推土机主离合器的结构设计(全套含CAD图纸)
下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985一目 录摘 要 .IABSTRACT .II第 1 章 概 述 .11.1 离合器的用途及分类 .11.1.1 离合器的用途 .11.1.2 离合器的分类 .21.2 离合器的工作原理 .31.3 影响离合器工作性能的几种因素 .41.3.1 原始特性 .41.3.2 负载特性 .41.3.3 离合器的结构因素 .51.3.4 操纵方式 .51.3.5 安装位置和精度 .6第 2 章 离合器总体设计 .72.1 概述 .72.2 离合器结构方案 .82.2.1 离合器从动盘选择 .92.2.2 压紧弹簧和布置形式选择 .10第 3 章 离合器主要参数及尺寸的选择 .133.1 后备系数 .143.2 单位压力 .150P3.3 摩擦片外经 D,内径 D 和厚度 B.153.4 摩擦因数 F,摩擦面数 Z 和离合器间隙T .163.5 由已知条件计算摩擦面上的工作压力 .17下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985二第 4 章 压紧弹簧和扭转减振器设计 .184.1 压紧弹簧的设计 .184.1.1 膜片弹簧外形几何尺寸参数的初步选择和确定 .184.1.2 膜片弹簧强度校核 .194.2 扭转减振器设计 .204.2.1 扭转减振器的特性 .214.2.2 扭转减振器主要参数 .224.2.2.1 极限转矩 .23jT4.2.2.2. 扭转刚度 .23k4.2.2.4. 预 紧 转 矩 .24n4.2.2.5. 极限转角针 .24j4.2.3 扭转减振器弹簧的设计计算 .254.2.3.1.减 振 弹 簧 的 分 布 半 径 .250R第 5 章 约束条件 .295.1 摩擦片外径 D,内外径比 C 的校核 .295.2 后备系数 校核 .295.3 摩擦片内径 D 校核 .295.4 离合器单位摩擦面积传递的转矩 校核 .29Tc05.5 单位压力 校核 .300P5.6 摩擦片接合的单位摩擦面积滑磨功校核 .30第 6 章 离合器操纵机构选择 .316.1 对操纵机构的要求 .326.2 操纵机构结构形式选择 .326.3 对操纵机构的主要计算 .336.4 液压式操纵机构结构工作原理 .34下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985三第 7 章 PRO/ENGINEER 实体设计三维建摸 .3571 下面我们介绍 PRO/ENGINEER WILDFIRE 的新特性。 .35711 方便易用 .35712 激发灵感,创造一流产品 .36713 完全适应解决目前最棘手的制造问题 .377.2 以离合器压紧弹簧为例建模 .398.参考文献 .41结 束 语 .42下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985II下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985I摘 要离合器是一种使从动轴和同轴的主动轴快速连接或脱开的装置,通过连接两根轴并使其锁定,使得它们以相同的速度旋转,通过控制滑转量使得发动机和静止的变速箱之间实现平滑啮合与动力传输。其主要功用是:1. 保证车辆平稳起步 ,保证传动系换档时工作平顺。2. 防止传动系过载 ,限制传动系所承受的最大扭矩,保证安全。本课题主要研究推土机单盘膜片弹簧离合器,深入研究离合器的结构和工作原理,对离合器的从动盘、离合器盖、膜片弹簧等主要部件进行设计,并研究了推土机离合器膜片弹簧在工作过程中的受载情况,在此基础上进行推土机离合器的总体设计。本论文在使用传统方法设计离合器的同时,还使用了 pro/E Wildfire 实体设计建立了推土机离合器主要零件的三维模型。关键词:推土机离合器 膜片弹簧 扭转减振器 设计下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985IIAbstractThe clutch is a kind of device which can makes the driving shaft and the coaxial driven shaft engaged smoothly and gradually, and makes them disengaged rapidly. When the driving shaft and the driven shaft engaged, they will rotate at the same speed, at the same time, it may be realized that the power can smoothly transmit between revolving engine and stillness transmission by controlling the slidicity of the clutch. Its main function is:1. Ensure that the automobile breaks the ice stably; ensure that the process of shifting is smooth. 2. Prevent the drive system from being overburdened, restricting the maximum lord what the drive system subjected, and guarantee safety.The paper studied mainly the single-plate diaphragm spring clutch of bulldozer Thorough researching structure and work principle of this type clutch, I have designed the main components of the clutch such as : diaphragm-spring , torsion shock absorber and so on, and analyzed the force circumstance the diaphragm-spring subjected in the working process. And according to constraint condition assurance whether clutch meet a request or not; finally chose the controlling mechanism of the clutch.Keywords: Bulldozer clutch diaphragm-spring Torsion shock absorber Design 下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709851第 1 章 概 述1.1 离合器的用途及分类1.1.1 离合器的用途离合器是机械传动系统中一种重要的传动装置。主要用于原动机和工作机之间,机械内部的主动物和从动额之间实现运动和动力的传递和脱离。随着离合器结构的不断完善,它在各种机械中与其它装置相配合还可完成更多的工作。一般地说,离合器可以实现机械的起动和停车、齿轮箱速度的变换、传动轴间在运动中的同步和相互超越、机器起动时和超载时的安全保护,此外,还可以防止从动轴的逆转、控制传递扭矩的大小和满足接合时间等方面的要求。因此,离合器在各类机器设备中,诸如冶金、矿山、机械、航空、兵器、水电、化工、轻纺和交通运输等各个领域都得到十分广泛的应用。离合器的传动原理主要是依靠本身的工作元件在接合时的啮合或摩擦作用来传递远动和扭矩,也有依靠磁力和液力来起连接作用的,如磁滞离合器和液力变矩器。但刁损上可以把磁滞离合器并入调速电机一类,而浓力变矩器在分类上已不属于离合器,是另一类重要的传动装置。为了保证离合器具有良好的工作性能,对车辆离合器设计提出如下基本要求:1)在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩,并有适当的转矩储备。2)接合时要平顺柔和,以保证汽车起步时没有抖动和冲击。3)分离时要迅速、彻底。4)离合器从动部分转动惯量要小,以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击,便于换挡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散热效果,以保证工作温度不致过高,延长其使用寿命。6)应使传动系避免扭转共振,并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。7)操纵轻便、准确,以减轻驾驶员的疲劳。8)作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小,以保证有稳定的工作性能。9)应有足够的强度和良好的动平衡,以保证其工作可靠、寿命长。10)结构应简单、紧凑、质量小,制造工艺性好,拆装、维修、调整方便等。下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098521.1.2 离合器的分类随着现代工业的高速发展,离合器的种类日益繁多。由于使用要求不同,选择离合器的结构形式、操纵方式也就有所不问。为此,对离合器进行分类,以便了解离合器的构成状况。离合器的分类方法一般是按接合元件的性质(如:分为啮合式、摩损式);按操纵方式(如:分为外力操纵、自行操纵。外力操纵又可分为机械、气动、液压、电磁操纵等);按元件数量(机单盘、多盘),按离合器润滑方式(灿干式、湿式);技某些重要零件的有无(如:带弹簧:无弹簧,带滑环、无滑环);技冷却方式(如:普通型、气冷型、水冷型)等来分类。但到目前为止,还没有统一的方法,表(ll)所示为按常用习惯加以归纳。下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098531.2 离合器的工作原理离合器的工作过程随操纵方式和接合元件的不同而有所不同。使用最广泛的常开式可操纵离合器的工作过程一般为接合工作脱开的循环过程。如图(1-1)所示,图 1-1 离合器基本组成和工作原理示意图首先是通过操纵装置(手柄、气缸、液压缸、电磁铁等)对接合元件的主动或从动部分施力,使两者作相对移动并啮合或压紧,靠啮合或摩擦传力使主动轴带动从动袖一起旋转,最后达到规定的转速并承担负载扭矩,这个过程就是接合过程。当需要脱开时,操纵装置按相反的方向作用,接合元件的主动件就可迅速和从动部分脱开。对于常闭式可操纵离合器(例如汽车离合器),其工作过程和常开式有所不同,通常为工作脱开接合的循环过程。由于是常闭状态所以使离合器经常处于承担负载的状态。只有在偶然或较短暂的时间条件下,才需要通过操纵装置加力使接合元件的主动部分和从动部分脱离即操纵装置对主动接合元件所施的力为脱开力,而离合器所需的重新接合压紧力则是由弹簧力来实现的。对于不需外力操纵的自动离合器,其工作过程可以是常开式的(如离心离合器),也下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709854可以是常闭式的(如安全离合器)。此种离合器改变原始接合状态的操纵力是来自其内部某些工作参数的变化,如安全离合器的脱开依靠负载的变化获得超限定的扭矩;1.3 影响离合器工作性能的几种因素1.3.1 原始特性不同的原动机具有不同的工作特论它是影响离合器工作贮备能力的一个重要因素,例如使用最广泛的三相鼠笼式感应电动机具有较硬的自然视械特性,而活塞式内燃机则具有较软的机械特性。硬特性的原动机在加载后速度并不降低或降低程度不大。只要起动扭矩(负载扭矩及惯性扭矩之和)不超过原动机的最大扭矩在离合器的整个接合过程中,原动机的速度就不会降低。起动时的惯性扭矩,突出地表现在离合器主、从动摩擦片的相对打滑上。如果不希望或不允许起动时出现过长时间的打滑现象就要增加离合器工作的储备能力,使其迅速接合避免在高转差条件下相互摩擦软特性的原动机在加裁后转速有较大的降低。离合器接合过程包括了原动机的降速过程,允许有较小的工作贮备来工作,因为主、从动袖离合器是在较低的转差条件下接合并在接合后共同以一较低的转速上升到预定转速的。离合器的接合是在原动机起动后进行的,因此内燃机通常不能带负载起动,一般必须用离合器来实现与工作机的连接。1.3.2 负载特性离合器需要传递的负载扭矩有两种,一种是工作机的正常工作负载,另一种性是工作机起功时包括离合器从动部分在内的所有从动质量纳惯性负载。如果在起动时就有工作负载,则离合器强传递的扭矩就应包括在内。工作机的负载情况是不同的,有的是比较均匀的负载(例如钻床、磨床),有的是冲击性负载(例如冲床、破碎机)。冲击性负载如果不采取有效缓冲措施如设置飞轮等贮能装置 f 则会因离合器瞬时性负载增加而不得不加大离合器容量,因而需加大离合器的实际尺寸。在起动时所有从动件的惯量对离合器痛传递扭矩的能力影响是很大的,特别是在下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709855高转差条件,接合大的从动件惯量,惯性负载可以达到很可观的数值,有时甚至使工作负载与其对比之下显得微不足道。在接合过程中,如果要求接合时间过短则可能导致离合器传递扭矩过大,因而不得不加大离合器的容量和尺寸,如果接合容量仅仅根据工作负载来选择,则导致离合器严重打滑或接合时间过长。当机械工作冰系统所产生的扭转振动可能出现很大的振动负乳使离合器或其它传动件遭受破坏。振动的原因是系统受到周期性激振力的作用。这种激振力可以是原动机发出的(如活塞式内燃机),也可以是工作的脉冲负载。如果系统的固有振动领串和激振领宰相等,就会产生共振性振动负载。传动袖的转速达到和轴系的临界转速队就会引起共振。设计时传动轴的正常工作转速应当远离临界转速才能使离合器所在的轴系避免共振。对于重要的离合器应该考虑到振动的影响,通过计算采取必要的步骤以消除振动。1.3.3 离合器的结构因素 影响最大的是接合元件的接合特性。离合器的接合元件分啮合和摩擦两大类,前者属于刚性接合,后者属于柔性接合。刚性接合的元件大都是具有相当硬度和强度的金属件,所以在离合器接合瞬间时,啮合元件主、从动件之间不可避免地产生相当大的冲击裁菏,特别是对转速和传递负载越大的情况下就更为严重。此种冲击载荷可导致接合元件的迅速损坏,首进入啮合的部位尤其如此此外,还会引起机械冲击和噪声因此,刚性按合的离合器常用于主、从动袖相对转速不高的场合。否则需要领先在静止状态下进行接合并在停车后才分离。柔性接合和刚性接合不同,其传动原理主要是依靠接合元件间接触后的相互压紧,利用压紧后产生的摩擦力传递按矩。此外允许在接合过程中有一定程度的打滑。虽然相对打滑在摩擦中会引起能量的损耗,使摩擦元件的温度迅速升高,甚至有可能发展到使元件遭受很大磨耗导致损坏的程度,但是只要严格控制使用条件,仍能达到预定的寿命。柔性接合的优点是能够使从动部分的转速较缓慢地上升,减小机械冲击,使机器的工作状态比较平稳。但是,不能以恒定的传动比进行传动是柔性接合的一个缺点,而这方面又恰是刚性接合所具有的优点,这也是刚性离合器不能被代替的重要原因,所以,这两种接合形式的离合器要根据不同的工作要求来选择。下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098561.3.4 操纵方式不同的操纵方式也影响离合器的工作性能而且在某种程度上也决定了离合器的使用范围。例如机械离合器,其操纵方法多数是靠人力通过杠杆或踏板进行,由于操纵力的限纵使机械离合器既不适应频率高的频繁操纵也不能适应对大型离合器进行操纵,因而只限于操纵功率较小的机器设备也不便于远离控制和自动控制。又如气动离合器其操纵通过压缩空气进行由于结构简单,排气无污染,具有很大的操纵力,特别适宜对大型离合器的操纵,也适于远距离操纵,还允许在易爆环境中工恨气功离合器离合迅速,允许有较高的操纵频率。电磁离合器,由于接合元件直接受电磁吸力的控制,通过电路控制容易实现远距离操纵易于并入电气自控系统中与其它机件联锁控制,达到快速动化使接合性能得到进一步发挥。这些都是选择离合器时需加以考虑的。1.3.5 安装位置和精度各种离合器由于结构特点和工作性能不同,常要求一定的安装位置和精度。例如,离心离合器利于安装在高速铀上而不利于装在低速轴上,安全离合器则较利于安装在低速铀上而不利于装在高速轴上等。因而应该根据离合器的特点,选择好合适的安装位置。又如,多数离合器不具有对两轴间的倾斜和不平行方面的补偿能力,必须注意保证必要的安装箱度,否则就会影响离合器的正常工作。下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709857第 2 章 离合器总体设计2.1 概述离合器是车辆传动系中直接与发动机相连接的总成,其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递,以保证车辆起步时将发动机与传动系平顺地接合,确保车辆平稳起步;在换挡时将发动机与传动系分离,减少变速器中换挡齿轮之间的冲击;在工作中受到大的动载荷时,能限制传动系所承受的最大转矩,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。本次设计是针对推土机单片膜片弹簧离合器进行设计,如图(2-1)示,图2-1膜片弹簧离合器实物图设计主要包括:离合器结构形式的选择,离合器设计计算,膜片弹簧设计计算,减振器设计计算,操纵机构的设计计算,离合器的结构元件的设计与选择。由于此次设计的离合器仍属于摩擦式,为保证其具有良好的工作性能,此离合器设计应满足如下基本要求:(1) 合适的转矩储备能力;(2) 分离迅速彻底,接合平顺柔和;下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709858(3) 良好的散热能力;(4) 从动部分转动惯量小;(5) 操纵轻便,以减轻驾驶员的疲劳; 随着车辆发动机转速和功率的不断提高、车辆电子技术的高速发展,人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发,传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步地向拉式结构发展,传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。因此,提高离合器的可靠性和使用寿命,适应高转速,增加传递转矩的能力和简化操纵,已成为离合器的发展趋势。 2.2 离合器结构方案摩擦离合器最为常用,如图(2-2)所示,它主要由主动部分(发动机飞轮、离合器盖和压盘等)、从动部分(从动盘)、压紧机构(压紧弹簧)和操纵机构(分离叉、分离轴承、离合器踏板及传动部件等)四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传递动力的基本结构,操纵机构是使离合器主、从动部分分离的装置。图 2-2 离合器总成图下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098592.2.1 离合器从动盘选择离合器的结构方案分析:摩擦离合器同其它形式离合器相比, 它的传动平稳,联接不受转速的限制,可以保护机械不致因过载而损坏,因而应用十分广泛,本次设计的双片膜片弹簧也是摩擦离合器的一种。对轿车和轻型、微型货车而言,发动机的最大转矩一般不大。在布置尺寸允许的条件下,离合器通常只设有一片从动盘。单片离合器,如图(2-3)所示,结构简单,尺寸紧凑,散热良好,用时能保证分离彻底、接合平顺。图2-2-1-1 单片离合器按其从动盘的数目根据压紧弹簧布置形式根据使用的压紧弹簧形式圆柱螺旋弹簧圆锥螺旋弹簧膜片弹簧离合器根据分离时所受作用力的方向拉式推式圆周布置中央布置斜向布置等单片双片多片下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098510双片离合器,如图(2-4)所示,与单片离合器相比,由于摩擦面数增加一倍,因而传递转矩的能力较大;接合更为平顺,柔和;在传递相同转矩的情况下,径向尺寸较小,踏板力较小.多片离合器多为湿式,它有分离不彻底、轴向尺寸和质量大等缺点,以往主要用于行星齿轮变速器换挡机构中。但它具有接合平顺柔和、摩擦表面温度较低、磨损较小、使用寿命长等优点,主要应用于重型牵引车和自卸车上。根据设计要求,此次设计的离合器采用双片结构。2.2.2 压紧弹簧和布置形式选择周置弹簧离合器的压紧弹簧采用圆柱螺旋弹簧,其特点是结构简单、制造容易,当发动机最大转速很高时,使离合器传递转矩能力随之降低。中央弹簧离合器的压紧弹簧,布置在离合器的中心。通过调整垫片或螺纹容易实现对压紧力的调整,多用于重型汽车上。 斜置弹簧离合器的显著优点是摩擦片磨损或分离离合器时,压盘所受的压紧力几乎保持不变。具有工作性能稳定、踏板力较小的突出优点。此结构在重型汽车上已有采用。图2-2-1-2 双片离合器下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098511膜片弹簧离合器,如图(2-5)所示,其中的膜片弹簧是一种具有特殊结构的碟形弹簧,主要由碟簧部分和分离指组成,它与其它形式的离合器相比具有如下优点:(1) 理想的非线性特性。(2) 弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用,结构简单,轴向尺寸小。(3) 高速旋转转时,性能较稳定;而圆柱螺旋弹簧压紧力则明显下降。(4) 由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触,故其压力分布均匀,摩擦片磨损均匀,可提高使用寿命。 (5) 易于实现良好的通风散热,使用寿命长,平衡性好。段面高速旋转。图2-2-2-1 膜片弹簧离合器但膜片弹簧的制造工艺较复杂,对材质和尺寸精度要求高,其非线性特性在生产中不易控制,开口处容易产生裂纹,端部容易磨损。近年来,由于材料性能的提高,制造工艺和设计方法的逐步完善,膜片弹簧的制造已日趋成熟。因此,膜片弹簧离合器不仅在轿车上被大量采用,而且在轻、中、重型货车以及客车上也被广泛采用。拉式膜片弹簧离合器,如图(2-6)所示,其膜片弹簧的安装方向与推式相反。在接合时,膜片弹簧的大端支承在离合器盖上,而以中部压紧在压盘上。将分离轴承向外拉离飞轮,即可实现分离。与推式相比,拉式膜片弹簧离合器具有如下优点:(1)由于取消了中间支承各零件,并只用一个或不用支承环,使其结构更简单、紧凑,零件数目更少,质量更小。(2)由于拉式膜片弹簧是以中部与压盘相压,因此在同样压盘尺寸条件下可采用直径下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098512较大的膜片弹簧,从而提高了压紧力与传递转矩的能力,而并不增大踏板力。(3)在接合或分离状态下,离合器盖的变形量小,刚度大,故分离效率更高。(4)拉式的杠杆比大于推式杠杆比,且中间支承少,减少了摩擦损失,传动效率较高,使踏板操纵更轻便。拉式踏板力比推式一般约可减少2530。图2-2-2-2 拉式和推式膜片弹簧离合器综合分析并根据设计要求,本次设计采用膜片弹簧离合器。下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098513第 3 章 离合器主要参数及尺寸的选择摩擦离合器是靠摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器的静摩擦力矩 (3ccfFZRT1)式中, 为摩擦面间的静摩擦因数,计算时一般取025030;F为压盘施加在摩擦f面上的工作压力; ,为摩擦片的平均摩擦半径; Z为摩擦面数,单片摩擦离合器Z=2双c片摩擦离合器Z=4。设 为摩擦面承受的单位压力,而且压力分布均匀,则单位元摩擦面积ds上产生的单0P位元摩擦力矩为 = dTf0Ps整个摩擦面产生的摩擦力矩为 T=2 -2 =2 (32)03rRf0rR式中,R 为摩擦片外半径;r为摩擦片内半径。摩擦面所承受的单位压力Po为 = = (33)0P)(42dDF)(42rR式中,D为摩擦片外径,D=2R;d为摩擦片内径, d=2r对于具有Z个摩擦面的离合器其静摩擦力矩为 =ZT=2 Z (34)cTf0r由上式(32) (33) (34)可得 = FZ( ) (35)cf2rR摩擦片的平均摩擦半径 ,根据压力均匀的假设,可表示为CR(36)2当dD06时, 可相当准确地由下式计算C=(D+d )/4=(R+r)/2(37)R将式(36)与式(37)代入(35)得下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098514(38))1(1230cDfZpTC式中,c为摩擦片内外径之比,c=dD,一般在053070之间。为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩,设计时T。应大于发动机最大转矩,即 maxeCT式中,Temax为发动机最大转矩;为离合器的后备系数,定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比,必须大于1。离合器的基本参数主要有性能参数 和 ,尺寸参数 D 和 d 及摩擦片厚度 以0P0b及结构参数中的摩擦面数 Z 和离合器间隙t,最后还有摩擦因数 。f3.1 后备系数 后备系数是离合器设计时用到的一个重要参数,它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择夕时,应考虑以下几点:(1) 摩擦片在使用中磨损后,离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩。(2) 要防止离合器滑磨过大。(3) 要能防止传动系过载。显然,为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大,不宜选取太小;为使离合器尺寸不致过大,减少传动系过载,保证操纵轻便,又不宜选取太大;当发动机后备功率较大、使用条件较好时,可选取小些;当使用条件恶劣,需要拖带挂车时,为提高起步能力、减少离合器滑磨,应选取大些;货车总质量越大,也应选得越大;采用柴油机时,由于工作比较粗暴,转矩较不平稳,选取的值应比汽油机大些;发动机缸数越多,转矩波动越小,可选取小些;膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定,选取的值可比螺旋弹簧离合器小些;双片离合器的值应大于单片离合器。如表(3-1)所示:工程机械主离合器的转矩储备系数值主离合器型式 值机械类型 干式 湿式下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098515重型履带工程机械轻型履带工程机械轮胎式工程机械3.54.02.53.02.03.02.53.01.52.51.52.0 本次设计选用湿式离合器用于推土机,因此 取 2.53.2 单位压力 0P单位压力 P0 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,发动机后备功率大小,摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。离合器使用频繁,发动机后备系数较小时,加应取小些;当摩擦片外径较大时,为了降低摩擦片外缘处的热负荷,P0应取小些;后备系数较大时,可适当增大P0。表3-2 摩擦片材料不同时,P0的取值范围如下表:摩 擦 片 材 料 单位压力P0/MPa模压 0.150.25010035 MPa石 棉 基 材 料编织 0.250.35铜基粉 末 冶 金 材 料铁基035050金 属 陶 瓷 材 料 070150 本离合器采用粉末冶金材料铜基 P0 选取为 0.35 MPa。3.3 摩擦片外经 D,内径 d 和厚度 b 当离合器结构形式及摩擦片材料已选定,发动机最大转矩Temax(本次设计的Temax按要求为308NM)已知,结合式(3-1)和式(3-5) ,适当选取后备系数和单位压力P0,即可估算出摩擦片尺寸。摩擦片外径D(mm)也可根据发动机最大转矩Temax(Nm)已知,后备系数和单位压力P0已选取,根据式 (39)maxeDTK下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098516式中,KD为直径系数直径系数 的取值范围如表(3-2)kD车型 直径系数乘用车 14.616.0-18.5(单片离合器) 最大总质量为6-14t的商用车13.5-15.0(双片离合器)最大质量为大于14的商用车 22.5-24.0本离合器取 =13.5 kD13.5 =443mm 圆整取450mmmaxeTK1078当摩擦片外径 D 确定后,摩擦片内径 d 可根据 d/D 在 0.570.70 之间选择。在选用同样的外径 D 时,选用较小的内径 d 虽可增大摩擦面积,提高传递转矩的能力但会使摩擦面上的压力分布不均匀,使内外缘圆周的相对滑磨速度差别太大而造成摩擦面磨损不均匀,且不利于散热和扭转减振器的安装。摩擦片尺寸应符合尺寸标准系列GBT57641998汽车用离合器面片,所选的 D 应使摩擦片最大圆周速度不超过6570ms,以免摩擦片发生飞离。根据我国摩擦片尺寸标准系列,本离合器选取d/D = 0.6则计算得d=D0.6=4500.6=270mm摩擦片的厚度白上要有32mm、35mm和40mm三种,本离合器的摩擦片厚度选用b = 4.0mm3.4 摩擦因数 f,摩擦面数 Z 和离合器间隙t离合器的摩擦因数 f 取决于摩擦片的材料,工作温度,单位压力和滑磨速度等因素。摩擦片的材料主要有石棉基材料,粉末冶金材料和金属陶瓷材料等。石棉基材料的摩擦因数 f 受工作温度,单位压力和滑磨速度影响较大,而粉末冶金材料和金属陶瓷材料的摩擦因数 f 较大接且稳定。各种摩擦材料的摩擦因数 f 的取值范围如表(3-3)所示表 3-3 各种摩擦材料的摩擦因数 f 的取值范围摩擦片材料 摩擦因数 f模压 0.200.25石棉基材料编织 0.250.35下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098517铜基 0.250.35粉末冶金材料铁基 0.350.50金属陶瓷材料 0.4本次设计的离合器采用石棉基材料,摩擦因数 f 取 0.25摩擦面数 Z 为离合器从动盘的两倍,决定于离合器所传递转矩的大小及其结构尺寸。由于此次设计的是双片离合器,因此 Z = 4.离合器间隙t 是指离合器处于正常结合状态时,分离套筒被拉回到后极限位置时,为保证摩擦片正常磨损过程中,离合器仍然能完全结合,在分离轴承和分离杠杆内端之间留有间隙。该间隙一般在 34 mm.本次设计的离合器离合器间隙t 选取 3 mm.3.5 由已知条件计算摩擦面上的工作压力D=450mm R=225mm ; d=270mm r=135mm= =183.75mm23rRC2315已知 Temax=1078NM,=2.5,f=0.25,Z=4 得=2.5 1078=2695NMmaxeCT由 Tc=fFZRc 得 F= = =14667NfZRcT31075.842.069下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098518第 4 章 压紧弹簧和扭转减振器设计4.1 压紧弹簧的设计本节着重是膜片弹簧的设计。4.1.1 膜片弹簧外形几何尺寸参数的初步选择和确定1. 弹簧材料由于工作过程中要求弹簧的承载压力较大,安全性和弹性能好,因此,弹簧的材料选用 60SiMnA 材料,对膜片弹簧的凹面或双面进行喷丸处理起到冷作硬化的作用,同样也可提高承载能力和疲劳强度。为了提高分离指的耐磨性,可对其端部进行高频淬火,喷镀铬合金和镀铬或四氟乙烯。在膜片弹簧与压盘接触圆形处,为了防止由于拉应力的作用而产生裂纹,可对该处进行挤压处理,以消除应力源。2比值 H/h 和 h 的选择比值 H/h 对膜片弹簧特性影响极大,当 H/h2Ro+50。即 270294.5+50 = 239,符合要求。5.4 离合器单位摩擦面积传递的转矩 校核Tc0为反映离合器传递转矩并保护过载的能力,单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值,即 (5-2)(4020CCCTdDZT式中,Tco为单位摩擦面积传递的转矩(Nmmm2); T C0为其允许值按表5-1选取。下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098530将 相 关 数 据 代 入 计 算 得 Tco=0.280.35,符合要求。表5-1 单位摩擦面积传递转矩的许用值(Nm )2m离合器规 Dmm 210-250 250325 325Tco X109 028 030 035 0405.5 单位压力 校核P为降低离合器滑磨时的热负荷,防止摩擦片损伤,单位压力p。对于不同车型,根据所用的摩擦材料在一定范围内选取,最大范围 为010150MPa,P即:010MPa 150MPa0.20P即在设计中010MPa0.35150MPa,符合要求。5.6 摩擦片接合的单位摩擦面积滑磨功校核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,每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值,即 (5-3)(42dDZW式中, 为单位摩擦面积滑磨功(Jmm2); 为其许用值(Jmm2),对于轿车: =040Jmm2,对于轻型货车: =033Jmm2,对于重型货车: =025Jmm2; W 为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功(J)可根据下式计算: (5-4)20218greiman式中,m a为推土机总质量(kg);r r为轮胎滚动半径(m);i g为起步时所用变速器挡位的传动比;i 0为主减速器传动比;n e为发动机转速(rmin),计算时轿车取2000rmin,货车取1500rmin。以上数据结合实际推土机技术数据并参考,经分析计算知,摩擦片接合的单位摩擦面积滑磨功,符合要求。下载后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098531第 6 章 离合器操纵机构选择推土机离合器操纵机构是驾驶员用来控制离合器分离和接合的一套机构,是为驾驶员控制离合器分离与接合程度的一套专设机构,它是由位于离合器壳内的分离杠杆(在膜片弹簧离合器中,膜片弹簧兼起分离杠杆的作用) 、分离轴承、分离套筒、分离叉、回位弹簧等机件组成的分离机构和位于离合器壳外的离合器踏板及传动机构、助力机构等组成,如图(6-1)所示.它始于离合器踏1自动传动离合器界面现象的理论实验研究注研究数学模型在温度预测和热衰的应用,它包括了所有在摩擦离合器的接合过程重要温度现象,这个热模型是由摩擦垫圆盘和间隙 ATF 组成的,这个衰退机理和常数模型的建立,对于选择摩擦材料非常重要,并且这一模型的研究与实验的结果符合的很好。关键词:湿摩擦离合器;热量模型;纸基摩擦材料;摩擦材料热衰;1、介绍:如图 1 所示用在自动传动系统中的湿式盘型离合器上由许多分离盘,摩擦盘以及其它部件组成,而它的主要元件是摩擦盘,它是由低碳钢芯铸成,并且两边附有一些摩擦材料,这个摩擦片以花键的形式联接在输入轴上,当分离盘接合到离合器壳上时,离合器功用将转矩从驱动件传递到被驱动件上,并且从一个齿轮传递到另一个齿轮上,而在传递过程中分离盘和摩擦盘之间有一个压力,这个压力引起的动能转化为界面上的热量,从相对速度转动开始到相对速度为零为止,所用的时间叫做停止时间,大约小于 1 秒钟。分离盘吸收了接合过程中大部分的摩擦热,而摩擦垫材料(摩擦垫核盘)吸收了较少的热,由于摩擦材料较低的导热率,这一原因使分布在轴上的不均匀的温度中的较高的温度梯度发生在摩擦盘上,而摩擦盘上的温度由输入轴能量以及其它表面性能特性决定的,其中摩擦盘上以前的温度非常重要,因为它决定了摩擦片温度下降的速度,特别是摩擦材料的热衰。研究湿式离合器以前分析已经被一些研究者研究过,它提出理论和实践工作方面,相当多的理论工作已经被 luoetulzugvodzk 和 Elsher blngetal 等研究了,可2是一些重要因素,包括热传递和流体动力学在接合过程中的研究仍然很少。这篇文章是目前湿式离合器综合分析,它包括一些现象其他人还没有调查过,例如一些不均匀接触摩擦垫片,自动传递液体到垫圈,以及热圈浸透热量下降等,通过这些数字仿真和一些实验进行比较,需要指出的是上述的这部分工作者已经被作者5、6 出版在另外一些书刊上。2、热传递和液体流动力学的分析21 接合循环一个典型的啮合循环,对于一个湿式离合器在机器中可以划分为四个阶段,首先的阶段是停止时间,从压力开始到滑动速度为止结束,发生在分离盘和摩擦盘之间,这一时间发生在垫圈上大约仅为 0.10.2s,一些 ATF(自动传递流体)发生在相关表面上的渗透也是由于过去是多孔结构,因此热的消失主要靠对流发生在一个表面和另一个表面之间,而另外一些 ATF 发生在摩擦盘深构处,它的热量也会慢慢冷却到离合器的相对温度。第二个阶段是浸泡时间,从停止时间开始到压力释放结束,在这一阶段分离盘和摩擦盘锁在一起,第三个阶段是保存时期,从压力释放结束后开始到发动机开始转动结束,最后一个阶段是稳定时期,从马达开始转动开始到下一个啮合循环开始结束,这一时期 ATF 流动从内部半径到外部半径,分离盘和摩擦盘之间的热量也在沟槽内流动,它们将冷却到离合器的表面温度,同时粘性热散发到相关的表面上,在 ATF 速率发生在分离盘和摩擦盘之间沿角度方向流动,流体之间存在速度差,这一现象导致阻力损失。32.2 数学模型二维重复摩擦盘热功当量平衡正如图 2 所示能够用公式表示如下:分离盘热平衡公式:其中 Ta 是温度,还有 Pa 是分离盘的密度,Ca 是分离盘的比热容,Ka 是分离盘的导热率。摩擦衬垫热平衡公式:其中 Tb 是温度,Pb 和 Pf 是摩擦盘和 ATF 密度,Cb 和 Cf 分别是摩擦衬套和衬垫的比热容。Kb 磨擦材料的导热率,VT 和 VZ 在 V 和 Z 方向的 ATF表面速率,它等于孔隙和孔隙流速的乘积,由于组成 ATF 分子是范围很宽,并且 ATF 开始蒸发湿度是 210C 完成大约 500C,并且 ATF 蒸发是温度函数,这一潜在 ATF 蒸发热量是 ATF 的热容 Cf 决定的,它能够作为温度函数。内核板上的热平衡,这一热平衡发生在内接板上仅仅应用于传统两边发热的离合器上而在单独的离合器边并没有发生。4式中 TC 是核板温度,PC 是接板上的密度,CC 是核板上的比热容, KC 是核板上的导热率。ATF 两面的热平衡,这个热平衡发生在 ATF 相关表面停止和稳定时期其中 是粘性耗散项,并且 可以用公式 求出其中 是 ATF 的粘度,Vri 和 Vqi 是在 V 和 q 方向 ATF 速率的温度速率,假设湿度均是对称分布 在公式(4)中将成为零,以上假设等同于 ATF 占据整个间隙,但这并不真实,理论和实践在阻力损失方面证明ATF 仅部分充满间隙,特别是磨擦盘的深沟处,可是粘性热的损失却是相当少。ATF 沟外的热平衡,这个一维热平衡对于 ATF 可以分成其中 是 ATF 在每一个摩檫片的容积,是 ATF 放射热在 温度表面,是边缘 热传递从里面到外面, 是槽长平均长度从里面辐射到外面。在摩擦衬套方面的时平均 ATF其中是 和 是 ATF 表面速率在 和 方向的, 是 ATF 的粒性并且是在 z 方向的流体压力,并且 ATF 在磨擦衬套在瞬时平衡在 V 方向,公5式能够简化,考虑到传统的离合器, (1)和(6)需要被同时解决,正如表 2 所示描述对于传统的离合器轴位置开始,并且结束在接板的分离面。边界在啮合时期分离板表面其中 和 是磨擦热流传递到分离板和衬套之间,补充条件可以写成 ,其中 是单位面积上的磨擦热流。的 ATF 过程发生衬套里面,对于 粒性流动液体也可以用公式 其中 是 ATF 渗透在方向的系数,这个热流 Qs 产生在离合器的啮合时候对于微面移动微小的距离 ds 这个磨擦热产生可用公式 表示,这里 是衬套压力 Ws 光滑片速率发生磨擦衬套和分离片之间, 是磨擦系数,并且 V 是半径 W 从牛顿定律计算的,其中 F 是 Tc 是总的力距,Wo 是开始速率 IF 是飞轮的转动动惯,p(t) 衬压力在单位时间上的压力,N 是摩擦面的数目并且 Ri 和 Ro 是衬里面和外面半径 Rm 是平均半径 对于不一致接触作为半径的功用,可以用公式表示,其中 是接触半径功用,并 C 是一个持续依靠 变化的数量,这个边界条件在 ,对于传统离合器。这个边界条件在分离片对称线和数对称线是在里面半径和外面半径的边界 ,其中 n 是热传递系数,6并且 是外面的它允许热传递轴和外套之间从内部半径到外部半径。23 热量分析的结果和讨论对于所有目前的分析,ATF 作为温度的功用能够从 kemp 和 Linden 的纸上找到,而铁的物理温度功能也能够从书上找到,并且摩擦衬也被实验测出,另外一些特征也能够被(表 1)总结出来项目 5003A 5004A 5006A 项目 5003A 5004A 5006A能 量 水 平 levelB levelB levelA 衬压力 650 1039 669周期 5000 5000 5000 运动能 22597 36390 19588转速 3660 6200 3540 停 止 时 间 0.9 0.78 0.5惯性 0.318 0.173 0.285 浸 泡 时 间 2.1 2.22 6.0时 间 7 7 0 衬套 ID 105.8 105.8 88.9摩 擦 时 间 20 20 5衬套OD126.2 126.2 121.3ATF 1032 1052 1055 分 离 盘 0.8 1.8 1.8石 油 流 动 过 0.757 0.757 5.6 衬 套 1.0 1.0 0.71摩擦表面 6 6 8 总 共 厚 度 0.4 0.4 0.51图 3 可以显示温度在一个完全啮合周期的变化,对于测试项目 5003A 能量水平为 B 而耐用时间停止时间浸泡时间以及稳定时间分为 0.9、2.7、7、20S,并且7离合器六个摩擦表面拥有 105.6mm 的内部直径和 126.2mm 的外部直径这个厚度对于分离板衬套和内核分别 1.8mm,0.4mm 和 1.0 mm 这里总共输入的能量为 43.930J,并且飞轮的旋转速度 3600RPM,它的内部的温度 106.2,并且飞轮的旋转速度 3600RPM 这个内部的温度以及啮合压力达到最高温度,这里温高下降从一个表面到另一个表面,由于热传递从里面到外面。压力释放时的热,从分离板传到衬套达到一个较高的平均温度,而压力释放后,热量不能从分离板传到与衬套,因为它们之间有空气,并且热量由于衬套决定,衬套表面温度快速下降直到马达达到飞轮啮合周期,从内部半径到外部半径,通过分离板和衬套,并且迅速冷却到表面温度,最后达到稳定周期 Ts、Tl 和 Tc。 图 4 说明温度分散在半径方向,在相同啮合条件下,如图 4 所示,啮合周期尺寸厚度,S=0 是在分离片对称线上,并且 S=1 是在对称线,并且啮合线能够完全显示在轴的方向,如图所示一个大的温度倾斜发生在内核以及结合盘之间,由于低的导热材料使温度在内核和结合盘之间较少。图 58显示了不均的结合在分离板和衬套之间,由于分离盘表面的温度是多种多样,假设摩擦热 Qs 能够正常颁布通过半径上以 V m =58 mm 并且标准偏差为 2mm,可以用公式表示,这个摩擦全部热流仍然不均匀分布在表面的三个位置。图 5 显示内部半径 RI 和外面半径 R0,以及中间半径RC,这个温度的高峰可以从 550到 680,其中最高温度倾斜从内部到外部半径,而中间处达到最高。图 6 说明流体作用在相对表面,并且离合器中没有衬套,并且考虑到衬套材料点洞现象,图 6 中的所有物理是与图 2 相同并且除去啮合和浸泡周期,那么这里输入的能量为36930J,并且飞轮的旋转速度为 6200PRM,而原先温度为 106.1并且能量从9一个较高的渗透材料在达到较低的渗透材料,这里存在光学渗透材料依靠衬套压力和输入能量水平并且一个典型衬套存 75%孔厚度下降 3%,则衬套压力时间宿短 0.10.25、从而衬套压力上升到稳定合的时期宿短,一些热传递从表面到多孔材料主要由 ATF 多孔摩托材料决定,包括应用压力达到稳定啮合的时期以及获得相对时期.它是否说明了说体渗透并不影响温度峰值,但它影响引起的力矩 Bor-Wainer 汽车也发展一个力矩,这个由液体渗透现象引起的力矩变化可以在图 7 上显示,假如液体渗透在 ATF 厚度摩檫表面下降非常快,从开始啮合周期到达到一个较高的啮合日期力矩结束。图 7为了检查相对温文我们对比这个分离表面的温度,以实验 5006A 说明,这个对比实验显示在图 8 和图 9 上这个主要特征在表面已经显示过,其中啮合时间浸泡时间和稳定时间分别为 0.5、6 和 5s 这个离合器共有八个磨擦 面以88、9MM 直径为内径以 121、3MM 直径为外径并且分离片衬套和内核厚度分别为 1、8mm 0、508mm 和 0、71mm 这里全部输入能量分别为 19、5883J 和39、0843J 能是 AB 及而内部飞轮转速为 3456RPM 并且 ATF 流动速度5、67L/ 应用压力分别为Pa 1300KPa 衬套压力为 2%-2.4%的低压而磨擦衬套有 0、05arcg 的浸透能力。图 8 图 910图 8 图 9 以实验的方式,显示出稳定啮合周期和固体调整的调查,它显示一个稳定的周期循环达到了 3 到 4 次,啮合循环图 8 和图 9 也说明了被理论所预测的相对温度,已经有一个较好的内部实验分析。3 摩擦材料的度 摩擦材料的度已经做过一些相关的调查,所有的另外一些宝贵的工作对于作者来说已经被实验做过,但理论方面的工作还很缺少,为了得到预测这些摩擦材料的生命周期并得到应用,则必须懂得摩檫材料理论机理和磨擦材料的度,纸制的磨擦材料受到相关度和摩檫材料机构的影响,这种磨擦材料的度影响的主要因素是在正常结合的湿式离合器由于在较高的温度环境,当发生在磨擦材料的表面的时候时,摩檫材料在磨擦的过程中离合器产生了很高的热,当摩擦材料达到一定热的程度后,摩擦材料的特征将很快地发生改变,并且摩擦材料的表面将很快发生变形,一般地组成摩擦材料达到的最后温度是由它原先的温度决定的。为了去预测摩擦材料的粘度,在自动结合湿式离合器的条件下,这个相对机构和摩擦材料的摩擦速度非常重要。当过去的温度接近于摩擦材料在自动结合过程中的温度后,以上就可以用相对的模型进行预测,并且可以通过计算得出这个时候摩擦材料的温度,并且这种预测也可以通过试验方式和理论模型得以描述。3.1 摩擦材料的机理BORG-WARNER 汽车生产商有多种类型的摩擦材料,而组成摩擦材料的不同因素已经被应用到多个方面,这有利于学习摩擦材料和节省选择拥有较低热阻的摩擦材料的时间,因为如果没有它,可能需用一万次的结合实验,对于摩擦材料拥有较高的热阻,可以计算出摩擦材料的生命周期。一个 TGA 实验关于11相对摩擦材料在较高温度下的决定因素的影响是由插入元件影响的,正如图 10显示的一些摩擦材料重量的丧失一样,对于温度函数来说这些简单材料的重量丧失是由点动现象引起的,而且这些温度峰值则是由插入原件引起的。这个图也暗示的摩擦材料开始碳化的温度接近于 240 度,并且结束的温度在 420 度,在 TGA 测试的条件下,它显示的该过程在摩擦材料的损失为 31.2%。核盘材料是由一些热阻元素组成的,对于核盘材料来说,一个较高的表面温度是由重复的离合器结合过程引起的。这个核盘材料在离合器结合过程中,它其中的碳达到了摩擦材料重量丧失的温度,这些摩擦材料的表面就会发生脱落。对于有 N 个较大的摩擦材料的度,它的相对表面速度可以用公式表示,其中 W 是核盘材料的重量, T 是时间,K 是相对于温度函数的能量,也可以用公式 ,其中 K0 是相对速度,E 是相对表面接触的能量,R 是磨擦材料表面的热阻,T 是温度。例如,对于首次接触的磨擦材料,N 等于 1,而对于最后接触的磨擦材料,N 等于 0。这些相对表面的摩损可以用公式 解决。其中 W0 是相对核盘表面,T 是磨擦材料的耐用时间。简单地说,对于摩擦材料度在结合过程中,我们可以用公式 表示,也可以用另外一些相关表面的公式预测(N0,N 1) ,可是更多的温度现象12就不可以用公式进行预测。假如整个机构是零操作,并且 WW0 等于 0,T 是相对表面的接触时间,实验在这种情况下就接近于实际情况。其中 W 是每个单元摩擦材料的重量,并且(0)就可以用相对机构的零控制进行预测,正如图 11 显示,重量损失 W W0 的作用时间可以用函数表示 ,这个零操作独立于相对摩擦材料的表面,并且它的重量改变的相当快。从而导致核盘材料的相对表面摩损的也相当的快。
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