汽車膜片彈簧離合器課程設(shè)計計算步驟
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- 膜片彈簧離合器設(shè)計計算（某中型轎車舉例）
2摩擦離合器基本結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)的選擇
已知條件：某中型轎車發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù):
缸數(shù)：4缸 排量：1.7升
點(diǎn)火系統(tǒng)：1-3-4-2
最大功率 96/5000 KW/rpm
最大扭矩 220/3500 N•m/rpm
2.1離合器基本性能關(guān)系式
為了能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 ，離合器的靜摩擦力矩 應(yīng)大于發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，而離合器傳遞的摩擦力矩 又決定于其摩擦面數(shù)Z、摩擦系數(shù)f、作用在摩擦面上的總壓緊力PΣ與摩擦片平均摩擦半徑Rm，即
【1】 （2-1）
式中： —離合器的后備系數(shù)。
—摩擦系數(shù)，計算時一般取0.25～0.30。
Z—摩擦面數(shù)
2.2摩擦片外徑D與內(nèi)徑d的選擇
當(dāng)按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 （N•m）來確定D時，有下列公式可作參考：
【1】 （2-2）
式中A反映了不同結(jié)構(gòu)和使用條件對D的影響，在確定外徑D時，有下列經(jīng)驗(yàn)公式可供初選時使用：
【1】 （2-3）
轎車：KD=14.5
輕、中型貨車：單片KD=16.0～18.5
雙片KD=13.5～15.0
重型貨車：KD=22.5～24.0
本次設(shè)計所設(shè)計的是中型轎車（Temax/nT為220Nm/3500rpm、Pemax/nP為96kw/5000rpm）的膜片彈簧離合器。所設(shè)計的離合器摩擦片為單片，選擇KD =14.5。所以
D=
按 初選D以后，還需注意摩擦片尺寸的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，表2-1為我國摩擦片尺寸標(biāo)準(zhǔn)。
表2-1 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)
外徑
內(nèi)徑
厚度
內(nèi)外徑之比
單位面積
160 110 3.2 0.687 10600
180 125 3.5 0.694 13200
200 140 3.5 0.700 16000
225 150 3.5 0.667 22100
250 155 3.5 0.620 30200
280 165 3.5 0.589 40200
300 175 3.5 0.583 46600
查出本車將使用單片式離合器，且離合器摩擦片外徑為215mm。再查表2-1即可得到摩擦片的具體參數(shù)，如下：
摩擦片外徑D=225mm
摩擦片內(nèi)徑d=150mm
摩擦片厚度h=3.5mm
摩擦片內(nèi)外徑比d/D=0.667
單面面積F=22100mm2
2.3 離合器后備系數(shù)的確定
在開始設(shè)計離合器時，一般是參照統(tǒng)計資料，并根據(jù)汽車的使用條件，離合器結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)，初步選定后備系數(shù)β。
表2-2 后備系數(shù)表
車型 轎車、輕型貨車 中、重型貨車 越野車、牽引車
后備系數(shù) 1.30～1.75 1.60～2.25 2.0～3.5
本設(shè)計是中型轎車離合器的設(shè)計，該車型屬于轎車類型，故選擇本次設(shè)計的后備系數(shù)β在1.30～1.75之間選擇。因?yàn)樵撥囆蜑橹修I車，取 =1.50。因此有離合器的轉(zhuǎn)矩容量Tc= =1.5×220=330 N.M
2.4 單位壓力P的確定
摩擦面上的單位壓力P0值和離合器本身的工作條件，摩擦片的直徑大小，后備系數(shù)，摩擦片的材料及質(zhì)量等因素有關(guān)。離合器使用頻繁，發(fā)動機(jī)后備功率較小時，P0應(yīng)取小些；當(dāng)摩擦片外徑較大時，為降低摩擦片外緣熱載荷，P0應(yīng)取小些；后備系數(shù)較大時，可適當(dāng)增大。
當(dāng)摩擦片采用不同材料時，P0按下列范圍選�。�
石棉基材料 P0 =0.10～0.35MP
粉末冶金材料 P0 =0.35～0.60MP
金屬陶瓷材料 P0 =0.70～1.50MP
本次設(shè)計中我們選取摩擦片的材料為石棉基材料。
離合器摩擦力矩根據(jù)摩擦定律可表示為：
Tc=fFZRc (2-4)
式中，Tc-------靜摩擦力矩；
f--------摩擦面間的靜摩擦因素，計算時一般取0.25～0.30；選取f=0.25
F--------壓盤施加在摩擦面上的工作壓力；
Rc ------摩擦片的平均半徑；
Z--------摩擦面數(shù)，是從動盤的兩倍； 所以，Z=2
假設(shè)摩擦片上工作壓力均勻，則有：
F= P0 ×A= P0π(D2-d2)/4【1】 （2-5）
式中，P0------摩擦片單位壓力；
A------一個摩擦面面積；
D------摩擦片外徑；
d-------摩擦片內(nèi)徑.
摩擦片的平均半徑Rc根據(jù)壓力均勻的假設(shè)，可表示為：
Rc =(D3-d3)/3/(D2-d2) （2-6）
當(dāng)d/D≥0.6時，Rc可相當(dāng)準(zhǔn)確的有下式計算：
Rc =（D+d）/4 (2-7)
因?yàn)閐=150mm、D=225mm，所以d/D=0.667≥0.6，則Rc用（2-7）式計算
將（2-5）、（2-7）式代入（2-4）得：
Tc=πfZ P0(D2-d2)（D+d）/16 （2-8）
為了保證離合器在任何工況下都能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)的，設(shè)計時Tc應(yīng)大于發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，即
Tc =βTemax （2-9）
式中，Temax=220Nm為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；β=1.5為離合器的后備系數(shù)。
把（2-8）式代入（2-9）式得：
P0=16βTemax/[πfZ (D2-d2)（D+d）]
代入各參數(shù)可得P0=0.318MPa
所以所得P0在石棉基材料單位壓力范圍內(nèi)，所以我們選取的材料及單位壓力P0符合設(shè)計要求。
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