东风EQ1181W型载货汽车双片离合器设计
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压盘.dwg
压紧弹簧.dwg
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摩擦片.dwg
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离合器装配图.dwg
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目 录
摘要I
AbstractII
第1章 绪论1
1.1离合器的发展概况1
1.2离合器的功用和分类4
1.2.1离合器的基本功用4
1.2.2离合器的分类4
1.3离合器的工作原理5
1.4设计主要内容6
第2章 方案论证7
2.1确定离合器的结构型式7
2.2压紧弹簧的结构形式及布置7
2.3压盘的驱动方式7
2.4分离杠杆的结构型式8
2.5分离轴承的类型8
2.6离合器的散热通风9
2.7本章小结9
第3章 离合器基本参数的设计计算及选择11
3.1离合器基本参数的选择11
3.2压紧弹簧的设计计算14
3.3扭转减震器的参数选择与设计计算16
3.3.1扭转减振器主要参数的选择16
3.3.2减震弹簧设计16
3.4本章小结18
第4章 其他主要零件的设计计算20
4.1压盘20
4.2从动片与从动盘毂21
4.3离合器盖26
4.4分离杠杆26
4.5本章小结26
结论28
参考文献29
致谢30
摘 要
本次设计为东风EQ1181W型载货汽车设计离合器。提出了双片离合器相较于单片离合器的优势，并最终确定了离合器的形式为双片离合器。方案确定后完成了离合器的相关计算。
离合器是汽车传动系中的重要部件，主要功用是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车平稳起步，保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动系统所承受的最大转矩，防止传动系统过载，有效的降低传动系统中的振动和噪声。离合器是汽车传动系中的重要部件，它的构造特性与发展和传动系紧密相关。
双片离合器设计的内容主要包括压盘总成、从动盘总成、螺旋弹簧三个部分。首先，对离合器各零件的参数、尺寸、材料、及结构进行设计，最后转为Auto CAD工程图。
关键词：离合器；螺旋弹簧；压盘；设计；计算
ABSTRACT
The designing for the type of truck Dongfeng EQ1181W is to design clutch. To proposed the two-plate clutch’s advantages compared to monolithic, and ultimately determine the form of the two-plate clutch. After the plan to be the program completed, I finish the correlation calculation
The clutch is an important component of the car transmission and main function is to cut and realize engine power transmission system,ensure the smooth start,car transmission system shift work smoothly and limit when the maximum transmission system to prevent transmission torque,overload,Reducing effectively the transmission of the vibration and noise.The clutch is an important part of the automobile’s power training, its characteristic and development have close relation with the power train.
There are three main parts of the clutch design: pressure plate design, helical spring design and the driving disc design. Firstly, this paper calculates the parameters, and chooses sizes and materials for the clutch’s parts. Finally transforms the three-dimension-blueprint into Auto CAD engineering plat.
Key words: Clutch；Helical spring ；Pressure plate；Design；Calculation
1.1 离合器的发展概况
离合器总成，也有人称为压盘总成。在汽车上，离合器总成被螺栓紧固在发动机飞轮上。离合器总成用来操控离合器片与飞轮之间分离或磨合。安装时，离合器弹簧给离合器总成加载，弹簧力将离合器片压紧在飞轮上。如果驾驶员踏动离合器踏板时，踏动力会传动到离合器分离轴承，分离轴承将力道传递到离合器压盘上，压盘使离合器片脱离飞轮摩擦面，这样离合器片就可以自由旋转。达到分离目的。
根据德国出版的2003年汽车年鉴，2002年世界各国114家汽车公司所生产的1864款乘用车中，手动机械变速器车款数为1337款；在我国，乘用车中自动挡车款式只占全国平均数的26.53%；若考虑到商用车中更是多数采用手动变速器，手动挡汽车目前仍然是世界车款的主流（当然不排除一些国家或地区自动挡式车款是其主流产品）。至于未来，考虑到传动系由MT向自动传动系过渡，采用AMT技术其产品改造较为容易，因此AMT技术是自动传动系统有力的竞争者。可以说，从目前到将来离合器这一部件将会伴随着内燃机一起存在，不可能在汽车上消失。
在早期研发的离合器机构中，锥形离合器最成功。他的原型设计曾在1889年德国戴姆勒公司生产的钢质车轮的小汽车上，它是将发动机飞轮的内孔做成锥体作为离合器的主动件。采用锥体离合器的方案一直沿用到20世纪20年代中叶，对当时来说，锥形离合器的制造比较容易，摩擦面易修复。它的摩擦材料曾用过驴毛带、皮革带等。那是也曾出现过蹄-鼓式离合器代替锥形离合器，其结构形式有利于在离心力作用下使蹄紧贴鼓面。蹄-鼓式离合器用的摩擦元件为木块、皮革带等，蹄-鼓式离合器的重量较锥形离合器轻。无论锥形离合器或蹄-鼓式离合器，都容易造成分离不彻底甚至出现主、从动见根本无法分离的自锁现象。
现今所用的盘片式离合器的先驱是多片盘式离合器，它是直到1925年以后才出现的。多片离合器最主要的优点是，在汽车起步时离合器的接合比较平顺，无冲击。早起设计中，多片按成对布置设计，一个钢盘片对着一青铜盘片。采用纯粹的金属对金属的摩擦副，把它们浸在油中工作，能达到更满意的性能。
浸在油中的盘片式离合器，盘子直径不能太大，以避免在高速时把油甩掉。此外有野容易把金属盘片粘住，不易分离。
石棉基摩擦材料的引入和改进，使得盘片式离合器可以传递更大的转矩，能耐受更高的温度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可以用较小的摩擦面积，因而可以减少摩擦片数，这是有多片离合器向单片离合器转变的关键。
早期单片干式离合器有与锥形离合器先类似的问题，即离合器接合时不够平顺。但是由于单片干式离合器结构紧凑散热量好，转动惯量小所以以内燃机为动力的汽车经常采用它，尤其是成功开发了价格便宜的冲压件离合器盖以后更是如此。
第一次世界大战后初期，单片离合器的从动盘金属片上没有摩擦面片，摩擦面片是贴附在主动件飞轮和压盘上，弹簧布置在中央，通过杠杆放大后作用在压盘上。后来改用多个直径较小的弹簧（一般至少6个），沿着圆周布置直接压在压盘上，成为现今最为通用的螺旋弹簧布置方法。这种布置在设计上带来了实实在在的好处，是压盘上弹簧的工作压力分布更均匀，并减小轴向尺寸。1.2 离合器的功用和分类
1.2.1 离合器的基本功用
(1) 保证汽车平稳起步
这是离合器的首要功能。在汽车起步前，自然要先起动发动机。而汽车起步时，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，汽车将突然向前冲一下，但并不能起步。这是因为汽车从静止到前冲时，具有很大的惯性，对发动机造成很大地阻力矩。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稳定转速（一般300-500RPM）以下，发动机即熄火而不能工作，当然汽车也不能起步。
因此，我们就需要离合器的帮助了。在发动机起动后，汽车起步之前，驾驶员先踩下离合器踏板，将离合器分离，使发动机和传动系脱开，再将变速器挂上档，然后逐渐松开离合器踏板，使离合器逐渐接合。在接合过程中，发动机所受阻力矩逐渐增大，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上，而不致熄火。同时，由于离合器的接合紧密程度逐渐增大，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。
(2) 实现平顺的换档
在汽车行驶过程中，为适应不断变化的行驶条件，传动系经常要更换不同档位工作。实现齿轮式变速器的换档，一般是拨动齿轮或其他挂档机构，使原用档位的某一齿轮副推出传动，再使另一档位的齿轮副进入工作。在换档前必须踩下离合器踏板，中断动力传动，便于使原档位的啮合副脱开，同时使新档位啮合副的啮合部位的速度逐步趋向同步，这样进入啮合时的冲击可以大大的减小，实现平顺的换档。
(3) 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连接而急剧降低转速，因而其中所有运动件将产生很大的惯性力矩（其数值可能大大超过发动机正常工作时所发出的最大扭距），对传动系造成超过其承载能力的载荷，而使机件损坏。有了离合器，便可以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。因此，我们需要离合器来限制传动系所承受的最大扭距，保证安全。
1.2.2 离合器的分类
在机械传动系中，离合器按其传递转矩的方式分类，除摩擦式外还有电磁（磁粉）式，后者靠本身的电磁力来传递转矩；按操纵方式分类，又分为强制式和自动式。摩擦式又有单、双、多片式及干湿式之分；根据压紧弹簧布置形式不同，可以分为圆周布置、中央布置和斜向布置等形式；根据使用的压紧弹簧不同，可以分为圆柱螺旋弹簧、圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧离合器；根据分离时所受作用力的方向不同，又可以分为推式和拉式两种形式。
1.3 离合器的工作原理
离合器主动部分包括飞轮4(如图1.1 所示)、离合器盖6 和压盘5。飞轮用螺栓与曲轴1 固定在一起，离合器盖通过螺钉固定在飞轮后端面上，压盘与离合器盖通过传动片连接。这样，只要曲轴旋转，发动机发出的动力便经飞轮、离合器盖传至压盘，使它们一起旋转。
离合器从动部分由装在压盘和飞轮之间的两面带摩擦衬片17的从动盘3和从动轴2组成。从动盘通过内花键孔与从动轴滑动配合。从动轴前端用轴承18 支承在曲轴后端中心孔中，后端支承在变速器壳体上并伸入变速器。离合器的从动轴通常又是变速器的输入轴。
离合器压紧机构由若干沿圆周均匀布置的螺旋弹簧16 组成，它们装于压盘和离合器盖之间，用来对压盘产生轴向压紧力，将压盘压向飞轮，并将从动盘夹紧在压盘和飞轮之间。
离合器分离机构由分离拨叉11、分离套筒和分离轴承9、分离杠杆7、回位弹簧10等组成。它们同离合器主从动部分及压紧装置一起装于离合器壳(飞轮壳)内。分离杠杆中部支承在装于离合器盖的支架上，外端与压盘铰接，内端处于自由状态。分离轴承压装在分离套筒上，分离套筒松套在从动轴的轴套上。分离拨叉是中部带支点的杠杆，内端与分离套筒接触，外端与拉杆铰接。 离合器操纵机构由离合器踏板12、拉杆13、拉杆调节叉14及复位弹簧15等组成。离合器踏板中部铰接在车架(或车身)上，一端与拉杆铰接。它们装在离合器壳外部。
(1)接合状态 离合器处于接合状态时，踏板12(见图1.1)未被踩下，处于最高位置，分离套筒被回位弹簧10拉到后极限位置，分离杠杆7内端与分离轴承9之间存在间隙?(离合器自由间隙)，压盘5 在压紧弹簧16作用下将从动盘压紧在飞轮上，发动机的转矩即经飞轮及压盘通过两个摩擦面传给从动盘，再经从动轴2传给变速器。
(2) 分离过程 需要分离离合器时，只要踏下离合器踏板，拉杆拉动分离叉，分离叉内端推动分离套筒、分离轴承首先消除离合器自由间隙，然后推动分离杠杆内端向前移动，分离杠杆外端便拉动压盘向后移动，解除对从动盘的压紧力，摩擦作用消失，中断动力传递。
(3) 接合过程 当需要恢复动力传递时，缓慢抬起离合器踏板，分离轴承减小对分离杠杆内端的压力；压盘在压紧弹簧的作用下向前移动，并逐渐压紧从动盘，接触面间的压力逐渐增大，相应的摩擦力矩也逐渐增大。 当飞轮、压盘和从动盘接合还不紧密时，主、从动部分可以不同步旋转，即离合器处于打滑状态。随着飞轮、压盘和从动盘压紧程度的逐步加大，离合器主、从动部分转速也渐趋相等，直至离合器完全接合而停止打滑，结合过程结束。
1.4 设计主要内容
1、离合器结构形式及布置方案的确定。
2、离合器零部件尺寸参数确定：
（1）完成摩擦片的基本参数选择与设计计算；
（2）完成压紧弹簧的设计与计算；
（3）完成扭转减震器的设计与计算；
（4）完成其他主要零件的设计计算。
3、AUTOCAD完成离合器装配图和主要部分零件图。2.1 确定离合器的结构型式
汽车离合器大多是盘形摩擦离合器，并结合东风EQ1181W型自卸车的实际情况，本次设计最终选取摩擦式离合器。
单片离合器因为结构简单，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，所以被广泛使用于轿车和中、小型货车。
与单片离合器相比，双片离合器由于摩擦面数增加一倍，因而传递转矩的能力较大；结合更为平顺、柔和；在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力较小；这种结构一般在传递转矩较大的汽车上。
多片离合器多半为湿式，具有结合更加平顺、柔和，摩擦表面温度较低，摩擦较小，使用寿命长等优点。但分离行程大，分离不彻底，轴向尺寸和从动部分转动惯量大，多用于最大总质量大于14T的商用车的行星齿轮变速器换挡机构中。
综上所述可知双片离合器最为适合本车，本次设计的东风EQ1181W型汽车超过18T，且在轴向尺寸上更适合双片离合器的尺寸，故而最终选取双片干式离合器作为本车的离合器。
2.2 压紧弹簧的结构形式及布置
本次设计选的结构形式为圆柱螺旋弹簧沿圆周布置的布置形式。
周置弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧，其优点是结构简单、制造容易，因此应用较为广泛,相关技术成熟。相较于膜片弹簧离合器成本更低，更适于本次设计车型。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该太少，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。缺点是压紧弹簧直接与压盘接触，易受热退火，且当发动机最高转速很高时，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。在本次设计中会加强弹簧与压盘间的隔热，例如加装隔热垫、加强散热通风等以减少弹簧受热。中、重型货车上都采用这种离合器。
2.3 压盘的驱动方式
压盘的驱动方式主要有凸块—窗孔式、销钉式、键块式和传动片式多种。前两种的共同缺点是在联接件之间都有间隙，在驱动中将产生冲击和噪音，而且在零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低了离合器的传动效率。传动片式是近年来广泛采用的结构，沿周向布置的三组或四组钢带传动片两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联接，传动片的弹性允许其作轴向移动。当发动机驱动时，钢带受拉；当拖动发动机时，钢带受压。此结构中压盘与飞轮对中性好，使用平衡性好，使用可靠，寿命长。但反向承载能力差，汽车反拖时易折断传动片，故对材料要求较高，一般采用高碳钢。综合比较，因为传力销式其综合性能相对好些，所以在设计中首先选择该种驱动方式。
2.4 分离杠杆的结构型式
周置圆柱螺旋弹簧离合器经常采用的分离杠杆的结构形式有
如图2.1所示的几种。
图2.1 分离杠杆的结构
1-滚销；2-支撑销；3-滚针轴承；4-调整螺栓；5-摆动块；6-浮动销；7-调整螺栓
与（a）的结构相比，（b）的中间支撑改用了滚针轴承使摩擦损失小、传动效率高。为了避免分离杠杆的运动干涉，支撑叉采用了如该图所示的活动机构，即支撑叉轴和其相配孔之间留有足够间隙，且采用了带球面的支撑叉调整螺母。这样，分离离合器时，支撑叉可在离合器盖的孔中摆动以适应压盘运动的要求。另外，调整螺母在离合器盖上，调整也比较方便。（c）加大了压盘尺寸。这里利用离合器盖的开口作为分离杠杆的中间支撑，由于支撑面积小，容易磨损，且摩擦后分离杠杆的位置将变动，工作室会产生噪声。（d）是摆动块式分离杠杆，和（c）一样由钢板压制成。但主要用于中、小型汽车。故本次设计分离杠杆的结构型式选择为（c）式。第3章 离合器基本参数的设计计算及选择
3.1离合器基本参数的选择
东风EQ1181W型载货汽车原始数据。
3.1 离合器原始数据
发动机最大扭矩 700N.m
离合器形式 双片
摩擦片最大外径 395mm
发动机最高转速 2900r/min
本次设计的双片离合器是根据传统离合器设计方法，并基于东风EQ1181W型载货汽车进行设计，设计的主要内容和结论如下：
（1）考察了相近载重量的货车的离合器结构形式和发展过程及以往形式的优缺点，确定了驱动桥的总体设计方案；
（2）完成摩擦片的设计，采用双摩擦片可提高传递的扭矩，确定了摩擦片的相关参数；
（3）完成压紧弹簧的设计，采用圆柱螺旋弹簧，确定了压紧弹簧的尺寸参数；
（4）完成扭转减震器的设计，采确定了减震器的参数；
（5）完成离合器壳的结构设计，采用钢板冲压焊接整体式桥壳；
（6）运用AutoCAD软件绘制出离合器装配图和主要零部件的零件图。
本次设计的离合器结构符合设计要求及实际应用，设计时离合器总成及零部件的选择能尽量满足零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化的要求，修理、保养方便，工艺性好，制造容易。可以被广泛用在载货汽车。同时在设计过程中遇到限位螺栓的位置等问题需要进一步研究。
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