yun, S., Lee, M. and Sim, H. (2008a). A study of control strategy for hybrid electric vehicle during mode change. Annual Conf. Proc., Korean Society of Automotive Engineers, 25712576.Kim, Y., Jo, C., Hong, J. and Kim, H. (2008b). Shift and acceleration response lag for a hybrid elecetric vehicle with 5-speed automatic transmission. Annual Conf. Proc., Korean Society of Automotive Engineers 20242029.Muta, K., Yamazaki, M. and Tokieda, J. (2004). Development of new-generation hybrid system THS II - drastic improvement of power performance and fuel economy. SAE Paper No. 2004-01-0064.Toyota (2009). Worldwide sales of TMC hybrids top 2 million units. http:/www2.toyota.co.jp/en/news/ 09/09/0904.html.Yang, Y., Lam, R. C. and Fujii, T. (1998). Prediction oftorque response during the engagement of wet frictionclutch. SAE Paper No. 981097. 毕业设计题目TY220型拖拉机离合器设计指导教师张华红实习单位(12个)1. 潍柴动力股份有限公司2. 潍坊拖拉机厂集团实习(调研)目的及实习内容、实习期间应掌握的关键技术(由指导教师根据设计题目要求填写)毕业生产实习的目的和要求本次毕业生产实习的目的是:从生产实际中去了解问题,发现问题和解决问题,把我们所学的知识真正的应用于生产过程,学习生产技术和管理知识,巩固所学基本理论,获取本专业的实际知识,培养初步的实际工作能力和专业技能。同时,增强自己的劳动理念和社会主义事业心,责任感,为将来的事业打下坚实的基础。具体要求如下: 1 了解实习企业的一般情况,扩大自己的视野,了解社会发展形式,行业动态,增加对本专业学科范围的感性认识和理性认识。 2 初步了解所学专业在社会建设中地位、作用和发展趋势,培养自己的专业兴趣。 3 巩固、深化所学理论知识,理论联系实际,提高动手能力,培养分析和解决工程实际问题的初步能力。 4 熟悉工程专业技术人员的工作职责和工作程序,获得组织和管理生产的初步知识。 5了解典型零件的机械加工工艺过程,注重学习与本毕业设计有关的零部件加工原理,制造方法和工作原理,为毕业设计的圆满完成作好准备。毕业生产实习是我们机械设计制造及其自动化专业教学计划规定的教学环节之一,培养理论联系实际工程项目人才的重要措施,借以检验学生利用所学的知识,在实际工作中进行运用的素质,以提高学生的组织与管理,分析与解决问题的能力,创新能力。实习(调研)报告(含实习场所介绍、结合设计内容所作具体工作、针对课题的调查及相关分析)毕业实习的目的,一方面是对大学期间所学专业基础知识的复习和巩固,另一方面是为随后的毕业设计做铺垫。在学校精心组织安排下,我们2008级机械设计制造及其自动化专业全体同学到潍柴动力股份有限公司进行了为期两周的毕业实习。在指导老师的带领下,通过这两周的实习,不仅使我们对课本上的专业知识有了更深入的了解,也使我们学到了许多课外实践知识。让我们毕业生更多的了解机电产品、设备,提高对机电工程制造技术的认识,加深对机电在工业各领域应用的感性认识,开阔视野,了解相关设备及技术资料,熟悉典型零件的加工工艺。老师特意安排了我们到潍柴,这个拥有较多类型的先进机电一体化设备,高端生产技术的工厂进行生产实习. 在为期两周的生产实习中,我们了解了这些工厂的生产情况,与本专业有关的各种知识,各厂工人的工作情况等等。通过这次生产实习,进一步巩固和深化了所学的理论知识,弥补以前单一理论教学的不足,为毕业设计打下了坚实的基础.一 企业简介(1)潍柴动力股份有限公司,是由潍坊柴油机厂作为主发起人联合境内外投资者共同发起设立的符合现代企业制度的企业,是国家内燃机研发、制造、销售重点骨干企业。其产品广泛应用于重型汽车、大客车、工程机械、船用、发电等大功率动力配套市场。公司致力于内燃机科技产业的发展,产品开发能力居国内同行业前列,总体工艺装备水平居国内领先地位。公司生产的WD615、WD618柴油机在重型汽车、工程机械市场的平均占有率达到60%以上,满足欧排放标准的斯太尔柴油机已提前法规要求投放市场,近年来10L/12L大功率柴油机一直保持市场领导地位。公司以“为用户提供超值产品和服务”为目标,在全国范围内建立了37个维修服务中心和480个特约维修站,采用潍柴动力发动机计算机诊断监测网络系统,使国内各维修站接收的服务信息能够得以及时反馈公司。公司在国内同行业率先通过ISO9000质量体系认证,以高技术、高性能、高质量的产品和一流的服务饮誉国内外。潍柴集团的使命:民族动力,国际潍柴。(2)山东潍坊拖拉机厂集团有限公司(简称山潍拖集团)是国家定点生产拖拉机的国有大型一类企业,位于山东省潍坊市区,东靠青岛,西连省会济南,交通便利,地理位置优越.公司占地 45.5 万平方米,现有员工5000余人,总资产 5.5 亿元人民币,下设13个全资(控股)子公司。 二企业主要产品介绍1 WD615系列工程机械用柴油机WD615系列工程机械用柴油机是在斯太尔WD615系列载重车用发动机的基础上,消化吸收国外先进技术而发展创新的,现已成为工程机械的新型动力,主要用于ZL50、ZL40装载机,T160、T220推土机及压路机、铲运机械等工程机械领域。WD615系列工程机械柴油机充分考虑了工程机械的特殊要求,配套齐全,外形更美观,具有更高的可靠性和更好的配套适应性。产品竞争优势:(1)可靠性高,(2)动力性好、扭矩储备大,(3)经济性好、燃油消耗和机油消耗低,(4)有良好的高原适应能力,(5)绿色、环保型,(6)有良好的配套适应性,(7)结构合理、操作维修方便,(8)制造工艺先进、质量稳定可靠。2 潍拖产品 山潍拖集团是中国小四轮拖拉机的发源地,经过近四十年的发展,企业规模不断扩大,装备水平不断提高,现主要生产 “ 潍拖 ” 牌TS12-24 型、 TS150D-240D 型、 TY180-300 型三大系列中小马力拖拉机、 KM650/800 型大马力拖拉机及农机配套产品,年生产能力 20万台。 “ 潍拖 ” 牌小四轮拖拉机是全国同类产品唯一荣获国家最高质量奖银质奖的产品,成为行业第一品牌,并荣获中国机械工业名牌产品称号和中国国际农 业博览会名牌产品称号, “ 潍拖 ” 牌商标在小四轮中唯一被列入国家重点商标保护名录,企业在同行业中首家通过ISO 9001 质量体系认证。产品畅销全国 24 个省市自治区,并拥有自营进出口权,产品出口到 30 多个国家和地区。三 企业车间介绍1.花键轴车间1.1 花键轴铣床1型号 Y631k 最大加工直径80mm 长度L=600mm;图3.1 花键轴铣床2.主运动:立铣 主轴刀具旋转;3.润滑剂:润滑油,机油 作用:冷却,润滑作用;4.工件横放,夹紧方式:一夹一顶,工件也旋转;5.花键轴加工时,加工健数=铣刀转速/工件转速;6.刀具材料:高速钢 工件材料 40Cr 20Cr;7.打孔时用乳化液润滑;1.2 万能升降台铣床型号:X62W B*L=320*150mm2 夹紧方式:一撞一顶。1.3自动花键轴铣床型号:YB6012B ;最大加工直径125mm ;L=500mm;采用机油冷却;铣键的侧面和底面;刀的外径必须与键距相同;刀号: 838;8工件键数;38工件外径;一种刀只能加工一种工件。另有半自动万能花键轴铣床,型号:YB6012; 125mm ; L=100mm2 齿轮厂2.1 滚齿机型号:Y3150E 图3.2滚齿机最大工件直径500mm m=8mm;采用机油润滑 工件竖放、压紧、刀具卧式;工序:毛坯钻孔粗车外圆拉键槽精车外圆滚齿倒角去毛刺。2.2 车体总成1.安装离合器;2.按车前轮、车身、方向盘连杆、油门支架、上电瓶筐按电瓶;3.按方向盘的调向杆及小电机;4.车座、柴油机发动机、方向盘、操作装置的安装.四 典型零件加工工艺分析1齿轮加工工艺分析 1基准的选择 对于齿轮加工基准的选择常因齿轮的结构形状不同而有所差异。带轴齿轮主要采用顶点孔定位;对于空心轴,则在中心内孔钻出后,用两端孔口的斜面定位;孔径大时则采用锥堵。顶点定位的精度高,且能作到基准重合和统一。 为了减少定位误差,提高齿轮加工精度,在加工时应满足以下要求: 1)应选择基准重合、统一的定位方式; 2)内孔定位时,配合间隙应近可能减少; 3)定位端面与定位孔或外圆应在一次装夹中加工出来,以保证垂直度要求。 2 齿轮毛坯的加工 齿面 加工前的齿轮毛坯加工,在整个齿轮加工过程中占有很重要的地位。因为齿面加工和检测所用的基准必须在此阶段加工出来,同时齿坯加工所占工时的比例较大,无论从提高生产率,还是从保证齿轮的加工质量,都必须重视齿轮毛坯的加工。 在齿轮图样的技术部要求中,如果规定以分度圆选齿厚的减薄量来测定齿侧间隙时,应注意齿顶圆的精度要求,因为齿厚的检测是以齿顶圆为测量基准的。齿顶圆精度太低,必然使测量出的齿厚无法正确反映出齿侧间隙的大小,所以,在这一加工过程中应注意以下三个问题: 图4.2齿端加工方式1)当以齿顶圆作为测量基准时,应严格控制齿顶圆的尺寸精度; 2)保证定位端面和定位孔或外圆间的垂直度; 3)提高齿轮内孔的制造精度,减少与夹具心轴的配合间隙; 3、齿形及齿端加工 齿形加工是齿轮加工的关键,其方案的选择取决于多方面的因素,如设备条件、齿轮精度等级、表面粗糙度、硬度等。常用的齿形加工方案在上节已有讲解,在此不再叙述。 齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等方式。如图 9-13所示。经倒圆、倒尖后的齿轮在换档时容易进入啮合状态,减少撞击现象。倒棱可除去齿端尖角和毛刺。图4.3是用指状铣刀对齿端进行倒圆的加工示意图。倒圆时,铣刀告诉旋转,并沿圆弧作摆动,加工完一个齿后,工件退离铣刀,经分度再快速向铣刀靠近加工下一个齿的齿端。 图4.3 齿端倒园齿端加工必须在淬火之前进行,通常都在滚(插)齿之后,剃齿之前安排齿端加工。 4、轮加工过程中的热处理要求 在齿轮加工工艺过程中,热处理工序的位置安排十分重要,它直接影响齿轮的力学性能及切削加工性。一般在齿轮加工中进行两种热处理工序,即毛坯热处理和齿形热处理 五 实习小结首先感谢我们的老师为我们提供了这么好的实习机会,这不但对我们的毕业设计有极大的帮助,更为我们将来从事机械行业打下了良好的基础。在实习期间的所见所闻,对本人产生了巨大地影响和帮助,也提高了我的专业水平与见识,也将让我终生受益。 随着科学的迅猛发展,新技术的广泛应用,会有很多领域是我们未曾接触过的,只有敢于去尝试才能有所突破,有所创新。两周的生产实习带给我们的,不全是我们所接触到的那些操作技能和专业知识,更多的是需要我们每个人在实习结束后根据自己的情况去感悟,去反思,勤时自勉,有所收获,使这次实习达到了他的真正目的。实习的一些收获和体会,对于我们今后走上工作岗位,都会有很大的帮助。坚信在以后的工作上,会有更大的提高。潍坊学院本科毕业设计任务书课题名称: TY220型拖拉机离合器设计 课题类别: 设 计 专 业: 机械设计制造及其自动化 年 级: 2008级 指导教师: 张华红 学生姓名: 赵 航 2012 年 3 月6 日一、课题条件:1、拖拉机相关标准及工具书。2、拖拉机有关参数:发动机标定功率22马力(16.18KW),标定转速2300r/min,标定扭矩67.18Nm,发动机飞轮组转动惯量0.266kgm2,拖拉机机组质量1600kg,驱动轮半径470mm,起步档总传动比63.24,起步档理论速度6.16km/h。二、毕业设计主要内容:1、市场调研、文献资料查阅。2、离合器方案的确定。3、离合器主要参数的确定、滑磨功、温升的验算及弹簧的验算。4、离合器装配图和零件图的设计与绘制(计算机绘图不少于2张A0号图纸)。5、编写设计说明书一份,字数不少于0.8万字。6、英文资料翻译,译出字数不少于3千字。三、计划进度:1、市场调研、文献资料查阅及英文资料翻译。 2周2、方案论证、确认。 1周3、系统设计、相关计算。 2周4、装配图与零件图设计与绘制。 3周5、设计说明书撰写。 2周6、评阅 1周7、答辩成绩评定。 1周四、主要参考文献:1 徐灏等.机械设计手册(第2、3册)M(第二版).北京:机械工业出版社,2003 2 程悦荪.拖拉机设计M.北京:中国农业出版社,1981 3 周纪良.拖拉机及类似车辆传动系M.北京:机械工业出版社,1991 4 吉林工业大学拖拉机教研室编.拖拉机构造M.北京:中国农业出版社,1982 5 曾令宜.AutoCAD2000工程绘图教程M.北京:高等教育出版社,19996 朱冬梅.画法几何及机械制图M.北京:高等教育出版社,20007 陈立德.机械设计基础M.北京:高等教育出版社,20028 陈立德.机械设计基础课程设计指导书M.北京:高等教育出版社,20029 刘劲.机械制图国家标准M.北京:机械工业出版社,200010 陈立周.机械优化设计方法M.北京:冶金工业出版社,1985 11 拖拉机编辑部主编.拖拉机设计和计算M.上海:上海科学技术出版社,1980 12 李齐隆.拖拉机离合器蝶形弹簧的优化设计J.北京农业机械化学院学报,1995(2)13 高象平,李齐隆等.拖拉机零部件优化设计M.广州:广东科技出版社,1987 14 JB/T6703-1993 拖拉机离合器总成 技术条件15 JB/T6704-1993 拖拉机离合器盖、压盘总成 技术条件16 JB/T9836-2000 拖拉机离合器从动盘 技术条件指导教师 张华红 教研室主任 2012 年 3月 6 日 年 月 日潍坊学院本科毕业设计答辩评议表学生姓名赵 航学号08011140245所在院系机电与车辆工程学院专业年级08级机械设计制造及其自动化指导教师张华红职称副教授论文题目TY220型拖拉机离合器设计课题来源生产课题类别设计指导教师意见:签名: 预评成绩: 年 月 日评阅教师意见: 评阅成绩: 签名: 年 月 日答辩小组意见:答辩成绩: 答辩小组组长签名: 年 月 日综合成绩: 答辩委员会主任签名: 年 月 日潍坊学院毕业设计结题报告姓名赵航性别男年级2008学号08011140245系别机电与车辆工程学院专业机械设计制造及其自动化论文题目TY220型拖拉机离合器设计题目来源生产题目类别设计指导老师张华红本课题完成情况,包括研究过程、结果、存在的问题等为了提高农业机械化耕作的水平,加快实现农业现代化的步伐,根据现有某拖拉机离合器的工作情况及使用性能,完成某拖拉机离合器的设计。通过离合器的设计,使整车的性能更加优良。在设计离合器时首先应根据车型的类别、使用要求等合理选择离合器型式,并合理选择储备系数、压紧力、摩擦片尺寸等主要参数的具体值。之后进行离合器验算(主要进行磨损、滑磨功及发热验算)和对主要零件的强度计算,并完成了装配图和一些零件图的绘制。本项工作还有许多值得完善的地方,这些问题通过改进设计、完善工艺、现场的不断实践、总结,必将会得到进步的提高。由于条件有限,只完成了理论设计,没有制作样机进行参数的试验验证。下一步研究应做出样机完成各项性能指标的验证和优化设计。 指导教师意见: 指导教师签名 年 月 日院(系)学位委员会意见:(签章) 年 月 日潍坊学院学生毕业设计外 文 译 文专 业 机械设计制造及其自动化班 级 2008级2班 学生姓名 赵 航 学 号 08011140245 学生成绩 机电与车辆工程学院译 文 要 求1. 外文翻译必须使用钢笔,手工工整书写,或用A4纸打印。2. 所选的原文内容必须与课题或专业方向紧密相关,注明详细出处。3. 外文翻译书文本后附原文(或复印件),译文不少于3000字符。译 文 评 阅评阅要求:应根据学校“译文要求”,对学生译文的准确性、翻译数量以及译文的文字表述情况等作具体的评价。指导教师评语: 指导教师签名 年 月 日编号潍 坊 学 院毕 业 设 计 技 术 报 告课题名称:TY220型拖拉机离合器设计学生姓名: 赵 航 学 号: 08011140245 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 2008级 指导教师: 张华红 2012 年 5 月II潍坊学院本科毕业设计摘要离合器是拖拉机传动系中的重要部件,主要功用是切断和实现发动机对传动系的动力传递,保证拖拉机平稳起步,保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动系统所承受的最大转矩,防止传动系统过载,有效的降低传动系统中的振动和噪声。 为满足拖拉机动力性的要求,本设计在分析离合器功用类型性能要求基础上,确定了TY220型拖拉机离合器的设计方案,并对离合器的主要零部件(摩擦盘和碟形弹簧)进行了设计和计算,最后对离合器摩擦副所产生滑磨功进行了验算。此设计说明书详细的说明了离合器的结构形式,参数选择以及计算过程。参数选择主要为摩擦片内外径D1、D2的确定,离合器后备系数的确定,单位压力q的确定。总成设计主要为:压盘的设计,以及从动盘的设计和碟形弹簧的设计等。 本设计思路对其他类型拖拉机及汽车离合器的设计也是适应的。关键词:离合器 碟形弹簧 从动盘 压盘 摩擦片ABSTRACT The clutch is an important component of the tractor transmission lines. Its main function is to cut off and the engine power transmission on the transmission system, to ensure the tractor smooth start-up and transmission shift smooth. And it limits the transmission system to withstand the maximum torque to prevent the transmission system overload. It is effective to reduce vibration and noise in the transmission system. In order to satisfy the requirement of the tractor, this article determined the design-plan of clutches for TY220 tractor, designed and calculated the major parts of clutches (drive system and disc spring), which is based on analyzing the functions types and performances required of the clutches. Finally, this article checked the friction work of tractor clutches. This design manual explains in detail the structure of the clutch, the parameter selection and calculation process. Parameter selection to determine the friction plate outer diameter D1, D2, clutch reserve coefficient , the determination of the unit pressure q. Assembly design as follows: pressure plate design, as well as the follower plate and the design of disc spring etc. The design idea also adapts the design of other types of tractor and automobile clutch.Key words: clutch disc spring drive plate driven plate Friction plate目录摘要IABSTRACTII前言1第1章 绪论21.1 离合器的功用和要求21.2离合器的类型2第2章 离合器主要参数的确定62.1离合器储备系数的确定62.2离合器摩擦片内外径D1、D2的确定8第3章 离合器的接合过程和滑摩功验算93.1 离合器的接合过程93.2 滑磨功验算10第4章 离合器主要零件的计算和结构设计134.1 从动盘134.2压紧弹簧15结束语18参考文献19致谢20前言离合器是拖拉机传动系统中直接与发动机相连接的部件。按动力传递顺序来说,离合器应是传动系中的第一总成。顾名思义,离合器是“离”与“合”矛盾的统一体。离合器的工作,就是受驾驶员操纵,或者分离,或者接合,以完成其本身的任务。离合器是设置在发动机与变速器之间的动力传递机构,其功用是能够在必要时中断动力的传递,保证汽车平稳地起步;保证传动系换档时工作平稳;限制传动系所能承受的最大扭矩,防止传动系过载。为使离合器起到以上几个作用,目前拖拉机上广泛采用弹簧压紧的摩擦式离合器,摩擦离合器所能传递的最大扭矩取决于摩擦面间的工作压紧力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面状况等,即主要取决于离合器基本参数和主要尺寸。蝶形弹簧离合器在技术上比较先进,经济性合理,同时其性能良好,使用可靠性高寿命长,结构简单、紧凑,操作轻便。20第1章 绪论1.1 离合器的功用和要求离合器用以切断发动机传来的动力,使变数箱得以摘档和挂档;平顺接合保证拖拉机平稳起步;限制传动系过载。拖拉机广泛采用片式摩擦离合器,其结构简单,接合后传递动力时几乎没有功率损失。对这种离合器的性能要求是: (1) 能可靠地传递发动机全部扭矩,接合后不产生滑磨;(2) 分离彻底、迅速;(3) 接合平顺,以减少拖拉机起步过程中的冲击载荷;(4) 从动部分转动惯量小,以减少变速箱挂档时的冲击载荷;(5) 散热良好;(6) 操纵轻便。1.2离合器的类型摩擦离合器按摩擦面的工作条件,分为干式和湿式两种。干式离合器结构简单广泛用在农业拖拉机上。湿式离合器用油液冷却摩擦表面,散热良好,摩擦表面工作性能稳定,在长期使用后磨损很小,但结构复杂,重量大,成本高,主要用接合频繁的工业拖拉机上。按摩擦片的数目,可分为单片、双片和多片式。单片离合器结构简单,分离彻底,散热良好,从动部分转动惯量小,在中小拖拉机上普遍采用(图1.1)。双片和多片离合器接合较平顺,在与单片式传递同样转矩的情况下其径向尺寸和操纵力较小,但中间压盘不易散热,分离彻底性较差,从动部分转动惯量较大。对于干式离合器来说,设计时宜优先采用单片式,仅在单片的直径过分增大而显得不合理时,或受外廓限制无法增大时,才选择双片式或多片式。图1.2是布置在皮带轮内的手扶拖拉机离合器。湿式离合器则多为双片或多片式。按摩擦面的压紧方式,分为弹簧压紧式、杠杆压紧式和液压压紧式。弹簧压紧式通常做成经常接合的,只有踩下踏板才能分离,放松踏板即自行结合。杠杆压紧式通常做成非经常接合的,不论分离或接合都要移动操纵手杆。液压压紧式则是用工作油液推动油缸的活塞或缸体,直接压紧摩擦表面。由于液压油缸在旋转状态下工作,制造精度要图1.1 单片干式离合器 图1.2 双片干式离合器1-副离合器分离杠杆 2-主离合器从动盘 3-主离合器分离杠杆 4-副离合器从动盘图1.3 独立操纵式双作用离合器求较高,主离合器中用的很少,但结构紧凑,在摩擦式换挡变速箱中广为采用。 按离合器在传动系中的作用,分为单作用式和双作用式。单作用离合器(图1.1)只有一套从动盘和从动轴,向驱动轮及非独立式动力输出轴传递动力。双作用离合器有两套从动盘和从动轴,因而可看成有两个离合器组成,其中的主离合器控制传往驱动轮的动力,副离合器控制传往动力输出轴的动力。当主、副离合器分别用两套操纵机构、分离和接合互不相关时,称为独立操纵式双作用离合器(图1.3),它可获得独立式动力输出轴,但操纵机构较复杂。当主、副离合器共用一套操纵机构、分离和接合按一定次序时,称为联动操纵式双作用离合器。与独立操纵式相比,联动操纵式为了分离副离合器,所花费的操纵力和操纵功都大大增加,但只需一套操作机构,也能满足较多的农艺要求,故采用甚广。主、副离合器有不同的布置方式。图1.4中的主离合器在前、副离合器在后,用各自的蝶形弹簧压紧。图1.5中副离合器在前,用蝶形弹簧压紧;主离合器在后,用螺旋弹簧压紧。这两个离合器的共同特点是主、副离合器之间安装了隔板,但主离合器接合1-主离合器从动盘 2-前压盘 3-隔板 4-副离合器从动盘 5-离合器盖 1-副离合器从动盘6-蝶形弹簧 7-后压盘 8-分离螺钉 2-主离合器从动盘9-蝶形弹簧图1.4主离合器在前的联动操纵式双作用离合器 图1.5主离合器在后的联动操纵式双作用离合器时,不影响副离合器的压紧力。图1.6的离合器则不同。在图1.6a中,当主离合器结合时,主离合器受弹簧2的压力,副离合器却受弹簧1、2的共同压力,被过分压紧;当主离合器分离时,弹簧2的压力被踏板上的操纵力抵消,副离合器才只受弹簧1的压力。在图1.6b中,主副离合器共用一组压紧弹簧2,当主离合器分离时,副离合器所受的压紧力增加,被过分压紧。第2章 离合器主要参数的确定 片式摩擦离合器的主要参数包括:离合器储备系数、摩擦面所受压紧力Q0 ,摩擦面外径D2和内径D1,摩擦面对数i。 2.1离合器储备系数的确定储备系数是离合器的最大摩擦扭矩MLmax与发动机标定扭矩MeN之比,可写成: 式(2-1)在离合器使用过程中,由于摩擦面的磨损、油污、弹簧压紧力下降等原因,都可能降低离合器传递扭矩的能力。为了保证离合器工作过程中能传递发动机全部扭矩,并减小接合过程中的滑摩功见式(2-15),储备系数不宜过小。但加大将会增加离合器的尺寸重量以及操纵力和操纵功,并减小防护传东西过载的作用。多数弹簧压紧式和带有补偿弹簧的杠杆压紧式离合器,=2.52.8;不带补偿弹簧的杠杆压紧式离合器,=2.83.5;双作用离合器中的副离合器的储备系数可低于主离合器,但通常不小于1.31.5。本设计要设计的是TY220型拖拉机离合器设计,可选主离合器的储备系数=2.5,副离合器的储备系数=1.6。 最大摩擦扭矩MLmax由下列参数决定: 式(2-2)式中 摩擦系数; Q0摩擦面所受压紧力; Rp摩擦合力作用半径; i摩擦面对数。摩擦系数与摩擦材料、温度、相对滑摩速度和单位压力等有关,设计时假定只与材料有关,从表2.1选取。计算干式石棉对铸铁或钢的摩擦副时,一般取=0.3。当摩擦面为环状时,摩擦合力作用半径可足够精确地取为外径和内径的平均值: 式(2-3)式中D2、 D1摩擦面的外直径和内直径。 a)压紧力减小 b)压紧力增大1-副离合器压紧弹簧 2-同时压紧主、副离合器的弹簧 3-副离合器轴 4-主离合器轴 5-动力输出轴的传动轴图1.6 主离合器分离时副离合器所受压紧力发生变化的双作用离合器表2.1 摩擦因数与单位压力 q摩 擦 副 材 料q干式湿式干式湿式钢、铸铁对钢铸铁、铁对石棉铸铁、钢对粉末冶金0.150.180.250.300.250.400.030.080.080.150.080.120.250.400.100.250.400.600.61.00.20.51.22.02.2离合器摩擦片内外径D1、D2的确定 据统计,石棉材料的单片干式摩擦面外直径D2多在如下范围内: 式(2-4)式中MeN的单位为Nm。对于双片式离合器,式中的系数更小。选定外径D2后,如缩小内径D1可增加摩擦面积,但会使摩擦面所受的压力分布不均、内沿与外沿的相对滑摩速度的差距加大,造成摩擦面的磨损不均匀。因此,一般趋向于使D1与D2较为接近,多数拖拉机D1 =(0.550.75)D2 = 0.7200=140(mm),。摩擦面对数i = m + n 1 = 2(m主动片数,n从动片数)。选取上述参数后,即可计算出压紧力Q0 =MeN/Rpi=167.950.3852=3290N。验算单位压力:使之符合表2.1所给的范围: 式(2-5)式中 F每个摩擦面的面积,环状摩擦面 F = 0.25(D22 - D12)=16103(mm3)。第3章 离合器的接合过程和滑摩功验算3.1 离合器的接合过程 拖拉机机组通过离合器主动盘和从动盘逐渐接合而起步。在接合过程中,摩擦面产生相对滑摩而发热。其接合过程如图3.1所示。开始结合前发动机以e0的角速度空转,随着主、从动盘逐步接合,摩擦扭矩ML也逐渐增长(ML的增长情况随操纵而异,图中假定ML直线上升)。摩擦扭矩ML对发动机是负载力矩,故发动机及与之相连的离合器主动部分的角速度e下降;ML对离合器从动盘及与之相连的传动系和驱动轮是主动扭矩,但在时间t1之前,ML小于作用于离合器从动盘上的阻扭矩Mn,离合器从动盘还不能转动,机组仍保持静止状态。从时间t1后由于MLMn,从动盘的角速度n便由零开始升高,机组开始起步。至时间t2,离合器的摩擦盘完全被压紧,摩擦扭矩达到最大值MLmax。至时间t3离合器从动盘的角速度已经与从动盘相等。此后,主、从动盘就成为一个运动的整体,在发动机扭矩的作用下共同增速,机组的速度也继续提高,直至某一时刻发动机的扭矩下降到等于阻力矩Mn,机组的增速停止,起步过程结束。要说明的是,在t3瞬时发动机由减速变为增速,其惯性力矩方向变化,故摩擦扭矩也由最大值MLmax骤然下降。图3.1 离合器在机组起步时的接合过程图3.2 作用于离合器主动及从动部分的扭矩 由上可知,在接合过程中主、从动盘仅在时间t3以前存在相对滑磨。图3.2表示这时作用在主动及从动部分的扭矩,可分别写出扭矩平衡式: 式(3-1)式中 Je换算到离合器主动盘上的发动机转动惯量; Jn 换算到离合器从动盘上的拖拉机机组的转动惯量; e主动盘的角减速度; n 从动盘的角加速度。3.2 滑磨功验算 在某一微小时间dt的滑磨功,等于摩擦扭矩ML和主、从动盘角速度之差 以及dt的乘积,也即ML(e-n)dt,故整个接合过程的滑磨功W为 式(3-2)式中ML、e和n与时间t的关系取决于多种复杂因素,要想求出实际的滑磨功是很困难的。为了对滑磨功进行比较计算,这里作如下假定:(1)离合器的接合是瞬时完成的,并在整个滑磨期间都传递最大摩擦扭矩MLmax;(2)发动机扭矩在整个滑磨期间均为标定扭矩MeN,作用于从动盘的阻扭矩Mn也等于MeN;(3)开始接合的瞬间,发动机角速度为标定角速度eN。经简化后的离合器接合过程见图3.3。这样,式(32)中的ML就是常数MLmax,可从积分内提出,而就是三角形OAB的面积,它等于图3.3 简化的离合器结合过程eNt30.5,故式(3-2)转化为: 式(3-3)由图3.3可知,在时间t3时e = n,故eN - ets = nt3,因而: 式(3-4)在上述简化的条件下式(31)可换写成:; ; 将上式代入(34),再将所得的t3代入式(33),可求出整个接合过程的滑磨功为: 式(3-5)计算时,转动惯量Je一般取飞轮转动惯量的1.2倍。可将飞轮分为若干圆环,求各圆环的转动惯量之和,每个圆环的转动惯量为,其中d2、d1和b分别是各环的外径、内径和宽度(m),为材料的密度(kg/m3)。 计算转动惯量Jn时,一般只将机组直线运动的质量进行转换(忽略有关旋转部分如齿轮、轴、行走机构旋转时的惯量),则Jn = M(rdq/i)2,其中M为机组的质量,一般取为拖拉机质量与满载拖车质量之和(kg),rdq为驱动半径(m),i为传动系的总传动比,履带拖拉机按最高档考虑,轮式拖拉机通常不以最高档直接起步,可按低运输档考虑,轮式拖拉机通常不以最高档直接起步,可按最低运输档考虑。 选取式(35)中发动机标定角速度eN的单位为rad/s,Je和Jn的单位为kgm2,则滑摩功W的单位为J。 滑摩功W不能作为比较离合器磨损的指标,因为滑摩功相同、但摩擦面积不同的离合器,其磨损和发热情况显然是不一样的。通常以单位摩擦面积的滑摩功w来评价: 式(3-6) 上式中F和i分别是每个摩擦面的面积和摩擦面对数。对于石棉摩擦材料,单位滑摩功w通常不超过0.3J/mm2。 离合器结合过程的滑摩功转化为热量,使零件温度升高。温度过高会降低摩擦表面的摩擦系数,加剧磨损。为了降低摩擦表面的温升,应加强散热同分。对于接合频繁的离合器则宜采用在高温下性能较稳定的摩擦材料,必要时采用湿式离合器。 第4章 离合器主要零件的计算和结构设计4.1 从动盘 离合器依靠主动盘和从动盘之间的摩擦来传递动力。为了提高摩擦系数并减少磨损,通常使一盘具有由专门摩擦材料制成的摩擦衬面,而另一盘为铸铁或钢与之多磨。 摩擦衬面通常装在从动盘上,对摩擦材料的主要要求是:摩擦系数高且比较稳定;耐磨;有足够的机械强度和耐热能力;不易同对磨表面咬合。 目前,中小型农业拖拉机多采用石棉衬面,它用石棉纤维与粘结剂和多种添加剂制成。通过采用不同的原料配方和生产方法,可获得不同的性能。一般来说,石棉衬面具有摩擦系数较高、比重小、成本低、制造容易等优点,其主要缺点是摩擦系数随着温度的上升而明显下降,而摩擦系数下降将导致离合器储备系数减少,增加了接合过程中的滑摩功,从而使离合器温度进一步上升,造成摩擦系数进一步下降的恶性循环。当摩擦材料温度达200300后往往因粘结剂发生分解而损坏。 石棉衬面一般厚35mm,用紫铜或铝铆钉铆在从动盘钢片上(图4.1)。为了保证在衬片使用期限内铆钉头不会露出,铆钉头应陷入衬片内12mm。有的拖拉机用环氧树脂等将衬片粘结在从动盘钢片上,使摩擦衬面的容许磨损量不受铆钉头外露的限制,材料利用更为充分,但磨损后更换较困难。从动盘钢片通常很薄以减少惯性力矩,一般用厚度为1.52.5mm的中碳钢片制成。为了防止从动盘钢片受热翘曲,常在钢片上开出几条径向切口。从动盘钢片和轮毂常用刚铆钉铆接,铆钉应进行强度校核,计算载荷取发动机标定扭矩MeN,许用剪切应力可取30MPa,许用挤压应力可取80MPa。粉末冶金衬面正日益受到重视。这种衬面有铜基、铁基两种,分别以铜粉或铁粉为主要成分,加上多种金属和非金属材料,在高压下冷压成形,再进行烧结使之固着在钢片上。粉末冶金衬面在高温时仍不变质或剥落,保持良好的耐磨性。它能承受较高的单位压力,导热性能好,摩擦系数较稳定,当表面沾有油、水时,对其工作性能的影响也较小。这种衬面的硬度高,受压后变形小,故要求较高的表面光洁度和足够的单位压力,才能与对磨表面良好接触,如果单位压力偏低反而会加剧磨损。铁基衬面在油中耐磨性较差,铁质磨屑进入油中会使液压元件加剧磨损,故一般只用于干式。铜基则多用于湿式。粉末冶金衬面的缺点是价格较贵,从动盘转动惯量较大。1-摩擦衬面 2-甩油盘 3-从动盘毂 4-铆钉 5-从动盘钢片图4.1 铆有石棉摩擦衬面的从动盘干式粉末冶金衬面可以用不同方式配置在从动盘上。全盘式像一般的石棉衬面那样将整个工作表面铺满;分块式是指衬面分成若干个小块铺在从动盘上。与全盘式相比,分块式的优点是:衬面之间留有空隙利于通风散热;与对磨表面接触良好;从动盘重量减轻,转动惯量小。全盘式衬面虽然摩擦面积较大,但由于粉末冶金衬面允许承受较大的单位压力,且单位压力偏低反而会加速磨损。因此,磨损面积的无谓增加只会带来不良后果。而且全盘式衬面在实际工作中往往有相当一部分面积处于接触不良或并不接触的状态,所以,这种配置方式仅在从动盘半径很小的情况下才得到采用。 分块衬面又有不同的形状和配置方式。圆形衬面,形状简单,但在从动盘不同半径上摩擦面积的分布很不均匀,特别是圆周速度最高的外径上摩擦面积极少,容易磨损;梯形衬面克服了圆形衬面的上述缺点,同时,由于衬面交错配置在不同半径的圆周上(称为棋盘式配置),有利于加大摩擦环带宽度h,减少对磨表面的磨损;改为星形,则进一步提高了散热效果并改善了摩擦表面的接触。4.2压紧弹簧蝶形弹簧是一种用薄弹簧钢板冲制的截锥形弹簧,其主要结构参数和载荷-变形特性曲线见图4.2。这种弹簧具有变刚度特性。离合器上广泛采用了的蝶形弹簧,它与刚度不变、载荷与变形成线性关系的螺旋弹簧(图4.2特性曲线中的虚线)相比可看出,如果离合器结合时两者的变形均为b,载荷均为Pb,则当离合器分离时变形量比b增大,螺旋弹簧的载荷将大于Pb,操作费力,而蝶形弹簧却小于Pb,操作轻便。又当摩擦衬面磨损后弹簧伸长,变形量比b减小,螺旋弹簧的载荷将小于Pb,即压紧力减小,使离合器储备系数下降,而蝶形弹簧的压紧力却变化不大。此外,蝶形弹簧还具有轴向尺寸小、形状与摩擦面相适应(压紧力较均匀)、便于结构布置等优点,故采用日广但制造工艺要求较高。D-外径 d-内径 H-内截锥高度 -钢板厚度 a-锥底角 H0-自由高度图4.2蝶形弹簧的结构参数和载荷-变形特性曲线蝶形弹簧的载荷P与变形量的关系如下: 式(4-1)式中 E弹性模量,钢的E = 206GPa; 泊松比,钢的 = 0.3; A系数; H、D见图4.2. 根据上式可作出图4.2的特性曲线,其上有三个特征点:s、t、u,这些特征点就是曲线上的极大值、极小值、和拐点。其中,s是最大载荷点(Ps是弹簧的最高压力),变形量;t是最小载荷点,变形量;u是弹簧压平点,变形量u = H。 设计时应正确选择弹簧的工作点。离合器接合时,弹簧的工作点b宜选在s和u之间。随着工作中摩擦片逐渐磨薄,弹簧的工作点变逐渐由b移向a。当摩擦片的磨损达到极限而必须更换新片时,弹簧的工作点为a。所对应的变形量a = b - (是摩擦衬片总的容许磨损量,等于摩擦面对数i与每面容许磨损量的乘积。铆接的衬面每面容许磨损量为0.51.0mm,胶粘的衬面可达2mm左右)。a点的弹簧载荷Pa宜接近Pb,使离合器储备系数基本不变。离合器彻底分离时弹簧的工作点为c,所对应的变形量a = b + 。当c点接近于t点时可减小操纵力。要注意,当变形量超过u后弹簧会发生翻转,故结构上应保证弹簧的翻转不受妨碍。 蝶形弹簧的计算可参考以下步骤进行:(1)选取弹簧外径D,使之等于或略大于摩擦面的平均直径;选取弹簧内径d(国产拖拉机D/d = 1.451.65);初定内截锥高度H 0.5(D d)tg(国产拖拉机为810);选取钢板厚度(一般H/ = 1.72.4)。(2)作弹簧的载荷变形特性曲线,找出特征点s、t、u。(3)离合器接合时的弹簧载荷Pb即是式(2-2)中的压紧力Q0。Pb应小于Ps,大于Pu。同时,根据从曲线上找出对应的b(通常b = (0.650.8)H)。算出磨损片磨损达到极限时弹簧的变形量a,这时的弹簧载荷Pa应接近Pb。算出离合器彻底分离时弹簧的变形量e,这时的载荷Pc若接近Pt则操纵省力。(4)验算强度。蝶形弹簧工作时各处的应力是不同的,以截锥形上底的应力最大,该处的应力与变形量的关系为: 式(4-2)式中 A、C1、C2系数(查表4.1)。 应力的极大值出现在变形量 时。如果c ,应按计算应力;如果c ,则由于弹簧的实际变形量并没有达到,故应按c计算应力。对于常用材料60Si2A或60Si2MnA,可取许用应力为1.41.5GPa。(5)根据已经确定的结构参数最后核算锥底角和自由高度H0(H0 H +)。 为了保证截锥形的上底和下底(弹簧的支承面)相互平行,需进行修磨,修磨宽度随弹簧外径D的增大而加宽。当外径D为120300mm时,修磨宽度为11.5mm。表4.1 系数A、D/dA1.30.3881.0441.0921.40.4641.0621.1351.50.5231.0981.1781.60.5711.1241.2191.70.6121.1491.260结束语大多数离合器已经标准化或规格化,设计时,只需要参考有关手册对其进行类比设计或选择即可。选择离合器时,首先根据机器的工作特点和使用条件,结合各种离合器的性能特点,确定离合器的类型;类型确定后,可根据被关联的两轴的直径、计算转矩和转速,从有关手册中查出适当的型号;必要时,可对其薄弱环节进行承载能力校核。结构设计时,离合器要有防衬面油污的结构措施;加强散热通风;防止压紧弹簧退火;防止运动零件运动干涉;调整方便,可靠;选择合适的压盘驱动方式;要有结构措施保证装配时各零件对中准确、可靠;分离杠杆要有反压弹簧或采用平衡块保证分离间隙,但分压弹簧压力不能过大,否则将使离合器压紧力降低;设计时分离杠杆重心应尽量靠近支点,以减少离心力矩的力臂;主要旋转件要做静平衡试验;操纵力和操纵行程符合要求;从动盘转动惯量较大的可设置离合器制动器。参考文献1 徐灏等.机械设计手册(第2、3册)M(第二版).北京:机械工业出版社,2003 2 程悦荪.拖拉机设计M.北京:中国农业出版社,1981 3 周纪良.拖拉机及类似车辆传动系M.北京:机械工业出版社,1991 4 吉林工业大学拖拉机教研室编.拖拉机构造M.北京:中国农业出版社,1982 5 曾令宜.AutoCAD2000工程绘图教程M.北京:高等教育出版社,19996 朱冬梅.画法几何及机械制图M.北京:高等教育出版社,20007 陈立德.机械设计基础M.北京:高等教育出版社,20028 陈立德.机械设计基础课程设计指导书M.北京:高等教育出版社,20029 刘劲.机械制图国家标准M.北京:机械工业出版社,200010 陈立周.机械优化设计方法M.北京:冶金工业出版社,1985 11 拖拉机编辑部主编.拖拉机设计和计算M.上海:上海科学技术出版社,1980 12 李齐隆.拖拉机离合器蝶形弹簧的优化设计J.北京农业机械化学院学报,1995(2)13 高象平,李齐隆等.拖拉机零部件优化设计M.广州:广东科技出版社,1987 14 JB/T6703-1993 拖拉机离合器总成 技术条件15 JB/T6704-1993 拖拉机离合器盖、压盘总成 技术条件16 JB/T9836-2000 拖拉机离合器从动盘 技术条件致谢本毕业设计是在我的指导老师张华红老师的悉心指导下完成的。张华红老师是一位有着认真的工作态度和严谨细致的治学精神的老师。从她那里除了学到了不少专业方面的知识外,还感受到了她严谨细致、精益求精的治学精神,让我受益良多,这些都会让我以后的学习、工作中受益。在毕业设计过程中,我翻阅了不少专业课本,并从图书馆借阅了不少专业资料。在设计过程中我遇到了不少未知的专业问题,除了自己积极思考外,还积极和同学讨论解决问题的途径,进一步培养了自己解决实际问题的能力,同时我的导师张老师给我提出了很多宝贵的意见,使我的设计得以进一步的完善。在此十分感谢指导老师给予我的悉心指导和大力帮助。
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