轿车离合器的设计【含CAD图纸、说明书、三维模型】

毕 业 设 计（论 文）设计(论文) 题目： 轿车离合器的设计 学生姓名：二级学院：班 级：提交日期：IIIII目 录摘 要 .IVAbstract .V1 绪 论 11.1 本课题研究的背景及意义 .11.2 课题国内外近况及发展方向 .11.3 汽车离合器概述 .11.4 设计的组织步骤 .22 离合器的结构参数分析 .42.1 设计车型选择 .42.2 离合器的功能及要求 .42.3 基本结构方案分析 .52.4 压盘方案确定 .93 离合器主要参数的确定 113.1 后备系数 113.2 单位压力 110p3.3 摩擦片尺寸参数选择 123.4 摩擦片约束条件校核 154 膜片弹簧的设计及优化 184.1 膜片弹簧的特征 18IV4.2 膜片弹簧的优势 194.3 基本参数的选择 194.4 膜片弹簧强度校核 224.5 膜片弹簧的设计优化 234.6 膜片弹簧制造材料及工艺选定 235 扭转减振器设计 255.1 减振器参数计算与校核 255.2 目前通用减振器分析 265.3 弹簧相关尺寸补充 276 从动盘总成设计 296.1 从动盘总成要求 296.2 从动盘毂 297 压盘的设计 317.1 压盘设计要求 317.2 压盘几何尺寸的确定 318 离合器操纵机构 338.1 操纵机构的要求 338.2 操纵机构结构选择 339 结 论 .35参考文献 36V附 录 .37致 谢 .38摘要VI轿车离合器的设计摘 要离合器在汽车传动系统中扮演重要的角色，它的工作性能好坏直接影响驾驶员的操控体验。现代汽车大多采用摩擦式离合器，其扭矩大，操作简单，稳定，利于生产，成本低的特点很适用于现代汽车的需求。本次设计选取马自达 Axela 手动舒适型的性能参数，对其离合器进行研究性分析设计。本次设计先从离合器的作用和要求来分析，然后通过围绕压盘、从动盘、摩擦片、膜片弹簧等零件展开设计计算来达到其工作时的性能要求。在设计到相关零部件的时候，要确定其在离合器中的什么部位，对其进行类型选择、结构尺寸和使用材料设计，最后进行计算校核，并在该章节附上合适的图形示意。关键词：昂克赛拉，离合器，膜片弹簧，轿车摘要VIIAbstractVIIIThe design of the car clutchAbstractThe clutch plays an important role in the car transmission system, and its performance affects the drivers experience directly. Most modern car USES the friction clutch, the torque, easy operation, stability, conducive to production, the characteristics of low cost is very suitable for modern car demand. This design selects the performance parameters of Mazda Axela manual comfort, and analyzes the design of the clutch. This design according to the analysis of the role of the clutch and the request first and then through the surrounding pressure plate, driven plate, friction plate, diaphragm spring parts such as design calculation to meet the performance requirements of the work. In the design to the relevant parts of the time, to determine its location in the clutch, on the type selection, structure size and use of material design, calculation and check the final, and in this chapter include appropriate graphics.Key words: Axela, clutch, diaphragm spring, carAbstractIX第 1 章 绪论11 绪 论1.1 本课题研究的背景及意义从离合器的出现到完善始终伴随着汽车的发展而发展，汽车工程师们一直以满足驾驶员对汽车换挡顺和性和优良的操纵感为发展方向。纵观我国近代汽车工业史，我国存在起步晚、相关技术落后不成熟、高级技术人员不足等劣势。与国际竞争产品相比，国内离合器综合表现仍存在较大差距，产品研发比较传统，标准化生产程度低。本次进行轿车离合器设计，让我可以再一次从头了解离合器的构造组成，熟悉各部分工作原理，掌握设计和优化方法。另外一次设计的从无到有需要我大量的查找相关书籍文献资料，掌握设计方式方法，极大地培养了我的查阅资料和自学能力。经过此次设计，可以使学生充分的体验到完成一个设计项目所进行的各项环节，提高我们的综合素质和工作能力，为即将毕业的我们提供一次良好的学习工作经验的机会，对我们顺利由学生转变为社会工作人员有着很大意义。1.2 课题国内外近况及发展方向 从摩擦式汽车离合器到液力变矩器的技术迭代，再到如今汽车工业各种智能技术愈发成熟，汽车离合器始终向着人们理想的方向发展。随着现代人们对汽车舒适性和操控简易性的提高，传统离合器终将被新技术取代。纵观我国现代各个汽车企业，从其研发设计等能力来看，离合器相关技术仍然与国外企业有不小差距。但是依靠本国自身优势，国内劳动力成本、汽车消费市场、售价及供应关系上较国外有明显优势。另外需要我们注意的是我国汽车品牌的潜在价值、产品的质量把控、生产自动化、效率、产品研发能力及员工素质方面与国际先进车企仍有较大差距。从目前热销的国产车技术层面来看，国内汽车离合器经过不断发展已经可以满足大部分车型日常需求，通过学习和自主创新，我国离合器产品也在不断进步完善。从国际发展趋势来看，近年来人们对汽车各项性能要求越来越高，发动机的性能也越来越强，各种新型车型被设计出来以满足人们的需求，国内也是如此。回到我国现代离合器发展，我国离合器技术始终跟随国际发展潮流。并结合本国地理环境和国人特点加以创新，不断向多种技术方向拓展。从一些汽车评测机构的视频和视频评论分析，人们生活水平不断富裕，对于汽车的性能和舒适性有了更高的要求。在第 1 章 绪论2汽车各种工况下，如何保证离合器正常稳定工作，给驾驶员良好的操控体验和前后排乘坐舒适性已经是汽车界共同的研发方向。目前，膜片弹簧在我国离合器领域被使用最多。1.3 汽车离合器概述对于如今普遍以内燃机作为动力来源的汽车，离合器是独立存在于传动系统中的。离合器处于传动系的首端，用于实现和切断对传动系的动力传递，以保证传动系统实现顺利衔接，确保车辆顺利平稳起动。就以目前广泛使用的摩擦离合器来说，它是依靠主、从动部件之间的摩擦来实现传递与分离动力功能的装置。其组成如下：表 1-1 离合器组成主动部分、从动部分和压紧机构主要作用是使离合器接合和正常传递动力输出，而后面的操纵机构是用来使离合器分离的。四个部件合理设计装配才能使它们相互配合来保证离合器的稳定正常工作。1.4 设计的组织步骤本次进行轿车离合器的总体毕业设计，对于我来说还是有很大挑战的，在拿到题目后经过脑子一片空白到查阅各种资料后了解大致方向、大概步骤后，针对自身情况本次设计步骤如下：1） 在确定离合器后进行设计车辆选择。2） 对照标准及结合自身车型对离合器一些基本参数进行预选。3） 确定出离合器的具体型号，具体参数。4） 对相关组成部件进行计算和校核。第 1 章 绪论35） 在制作说明书的同时进行相关图纸的制作。图 1-1 离合器总成图 1-2 离合器 3D 分解图第 2 章 离合器结构参数分析42 离合器的结构参数分析2.1 设计车型选择本次设计选用车型为马自达 Axela 手动舒适 2016 版，通过查阅其官网和论坛，其基本参数如下表：表 2.1 2016 马自达 Axela1.5L 手动舒适型2.2 离合器的功能及要求离合器作为传动系的主要成员，位于传动系首端，用于实现和切断对传动系的动力传递，以保证传动系统实现顺利衔接，确保车辆顺利平稳起动。换挡时通过切断动力传输来减少换档齿轮的冲击。另外，它还可以通过限制扭矩的传递来保护传动系各部分不因扭矩载荷过大而不能正常工作甚至损坏。通过离合器的合理调配动力输出还可以减少传动系工作时产生的振动和噪音，提高轿车的整体舒适性和乘坐驾驶体验。目前主流的摩擦离合器又可根据其中各个部件的不同组合和作用形式而分类，其分类如下表：第 2 章 离合器结构参数分析5表 2.2 摩擦离合器分类此外，为了满足汽车总体的性能要求和保证离合器正常工作，设计时应使离合器满足以下要求：1） 汽车行驶时，应适应各种工况，合理传递扭矩并适时保护传动系，防止过载。2） 接合时要相对柔和，提高起步时的运行稳定性能。3） 分离要干脆利落，不拖沓。4） 运转部分惯量尽可能小，这样齿轮间的冲击小，也会减少各组件之间的磨损，延长工作寿命，提高使用性能。5） 通风散热性能好。工作时，不让温度聚在离合器内影响其性能和寿命。6） 具有减小振动和缓冲降噪的功能。7） 操纵要符合现代人驾驶习惯，轻便、到位从而提高驾驶感受。8） 各组件的各项性能要在工作时能保证相对稳定，不因一些外部或自身因素而产生过大变化，提高可靠性。9） 结构布局要合理、利与装配制造，维修售后简单，成本尽量低。2.3 基本结构方案分析2.3.1 从动盘数的选择第 2 章 离合器结构参数分析6就目前市场而言，按从动盘数目来说主要有单片、双片和多片离合器的分类。这三种离合器主要特点如下表所示：表 2.3.1 单双多片离合器介绍第 2 章 离合器结构参数分析7图 2-1 单片离合器(左) 双片离合器（右）针对本次车型分析，马自达昂克赛拉属于售价 10 万级别紧凑型 A 级轿车，结合上文各种离合器优缺点，综合考虑各种因素，本次设计选择单片离合器作为设计对象。其构造简单，各项性能良好，工作时接合、分离都能达到本车的设计要求。综上所述，本车设计选择单片离合器。2.3.2 压紧弹簧和布置形式的选择按布置形式分离可分为周置、中央、斜置、膜片弹簧离合器，这四种离合器形式性能特点如下：1.周置弹簧离合器周置弹簧离合器使用螺旋圆柱型弹簧，这些弹簧等角度的分布在圆周上。这种构造形式优点是结构直观简单，加工制造简易，对于后期维护也方便，因而上一代汽车大多使用这种布置形式。然而此结构离合器为了保证摩擦片性能，压紧弹簧一般要根据摩擦片外径来决定，还要是分离杠杆使用数目的倍数。另外还会因为弹簧与压盘紧靠一起会受到直接高温度传递从而失效。在日常使用时，当汽车高速行驶，发动机转速很高，其工作稳定性会降低。长期工作后，因为弹簧的安装形式，弹簧与其他部件长时间接触会产生磨损，严重时甚至断裂，存在工作寿命短、不可靠的致命缺陷。2.中央弹簧离合器中央弹簧离合器与周置形式不同，其弹簧是放在离合器的中心位置，并且它是用圆第 2 章 离合器结构参数分析8柱螺旋或圆锥形状的弹簧压紧的，压紧力调整起来方便。它的杠杆比大，从而对驾驶员的直接感受是踏板轻巧不费力，操纵起来舒服。另外这种形式离合器不是像周置弹簧离合器那样与压盘直接接触，所以不会让弹簧受到高温危害从而发生回火失效。但是这种离合器的构造就比第一种复杂很多，尺寸也大，所以汽车厂商大多选择将之应用于发动机的最高转矩大于 还能使驾驶员在操纵时感觉轻巧省力。405NM的 商 用 车 上 ，3.斜置弹簧离合器顾名思义，它的弹簧压力是采用倾斜一定角度来起到压紧作用的。对比上文两种布置形式，它的工作性能稳定性大大提高，比如压紧力不会忽大忽小，踏板力的大小也恰到好处。分析目前汽车市场，这种布置形式一般在商用车质量大于十四吨的车型上会选择。4.膜片弹簧离合器膜片弹簧离合器是现代汽车厂商科技发展背景下能找到代替上述各种形式离合器的最佳替代品，它有着最强的综合优势，它是钢制的碟形弹簧。相比其他布置形式离合器，膜片弹簧具有以下优势：1）具有相对理想的弹性特性：长时间使用后仍保持合理的磨损度；相对于其他形式离合器各项性能参数更理想和稳定。2）膜片弹簧的使用代替了分离杠杆的角色还起到压紧的作用，因而相比另外三种减少了零件的数量，相对应结构也被优化简单合理，尺寸也缩小了，总体重量也下降了，这与目前轿车往轻量化发展方向相一致。3）整体各部件接触良好，压力分布合理，磨损也相对在可接受范围内。4）在汽车各种工况下，例如高速运转时，相对于其他形式离合器，各项性能仍然比较稳定或变化不明显可接受。5）良好的散热6）各个大组件都是以同一条线为中心线，相对其他形式平衡性更优秀。事物都有两面性，在早期膜片弹簧的制造难度比较大，因为其各项性能参数精度要求较高，从而带来了制造成本压力，另外早期良品率不高也会产生一些不受控制的情况发生。不过，近几年来，经过汽车界工程师的不断努力，通过发现或合成新材料，加上现代生产工艺的不断改进，膜片弹簧的生产制造大大的舍去了传统弊端，各个方面日趋第 2 章 离合器结构参数分析9成熟。所以，改进后的膜片弹簧离合器在目前汽车市场很受欢迎，并且已经适用于其他各个类型的商用车上，应用适配广泛度最高。因为其使用的多，还给市场带来了另外一个好处，售后可适配零件多，方便售后及维修。综上，本次马自达-昂克赛拉车型离合器设计选取膜片弹簧离合器符合要求。图 2-2 膜片弹簧离合器（推式左，拉式右）2.3.3 膜片弹簧式离合器的选择其结构具有推拉式两种：关于推式膜片弹簧离合器结构，以支撑形式分类有如下三种： 第 2 章 离合器结构参数分析10图 2-3 单支撑环 图 2-4 双支撑环式图 2-5 无支撑环式关于拉式的分类如下： 图 2-6 无支撑环式（左）单支撑环式（右）分析比较两种离合器，从弹簧安装方向上来看，推式和拉式膜片弹簧离合器的方向相反，支撑点也不同；从双方优缺点对比来看，拉式膜片弹簧离合器具有更多优势：结构更简单，质量小。压紧力和踏板力性能更优秀，更小的尺寸却可以达到推式同样的扭矩传递效果。各项性能稳定，分离、接合传动效率高，更符合驾驶需求。材料磨损消耗小，不会因长时间工作后磨损而产生的过大间隙。驾驶舒适型更好，相比较推式没有工作抖动和明显噪音，使用年限高。但是拉式膜片弹簧装配集合度高，安装拆卸不是特别便利，这也是目前主要的弊端和优化方向。瑕不掩瑜，拉式膜片弹簧离合器因其各项优越的性能水平和适中的生产成本，在汽车界广受欢迎。结合上文，本次马自达-昂克赛拉车型设计选择拉式膜片弹簧离合器，其承形式为双支撑环形式符合本次设计要求。第 2 章 离合器结构参数分析112.4 压盘方案确定压盘驱动方式分类如下表：表 2-1 各种驱动形式压盘特性综合对比表中上面三种驱动形式都存在间隙大，振动噪音明显的问题，同时在共同缺陷磨损问题上表现更明显，导致传动效率相对不高。而一般要求采用高碳钢的弹性传动片则能够相对弥补以上缺点还可以加强承载能力，达到符合要求的工作可靠性。分析对比本章内容最终选取单片拉式膜片弹簧离合器，其承形式为双支撑环形式。第 9 章 结论12图 2-7 离合器工作示意图3 离合器主要参数的确定3.1 后备系数 对于设计离合器来说，后备系数的选择直接影响到离合器的工作性能和工作可靠性，如果 值取的不准确，可能会使离合器性能发挥不出来，严重甚至是离合器工作异常或损坏，导致传动系过载。所以，选择后备系数时要综合考虑到离合器尺寸、发动机后备系数、使用条件工况、车辆质量、发动机缸数以及长时间使用后正常磨损损耗后仍使之性能稳定和合格的工作可靠性等各种因素。后备系数选择的主流方式具体详情可以参照下表：表 3.1 后备系数选用参考第 3 章 离合器主要参数的确定13分析上表和上文，本次设计车型为马自达-昂克赛拉取值范围在第一栏，故选择后备系数 。=1.33.2 单位压力 0p摩擦片工作时其摩擦表面的耐磨性强弱直接影响到离合器的好坏，而耐磨性是由单位压力 决定的。只有当发动机后备系数过大时， 可以适当增大一点点，其它诸类情0 0p况尽可能将 的值取的小一点，因为过大的压力可能会造成不必要的磨损，甚至在长时p间使用后积灰或其它不利工况下发生异常或卡死现象。根据目前汽车材料市场上流行的不同材料的摩擦片， 的参考取值如下所示：0p表 3.2 取值参照表0p摩擦离合器传递扭矩时的静摩擦力矩 有公式如下：（31）cmaxeT代入数据： =1.3 148=192.4 NM 对于 ，有公式如下：0p第 3 章 离合器主要参数的确定14（33）33c 0emax(1)12TfZPDC对于摩擦因数 f 参考下表：表 3.3 摩擦因数参考取值表参照上表，摩擦片摩擦因数主要受到其自身材料影响同时还会受到工作环境等其他因素影响，但目前汽车市场而言，研发工程师们主要技术攻克方向仍然是新型材料使用上。目前市场较认可的这三种材料，石棉基材料因其较为满意的工作性能和便宜实惠的生产成本在一些入门级或价格较低的车型上选用。而后面两种材料摩擦因数相对比较大也更稳定，但生产加工成本高，所以采用会根据具体情况选择。结合上文分析，本次车型 Axela 为入门级 10 万价位的轿车，考虑成本等因素选取编织工艺的石棉基材料作为摩擦片制造材料，摩擦因数 选取 0.3 作为设计计算数据。此外，摩擦面数 Z 因为前文选取单片离合器故数值为 2。离合器间隙 是为了保证t离合器在经过长时间使用后，几年后产生正常磨损后仍然能保证离合器功能，接合或中断动力输出。一般业内预留间隙在三到四毫米，本次选择 3mm。经过上述参数选择，公式 33 带入相关数据计算如下：192.4= = 0.3 2 （34）30(1)2fZPDC 0p3(1)DC3.3 摩擦片尺寸参数选择摩擦片的尺寸选择十分重要，它直接决定离合器的大小和寿命，在如今轻量化轿车发展背景下，离合器也要迎合这一发展方向。第 3 章 离合器主要参数的确定15在上文 3.2 中摩擦片的材料、摩擦因数及相关离合器参数已经确定，根据以下公式可以进行摩擦片外径的初步估算：（35）maxDeKT为直径系数，其取值确定可以参考下表 3.4：Dk表 3.4 取值参照表DK显而易见，马自达昂克赛拉为乘用车，取值 14.6，打入数据可得：=14.6 148178 mm初步估值后参考我国国家标准尺寸规定可知：第 3 章 离合器主要参数的确定16表3.5 摩擦片选择对照表参考上表数据，结合第二章所选轿车最大扭矩为 148N M，故选取摩擦片外径200mm 作为此次设计参数。则其相关具体尺寸参数参考下表：第 3 章 离合器主要参数的确定17表 3.6 摩擦片尺寸对照表对照上表可知：取 D=200 时，可列出 d=140，h=3.5，D/d=0.700 供下面进行相关计算校核。回到公式 34，带入上一小节数据计算可得：=0.25 mpa0p对上述计算结果进行校核，本次摩擦片选取编制石棉基材料，根据表 3.3 对比可知符第 3 章 离合器主要参数的确定18合设计要求。图 3-1 摩擦片 creo 效果图3.4 摩擦片约束条件校核3.4.1 摩擦片的基本要求1）工作稳定性高，能适应各种工况。2）达到符合要求的强度和耐磨能力。3）尽量小的惯性4）耐高温5）表面性能好6）使驾驶乘坐舒适性好7）如果长时间不用后，再次使用不会发生异常或失灵。3.4.2 约束校核1）外径 D 的取值必须要保证最大圆周速度在可控范围内，以免发生异常保证工作稳定性：（36）代入数据校核：=63.9 m/s20+50mm根据公式：（38）=CcTfFZR（39）32cr本次设计 D/d=0.700 0.6，可以参考下面公式：（310）代入数据可得：85mm=尺寸业内默认尽量选择大一点的值，有参考公式如下：0Ro=(0.600.75)d/2 （311）所以 Ro 取值在： 0.614.751422R参照上述参考范围，本次 取值 45，符合设计规范。05）为了防止发生过载现象，在设计时就应该提前避免此状况发生，故应该给单位摩擦面积传递扭矩 设置个上限即许用值 ，公式如下：c0T0Tc（312）020)(4ccc TdDZ Rr第 3 章 离合器主要参数的确定20许用值对号标准参照如下：表 3.7 许用值标准对照表参照上表和上文选值可知本次设计许用值 为 0.28c0T对公式 312 进行计算校核： c0=.6.28校核合格。6）为了降低离合器工作时滑磨产生的热负荷，保护摩擦片，查阅资料，单位压力校核符合要求0p7）与步骤 5 一致，单位面积滑磨功也需要设立许用值来降低离合器长时间工作高温异常的风险，许用校核公式如下：（313）其中 W 为离合器接合一次所做的总滑磨功，其计算公式可根据 314 公式：（314）公式中， 为车的总质量（Kg） ；am为轮胎滚动半径（m） ；r为汽车低速档传动比；gi为主减速器传动比；0iwdDZWw)(42 20218 graeimnW第 3 章 离合器主要参数的确定21查阅参考国家相关文献规定，昂克赛拉属于乘用车且质量为 1259kg，它所对应的许用值为 0.40 ，校核滑磨功时，汽车厂商普遍选择让乘用车使用 2000r/min 作为发动/m2机转速校核数据。代入数据计算校核：W=14688 Jw=0.332 W = 0.4J/mm22/mJ校核通过。 毕 业 设 计（论 文）设计(论文) 题目： 轿车离合器的设计 学生姓名：二级学院：班 级：提交日期：IIIII目 录摘 要 .IVAbstract .V1 绪 论 11.1 本课题研究的背景及意义 .11.2 课题国内外近况及发展方向 .11.3 汽车离合器概述 .11.4 设计的组织步骤 .22 离合器的结构参数分析 .42.1 设计车型选择 .42.2 离合器的功能及要求 .42.3 基本结构方案分析 .52.4 压盘方案确定 .93 离合器主要参数的确定 113.1 后备系数 113.2 单位压力 110p3.3 摩擦片尺寸参数选择 123.4 摩擦片约束条件校核 154 膜片弹簧的设计及优化 184.1 膜片弹簧的特征 18IV4.2 膜片弹簧的优势 194.3 基本参数的选择 194.4 膜片弹簧强度校核 224.5 膜片弹簧的设计优化 234.6 膜片弹簧制造材料及工艺选定 235 扭转减振器设计 255.1 减振器参数计算与校核 255.2 目前通用减振器分析 265.3 弹簧相关尺寸补充 276 从动盘总成设计 296.1 从动盘总成要求 296.2 从动盘毂 297 压盘的设计 317.1 压盘设计要求 317.2 压盘几何尺寸的确定 318 离合器操纵机构 338.1 操纵机构的要求 338.2 操纵机构结构选择 339 结 论 .35参考文献 36V附 录 .37致 谢 .38摘要VI轿车离合器的设计摘 要离合器在汽车传动系统中扮演重要的角色，它的工作性能好坏直接影响驾驶员的操控体验。现代汽车大多采用摩擦式离合器，其扭矩大，操作简单，稳定，利于生产，成本低的特点很适用于现代汽车的需求。本次设计选取马自达 Axela 手动舒适型的性能参数，对其离合器进行研究性分析设计。本次设计先从离合器的作用和要求来分析，然后通过围绕压盘、从动盘、摩擦片、膜片弹簧等零件展开设计计算来达到其工作时的性能要求。在设计到相关零部件的时候，要确定其在离合器中的什么部位，对其进行类型选择、结构尺寸和使用材料设计，最后进行计算校核，并在该章节附上合适的图形示意。关键词：昂克赛拉，离合器，膜片弹簧，轿车摘要VIIAbstractVIIIThe design of the car clutchAbstractThe clutch plays an important role in the car transmission system, and its performance affects the drivers experience directly. Most modern car USES the friction clutch, the torque, easy operation, stability, conducive to production, the characteristics of low cost is very suitable for modern car demand. This design selects the performance parameters of Mazda Axela manual comfort, and analyzes the design of the clutch. This design according to the analysis of the role of the clutch and the request first and then through the surrounding pressure plate, driven plate, friction plate, diaphragm spring parts such as design calculation to meet the performance requirements of the work. In the design to the relevant parts of the time, to determine its location in the clutch, on the type selection, structure size and use of material design, calculation and check the final, and in this chapter include appropriate graphics.Key words: Axela, clutch, diaphragm spring, carAbstractIX第 1 章 绪论11 绪 论1.1 本课题研究的背景及意义从离合器的出现到完善始终伴随着汽车的发展而发展，汽车工程师们一直以满足驾驶员对汽车换挡顺和性和优良的操纵感为发展方向。纵观我国近代汽车工业史，我国存在起步晚、相关技术落后不成熟、高级技术人员不足等劣势。与国际竞争产品相比，国内离合器综合表现仍存在较大差距，产品研发比较传统，标准化生产程度低。本次进行轿车离合器设计，让我可以再一次从头了解离合器的构造组成，熟悉各部分工作原理，掌握设计和优化方法。另外一次设计的从无到有需要我大量的查找相关书籍文献资料，掌握设计方式方法，极大地培养了我的查阅资料和自学能力。经过此次设计，可以使学生充分的体验到完成一个设计项目所进行的各项环节，提高我们的综合素质和工作能力，为即将毕业的我们提供一次良好的学习工作经验的机会，对我们顺利由学生转变为社会工作人员有着很大意义。1.2 课题国内外近况及发展方向 从摩擦式汽车离合器到液力变矩器的技术迭代，再到如今汽车工业各种智能技术愈发成熟，汽车离合器始终向着人们理想的方向发展。随着现代人们对汽车舒适性和操控简易性的提高，传统离合器终将被新技术取代。纵观我国现代各个汽车企业，从其研发设计等能力来看，离合器相关技术仍然与国外企业有不小差距。但是依靠本国自身优势，国内劳动力成本、汽车消费市场、售价及供应关系上较国外有明显优势。另外需要我们注意的是我国汽车品牌的潜在价值、产品的质量把控、生产自动化、效率、产品研发能力及员工素质方面与国际先进车企仍有较大差距。从目前热销的国产车技术层面来看，国内汽车离合器经过不断发展已经可以满足大部分车型日常需求，通过学习和自主创新，我国离合器产品也在不断进步完善。从国际发展趋势来看，近年来人们对汽车各项性能要求越来越高，发动机的性能也越来越强，各种新型车型被设计出来以满足人们的需求，国内也是如此。回到我国现代离合器发展，我国离合器技术始终跟随国际发展潮流。并结合本国地理环境和国人特点加以创新，不断向多种技术方向拓展。从一些汽车评测机构的视频和视频评论分析，人们生活水平不断富裕，对于汽车的性能和舒适性有了更高的要求。在第 1 章 绪论2汽车各种工况下，如何保证离合器正常稳定工作，给驾驶员良好的操控体验和前后排乘坐舒适性已经是汽车界共同的研发方向。目前，膜片弹簧在我国离合器领域被使用最多。1.3 汽车离合器概述对于如今普遍以内燃机作为动力来源的汽车，离合器是独立存在于传动系统中的。离合器处于传动系的首端，用于实现和切断对传动系的动力传递，以保证传动系统实现顺利衔接，确保车辆顺利平稳起动。就以目前广泛使用的摩擦离合器来说，它是依靠主、从动部件之间的摩擦来实现传递与分离动力功能的装置。其组成如下：表 1-1 离合器组成主动部分、从动部分和压紧机构主要作用是使离合器接合和正常传递动力输出，而后面的操纵机构是用来使离合器分离的。四个部件合理设计装配才能使它们相互配合来保证离合器的稳定正常工作。1.4 设计的组织步骤本次进行轿车离合器的总体毕业设计，对于我来说还是有很大挑战的，在拿到题目后经过脑子一片空白到查阅各种资料后了解大致方向、大概步骤后，针对自身情况本次设计步骤如下：1） 在确定离合器后进行设计车辆选择。2） 对照标准及结合自身车型对离合器一些基本参数进行预选。3） 确定出离合器的具体型号，具体参数。4） 对相关组成部件进行计算和校核。第 1 章 绪论35） 在制作说明书的同时进行相关图纸的制作。图 1-1 离合器总成图 1-2 离合器 3D 分解图第 2 章 离合器结构参数分析42 离合器的结构参数分析2.1 设计车型选择本次设计选用车型为马自达 Axela 手动舒适 2016 版，通过查阅其官网和论坛，其基本参数如下表：表 2.1 2016 马自达 Axela1.5L 手动舒适型2.2 离合器的功能及要求离合器作为传动系的主要成员，位于传动系首端，用于实现和切断对传动系的动力传递，以保证传动系统实现顺利衔接，确保车辆顺利平稳起动。换挡时通过切断动力传输来减少换档齿轮的冲击。另外，它还可以通过限制扭矩的传递来保护传动系各部分不因扭矩载荷过大而不能正常工作甚至损坏。通过离合器的合理调配动力输出还可以减少传动系工作时产生的振动和噪音，提高轿车的整体舒适性和乘坐驾驶体验。目前主流的摩擦离合器又可根据其中各个部件的不同组合和作用形式而分类，其分类如下表：第 2 章 离合器结构参数分析5表 2.2 摩擦离合器分类此外，为了满足汽车总体的性能要求和保证离合器正常工作，设计时应使离合器满足以下要求：1） 汽车行驶时，应适应各种工况，合理传递扭矩并适时保护传动系，防止过载。2） 接合时要相对柔和，提高起步时的运行稳定性能。3） 分离要干脆利落，不拖沓。4） 运转部分惯量尽可能小，这样齿轮间的冲击小，也会减少各组件之间的磨损，延长工作寿命，提高使用性能。5） 通风散热性能好。工作时，不让温度聚在离合器内影响其性能和寿命。6） 具有减小振动和缓冲降噪的功能。7） 操纵要符合现代人驾驶习惯，轻便、到位从而提高驾驶感受。8） 各组件的各项性能要在工作时能保证相对稳定，不因一些外部或自身因素而产生过大变化，提高可靠性。9） 结构布局要合理、利与装配制造，维修售后简单，成本尽量低。2.3 基本结构方案分析2.3.1 从动盘数的选择第 2 章 离合器结构参数分析6就目前市场而言，按从动盘数目来说主要有单片、双片和多片离合器的分类。这三种离合器主要特点如下表所示：表 2.3.1 单双多片离合器介绍第 2 章 离合器结构参数分析7图 2-1 单片离合器(左) 双片离合器（右）针对本次车型分析，马自达昂克赛拉属于售价 10 万级别紧凑型 A 级轿车，结合上文各种离合器优缺点，综合考虑各种因素，本次设计选择单片离合器作为设计对象。其构造简单，各项性能良好，工作时接合、分离都能达到本车的设计要求。综上所述，本车设计选择单片离合器。2.3.2 压紧弹簧和布置形式的选择按布置形式分离可分为周置、中央、斜置、膜片弹簧离合器，这四种离合器形式性能特点如下：1.周置弹簧离合器周置弹簧离合器使用螺旋圆柱型弹簧，这些弹簧等角度的分布在圆周上。这种构造形式优点是结构直观简单，加工制造简易，对于后期维护也方便，因而上一代汽车大多使用这种布置形式。然而此结构离合器为了保证摩擦片性能，压紧弹簧一般要根据摩擦片外径来决定，还要是分离杠杆使用数目的倍数。另外还会因为弹簧与压盘紧靠一起会受到直接高温度传递从而失效。在日常使用时，当汽车高速行驶，发动机转速很高，其工作稳定性会降低。长期工作后，因为弹簧的安装形式，弹簧与其他部件长时间接触会产生磨损，严重时甚至断裂，存在工作寿命短、不可靠的致命缺陷。2.中央弹簧离合器中央弹簧离合器与周置形式不同，其弹簧是放在离合器的中心位置，并且它是用圆第 2 章 离合器结构参数分析8柱螺旋或圆锥形状的弹簧压紧的，压紧力调整起来方便。它的杠杆比大，从而对驾驶员的直接感受是踏板轻巧不费力，操纵起来舒服。另外这种形式离合器不是像周置弹簧离合器那样与压盘直接接触，所以不会让弹簧受到高温危害从而发生回火失效。但是这种离合器的构造就比第一种复杂很多，尺寸也大，所以汽车厂商大多选择将之应用于发动机的最高转矩大于 还能使驾驶员在操纵时感觉轻巧省力。405NM的 商 用 车 上 ，3.斜置弹簧离合器顾名思义，它的弹簧压力是采用倾斜一定角度来起到压紧作用的。对比上文两种布置形式，它的工作性能稳定性大大提高，比如压紧力不会忽大忽小，踏板力的大小也恰到好处。分析目前汽车市场，这种布置形式一般在商用车质量大于十四吨的车型上会选择。4.膜片弹簧离合器膜片弹簧离合器是现代汽车厂商科技发展背景下能找到代替上述各种形式离合器的最佳替代品，它有着最强的综合优势，它是钢制的碟形弹簧。相比其他布置形式离合器，膜片弹簧具有以下优势：1）具有相对理想的弹性特性：长时间使用后仍保持合理的磨损度；相对于其他形式离合器各项性能参数更理想和稳定。2）膜片弹簧的使用代替了分离杠杆的角色还起到压紧的作用，因而相比另外三种减少了零件的数量，相对应结构也被优化简单合理，尺寸也缩小了，总体重量也下降了，这与目前轿车往轻量化发展方向相一致。3）整体各部件接触良好，压力分布合理，磨损也相对在可接受范围内。4）在汽车各种工况下，例如高速运转时，相对于其他形式离合器，各项性能仍然比较稳定或变化不明显可接受。5）良好的散热6）各个大组件都是以同一条线为中心线，相对其他形式平衡性更优秀。事物都有两面性，在早期膜片弹簧的制造难度比较大，因为其各项性能参数精度要求较高，从而带来了制造成本压力，另外早期良品率不高也会产生一些不受控制的情况发生。不过，近几年来，经过汽车界工程师的不断努力，通过发现或合成新材料，加上现代生产工艺的不断改进，膜片弹簧的生产制造大大的舍去了传统弊端，各个方面日趋第 2 章 离合器结构参数分析9成熟。所以，改进后的膜片弹簧离合器在目前汽车市场很受欢迎，并且已经适用于其他各个类型的商用车上，应用适配广泛度最高。因为其使用的多，还给市场带来了另外一个好处，售后可适配零件多，方便售后及维修。综上，本次马自达-昂克赛拉车型离合器设计选取膜片弹簧离合器符合要求。图 2-2 膜片弹簧离合器（推式左，拉式右）2.3.3 膜片弹簧式离合器的选择其结构具有推拉式两种：关于推式膜片弹簧离合器结构，以支撑形式分类有如下三种： 第 2 章 离合器结构参数分析10图 2-3 单支撑环 图 2-4 双支撑环式图 2-5 无支撑环式关于拉式的分类如下： 图 2-6 无支撑环式（左）单支撑环式（右）分析比较两种离合器，从弹簧安装方向上来看，推式和拉式膜片弹簧离合器的方向相反，支撑点也不同；从双方优缺点对比来看，拉式膜片弹簧离合器具有更多优势：结构更简单，质量小。压紧力和踏板力性能更优秀，更小的尺寸却可以达到推式同样的扭矩传递效果。各项性能稳定，分离、接合传动效率高，更符合驾驶需求。材料磨损消耗小，不会因长时间工作后磨损而产生的过大间隙。驾驶舒适型更好，相比较推式没有工作抖动和明显噪音，使用年限高。但是拉式膜片弹簧装配集合度高，安装拆卸不是特别便利，这也是目前主要的弊端和优化方向。瑕不掩瑜，拉式膜片弹簧离合器因其各项优越的性能水平和适中的生产成本，在汽车界广受欢迎。结合上文，本次马自达-昂克赛拉车型设计选择拉式膜片弹簧离合器，其承形式为双支撑环形式符合本次设计要求。第 2 章 离合器结构参数分析112.4 压盘方案确定压盘驱动方式分类如下表：表 2-1 各种驱动形式压盘特性综合对比表中上面三种驱动形式都存在间隙大，振动噪音明显的问题，同时在共同缺陷磨损问题上表现更明显，导致传动效率相对不高。而一般要求采用高碳钢的弹性传动片则能够相对弥补以上缺点还可以加强承载能力，达到符合要求的工作可靠性。分析对比本章内容最终选取单片拉式膜片弹簧离合器，其承形式为双支撑环形式。第 9 章 结论12图 2-7 离合器工作示意图3 离合器主要参数的确定3.1 后备系数 对于设计离合器来说，后备系数的选择直接影响到离合器的工作性能和工作可靠性，如果 值取的不准确，可能会使离合器性能发挥不出来，严重甚至是离合器工作异常或损坏，导致传动系过载。所以，选择后备系数时要综合考虑到离合器尺寸、发动机后备系数、使用条件工况、车辆质量、发动机缸数以及长时间使用后正常磨损损耗后仍使之性能稳定和合格的工作可靠性等各种因素。后备系数选择的主流方式具体详情可以参照下表：表 3.1 后备系数选用参考第 3 章 离合器主要参数的确定13分析上表和上文，本次设计车型为马自达-昂克赛拉取值范围在第一栏，故选择后备系数 。=1.33.2 单位压力 0p摩擦片工作时其摩擦表面的耐磨性强弱直接影响到离合器的好坏，而耐磨性是由单位压力 决定的。只有当发动机后备系数过大时， 可以适当增大一点点，其它诸类情0 0p况尽可能将 的值取的小一点，因为过大的压力可能会造成不必要的磨损，甚至在长时p间使用后积灰或其它不利工况下发生异常或卡死现象。根据目前汽车材料市场上流行的不同材料的摩擦片， 的参考取值如下所示：0p表 3.2 取值参照表0p摩擦离合器传递扭矩时的静摩擦力矩 有公式如下：（31）cmaxeT代入数据： =1.3 148=192.4 NM 对于 ，有公式如下：0p第 3 章 离合器主要参数的确定14（33）33c 0emax(1)12TfZPDC对于摩擦因数 f 参考下表：表 3.3 摩擦因数参考取值表参照上表，摩擦片摩擦因数主要受到其自身材料影响同时还会受到工作环境等其他因素影响，但目前汽车市场而言，研发工程师们主要技术攻克方向仍然是新型材料使用上。目前市场较认可的这三种材料，石棉基材料因其较为满意的工作性能和便宜实惠的生产成本在一些入门级或价格较低的车型上选用。而后面两种材料摩擦因数相对比较大也更稳定，但生产加工成本高，所以采用会根据具体情况选择。结合上文分析，本次车型 Axela 为入门级 10 万价位的轿车，考虑成本等因素选取编织工艺的石棉基材料作为摩擦片制造材料，摩擦因数 选取 0.3 作为设计计算数据。此外，摩擦面数 Z 因为前文选取单片离合器故数值为 2。离合器间隙 是为了保证t离合器在经过长时间使用后，几年后产生正常磨损后仍然能保证离合器功能，接合或中断动力输出。一般业内预留间隙在三到四毫米，本次选择 3mm。经过上述参数选择，公式 33 带入相关数据计算如下：192.4= = 0.3 2 （34）30(1)2fZPDC 0p3(1)DC3.3 摩擦片尺寸参数选择摩擦片的尺寸选择十分重要，它直接决定离合器的大小和寿命，在如今轻量化轿车发展背景下，离合器也要迎合这一发展方向。第 3 章 离合器主要参数的确定15在上文 3.2 中摩擦片的材料、摩擦因数及相关离合器参数已经确定，根据以下公式可以进行摩擦片外径的初步估算：（35）maxDeKT为直径系数，其取值确定可以参考下表 3.4：Dk表 3.4 取值参照表DK显而易见，马自达昂克赛拉为乘用车，取值 14.6，打入数据可得：=14.6 148178 mm初步估值后参考我国国家标准尺寸规定可知：第 3 章 离合器主要参数的确定16表3.5 摩擦片选择对照表参考上表数据，结合第二章所选轿车最大扭矩为 148N M，故选取摩擦片外径200mm 作为此次设计参数。则其相关具体尺寸参数参考下表：第 3 章 离合器主要参数的确定17表 3.6 摩擦片尺寸对照表对照上表可知：取 D=200 时，可列出 d=140，h=3.5，D/d=0.700 供下面进行相关计算校核。回到公式 34，带入上一小节数据计算可得：=0.25 mpa0p对上述计算结果进行校核，本次摩擦片选取编制石棉基材料，根据表 3.3 对比可知符第 3 章 离合器主要参数的确定18合设计要求。图 3-1 摩擦片 creo 效果图3.4 摩擦片约束条件校核3.4.1 摩擦片的基本要求1）工作稳定性高，能适应各种工况。2）达到符合要求的强度和耐磨能力。3）尽量小的惯性4）耐高温5）表面性能好6）使驾驶乘坐舒适性好7）如果长时间不用后，再次使用不会发生异常或失灵。3.4.2 约束校核1）外径 D 的取值必须要保证最大圆周速度在可控范围内，以免发生异常保证工作稳定性：（36）代入数据校核：=63.9 m/s20+50mm根据公式：（38）=CcTfFZR（39）32cr本次设计 D/d=0.700 0.6，可以参考下面公式：（310）代入数据可得：85mm=尺寸业内默认尽量选择大一点的值，有参考公式如下：0Ro=(0.600.75)d/2 （311）所以 Ro 取值在： 0.614.751422R参照上述参考范围，本次 取值 45，符合设计规范。05）为了防止发生过载现象，在设计时就应该提前避免此状况发生，故应该给单位摩擦面积传递扭矩 设置个上限即许用值 ，公式如下：c0T0Tc（312）020)(4ccc TdDZ Rr第 3 章 离合器主要参数的确定20许用值对号标准参照如下：表 3.7 许用值标准对照表参照上表和上文选值可知本次设计许用值 为 0.28c0T对公式 312 进行计算校核： c0=.6.28校核合格。6）为了降低离合器工作时滑磨产生的热负荷，保护摩擦片，查阅资料，单位压力校核符合要求0p7）与步骤 5 一致，单位面积滑磨功也需要设立许用值来降低离合器长时间工作高温异常的风险，许用校核公式如下：（313）其中 W 为离合器接合一次所做的总滑磨功，其计算公式可根据 314 公式：（314）公式中， 为车的总质量（Kg） ；am为轮胎滚动半径（m） ；r为汽车低速档传动比；gi为主减速器传动比；0iwdDZWw)(42 20218 graeimnW第 3 章 离合器主要参数的确定21查阅参考国家相关文献规定，昂克赛拉属于乘用车且质量为 1259kg，它所对应的许用值为 0.40 ，校核滑磨功时，汽车厂商普遍选择让乘用车使用 2000r/min 作为发动/m2机转速校核数据。代入数据计算校核：W=14688 Jw=0.332 W = 0.4J/mm22/mJ校核通过。