某新型轎車離合器系統校核

陶發強　張子遠

【摘 要】在整車開發前期，因為離合器系統關系到整車操控的舒適性，所以其匹配開發工作顯得尤為重要。文章針對上汽通用五菱汽車股份有限公司某新開發轎車車型的離合器及離合操縱系統進行設計校核，校核離合器摩擦功、后備系數、起步溫升、離合踏板力及離合踏板行程等相關設計參數。

【關鍵詞】離合器；離合操縱；校核

【中圖分類號】U463.211 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）03-0145-03

0 引言

離合器在整車開發過程中一直作為獨立的系統進行開發，離合器系統的功能為控制動力的傳輸與中斷、其性能直接關系到汽車的駕駛舒適性。汽車離合器有干式與濕式之分，其中濕式離合器多用于自動變速箱車型，且結構復雜、價格昂貴、維修困難；在干式離合器中又有螺旋彈簧離合器與膜片彈簧離合器等類型。因膜片彈簧離合器具有結構簡單、壓緊力大、分離力小、性能穩定、成本低廉等諸多優點，目前市場上手動變速箱車型基本采用膜片彈簧離合器。

本文介紹了上汽通用五菱汽車股份有限公司某新開發車型所用離合器設計校核，該車型為前置前驅中型SUV車型；所匹配發動機為1.5 L增壓汽油發動機，離合器為盤徑φ240 mm單片干式膜片彈簧離合器。

1 設計校核所需參數

設計校核所需參數見表1、表2、表3。

2 離合器結構及工作原理

2.1 膜片彈簧離合器工作原理

膜片彈簧離合器主要利用膜片彈簧的特性來工作，膜片彈簧“力-變形”特性曲線與螺旋彈簧的線性特性曲線不同；膜片彈簧受載后其變形曲線是非線性的，圖1為膜片彈簧的特性曲線。當膜片彈簧的高厚比在～2時，其特性曲線中有一段負剛度區域，即當變形增加時，載荷反而減小。膜片彈簧的這種特性非常適合做離合器壓盤的壓緊彈簧。可以利用其負剛度區域，達到離合器分離時分離載荷下降、降低踏板力的目的。

通過合理選擇膜片彈簧的工作區間，可以使離合器在使用過程中，壓盤的壓緊力不隨從動盤的磨損而減小。圖1中，若設計要求壓盤壓緊力為6 000 N，則選ac段作為膜片彈簧的工作區；隨著從動盤的磨損壓盤向飛輪側移動，膜片彈簧的變形減小，但壓盤的壓緊力卻是先增大后減小，從而保證壓盤壓緊力不低于初始值。

2.2 膜片彈簧離合器結構

膜片彈簧離合主要由離合器蓋、膜片彈簧、支撐環、壓盤、傳動片、鉚釘等構成；膜片彈簧以支撐環為支點通過杠桿作用將壓盤抬起，從而達到離合器分離的目的。膜片彈簧兼有壓緊壓盤與分離杠桿的功能，傳動片將壓盤與離合器蓋相連，通過緊固螺栓與飛輪相連，從而傳遞發動機動力。圖2（a）為膜片彈簧離合器蓋總成結構示意圖。

離合從動盤由摩擦片、波形彈簧、減振系統、花鍵軸套、鉚釘等組成。減振系統由對稱布置的2組螺旋彈簧構成，用于衰減發動機的轉速波動，從而抑制傳遞至變速箱的振動。圖2（b）為離合器從動盤總成結構示意圖。

3 離合器校核

3.1 后備系數校核

后備系數保證了離合器能可靠傳遞發動機轉矩的同時，還有助于減少汽車起步時的滑磨，提高離合器的使用壽命。

離合器壓盤最小的壓緊力為6 100 N，磨損后的壓緊力為6 800 N，從動盤摩擦片外徑為240 mm，內徑為170 mm。離合器轉矩容量計算公式如下：

3.2 摩擦功校核

離合器是依靠摩擦傳遞動力的，其接合過程也是離合器的滑磨過程；滑磨使摩擦片磨損的同時，也會引起壓盤及飛輪溫度的升高；而飛輪及壓盤溫度升高又會加劇滑磨，嚴重影響離合器的功能及壽命。因此，必須嚴格控制離合器的摩擦功。

3.3 壓盤起步溫升校核

離合器滑摩所產生的熱量傳遞給飛輪及壓盤，這要求壓盤具有良好的導熱性，同時熱容量應盡可能大。保證離合器系統工作環境溫度不至過高。壓盤的熱容量與材料及質量相關；由于離合器殼體及離合器轉動慣量的限制，因此壓盤尺寸不能過大，在滿足尺寸要求的情況下，盡量選用熱容量大、導熱良好的材料。該車型離合器壓盤材料為鑄鐵，鑄鐵具有耐壓性能好、成本低廉、生產技術成熟等優點。

壓盤起步溫升計算公式如下：

3.4 單位面壓及最大圓周速度校核

近些年，摩擦材料技術不斷進步，摩擦片所能承受的壓強有所提高。

參考經驗及企業標準，摩擦片單位面壓[p]≤1 MPa；從動盤最大圓周速度不應超過65～70 m/s。

已知發動機最大轉速Nemax=4 500 r/min；從動盤最大圓周速度：

4 離合操縱機構校核

該車型選用的是液壓式離合操縱機構，液壓式離合器操縱機構與拉索式操縱機構相比，具有摩擦阻力小、工作效率高、性能穩定、操作舒適等優點；同時，因管路的高可塑性，對于離合操縱系統的布置極為有利。減振閥用于衰減由于曲軸軸向竄動、分離指端跳及裝配誤差造成的液壓沖擊；從而抑制踏板抖動，改善操作離合踏板的舒適性。圖3為該車型離合操縱系統。

4.1 離合踏板行程校核

5 結語

由以上校核計算結果可知，該車型所匹配離合系統符合設計要求。需要說明的是，在實車驗證的過程中，實車測量結果與計算值是有偏差的；對踏板力的多次測量結果顯示，踏板力值在99～115 N。考慮到離合器系統的制造公差、離合操縱系統中運動副之間的摩擦及管路的膨脹等影響因素，校核計算的結果與試驗結果是相當吻合的。

參 考 文 獻

[1]林世裕.膜片彈簧與膜片彈簧離合器的設計與制造[M].南京：東南大學出版社，1995.

[2]徐石安，江發潮.汽車離合器[M].北京：清華大學出版社，2005.

[3]胡靜.汽車離合器基本特性的仿真研究[D].南京：南京理工大學，2014.

[責任編輯：陳澤琦]