離合器分離機(jī)構(gòu)的故障原因分析與改進(jìn)

孟娜，姜瑩

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710119）

關(guān)鍵字：離合器殼體；撥叉軸；潤滑；滾針軸承

前言

售后頻繁反饋，不同公交車變速器出現(xiàn)撥叉軸和撥叉斷裂現(xiàn)象，極大影響了我公司市場聲譽(yù)，問題亟需解決。公交汽車底盤一般采用的是配側(cè)推式的離合器分離機(jī)構(gòu)，考慮公交車的實(shí)際工況特點(diǎn)：車輛運(yùn)行過程中需要換擋頻繁、頻繁踩離合器，離合器分離機(jī)構(gòu)頻繁工作。在這種條件下，容易導(dǎo)致離合器分離撥叉軸和銅襯套之間潤滑不良卡滯，撥叉軸易疲勞斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致離合器不能正常分離，離合器摩擦片壽命大大降低。

為解決公交車在實(shí)際使用中的問題，通過對(duì)普通側(cè)推離合器分離機(jī)構(gòu)的故障分析，設(shè)計(jì)了一種更加可靠的離合器分離結(jié)構(gòu)。

1 問題來源

圖1 故障照片

圖2 撥叉軸斷口位置

售后頻繁反饋，不同公交車變速器出現(xiàn)撥叉軸和撥叉斷裂現(xiàn)象（見圖1、圖2），極大影響了我公司市場聲譽(yù)，問題亟需解決。

2 原因分析

故障公交汽車，匹配側(cè)推式的離合器分離機(jī)構(gòu)。為找到問題的根本原因，從結(jié)構(gòu)原理，變速器匹配等方面開展。

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

普通推式離合器分離結(jié)構(gòu)，見圖3。

圖3 離合器分離機(jī)構(gòu)示意圖

圖4 離合器分離機(jī)構(gòu)模型

離合器分離搖臂和離合器分離撥叉軸通過花鍵連接、六角頭螺栓緊固，該部分結(jié)構(gòu)與整車的離合器助力泵推桿連接，是離合器分離機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部分；離合器分離撥叉軸通過左右兩側(cè)銅套支撐在離合器殼上；離合器分離撥叉和離合器分離撥叉軸通過平鍵連接、六角頭螺栓緊固。

普通推式離合器分離機(jī)構(gòu)多采用離合器殼體兩側(cè)兩點(diǎn)銅襯套支撐。該結(jié)構(gòu)雖然簡單實(shí)用。

但是忽視了公交車的工況特點(diǎn)：車輛運(yùn)行過程中換擋頻繁、頻繁踩離合器，離合器分離機(jī)構(gòu)頻繁工作。在這種條件下，容易導(dǎo)致離合器分離撥叉軸和銅襯套之間潤滑不良，撥叉軸易疲勞斷裂,進(jìn)而導(dǎo)致離合器不能正常分離，離合器摩擦片壽命大大降低。

2.2 故障查找

主要從變速器匹配、受力分析等方面進(jìn)行原因，找出根本原因。

2.2.1 變速器匹配分析

匹配分析結(jié)論：技術(shù)匹配合理。

圖5 匹配分析圖

2.2.2 失效零件理化分析

分別進(jìn)行了斷口金相組織和斷面分析

圖6 理化分析

理化分析結(jié)論：

（1）零件調(diào)質(zhì)硬度和斷口處金相組織均符合技術(shù)要求；

（2）電鏡觀察，撥叉軸受徑向力作用產(chǎn)生壓痕，斷裂源在壓痕旁邊，斷面經(jīng)歷了彎曲疲勞過程，非一次性斷裂，疲勞紋間距小，所受彎曲應(yīng)力不是很大。

2.2.3 分離機(jī)構(gòu)受力分析

圖8 受力分析圖

圖9 受力分析

其中，分離撥叉撥頭處施加分離力 3200N，由匹配離合器壓盤的最大分離力得出；

圖10 撥叉軸的應(yīng)力和位移云圖

圖10所示為撥叉軸的應(yīng)力和位移云圖，可以看出：

（1）最大應(yīng)力為 139.6MPa，出現(xiàn)在撥叉結(jié)合部位的附近，與實(shí)際破壞很吻合；

（2）最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于45鋼的屈服極限為555MPa，說明在該受力情況下?lián)懿娌粫?huì)發(fā)生靜力破壞，應(yīng)該是疲勞失效現(xiàn)象；

（3）通過零件斷口理化分析，證明撥叉確實(shí)為疲勞失效；

（4）實(shí)際撥叉在左右支撐處發(fā)生偏磨，這是由于在分離力作用下，撥叉發(fā)生彎曲所致，從結(jié)果可以看出，右端支撐處的位移較左端大，所以右端偏磨更加明顯。

根據(jù)分析結(jié)果，進(jìn)行了新型推式離合器分離機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3 新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

改變傳統(tǒng)側(cè)推式離合器分離裝置在離合器殼體兩側(cè)采用的兩點(diǎn)銅襯套支撐結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)出一種新的結(jié)構(gòu)形式：

3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

新結(jié)構(gòu)模型通過CAE力學(xué)分析和仿真計(jì)算，確定支撐點(diǎn)的位置。

圖11 新型側(cè)推離合器分離機(jī)構(gòu)示意圖

圖12 新型側(cè)推離合器分離機(jī)構(gòu)模型

新型側(cè)推離合器分離機(jī)構(gòu)示意圖見圖11。離合器分離搖臂和離合器分離撥叉軸通過花鍵連接、六角頭螺栓緊固，該部分結(jié)構(gòu)與整車的離合器助力泵推桿連接，是離合器分離機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部分；離合器分離撥叉軸通過三個(gè)滾針軸承支撐在離合器殼上；離合器分離撥叉和離合器分離撥叉軸通過平鍵連接、六角頭螺栓緊固。

實(shí)現(xiàn)形式：在離合器殼體③三個(gè)支撐處加工通孔，滾針軸承②壓入通孔內(nèi)，分離撥叉軸①穿入滾針軸承②中，分離撥叉④通過四方鍵⑤和分離撥叉軸①連接，同時(shí)用螺栓⑥緊固分離撥叉④，防止撥叉晃動(dòng)。

主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

（1）將分離撥叉軸直徑增大至φ30mm；

（2）采用三點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu),既一點(diǎn)在離合殼側(cè)面，另外兩點(diǎn)在離合器內(nèi)部；

（3）三個(gè)支撐位置采用滾針軸承與撥叉軸進(jìn)行配合,滾針軸承內(nèi)部須注滿潤滑脂。

3.2 問題難點(diǎn)

三點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)造成離合器分離撥叉軸和滾針軸承難于裝配，需重新確認(rèn)兩者的配合公差；所選用的滾針軸承是否能滿足實(shí)際工況所需；確認(rèn)撥叉軸疲勞壽命是否滿足要求。

a）通過測(cè)量所選滾軸軸承壓裝后其內(nèi)徑尺寸以及撥叉軸的外徑尺寸，通過一系列試裝配，得出兩者的配合公差；

b）計(jì)算所選滾軸軸承的額定靜、動(dòng)載荷，與不同離合器規(guī)格大小所需的分離力進(jìn)行對(duì)比，判定滾針軸承選型是否合理；

c）通過CAE仿真軟件，模擬實(shí)際工況下分離撥叉軸危險(xiǎn)截面處的最大應(yīng)力，與零件本身材料的力學(xué)性能進(jìn)行比對(duì)，判定其疲勞壽命是否滿足要求。

4 有益效果

1）軸加粗對(duì)應(yīng)力降低的改進(jìn)效果明顯，將軸的直徑由Φ25改為Φ30，應(yīng)力由139.6MPa降低為76.7MPa，強(qiáng)度提升達(dá)到45%；

2）撥叉軸的偏磨是由撓度過大引起的，而支撐點(diǎn)的跨度對(duì)撥叉軸撓度起到很重要的作用，將跨度變小之后，整體的撓度趨于平均，最大撓度趨于變小。

3）注滿鋰基潤滑脂的滾針軸承取代了銅襯套，能使軸的潤滑良好。

4）滾針軸承兩側(cè)帶防塵罩，能有效防止灰塵、雜質(zhì)進(jìn)入軸承，提高結(jié)構(gòu)可靠性。

圖13 新結(jié)構(gòu)撥叉軸的應(yīng)力和位移云圖

分離撥叉軸直徑加大，能有效減小軸的最大彎曲應(yīng)力；三點(diǎn)支支撐結(jié)構(gòu)且支撐點(diǎn)之間的跨度減小，在有效的減少軸的彎曲撓度并減小彎曲應(yīng)力；以上兩點(diǎn)均能保證撥叉軸不會(huì)疲勞斷裂。

采用滾針軸承和撥叉軸配合，能減少撥叉軸在旋轉(zhuǎn)過程中與支撐點(diǎn)之間的摩擦力，避免撥叉軸卡滯現(xiàn)象，進(jìn)而減少因撥叉軸卡滯帶來的離合器不能徹底分離故障，提高離合器摩擦片使用壽命。

5 總結(jié)

新型離合器分離裝置可靠性高，后期維護(hù)成本低，能有效避免因撥叉軸斷裂、卡滯帶來的離合器不能徹底分離故障。適用于公交車頻繁踩離合、頻繁換擋的特殊工況，可以很好的滿足市場需求。