某輕型校車匹配Φ275膜片彈簧離合器設(shè)計校核

尹幫奇

（廣西玉柴機器股份有限公司，廣西 玉林537005）

某輕型校車匹配Φ275膜片彈簧離合器設(shè)計校核

尹幫奇

（廣西玉柴機器股份有限公司，廣西 玉林537005）

針對玉柴新開發(fā)的某發(fā)動機配套國內(nèi)某汽車廠輕型校車選配Φ275/Φ180膜片彈簧離合器，對該離合器的儲備系數(shù)、滑磨功、起步溫升、使用壽命及操縱機構(gòu)的踏板行程及踏板力等進行校核。

離合器；設(shè)計；校核

離合器能有效地傳遞和中斷發(fā)動機的動力，保證汽車在起步時發(fā)動機與傳動系統(tǒng)能夠平順地接合，確保汽車平穩(wěn)起步。膜片彈簧離合器具有理想的非線性特性，壓盤的壓緊力均勻且穩(wěn)定，具有結(jié)構(gòu)簡單，零部件數(shù)量少，維護保養(yǎng)方便等優(yōu)點［1］。本文主要介紹了玉柴新開發(fā)的某款發(fā)動機配套國內(nèi)某汽車廠輕型校車的離合器設(shè)計校核過程，對今后該發(fā)動機配套其他車型起到指導借鑒作用。

1　相關(guān)技術(shù)參數(shù)

表1、表2、表3分別為整車、發(fā)動機、離合器及操縱機構(gòu)相關(guān)參數(shù)。離合器總成相關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表1　整車及發(fā)動機相關(guān)參數(shù)

表2　離合器相關(guān)參數(shù)

表3　離合器操縱機構(gòu)相關(guān)參數(shù)

圖1　離合器總成結(jié)構(gòu)圖

2　離合器使用性能校核

2.1儲備系數(shù)校核

儲備系數(shù)主要校核離合器在發(fā)動機輸出最大扭矩情況下傳遞扭矩的可靠性。根據(jù)文獻［1］可知離合器所能傳遞扭矩的計算公式為:

式中，

Fc為離合器壓盤的壓緊力；

μ為壓盤對摩擦面的摩擦系數(shù)，取0.28；

η為傳動效率；

Z為離合器摩擦面數(shù)，單片式Z=2；

Rc為摩擦面有效半徑，有效半徑Rc按均壓法［1］計算：

帶入相關(guān)參數(shù)，計算得離合器壓緊力最小時所能傳遞的最大摩擦扭矩為:Tc=517 N·m.

發(fā)動機輸出的最大扭矩為Temax=330 N·m，則儲備系數(shù)為：β=Tc/Temax=517/330=1.57.

符合輕型汽車儲備系數(shù)為1.4～1.7的要求［1］。

2.2滑磨功的校核

在汽車起步或者換檔過程中，由于離合器壓盤和從動盤的轉(zhuǎn)速不等，產(chǎn)生相對滑動摩擦，通過相對滑動摩擦使汽車平穩(wěn)起步或平順換檔，相對滑動產(chǎn)生的熱量使離合器溫度升高。根據(jù)《膜片彈簧與碟形彈簧離合器的設(shè)計與制造》中指出，滑磨功的計算公式為:

式中，

ns為汽車起步時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，取1 200 r/min；

Ig為汽車起步檔的傳動比；

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（3）計算得起步滑磨功為:

WⅠ=15 172.4 J（Ⅰ檔起步）；

WⅡ=51 987.8 J（Ⅱ檔起步）

單位面積滑磨功ω=W/（Z·A），式中，A為從動盤單面摩擦面面積，A=π·（D2-d2）/4；

計算得：ωⅠ=22.3 J/cm2（Ⅰ檔起步），

ωⅡ=76.6 J/cm2（Ⅱ檔起步）

Ⅰ檔起步時的單位面積滑磨功符合輕型汽車單位面積許用滑磨功［ω］≤25～33 J/cm2的要求；Ⅱ檔起步時單位面積滑磨功嚴重超標，使用中嚴禁以Ⅱ檔起步。

2.3起步壓盤溫升的校核

離合器壓盤與從動盤之間由于相對滑動產(chǎn)生的滑磨功主要由離合器壓盤吸收，使離合器壓盤溫度升高，因此有必要核算離合器每一次接合過程中壓盤的溫升△t，避免溫度過高燒毀離合器壓盤，要求每次起步時許用溫升［△t］≤10℃［1］.

文獻［1］指出，起步過程中壓盤溫升計算公式為:

△t=γ·W（4）

式中，

γ為傳給所驗算壓盤的熱量比例，單片式取0.5；

W為滑磨功；

m為所驗算壓盤的質(zhì)量8.93 kg；

c為壓盤材料的比熱容，鑄鐵材料為544 J/（kg·℃）.

將前面計算的相關(guān)參數(shù)代入式（4），計算得：

△t1=1.56℃≤［△t］（Ⅰ檔）；

△t2=5.35℃≥［△t］（Ⅱ檔）

即離合器壓盤Ⅰ檔、Ⅱ檔起步溫升均符合要求。

2.4離合器使用壽命的校核

離合器的使用壽命主要取決于摩擦片的磨損程度，通常以汽車行駛的里程或使用時間來表示。摩擦片的磨損量△V主要根據(jù)滑磨功W來計算，研究表明，每次起步時摩擦片磨損量△V與滑磨功W之間呈線性關(guān)系［1］。即△V=Kw·W，則離合器的使用壽命為：

式中，

L為離合器的使用壽命（公里或小時）；

Kw為磨損率［2］，對于汽車離合器，Kw=120×10-6mm3/J；

V0為摩擦片允許磨損體積；

A為摩擦片單面的摩擦面積（mm2）；

△S為最大容許磨損量，以厚度計（mm），取2 mm；

N為起步頻度，取3次km/h.

對于輕型汽車，B10壽命要求LB10不小于104km/h.帶入?yún)?shù)計算L=124 307.7 km/h≥［LB10］，即離合器在使用生命周期內(nèi)使用壽命符合要求。

2.5單位面壓和最大圓周速度的校核

單位面壓一定程度反映離合器使用壽命的大小，《汽車離合器》當中指出，對于輕型汽車，單位面壓P應(yīng)不大于［P0］=0.25 MPa；最大圓周速度反映離合器壓盤的可靠性，過大的圓周速度易由于離心力過大導致壓盤崩裂。對于單片式摩擦片，最大圓周速度應(yīng)滿足［V］≤65～70 m/s［2］.

單位面壓：P=Tc/A=0.23 MPa≤［P0］

最大圓周速度:V=π×Nemax×D/60，式中，Nemax為發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速，Nemax=4 000 r/min.計算得到：

V=57.6 m/s＜［V］，滿足使用要求。

可見，該離合器的單位面壓和最大圓周速度均滿足要求。

3　離合器操作機構(gòu)校核

3.1離合器踏板行程的校核

圖2為該校車離合器液壓操縱機構(gòu)簡圖。

圖2　離合器液壓操縱機構(gòu)簡圖

該液壓操縱機構(gòu)傳動的踏板總行程S總由自由行程S1和工作行程S2兩部分組成。離合器分離行程S0為7.5 mm，分離軸承與離合器膜片間隙為0，則需保證離合器分離軸承至少有7.5 mm的移動距離。考慮到傳動中的液壓損失，行程效率η1取0.9.

離合工作缸行程：

S工=S0·i2=7.5×2=15 mm

離合主缸行程：

S主=S工·i3/η1=15×1.69/0.9=28 mm

離合器踏板自由行程：

則離合器踏板總行程為：

符合《汽車離合器》當中推薦的輕型汽車離合踏板行程≤150 mm的要求，該匹配是合理的。

3.2離合器踏板力的設(shè)計校核

離合器壓盤最大分離力FQ為2 150 N，根據(jù)操作機構(gòu)布置可計算出此時離合器的踏板力為：則踏板力為：

符合《汽車離合器》中關(guān)于輕型汽車踏板力不大于150 N的設(shè)計要求。

此時，駕駛員在一次踩離合器踏板中所作的功為W踩=F·S總=21.3 J，滿足《汽車離合器》當中對于輕型汽車一次踩離合駕駛員所做的功≤30 J的要求。

4　結(jié)束語

通過對Φ275離合器的儲備系數(shù)、滑磨功、起步溫升、使用壽命和離合器操縱機構(gòu)的分離力及分離行程等校核，該離合器Ⅰ檔的使用性能滿足該校車的匹配需求。

當Ⅱ檔起步時，單位面積滑磨功超標，使用過程中嚴禁以Ⅱ檔起步。可見，起步時檔位越高，傳動比越小，則汽車的滑磨功越大，將會降低離合器的使用壽命。

［1］林世裕.膜片彈簧與碟形彈簧離合器的設(shè)計與制造［M］.南京：東南大學出版社，1995.

［2］徐安石，江發(fā)潮.汽車離合器［M］.北京:清華大學出版社，2005.

The Design and Check to One Light-Duty School Bus Match Φ275 Clutch

YIN Bang-qi
（Guangxi Yuchai Machinery Co.，Ltd.，Yulin Guangxi 537005，China）

This paper describes an engine of Yuchai Company matching a light-duty school bus of domestic auto factory with Φ275/Φ180 clutch.Check and calculate the clutch transferring torque，sliding friction work，rising temperature，lifecycle，pedal force and stroke，etc.

clutch；design；check

U463.211

A

1672-545X（2016）07-0052-02

2016-04-18

尹幫奇（1989-），男，助理工程師，本科，主要從事發(fā)動機研究工作。