自動變速器離合器機構的設計

自動變速器離合器機構的設計,自動變速器,離合器,機構,設計 畢 業(yè) 設 計（論 文） 設計(論文)題目： 自動變速器離合器機構的設計 　　　　　　　　 學生姓名： 二級學院： 班　　級： 提交日期： I 目錄 目 錄 摘 要 IV Abstract V 1緒論 1 1.1自動變速器的簡介 1 1.2自動變速器的類型 1 1.2.1液力自動變速器 1 1.2.2電控機械式自動變速器 2 1.2.3雙離合自動變速器 3 1.2.4機械式無級變速器 3 1.3自動變速器的組成 4 1.4離合器的類型 4 1.4.1液力變矩器 4 1.4.2摩擦式離合器 5 1.4.3電磁離合器 6 1.5膜片彈簧離合器與螺旋彈簧離合器 6 1.5.1螺旋彈簧離合器 6 1.5.2膜片彈簧離合器 7 2.液力自動變速器的組成及各部分工作原理 8 2.1液力自動變速器的組成 8 2.1.1液力變矩器 9 2.1.2行星齒輪變速機構 10 2.1.3液壓控制系統(tǒng) 11 3.濕式離合器結構及工作原理 11 3.1濕式離合器的組成結構 12 3.2濕式離合器的工作原理 13 4 多片濕式離合器的設計 13 4.1摩擦副元件材料與形式 13 4.2離合器儲備系數(shù)的選擇 14 4.3摩擦片參數(shù)的選擇 14 4.3.1 初選摩擦片外徑D、內徑d、厚度b。 14 4.3.2摩擦面數(shù)，離合器間隙值的確定 15 4.3.3離合器傳遞的最大靜摩擦力矩Tc 16 4.3.4單位壓力P0 16 4.4摩擦片基本參數(shù)的校核 16 4.5液壓油缸壓力的計算 18 4.6回位彈簧的選擇與設計 19 4.6.1回位彈簧種類的選擇 19 4.6.2膜片彈簧基本參數(shù)的選擇 20 4.7從動盤的結構與選型 22 4.7.1離合器主要有以下幾種形式的從動盤 22 4.7.2從動盤轂 24 4.8從動軸的計算 25 4.8.1從動軸的選材 25 4.8.2確定軸的直徑 25 5.結束語 27 參考文獻 28 致謝 29 IV 摘要 自動變速器離合器機構的設計 摘 要 隨著社會的發(fā)展，汽車走進千家萬戶，人們在滿足出行方便的基礎上更加追求駕駛的舒適性，動力性，經濟性和操作的方便性。因此汽車操縱自動化進入人們的生活并且快速發(fā)展，汽車自動變速器也因此呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢。汽車自動變速器因為能夠減輕駕駛人員的勞動強度提高汽車發(fā)動機的使用壽命，提高勞動和生產的效率，降低汽車排放污染和提高汽車經濟性能等優(yōu)勢，越來越受到人們的喜愛，并且得到廣泛應用。 本文根據(jù)奔馳500的參數(shù)，以六速液力自動變速器的濕式離合器為研究對象，對液力自動變速器的發(fā)展歷史，類型和優(yōu)點進行簡單介紹。在將濕式離合器和干濕離合器的結構和特點進行比較之后，對濕式離合器的結構特點和摩擦過程進行分析，得出濕式雙離合器摩擦副材料，摩擦表面尺寸，并對起步時濕式離合器的摩滑工進行推導。 液力自動變速器集操作簡單省力，行車安全性高，自適應性強，起步平穩(wěn)燃油經濟性高等優(yōu)點于一身，適合社會的發(fā)展趨勢，在國內各類汽車上得到廣發(fā)應用。 關鍵詞：自動變速器；多片濕式離合器；結構分析；膜片彈簧 Abstract Design of clutch mechanism of automatic transmission Abstract With the development of society, the car into every household, people in the travel to meet the convenience of the foundation, more pursuit of driving comfort, power, economy and ease of operation. As a result, automobile handling automation has come into people's life and developed rapidly, and the automatic transmission of automobiles has shown a trend of vigorous development. Automatic transmission can reduce the labor intensity for drivers to improve the life of automobile engines, improve the efficiency of labor and production, reduce exhaust pollution and improve the economic performance of automobile and other advantages, more and more popular and widely used. Based on the parameters of Benz 500, the wet clutch of six speed hydraulic automatic transmission is taken as the research object. The development history, types and advantages of hydraulic automatic transmission are briefly introduced. After comparing the structure and characteristics of wet clutch and dry clutch, analyzed the structure characteristics and the friction process of the wet clutch, the wet dual clutch friction material, and the size of the friction surface, at the start of the wet clutch friction work are derived. Hydraulic automatic transmission set has the advantages of simple operation, high safety, strong adaptability, stable starting higher fuel economy advantages in one, suitable for the development of society, in all kinds of domestic cars are widely used. Key words: automatic transmission; multi plate wet clutch; structural analysis; diaphragm spring V 第一章 緒論 1緒論 1.1自動變速器的簡介 自動變速器（Automatic transmission，簡稱AT）又稱為自動變速箱，是指一種可以在車輛行駛過程中根據(jù)車速和發(fā)動機轉速自動改變齒輪傳動比的汽車變速裝置，使得駕駛人員無需手動換擋，簡化了駕駛員的操作流程。自動變速器的任務是通過自動變換傳動比，調節(jié)或者變換發(fā)動機特性，高效可靠地將動力傳遞到驅動車輪上，滿足汽車行駛的需求。 與傳統(tǒng)手動變速器相比較，自動變速器具有以下優(yōu)點： （1） 操作簡單，減輕了駕駛員的勞動強度，從而提高了行駛過程中的安全性。相對于手動變速器需要頻繁換擋而言，自動變速器大大降低了駕駛員在駕駛過程中精神和體力上的疲勞程度，使得駕駛員能集中注意力，降低了事故的發(fā)生幾率，改善了駕駛員的工作條件，有利于汽車的普及和發(fā)展； （2） 駕駛過程中平穩(wěn)舒適，在汽車起步和速度變化的過程中，不再有抖動和停滯感，相對手動變速器汽車而言，更為平穩(wěn)； （3） 使汽車在行駛過程中保持良好的性能狀態(tài)。汽車行駛性能取決于操作的正確性，自動變速器可以根據(jù)行駛條件和汽車的性能自動改變，消除了手動變速器可能帶來的人為換擋造成的失誤； （4） 改善汽車尾氣的排放，保護環(huán)境。汽車行駛過程中產生的尾氣所含的有害物質含量與發(fā)動機工作狀態(tài)密切相關，發(fā)動機工況越穩(wěn)定，排放尾氣所含的有害物質含量越低，相對于手動變速器人工換擋造成的發(fā)動機轉速波動較大而言，配備自動變速器車輛的發(fā)動機工況更加穩(wěn)定，尾氣所含的有害物質更少。 鑒于自動變速器的以上幾點優(yōu)勢，汽車使用自動變速器已經成為目前的發(fā)展趨勢。 1.2自動變速器的類型 常用的汽車自動變速器分為四種形式，分別為液力自動變速器，電控機械式自動變速器，機械式無級變速器和雙離合自動變速器。 1.2.1液力自動變速器（AT） 液力自動變速器由液力變矩器，行星齒輪傳動機構和液壓系統(tǒng)三部分構成。因為液力自動變速器中有液力變矩器，所以能在一定條件下實現(xiàn)無級變速，并且使得車輛起步更加平順，且能夠很好地適應外界負載，使乘員乘車過程更加舒適。因此國內最常見使用的就是液力自動變速器，但是因為是通過液力傳動，所以液力自動變速器的傳動效率較低，并且結構較為復雜。圖1-1為液力自動變速器。 圖1-1 液力自動變速器 1.2.2電控機械式自動變速器（AMT） 電控機械式自動變速器由手動變速器發(fā)展而來，通過在手動變速器上加裝一套電控選換擋執(zhí)行機構來實現(xiàn)自動換擋，主要有電液，電氣和全電三種控制形式。因為電控式自動變速器是通過手動變速器發(fā)展而來，所以其保留了手動變速器結構簡單，造價低，傳動效率高的特點。但是因為電控式自動變速器為非動力換擋，換擋過程中會出現(xiàn)動力中斷的現(xiàn)象，并且AMT的輸出扭矩和轉速變化波動較大，所以AMT的操作和乘坐舒適性不理想，一般安裝于商用車上。圖1-2為電控機械式自動變速器。 圖1-2 電控機械式自動變速器 1.2.3雙離合自動變速器（DCT） 雙離合自動變速器是最近出現(xiàn)的一種新型機械式自動變速器，由手動變速器發(fā)展而來，同時保留了電控機械式自動變速器的優(yōu)點，通過兩個離合器連接兩根自動變速器輸入軸來實現(xiàn)動力的傳遞。能夠在不切斷動力的情況下，通過兩個離合器的交替切換實現(xiàn)傳動比的轉換，實現(xiàn)換擋過程中的動力換擋。雙離合自動變速器集液力自動變速器和電控機械式自動變速器的優(yōu)點于一身，在實現(xiàn)較高傳動效率的同時保持了結構簡單的特點，在滿足汽車的動力性和經濟性的同時大大提高了車輛行駛的舒適性。圖1-3為雙離合自動變速器。 圖1-3 雙離合自動變速器 1.2.4機械式無級變速器（CVT） 機械式無級變速器的傳動速比可以根據(jù)行駛過程中的不同要求通過電子控制機構自動連續(xù)的變化，保持良好的工作狀況，從而使得發(fā)動機和動力傳動系統(tǒng)的最佳動力相匹配。目前應用于汽車上的無級變速器,都利用金屬三角帶來傳動動力,我們把它叫做ECVT。機械式無級變速器能在較大轉矩和彎矩下正常工作,因為鋼帶是裝在帶輪上面,所以可以利用液壓改變帶輪半徑來實現(xiàn)轉速比的改變。ECVT的特點是可以實現(xiàn)全程無級變速。圖1-4為機械式無級變速器。 圖1-4 機械式無級變速器 1.3自動變速器的組成 自動變速器有很多類型，外形和構造也存在較大差異，但它們的主要構成部分大多一致，都是通過液力變矩器和齒輪式自動變速器兩部分組成。通常都是由液力變矩器，變速齒輪機構、離合器、制動器、單向離合器、油泵、濾清器等部件組成，根據(jù)他們功能和作用的不同，將這些部件分成液力變矩器、行星齒輪變速機構、液壓控制系統(tǒng)、TCU和換擋操縱機構等五大部分。 1.4離合器的類型 汽車離合器安裝于發(fā)動機和變速箱之間的飛輪殼內，通過螺釘將離合器固定在飛輪上，從而使得離合器的輸出軸成為變速箱的輸入軸，可以按不同工況下的工作需要隨時將主動軸與從動軸接合或分離。我們常見的幾種離合器類型有摩擦式離合器，液力變矩器，電磁離合器，其中摩擦式離合器又能按照冷卻方式的不同分為干式離合器和濕式離合器。 1.4.1液力變矩器 液力變矩器由泵輪、渦輪、導論組成，以液壓油為工作介質，主要通過液壓油來實現(xiàn)轉矩傳遞、變矩、變速以及離合的作用。如圖1-5所示。液力變矩器的外殼與泵輪相連接，是主動件；渦輪與泵輪相對，是從動件。泵輪在發(fā)動機的帶動下旋轉，液壓油在泵輪的推動下隨泵輪一起繞其軸線旋轉，使液壓油獲得一定的的速度和壓力，液體靠動能沖向渦輪，在葉片上形成一個推力，推動渦輪一起旋轉，使渦輪具備一定轉矩。當泵輪轉速達不到帶動渦輪的要求時，主動件與從動件處于分離狀態(tài)；隨著泵輪轉速的逐漸提高，渦輪在泵輪的帶動下旋轉，主動件與從動件相互接合。 圖1-5 液力變矩器組成示意圖 1.4.2摩擦式離合器 干式離合器：干式離合器也就是手動擋摩擦片離合器，其優(yōu)點是造價低，機械傳動效率高；缺點是需要駕駛人員手動操作，且操作必須掌握操作要領，操作比較麻煩，可能會因為手動操作的失誤導致機器故障； 濕式離合器：濕式離合器也就是自動擋油浸式摩擦片離合器，需要配備有液力耦合器或是變矩器來實現(xiàn)動力柔性連接使用，缺點是造價高，機械傳動效率低；優(yōu)點是可以實現(xiàn)自動變速，并且自動實現(xiàn)主從動機構的接合與分離，故障率低。 從工作原理和結構組成上看，干式離合變速器和濕式離合變速器并沒有太大的區(qū)別，區(qū)分干式與濕式離合器的方式是摩擦片的冷卻方式。干式離合器沒有密封油槽，只能通過空氣實現(xiàn)摩擦片的冷卻。使用過程中要滿足離合器能與動力簡單輕易接合與分離的要求，同時能在半離合狀態(tài)下工作較短時間地工作。干式離合器因為沒有機油阻力，一般來說有較快的咬合反應速度且有較大的咬合力。同樣因為沒有機油的冷卻降溫，所以干式離合器都會通過外露的方式來散熱。與干式離合器相比，濕式離合器的兩組離合器片都處于密封的油槽中，利用浸泡離合器片的油液散熱，但是冷卻油對摩擦片沒有保護作用，其作用是讓動力傳遞平滑柔和，優(yōu)點是使用壽命長，除非使離合器長時間處于半離合狀態(tài)，違反正常操作規(guī)程，否則一般不會發(fā)生故障。濕式離合器一般用于自動變速器上。濕式離合器通過液壓缸的作用力，使鋼片和摩擦片產生壓緊力，實現(xiàn)離合器的接合；回油后則在回位彈簧的作用下分離鋼片和摩擦片。 與干式離合器相比，濕式離合器有以下優(yōu)點： （1） 工作性能更穩(wěn)定，濕式離合器在完全密封的變速箱中工作，可以避免外界因素的影響，并且因為可以通過液體冷卻，所以摩擦系數(shù)不易受到溫度，滑摩轉速，接合壓力的影響，擁有更穩(wěn)定的工作性能； （2） 因為有工作液的存在，濕式離合器在接合和分離過程中更加平順，扭矩傳遞過程中波動較小，當汽車起步或行駛時更柔和，提高了駕駛的舒適性； （3） 濕式離合器工作噪聲小，且能夠吸收振動和沖擊，避免汽車傳動系統(tǒng)共振； （4） 濕式離合器的摩擦副相對于干式離合器有較大的工作面積，并且使用多片結構，能夠在徑向尺寸和比壓較小的情況下獲得更大的摩擦轉矩，同時可以通過增加摩擦副數(shù)來實現(xiàn)摩擦轉矩的增加； （5） 磨損小，使用壽命較長。濕式離合器通過液體冷卻，冷卻效果較好，使得摩擦副的工作溫度降低，提高了摩擦副承受熱負荷的能力；同時因為冷卻油的存在，摩擦副始終處于混合摩擦狀態(tài)，減輕了摩擦副的磨損，所以濕式離合器的使用壽命長于干式離合器； （6） 濕式離合器可以通過多種方式簡便的控制離合器的接合與分離；同時可以通過調整摩擦界面之間的壓力變化規(guī)律來改變緩沖性能和離合器接合時間，滿足汽車起步時的工況要求； （7） 適用性強，可以只通過改變摩擦副數(shù)而不改變徑向尺寸得到不同容量的離合器，用于不同排量的發(fā)動機。 1.4.3電磁離合器 電磁離合器主要利用線圈的通斷電實現(xiàn)主從動件的接合與分離，通常在高頻動作的機械傳動系統(tǒng)中使用，在主動件工作的情況下實現(xiàn)主動和從動部分的接合與分離。主從動件分離時主動件轉動，從動件靜止；主從動件接合時主動件帶動從動件。 1.5膜片彈簧離合器與螺旋彈簧離合器 1.5.1螺旋彈簧離合器 根據(jù)螺旋彈簧形式的不同,螺旋彈簧離合器根據(jù)螺旋彈簧分布位置的不同可分為周置螺旋彈簧離合器，中央螺旋彈簧離合器和斜置螺旋彈簧離合器等三種。 （1）周置螺旋彈簧離合器通常使用圓柱螺旋彈簧作為壓緊彈簧，并且壓緊彈簧均勻分布在一個圓周或兩個同心的圓周上，有結構簡單，制造容易等優(yōu)點。周置彈簧離合器的彈簧壓力直接施加于壓盤上，通過根據(jù)摩擦片直徑的大小來改變壓緊彈簧的數(shù)目，實現(xiàn)摩擦片上壓力的均勻分布，同時彈簧數(shù)應該是分離杠桿的倍數(shù)，但是因為壓緊彈簧與壓盤接觸為直接接觸，容易產生回火失效的情況。當發(fā)動機在轉速很高的狀態(tài)下工作時，周置彈簧由于離心力的存在向外彎曲，出現(xiàn)壓緊彈簧壓緊力明顯下降的情況，同時降低了離合器傳遞轉矩的能力。此外，彈簧位于定位座上，接觸部位容易出現(xiàn)嚴重磨損，甚至會發(fā)生彈簧斷裂。 （2）中央彈簧離合器是使用一個或者兩個軸線重合，剛度較大的內外螺旋彈簧作為壓緊彈簧采，且將壓緊彈簧置于離合器的中心。因為能使用的杠桿比較大，所以能夠獲得較大的壓緊力，并且能夠減小踏板力，從而使得駕駛員的操作更簡單便利；壓緊彈簧和壓盤不發(fā)生直接接觸，因此彈簧不會因為受熱而回火失效 ；壓盤對壓緊力的調整可以通過調整墊片和調整螺紋來實現(xiàn)。中央彈簧離合器的缺點是結構較為復雜，且軸向尺寸較大。 （3）斜置螺旋彈簧離合器的壓緊彈簧軸線與離合器軸線形成一個角度，壓力傾斜施加于傳力盤上，且利用壓桿傳遞到壓盤上。斜置螺旋彈簧離合器的優(yōu)點是壓盤所受壓緊力基本不因為摩擦片磨損或離合器的分離改變。在工作性能穩(wěn)定性和踏板力等方面都優(yōu)于周置彈簧離合器和中央彈簧離合器。 1.5.2膜片彈簧離合器 膜片彈簧離合器是用膜片彈簧取代了螺旋彈簧和分離桿機構，因為膜片彈簧處于離合器中央，所以也能稱為中央彈簧離合器。膜片彈簧是由薄彈簧鋼板制成的帶有一定錐度的碟形彈簧。膜片彈簧屬于蝶形彈簧，由碟簧部分和分離指兩個部分組成。如1-6圖所示。 32 第二章 液力自動變速器的組成及工作原理 圖1-6 膜片彈簧離合器結構圖 1.5.3膜片彈簧離合器的結構特點 （1）與螺旋彈簧相比，膜片彈簧的軸向尺寸較小，可以在滿足離合器傳動轉矩能力需求的同時相應減小離合器的軸向尺寸； （2）膜片彈簧上的分離指代替了螺旋彈簧的分離杠桿，大大減少了離合器零件數(shù)目，減輕了離合器質量，簡化了離合器的結構； （3）因為膜片彈簧軸向尺寸小，所以可以通過增加壓盤的厚度，提高摩擦片的熱容量；也能通過在壓盤上增加散熱筋或在離合器蓋上開設離合器的通風孔提高散熱效果； （4）膜片彈簧離合器的組成部件形狀簡單，便于加工制造，可以大批量生產，從而大大降低了生產成本。 2.液力自動變速器的組成及各部分工作原理 2.1液力自動變速器的組成 液力自動變速器一般由液力變矩器，行星齒輪變速機構以及液壓控制系統(tǒng)這三部分組成。 2.1.1液力變矩器 液力變矩器叫做為液力變扭器，是液力自動變速器的核心部件，由泵輪，渦輪和導輪三個元件組成。如圖2-1所示。 圖2-1 液力變矩器結構示意圖 液力變矩器可以利用液壓將動力從發(fā)動機傳遞到變速器上，液力變矩器是利用液體循環(huán)流動時產生的動能變化實現(xiàn)動力的傳遞，并且能在某些特定的轉速下實現(xiàn)傳動比的無級改變。因為液力變矩器的工作介質為油液，所以裝有液力變矩器的汽車在提高傳動系工作壽命的同時改善了駕駛和乘坐的舒適性，并且大大改善了汽車的起步性能。液力變矩器在運行過程中主要完成以下三個任務： （1）當發(fā)動機怠速運轉，泵輪轉速較低時，液力變矩器充當未連接的離合器的作用。 （2）當變矩器泵輪轉速較高且渦輪轉速較低時，能夠通過增大發(fā)動機扭矩來實現(xiàn)起動和驅動扭矩的增加； （3）液力變矩器在非起動非怠速的運行狀態(tài)下，可以當做一個將發(fā)動機扭矩傳給變速器的液力耦合器。 液力變矩器工作原理如圖2-2所示，泵輪與發(fā)動機輸出端相連，起動力輸入的作用，渦輪與動力輸出端連接，導輪利用單向離合器與變矩器殼體相連。泵輪，渦輪，導論處于一個密閉的工作腔中，工作腔中充滿液體，當發(fā)動機不工作時液力變矩器不傳遞動力，因為液體靜止于工作腔內，不產生動能的改變。當發(fā)動機工作時液力變矩器實現(xiàn)動力的傳遞，泵輪在輸入軸的帶動下隨發(fā)動機一起旋轉，工作腔內的液體由于泵輪的高速旋轉產生動能，隨葉片伸展方向流動，液體在到達泵輪與渦輪的連接處時經過一段無葉片區(qū)進入渦輪。由于液體有較高動能，渦輪在液體的帶動下與輸出軸一起旋轉。單向離合器在渦輪轉速較低的情況下鎖止，導輪被固定，液體在與導輪葉片發(fā)生接觸后返回，在渦輪上形成一個反作用力，方向與渦輪的旋轉方向一致，提高了渦輪的轉矩，實現(xiàn)了增扭的目標。單向離合器在渦輪轉速較高的情況下反向旋轉，油液從渦輪出發(fā)，經過導輪直接到達泵輪，此時渦輪上無反作用力矩作用在。通過閉鎖離合器的解閉鎖可以改善因為液力的摩擦和溫度等因素造成的變矩器的傳動效率低的情況。當閉鎖離合器閉鎖時，發(fā)動機通過閉鎖離合器與渦輪直接相連，提高了傳動效率。至此液體從離心式泵輪流出，順次經過渦輪、導輪再返回泵輪，周而復始地循環(huán)流動，最終實現(xiàn)了發(fā)動機動力輸出。 2.1.2行星齒輪變速機構 雖然液力變矩器能夠實現(xiàn)無級地改變傳動比和扭矩比，但是由于液力變矩器傳動效率較低，并且變矩器的變矩系數(shù)難以保證汽車的良好行駛狀況，所以現(xiàn)階段汽車上大多使用的是由液力變矩器和行星齒輪變速機構兩部分組成的液力自動變速器。 行星式齒輪變速機構主要由太陽輪，行星輪，齒圈和行星架組成。太陽輪位 第三章 濕式離合器結構及工作原理 于機構的中心，行星輪與行星架相連，太陽輪和行星輪，行星輪和齒圈之間分別通過輪齒嚙合。當行星齒輪變速機構開始運行時，行星輪在圍繞行星架自轉的同時也在繞太陽輪公轉，如圖2-2所示。 圖2-2 行星齒輪變速結構件圖 1-太陽輪；2-齒圈；3-行星架；4-行星輪 2.1.3液壓控制系統(tǒng) 油泵，變速器油，濾清器，冷卻器和控制模塊等構成了液力自動變速器的液壓控制系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)的工作介質是變速器油，液壓系統(tǒng)能控制變速器油的流動，并可以改變變速器油的壓力。變速器的潤滑和冷卻，離合器的接合與分離，控制閥的開關等都可以通過對變速器油流動的控制來實現(xiàn)。 液壓系統(tǒng)的工作原理：發(fā)動機驅動油泵從而形成壓力，使得變速器油從主濾清器進入液壓系統(tǒng)，油泵的油壓經過系統(tǒng)主油壓調節(jié)閥的調整，變?yōu)橹饔蛪?，在整個液壓系統(tǒng)中經過調整的變速器油都可以流動，當需要變速器油起不同的作用時，可以通過液壓系統(tǒng)中的電磁閥和閥體來實現(xiàn)變速器油壓力的改變，并且在檔位需求不同時，變速器油流到特定的離合器以實現(xiàn)擋位的變換。 3.濕式離合器結構及工作原理 濕式離合器是汽車自動變速系統(tǒng)換擋執(zhí)行機構的重要組成部分，可以連接行星齒輪機構中的輸入或輸出軸的某個基本元件，或將行星齒輪機構中的某兩個基本元件連接在一起，使之成為一個整體轉動。結構如圖3-1所示。 圖3-1 濕式離合器結構圖 3.1濕式離合器的組成結構 主動部分：離合器鼓，鋼片等； 從動部分：離合器轂，摩擦片等； 壓緊機構：油缸，活塞等； 分離機構：回位彈簧等。 結構如圖3-2所示。 圖3-2 濕式離合器結構示意圖 如圖所示，活塞位于離合器鼓內，離合器鼓與活塞兩者之間有一個環(huán)形油腔，離合器的液壓控制通道與環(huán)形油腔相連。摩擦片和鋼片相互間隔排列，安裝于離 第四章 多片式式離合器的設計 合器內圓的鍵槽上，摩擦片和鋼片都有花鍵齒并且都可以軸向移動，不同之處在于鋼片的花鍵齒是外花鍵齒而摩擦片的花鍵齒是內花鍵齒。鋼片的外花鍵齒能夠與具有內花鍵齒的離合器鼓相互嚙合；而摩擦片的內花鍵齒能和有外花鍵槽的花鍵轂相互嚙合。摩擦片和鋼片之間不是相互接觸的，在軸向有一定的間距，這個距離叫做離合器自由間隙。離合器自由間隙使得離合器處于分離狀態(tài)時摩擦片與鋼片不產生軸向壓力。變速器的變速機構通過不同的形式與花鍵轂和離合器鼓連接,實現(xiàn)動力的傳遞。 3.2濕式離合器的工作原理 當液壓油經控制油道進入油腔時產生油壓，油壓使活塞克服回位彈簧向右移動，此時離合器的自由間隙為0，壓力作用于離合器片上，使離合器進入開始接合狀態(tài)，當離合器主動片與從動片轉速相等時離合器處于完全接合狀態(tài)，行星齒輪和離合器鼓相連，產生變速傳動。當液壓控制系統(tǒng)控制相應的液壓閥放油時，回位彈簧的彈力作用在活塞上，是的活塞恢復到初始位置，油液也從液壓缸中排除，主從動片也因此由轉速相等變?yōu)檗D速不等，此時離合器完全分離。濕式離合器的工作狀態(tài)一共有三種，分別是完全分離狀態(tài)，完全接合狀態(tài)以及滑摩狀態(tài)，其中離合器的完全分離狀態(tài)和完全接合狀態(tài)的工作相對穩(wěn)定。離合器主從動片完全分離時，離合器由于摩擦副件之間存在潤滑油膜而產生帶排轉矩。當離合器主從動件完全接合時，主從動片之間不發(fā)生相對轉速，摩擦副之間滑摩消失，離合器傳遞一定的轉矩。濕式離合器滑摩狀態(tài)是主從動件完全結合狀態(tài)與完全分離狀態(tài)之間的過渡狀態(tài)，通過摩擦轉矩的作用使得離合器在主從動件完全接合和完全分離兩個狀態(tài)之間相互切換。 4 多片濕式離合器的設計 4.1摩擦副元件材料與形式 在多片濕式離合器中，摩擦片是核心部件，對離合器的工作性能起決定性作用，所以摩擦片的材料性能選擇和摩擦片結構設計尤為重要。 摩擦副就是相接觸的兩個零件產生摩擦而組成的一個摩擦體系，這個體系稱為摩擦副。它們的摩擦會產生磨損，產生熱，液體泄漏及其他現(xiàn)象。摩擦副元件分為摩擦元件和對偶元件兩部分。摩擦副能夠在主、從動軸轉速差較大的時接合，并且接合較為平穩(wěn)。離合器摩擦副根據(jù)材料的不同可分為兩大類：一類是金屬性摩擦副，一類是非金屬性摩擦副。前者的摩擦襯面有金屬性質，如鋼對鋼，鋼對粉末冶金等；后者的摩擦襯面摩擦材料有非金屬性質，如石墨樹脂等。本文中我們選取石棉基材料。 4.2離合器儲備系數(shù)的選擇 儲備系數(shù)β是離合器設計過程中必不可少的一個參數(shù)。儲備參數(shù)可以反映離合器傳遞發(fā)動機轉矩的可靠程度。在選擇儲備參數(shù)時，應考慮摩擦片在使用中磨損后離合器仍能可靠地傳遞發(fā)動機最大轉矩、防止離合器滑磨時間過長、防止傳動系過載以及操縱輕便等因素。當發(fā)動機有較大的后備功率、工況較好時，儲備系數(shù)可以小些；當汽車總質量較大時，儲備系數(shù)也應隨之變大；汽車發(fā)動機氣缸數(shù)越多，轉矩波動越小，因此儲備系數(shù)也可相應減??；膜片彈簧離合器因為摩擦片磨損后膜片彈簧的壓力變化較小，所以與螺旋彈簧離合器相比儲備系數(shù)更小。下表為不同類型汽車離合器儲備系數(shù)的取值范圍。 表4-1 離合器后背系數(shù)的取值范圍 本次設計的車型為奔馳500，車輛類型為最大總質量小于6t的乘用車，儲備系數(shù)的取值范圍為1.20-1.75，所以選定后備系數(shù)為β=1.5。 4.3摩擦片參數(shù)的選擇 4.3.1 初選摩擦片外徑D、內徑d、厚度b。 其中：是發(fā)動機的最大轉矩，本次設計中最大轉矩為142N*m 為直徑系數(shù)，由下表可知，本次設計中Kd取14.6. 表4-2　直徑系數(shù)的取值范圍 表4-3離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)表 根據(jù)上表和計算所得，本次設計摩擦片尺寸，取 4.3.2摩擦面數(shù)，離合器間隙值的確定 摩擦面數(shù)Z為離合器從動盤數(shù)的兩倍，摩擦面數(shù)取決于離合器傳遞轉矩的大小和離合器的結構尺寸。本次設計取靜摩擦系數(shù)? = 0.3（由表4.1可知）， 摩擦面數(shù)Z=2。離合器間隙Δt是指離合器處于正常接合狀態(tài)、分離套筒被回位彈簧拉到后極限位置時，為保證在摩擦片正常磨損的情況下離合器仍能完全接合，在分離軸承和分離杠桿內端之間留有的間隙。離合器間隙值Δt取值范圍為3～4mm。本次設計取Δt=4mm。 表4-4　摩擦材料的摩擦因數(shù)的取值范圍 4.3.3離合器傳遞的最大靜摩擦力矩Tc 根據(jù)公式得 4.3.4單位壓力P0 4.4摩擦片基本參數(shù)的校核 4.4.1 最大圓周速度 故符合條件。 4.4.2 摩擦片單位面積傳遞的轉矩 =(N·/) 4.4.3單位壓力 4.4.4單位摩擦面積滑磨功 當汽車起步時，離合器主從動件接合一次產生的總滑磨功為： w = = = 0.29 式中，W為汽車起步時離合器結合一次所產生的總滑磨功取9243.5J 因為W滿足。 所以符合。 4.4.5離合器接合的溫升 t = （3.12） 式中,t為壓盤溫升,取值為 8～10°C；c為壓盤的比熱容，c = 481.4 J/(Kg·°C)；γ為傳到壓盤的熱量所占的比例，對單片離合器壓盤；λ= 0.5，m為壓盤的質量m = 3.15 Kg代入，t = 3.05°C，合格。 表4-5摩擦片的相關參數(shù) 摩擦片外徑D 摩擦片內徑d 后備系數(shù)β 厚度b 單位壓力Po 200mm 140mm 1.5 3.5 0.25MPa 4.5液壓油缸壓力的計算 液壓油缸是實現(xiàn)離合器接合和分離的重要元件。 油缸的結構一般如下圖示： 可初步選取R2=132㎜。 離合器操縱系統(tǒng)壓力為。 主油壓在活塞上的作用力為 式中 P—離合器操縱油壓，P=1.4； 而活塞缸壓緊力F應滿足式： —排油需要的壓力。且有式 式中 —排油需要壓力，通常取。 有上述五個式子連立得 96㎜ 所以回位彈簧彈力可由： 計算得。 所以壓緊力為：N 4.6回位彈簧的選擇與設計 4.6.1回位彈簧種類的選擇 在離合器中，離合器的整體性能很大程度上由彈簧決定，若彈簧選取不正確，會造成離合器滯阻現(xiàn)象并且使得離合器早期打滑失效。根據(jù)彈簧結構的不同，回位彈簧分為螺旋彈簧和膜片彈簧兩類。由于離合器內鼓直徑較小，螺旋彈簧不能沿著軸線方向重疊布置，因此為了不增加離合器的軸向尺寸，我們選取尺寸較短的膜片彈簧。 在濕式多片換擋離合器中，若選取的彈簧彈力過大，盡管能夠減少離合器的分離時間，但是增大了壓力油作用到離合器活塞上的壓力，當活塞面積不變時，需要提高壓力油的比壓；若選取的彈簧彈力不足，離合器分離不夠徹底。 膜片彈簧所使用的材料，不但需要具有較高的彈性極限，屈服極限，靜力強度，疲勞強度，沖擊強度，而且還應具有足夠大的塑性變形性能。目前我們常用的膜片彈簧材料為硅錳鋼60Si2MnA或50CrVA。 4.6.2膜片彈簧基本參數(shù)的選擇 （1）截錐高度H與膜片彈簧厚h比值和膜片彈簧厚度h的確定 為了滿足離合器壓緊力變化小和操縱輕便的要求，膜片彈簧的一般為1.5～2.0，板厚h為2～4 所以初步取值h=2.4, =1.6則H=3.84mm. （2）自由狀態(tài)下膜片彈簧大端R與小端r的取值與值 圍。 （4）確定膜片彈簧工作位置 由圖4-1可知，膜片彈簧的弾性特性曲線處于拐點H時，膜片彈簧處于壓平狀態(tài)，而且。若離合器接合，膜片彈簧工作點一般位于凸點和拐點之間，并且更加靠近或在H點處，一般情況下，以保證摩擦片在達到最大磨損程度時壓緊力變化較小。當離合器處于分離狀態(tài)時，工作點由B移動到C，為盡量縮小踏板力，C點應離N點越近越好。 圖4-1 膜片彈簧彈性特性曲線圖 （5）分離指數(shù)目n的選取 膜片彈簧分離指數(shù)n的取值范圍為12-24，這里我們取n=18。 （8）確定壓盤加載點半徑R1和支承環(huán)加載點半徑r1 R1和r1需滿足下列條件： 所以取 圖4-2 膜片彈簧三維建模 表4-6 膜片彈簧的相關參數(shù) 4.7從動盤的結構與選型 4.7.1離合器主要有以下幾種形式的從動盤 （1）整體式彈性從動盤。整體式彈性從動盤的從動盤是一塊完整的鋼片，并且在從動盤上開有T形槽，離合器的摩擦片鉚接在從動盤上。（如 圖4-2） 圖4-2整體式彈性從動盤 （2）分開式彈性從動盤。分開式彈性從動盤的特點是波形彈簧片與從動盤鉚接，摩擦片與波形彈簧片鉚接。（如 圖4-3） 圖4-3分開式彈性從動盤 （3）組合式彈性從動盤。組合式彈性從動盤的特點是波形彈簧片與靠近壓盤的一面鉚接，靠近飛輪的一面沒有。（如 圖4-4） 圖4-4組合式彈性從動盤 本次設計選取整體式彈性從動盤。 4.7.2從動盤轂 離合器中從動盤轂承受最大的載荷，發(fā)動機傳來的轉矩幾乎完全由從動盤轂承受。通常情況下從動盤轂采用齒側對中的矩形花鍵與變速器的第一軸相連，花鍵的尺寸根據(jù)表4-7選取，通常情況下我們選取1.0～1.4倍的花鍵軸直徑。碳鋼材料通常作為從動盤轂的選材，經過調質處理后從動盤轂的表面和內部硬度一般26～32HRC。此外我們通過鍍鉻工藝提高花鍵內孔表面硬度和耐磨性；并且高頻處理減振彈簧窗口及與從動片配合處。本次設計取，D=29 mm，d=23 mm，mm，l=25 mm，=11.3 MPa。 表4-7從動盤轂花鍵尺寸系列 4.8從動軸的計算 4.8.1從動軸的選材 40Cr調質鋼能夠承受較大載荷，可以用做重要軸可，所以我們初選40Cr調質 。 4.8.2確定軸的直徑 （3.51） 式中，A為由材料與受載情況決定的系數(shù)，（如：表4-1） 表4-8　軸常用幾種材料的及A值 取，n 為軸的轉速，r/min，則 mm，取mm。 圖4-6離合器總成裝配圖 圖4-7離合器總成分解圖 第五章 結束語 5.結束語 本文結合多片濕式離合器的設計過程，利用所學汽車設計和機械設計知識，對膜片彈簧離合器進行簡單的設計和計算，使我對所學內容有了更進一步的了解，對機械設計和汽車設計有了全新的認識，同時也使我認識到自己所掌握知識的欠缺，對所學內容加深了了解。 參考文獻 參考文獻 [1]劉戰(zhàn)芳，自動離合器的發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J].城市車輛，2007.03 [2]殷紅幸，董玉梁.自動變速的發(fā)展及國內現(xiàn)狀[J].世界汽車，2002.07 [3] 唐賢炬, 雙輸入圓柱齒輪動力分流傳動系統(tǒng)的靜力學均載特性研究[J], 機械傳動, 2016.08 [4] 詹長書, 呂文超, 檔自動變速器傳動比計算[J], 機械設計與制造, 2016.06 [5] 顧杰志,韓善強, 奔馳車自動變速器典型故障解決方案[J], 汽車維護與修理, 2016,07 [6] 薛慶文, 2008款奔馳R500變速器換擋沖擊[J], 汽車維修技師, 2011.1：65-66 [7] 李澤鵬, 液壓機械無級變速器控制系統(tǒng)研究[D], 吉林大學, 2016,09 [8] 薛慶文, 自動變速器壓力傳感器解析[J], 汽車維修與保養(yǎng), 2011,01 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