离合器毕业设计说明书

毕业设计说明书

题目：轮式通井机结构设计

-----------主离合器设计姓名：尹玉芬

学号：1000401033

指导教师：李积元

专业年级：10机械设计制造及其自动化（2）班所在学院和系：机械工程学院

完成日期：2014年

答辩日期：2014年

目录

第一章

1、离合器简介………………………………………………………

1.1离合器的功用……………………………………………………

1.2离合器设计要求…………………………………………………

1.3离合器的分类…………………………………………………

第二章

2、离合器的工作原理及过程…………………………………

2.1离合器的工作原理……………………………………………

2.2 离合器的工作过程……………………………………………

第三章

3、离合器结构的选择…………………………………………

3.1从动盘盘的选择………………………………………………

3.2压紧弹簧和布置形式的选择……………………………

3.3从动盘总成………………………………………………………

3.4离合器盖总成……………………………………………………

第四章

4、膜片弹簧离合器基本参数和主要尺寸的选择………

4.1最小轴颈的计算及轴的校核…………………………………………………

4.1.1最小轴颈的计算…………………………………………………

4.1.2轴承的校核…………………………………………………

4.2花键的设计及校核…………………………………………………

4.2.1花键的尺寸选择…………………………………………………

4.2.2花键的强度校核…………………………………………………

4.3轴承的选择和计算…………………………………………

4.3.1轴承的选择…………………………………………………

4.3.2轴承的寿命计算…………………………………………………

4.4摩擦片设计…………………………………………………

4.4.1后备系数β…………………………………………………

4.4.2摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙△t………………

…………………………………………………

4.4.3单位压力p

4.4.4摩擦片外径D、内径d和厚度b…………………………………………………第五章

5、膜片弹簧的设计…………………………………………………

5.1膜片弹簧基本参数的选择.............................

第六章

6.1压盘的结构设计与选择...............................

7、结论……………………………………………………………………

8、参考文献………………………………………………………

9、致谢……………………………………………………………

轮式通井机结构设计----主离合器设计

摘要

离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在通井机行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。其功用为：（1）使通井机平稳起步；（2）中断给传动系的动力，配合换档；（3）防止传动系过载。

膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型汽车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。此设计说明书详细的说明了膜片弹簧离合器的结构形式，参数选择以及计算过程。

本设计主要针对通井机的主离合器进行设计计算。

关键词: 离合器 , 膜片弹簧 , 从动盘 , 压盘 , 摩擦片

Wheel drifting machine structure design, the main design of the clutch

ABSTRACT

The clutch is located in the engine and gearbox between the flywheel shell, with screw

will be fixed in the clutch assembly after the flywheel plane, is the input shaft from the gearbox output shaft of clutch. In the process of the drifting machine driving, the driver can use on the or release the clutch pedal, the engine and gearbox temporary separation and joint gradually, to cut off or transfer the engine to the transmission input power. Its function is: (1) make the machine for smooth start; (2) the interruption to the transmission power, cooperate to shift; (3) to prevent the transmission of overload.

Diaphragm spring clutch is widely used in cars and light motor vehicles in recent years of a clutch, its great capacity of torque and relatively stable, convenient operation, good balance, can also be a large number of production, has become more and more important for its research. This design manual details the diaphragm spring clutch structure form, parameter selection and calculation process.

This design mainly aims at the main clutch of the drifting machine design calculation. Key Words:Clutch,diaphragm spring,clutch disc,pressure plate,friction plate

第1章绪论

1.1轮式通井机概述

在石油与天然气勘探开发的各项施工中，修井作业是一个重要环节。油气水井在自喷、抽油或注水注气过程中，随时可能发生故障，造成油井减产甚至停产。出现故障后，只有通过井下作业来排除故障，更换井下设备，调整油井参数，恢复油井的正常生产。

井下作业设备是用来对井下管柱或井身进行维修或更换而提供动力的一套综合机组。通井机是修井和井下作业施工中最基本、最主要的动力来源，按其运行结构分为履带式和轮式两种形式。履带式修井机一般不配带井架，其动力越野性好，适用于低洼泥泞地带施工。轮式修井机一般配带自背式井架，行走速度快，施工效率高，适合快速搬迁的需要，但在低洼泥泞地带及雨季、翻浆季节行走和进入井场相对受到限制。

我国陆上石油修井作业所用的设备主要有履带式通井机、轮式作业机、修井机等，与其他通井机相比，轮式通井机具有越野性好，搬迁运移便捷，作业效率高，经济实用等优点，是通井机

发展的主要方向。因此，设计出远移性能好、价格低廉、性能优良的轮式通井机，将对降低油田小修井和石油作业成本、减轻劳动强度、提高作业速度，从而对提高油田经济效益，实施“低成本战略”有着十分重要的意义。

在井下作业施工中，一般常用∮22mm钢丝绳作滚筒与游动滑车之间的连结大绳，滚筒上缠绕的钢丝绳的长度为3000m,使修井机滚筒、井架天车、游动滑车及大钩连结成为统一的吊升系统，将滚筒的转动力转变为游动系统的提升力，完成井下作业施工的各种工艺管柱的起下和悬吊井口设备等作业。所以做好滚筒设计计算尤为重要。

1.2离合器在轮式通井机中的作用

轮式通井机是目前油田修井作业的主要设备，主离合器的作用是通井机修井时控制滚筒部分，操作较为频繁

第二章离合器简介

2..1离合器的功用

汽车传动系的基本功用是将发动机发出的动力传给驱动轮。离合器是汽车传动系中直接与发动机相联系的部件。在汽车起步前，先要起动发动机，这时应使变速器处于空挡位置，将发动机与驱动轮之间联系断开，以卸除发动机负荷。待发动机已起动并开始正常的转速运转后，方可将变速器挂上一定档位，使汽车起步。汽车起步时，汽车是从完全静止的状态逐步加速的。如果传动系（它联系着整个汽车）与发动机刚性地联系，则变速器一挂上档，汽车将突然向前冲动一下，但并未能起步。这是因为汽车从静止到前冲时，产生很大惯性力。对发动机造成很大的阻力矩。在这惯性阻力矩作用下，发动机在瞬时间转速急剧下降到最低转速（一般为300-500r/min）以下，发动机即熄火而不能工作，当然汽车也不能起步。

离合器的首要功用是保证汽车平稳起步。在传动系中装设了离合器后，在发动机起动后，汽车起步之前，驾驶员先踩下离合器踏板，将离合器逐渐接合，在离合器逐渐接合过程中，发动机所受阻力矩也逐渐增加，故应同时逐渐踩下加速踏板，即逐步增加对发动机的燃料供给量，使发动机的转速始终保持在最低稳定转速以上，不致熄火。由于离合器的接合紧密程度增大，发动机经传动系传给驱动车轮的转矩便逐渐增加。到牵引力足以克服起步阻力时，汽车即从静止开始运

动并逐步加速。

离合器的另一项功用是保证传动系换档时工作平稳。在汽车行使过程中，为了适应不断变化的行使条件，传动系经常要换用不同档位工作。实现齿轮式变速器的换档，一般是拨动齿轮或其它挂档机构，使原用档位的某一齿轮副退出传动，再使另一档位的齿轮副进入工作。在换档前也必须踩下离合器踏板，中断动力传递，便于使原用档位的齿轮副脱开，同时有可能使新档位齿轮副的啮合部位的速度逐渐相等（同步），这样，进入啮合时的冲击可以大为减轻。

离合器的第三功用是防止传动系过载。当汽车进行紧急制动时，若没有离合器，则发动机将因和传动系刚性相连而急剧降低转速，因此其中传动件会产生很大的惯性力矩（数值可能大大超过发动机正常工作时所发出大最大转矩），对传动系造成超过其承载能力的载荷,而是其机件损坏。有了离合器，便可依靠离合器主动部分和从动部分之间可能产生的相对运动以消除这一危险。

欲使离合器起到以上几个作用，离合器应该是这样一个传动机构，其主动部分和从动部分可以暂时分离，又可以逐渐接合，并且在传动过程中还要有可能相对转动。所以，离合器的主动件与从动件之间不可采用刚性联系，而是借二者接触面之间的摩擦作用来传递转矩（摩擦离合器），或是利用液体作为传动的介质（液力耦合器），或是利用磁力传动（电磁离合器）。在摩擦离合器中，为产生摩擦所需的压紧力，可以是弹簧力、液压作用或电磁吸力。

2.2离合器设计要求

离合器的具体结构，首先，应在保证发动机最大转矩的前提下，满足两个基本性能要求：1.分离彻底；2.接合柔和。

1）离、合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠。

2）结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高。

3）接合元件耐磨性高，使用寿命长，散热条件好。

4）操纵方便省力，制造容易，调整维修方便

其次，离合器从动部分的转动惯量要尽可能小。离合器的功用之一是当变速器换档时，中断动力传递，以减轻齿轮冲击。如果与变速器主动轴相连的离合器从动部分的转动惯量大，当换档时，虽然由于分离了离合器，使发动机与变速器之间联系脱开，但离合器从动部分较大的惯性力矩仍然输入给变速器，其效果相当于分离不彻底，就不能很好的起到减轻齿轮间冲击的作用。

此外，还要求离合器散热良好。因为在汽车行驶过程中，驾驶员操纵离合器的次数是很多的，这就使离合器中由于摩擦面间频繁地相对滑磨而产生大量的热。离合器接合愈柔和，产生热量愈大。这些热量如不及时地散发，对离合器的工作将产生严重影响。

摩擦离合器所能传递的最大转矩的数值取决于摩擦面间的压紧力和摩擦系数，以及摩擦面的数目和尺寸。若欲增大离合器所能传递的最大转矩，可选用摩擦系数较大的摩擦材料，或适当加强压紧弹簧的压紧力，或加大摩擦面的尺寸。

2.3离合器的分类

摩擦离合器根据从动盘的数目可分为单盘离合器、双盘离合器和多盘离合器。采用若干个螺旋弹簧作压紧弹簧，并沿摩擦盘圆周分布的离合器称为周布弹簧离合器。仅具有一个或两个较强力的螺旋弹簧，并安置在中央的离合器则称为中央弹簧离合器。还有一种采用膜片弹簧作为压紧弹簧的，称为膜片弹簧离合器。

第三章离合器的工作原理及过程

3.1 离合器的工作原理

离合器的主动部分和从动部分借接触面间的摩擦作用，或是用液体作为传动介质(液力偶合

器)，或是用磁力传动(电磁离合器)来传递转矩，使两者之间可以暂时分离，又可逐渐接合，在传动过程中又允许两部分相互转动。目前在汽车上广泛采用的是用弹簧压紧的摩擦离合器(简称为摩擦离合器)。

发动机发出的转矩，通过飞轮及压盘与从动盘接触面的摩擦作用，传给从动盘。当驾驶员踩下离合器踏板时，通过机件的传递，使膜片弹簧大端带动压盘后移，此时从动部分与主动部分分离。

图2-1所示为摩擦离合器中的两种压紧弹簧（膜片弹簧和螺旋弹簧）的弹性特性，在离合器盖总成中的螺旋弹簧处于压紧状态，其弹性特性的曲线如图中曲线1所示。膜片弹簧弹性特性曲线如图中曲线2所示。假如所设计的两种离合器的压紧力均相同，即压紧力均为b P ,轴向压紧变形量为a λ。当摩擦片磨损量达到容许的极限值`

λ?时，弹簧压缩变形量减小到a λ。此时螺旋弹

簧压紧力便降低到`a P 〈b P ，两值相差较大，将使离合器中的压紧力不足而产生滑磨，而膜片弹簧压紧力则只降低到与b P 相差无几的a P ，使离合器仍能可靠得工作。当离合器分离时，如两种弹簧的进一步压缩均为``

λ?，由图可知，膜片弹簧所需的作用力为c P 不螺旋弹簧所需的作用力`c P 减小约20%。可见，膜片弹簧离合器操纵轻便。

图3-1离合器两种压紧弹簧的弹性曲线

显然在离合器中采用膜片弹簧作压紧弹簧有很多优点。首先，膜片弹簧具有压紧弹簧和分

离杠杆的作用，使得离合器的结构大为简化，质量减小，并显著得缩短了离合器的轴向尺寸。其次，由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片的接触良好，磨损均匀。另外，由于膜片弹簧具有上述的非线性弹性特性，故能在从动盘摩擦片磨损后，仍能可靠得传递发动机的转矩，而不产生滑磨。离合器分离时，使离合器踏板操纵轻便，减轻驾驶员的劳动强度。此外，因膜片弹簧是一种旋转对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很少。而螺旋弹簧在高速时，因受离心力作用会产生横向饶曲，弹簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力。

3.2离合器的工作过程

离合器接合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘传给了动盘两侧的摩擦片，带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减振器盘转动。动盘本体和减振器盘又通过六个减振器弹簧把转矩传给了从动盘毂。因为有弹性环节的作用，所以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。传动系中的扭转振动会使从动盘毂相对于动盘本体和减振器盘来回转动，夹在它们之间的阻尼片靠摩擦消耗扭转振动的能量，将扭转振动衰减下来。

当离合器接合时，主、从摩擦元件总是经历转速不等到转速一致的摩擦过程。在交通繁忙的城市使用条件下，离合器频繁的接合和滑磨，使摩擦片很容易磨损，滑磨产生的热量使压盘和飞轮等零件的温度升高。若摩擦表面温度过高，将加剧摩擦片磨损，降低离合器使用寿命。离合器在起步过程中的滑磨比换档时严重得多，而离合器滑磨的严重程度常用滑磨功来衡量，以下讨论起步时离合器的接合过程和滑磨功。

第4章离合器结构的选择

在设计离合器时，应根据车型的类别、使用要求、制造条件以及“三化”（即系列化、通用化、标准化）要求等，合理选择离合器的结构。

4.1从动盘数选择

单片离合器结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底、接合平顺。

双片离合器与单片离合器相比，由于摩擦面数增加一倍，因而传递转矩的能力较大；在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力较小，另外接合较为平顺。但中间压盘通风散热不良，两片起步负载不均，因而容易烧坏摩擦片，分离也不够彻底。

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，以为主要用于行星齿轮变速器换档机构中。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。

经过对以上几种形式的比较和根据在大众轿车的性能要求，选取单片离合器为大众轿车的离合器。

4.2压紧弹簧和布置形式的选择

周置弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧，其特点是结构简单、制造容易，因此应用较为广泛。此结构中弹簧压力直接作用于压盘上。为了保证摩擦片上压力均匀，压紧弹簧的数目

不应太少，要随摩擦片直径的增大而增多，而且应当是分离杠杆的倍数。在某些重型汽车上，由于发动机最大转矩较大，所需压紧弹簧数目较多，可将压紧弹簧布置在两个同心圆周上。压紧弹簧直接与压盘接触，易受热退火，且当发动机最大转速很高时，周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲，使弹簧压紧力下降，离合器传递转矩的能力随之降低。此外，弹簧靠到它的定位片面上，造成接触面部位严重磨损，甚至会出现弹簧断裂现象。

中央弹簧离合器采用一至两个圆柱螺旋弹簧或用一个圆锥弹簧作为压紧弹簧，并且布置在离合器的中心，此结构轴向尺寸较大。由于可选较大的杠杆比，因此可得到足够的压紧力，且有利于减小踏板力，使操纵轻便。此外，压紧弹簧不与压盘直接接触，不会使弹簧受热退火，通过调整垫片或螺纹容易实现对压紧力的调整。

斜置弹簧离合器的弹簧压力斜向作用在传动盘上，并通过压杆作用在压盘上。这种结构的显著优点是在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。与上述两种离合器相比，具有工作性能稳定、踏板力较小的突出优点。

膜片弹簧离合器中的膜片弹簧是一种具有特殊结构的蝶形弹簧部分分离组成，它与其它形式的离合器相比具有以下一系列优点：

1）膜片弹簧具有较理想的非线性特性，弹簧压力在摩擦片允许磨损范围内基本不变，因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；对于圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降。离合器分离时，弹簧压力有所下降，从而降低了踏板力；对于圆柱螺旋弹簧，压力则大大增加。

2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小。

3）高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，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。

6）平衡性好。

7）有利于大批量生产，降低制造成本。

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被广泛采用。

膜片弹簧离合器，按分离时离合器盖总成的分离指处是承受压力或拉力，可分为推式和拉式两种。

压式膜片弹簧离合器是常见的一种结构。膜片弹簧常用的几种支撑型式如图所示。图a是早期出现的一直在采用的结构。当分离轴承与曲轴中心线不同心时，可引起铆钉的过度磨损。提高铆钉硬度可减少磨损。图b，在铆钉上装硬度高的套筒和支撑圈，是提高耐磨性的结构措施，但

使零件增多。图c所示的结构中、取消了铆钉，原铆钉的作用由离合器盖内边缘上伸出的多个小弯板代替，小弯板从膜片弹

簧径向槽根部穿过，大大减少了离合器盖总成的零件数。图d中的结构，将铆钉的一端制成斜面，在离合器盖靠铆钉头的一端制成斜面，在离合器盖靠铆钉附近做成凸起，省去了两个支撑环。

拉式膜片弹簧离合器中，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；或在传递相同转矩时，可采用尺寸较小的结构。

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25%-30%。

5）拉式在接合状态或分离状态，膜片弹簧大端与离合器盖支承始终保持接触，在支承环磨损后不会产生冲击和噪声。

6）使用寿命更长。

但是，拉式膜片弹簧的分离指是与分离轴承套筒总成嵌装在一起的，需专门的分离轴承，结构复杂，安装和拆卸困难，且分离行程略比推式大些。由于拉式膜片弹簧离合器综合性能优越，它已在一些汽车中得以应用

因此大众Polo选用拉式离合器。

3.3.从动盘总成

从动部分是由单片、双片或多片从动盘所组成，它将主动部分通过摩擦传来的动力传给变速器的输入轴。从动盘由从动盘本体，摩擦片和从动盘毂三个基本部分组成。为了避免转动方向的共振，缓和传动系受到的冲击载荷，大多数汽车都在离合器的从动盘上附装有扭转减震器。

为了使汽车能平稳起步，离合器应能柔和接合，这就需要从动盘在轴向具有一定弹性。为此，往往在动盘本体园周部分，沿径向和周向切槽。再将分割形成的扇形部分沿周向翘曲成波浪形，两侧的两片摩擦片分别与其对应的凸起部分相铆接，这样从动盘被压缩时，压紧力随翘曲的扇形部分被压平而逐渐增大，从而达到接合柔和的效果。

从动盘总成主要由摩擦片、从动片、和花键毂等组成。从动盘对离合器工作性能影响很大，应满足如下设计要求：

1)转动惯量要尽可能小，以减小变速器换档齿轮间的冲击。

2)应具有轴向弹性，使离合器接合平稳，便于起步，而且使摩擦面压力均匀,减小磨损。

离合器摩擦片在性能上应满足如下要求：

1)刚性系数较高且较稳定,工作温度、单位压力、转动速度的变化对其影响要小。

2)较高的机械强度与耐磨性。

3)密度要小,以减小从动盘转动惯量。

4)定性好，在高温下分离出的粘合剂少，无味，不易烧焦。

5)表面粗糙度好，不致刮伤飞轮和压盘表面。

6)放后，摩擦面间不发生“粘着”现象。

离合器摩擦片所用的材料有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金属陶瓷摩擦材料。

石棉基摩擦材料具有摩擦因数较高(大约0.3-0.45)、密度较小、制造容易、价格低等优点。但它性能不够稳定，摩擦因数受工作温度、单位压力、滑磨速度的影响大，目前主要应用于中、轻型货车中。由于石棉在生产和事业过程中对环境有污染，对人体有害，所以现在正以玻璃纤维、金属纤维等来替代是石棉纤维。粉末冶金和属陶瓷摩擦材料具有传热性好、热稳定性与耐磨性好、摩擦因数较高且稳定、能承受的压力较高以及寿命较长等优点，但价格较贵，密度较大，接合平顺性较差，主要用于重型汽车上。

摩擦片与从动片的连接方式有铆接和粘接两种。铆接方式连接可靠，更换摩擦片方便，适宜从动片上装波形片，但其摩擦面积利用率小，使用寿命短。粘接方式可增大实际摩擦面积，摩擦片厚度利用率高，具有较高的抗离心力和切向力的能力，但更换摩擦片困难，且使从动片难以装波形片，无轴向弹性，可靠性低。

本次设计选用石棉基摩擦材料。

3.4离合器盖总成

从动片要求质量轻，具有轴向弹性，硬度和平面度要求高。材料常用中碳钢板如50钢或低碳钢板如10钢，一般厚度为1.3-2.5，表面硬度35-40HRC。

波形片一般采用65Mn,厚度小于1mm ，硬度为40-46HRC ，并经过表面发蓝处理。对压盘结构设计要求：

1)压盘具有较大的质量以增大热容量、减小温升，防止其产生裂纹和破碎，有时可设置各种形状的散热肋和鼓风肋，以帮助散热通风。中间压盘可铸出通风槽，也可采用传热系数较大的铝合金压盘。

2)压盘具有较大的刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减小受热后的翘曲变形，以免影响摩擦片的均匀压紧以及与离合器的彻底分离。

3)与飞轮应保持良好的对中，并要进行静平稳。

4)压盘的高度尺寸(从承压点到摩擦面的距离)公差要小。

压盘通常采用灰铸铁，一般采用HT200，HT250，HT300，也有少数采用合金压铸件。

第5章 膜片弹簧离合器基本参数和主要尺寸的计算

5.1最小轴颈的计算及轴的校核

5.1.1最小轴颈的计算

轴的材料选45钢，调制处理，传递的最大扭矩是1400NM,由公式 t W T =max τ3

16D T π=[]T τ≤ 5-1-1 式中：T τ---扭转切应力，MPa ；

T ---轴所受的扭矩，mm N ?；

T W ---轴的抗扭截面系数，3m m ;

n ---轴的转速，min /r ；

P ---轴传递的功率，kW ；

D --轴的直径，mm ；

[]T τ---许用扭转切应力，MPa 。见表

算得最小轴颈为57.992mm ，查机械设计手册选取轴颈为60mm

5.1.2轴承的校核：

根据公式5-1-2计算 ][2.095500003

T T T d n P W T ττ≤≈= 5-1-2 可得出 MPa MPa 30461.1602.0180011995500003

≤=? 所以轴的选择合理

5.2花键的设计及校核

5.2.1花键的尺寸选择

根据最小轴颈选择花键外径为65mm ，查机械设计手册得到花键的尺寸，如图

5-2

图5-2花键规格表

则花键的选择尺寸为 8x62x72x12

5.2.2花键的强度校核：

花键联接的可能失效有: 齿面有压溃或磨损和齿根的剪断或弯断等,对于实际的材料组合和标准尺寸来说, 齿面的压溃或磨损是主要的失效形式,因此,一般只作联接的挤压强度或耐磨性计算.

花键的工作条件良好动联接，由公式5-2-1计算可得为100MPa ，

][1023

p p kld

T ?≤?=? 5-2-1 MPa kld

T p p 100][1023

=?≤?=? 即65

525.51063123

????=?p =67.88Mpa MPa 100≤ 所以花键的强度符合要求

式中：T ——传递的扭矩，（T=9545n

P =631N ·m ） k ——键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h ，此处h 为键的高度，mm

l ——键的工作长度，mm ，圆头平键l=L-b,即l=70-18=52(取键长为70mm)

平头平键l=L 。b 为键的宽度，mm

d ——轴的直径，mm

注：如与键有相互滑动的被连接件表面经过淬火，则动连接的许用压力[p ]可提高2~3倍。 所以取许用压力[p ]=100Mpa

键的选取符合要求

4.3轴承的选择和计算

4.3.1轴承的选择

轴承的选取：根据轴的直径以及花键尺寸、再加上轴套的尺寸来选取轴承的尺寸 选择滚针轴承208680??K

4.3.2轴承的寿命计算：

滚针轴承只受径向力所以F=r F 。

按下式

2/Fd M μ=

式中M 为轴承的摩擦力矩，N.mm ；

μ为摩擦因数，滚针轴承μ为0.0018-0.0025；

F 为轴承的载荷，N ；

d 为轴承的内径,mm 。

由上式得：F=5108000N

轴承的载荷P 按下式计算：:

r p F f P ?=

查表可知取fp=2。

所以轴承的当量动载荷P=10216000N

计算轴承的基本额定动载荷C 按下式计算： P f f f f f C T

n d m h = 其中h f 寿命因数，查表可知为2.46；

n f 速度因数，取0.302；

m f 力矩载荷因数，取1.5；

d f 冲击载荷因数，取1.5；

T f 温度因数，取1。

P f f f f f C T n d m h =

=180000N 已知轴承的预期寿命是h L h 10000'=

轴承的基本额度寿命h L 为 ε??

? ??=P C n L h 60106 式中，对于滚子轴承3

10=ε。 ε??

? ??=P C n L h 60106=17000h ≥10000h 所以该轴承满足寿命要求。

5.4摩擦片设计

5.4.1后备系数β

后备系数β是离合器设计中的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择β时，应考虑摩擦片在使用中的磨损后离合器仍能可靠地传递发动机最大转矩、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系过载以及操纵轻便等因素。为了可靠地利用离合器中的摩擦传递发动机的最大转矩,离合器静摩擦力矩(实为力偶矩)T 应大于发动机转矩T ,其数学表达式如5-4-1 ，式中 β-离合器的后备系数,必须大于1.

本次设计取β = 2。

5.4.2摩擦因数f 、摩擦面数Z 和离合器间隙△t

摩擦片的摩擦因数f 取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。摩擦因数f 的取值范围见下表。

表4-1 摩擦材料的摩擦因数f 的取值范围

本次设计取f = 0.30 。

摩擦面数Z为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸。本次设计取单片离合器 Z = 2 。

离合器间隙△t是指离合器处于正常结合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全结合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。该间隙△t一般为3～4mm 。本次设计取△t =3 mm 。

5.4.3单位压力p

单位压力p

决定了摩擦表面的耐磨性，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、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因

素。p

取值范围见表4-2。

表5-2 摩擦片单位压力p

的取值范围

p 0选择：0.10 MPa ≤ p0 ≤ 1.50 MPa ，本次设计取 p

= 0.3MPa 。

5.4.4摩擦片外径D、内径d和厚度b

摩擦片外径是离合器的重要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。

当摩擦片外径D确定后，摩擦片内径d可根据d/D在0.53～0.70之间来确定。

为了可靠地利用离合器中的摩擦传递发动机的最大转矩,离合器静摩擦力矩(实为力偶矩)T

应大于发动机转矩T ,其数学表达式为如5-4-1

0max c T T =β 5-4-1

式中 β-离合器的后备系数,必须大于1.

根据摩擦定律, 静摩擦力矩可写为:

c C T fF ZR ∑= 5-4-2

式中 F ∑-压盘加于摩擦片的工作压力;

Z -摩擦面数目;

f -摩擦系数,计算时一般取0.250

.30;

C R -摩擦片平均半径.

假定摩擦片上的压力均匀分布,则: 33

223()

C D d R D d -=- 5-4-3 式中 D-摩擦片外径;

d-摩擦片内径.

当d/D ≥0.6时, C R 可相当准确地由下式计算: 4c D d R +=

5-4-4 压盘工作压力F ∑为摩擦面单位压力0ρ与一个摩擦面的面积A 之积

查资料选取f =0.3，Z=2，0P =0.3 M a p ，C=0.62，β=2

由公式5-4-5可算出D, D=330)1(12max

c fZp T e -πβ 5-4-5错误！未指定书签。

=33)

62.01(3.0230.014.310001400212-??????? mm 5.427≈

当摩擦片外径D 确定后，摩擦片内径d 可根据d/D 在0.53～0.70之间来确定。 取c = d/D = 0.62 ，

即d = 0.6D = 0.62?400= 248 mm ，取d = 250 mm

摩擦片厚度b 主要有3.2 mm 、3.5 mm 、4.0 mm 三种。

取b = 3.5 mm 。

第6章膜片弹簧的设计

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