淺析離合器的匹配與設計

張洪艷 杜建國

摘 要：離合器是連接發動機和變速箱的重要部件，駕駛員可根據駕駛需求，踩踏或松開離合器踏板，使發動機與變速箱緩慢結合或分離，能夠實現平穩起車或停車。

關鍵詞：離合器；摩擦片；離合器總成選型

中圖分類號：U463.211 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）19-0058-02

1 離合器總成的作用

在以內燃機為動力的汽車機械傳動系統中，離合器一般布置在發動機與變速器之間，用來切斷和結合動力的傳遞，其主要作用是：在起步時將發動機與傳動系平順地結合，使汽車能平穩起步；在換擋時，將發動機與傳動系迅速徹底分離，減少變速器中齒輪間的沖擊，以便換擋；在工作過程中，受到過大載荷時，通過離合器扭振作用保護傳動系，防止零部件因過載而損壞。

2 離合器總成分類

離合器的種類很多，分類方式各不相同，以下為通常的幾種分類方式：

（1）按摩擦片（從動盤）的數目，可分為單片式和雙片式（多片式）；（2）按壓緊彈簧安裝位置，可分為周布彈簧離合器和中央彈簧離合器；（3）按壓緊彈簧的形式，可分為螺旋彈簧離合器和膜片彈簧離合器；（4）按離合器分離方式，可分為推式離合器和拉式離合器。

3 離合器總成選型

離合器是汽車發動機動力傳遞的關鍵部件，其匹配選型合理與否直接影響到發動機的動力輸出和性能的有效發揮，更會影響到整車的操控和駕駛安全。離合器總成選型確定主要考慮的因素有：（1）汽車的用途；（2）發動機主要技術參數；（3）離合器的質量要求；（4）裝配維修的便利性以及匹配空間；（5）配套價格等。

主機廠根據自身各方面因素選定離合器類型后，根據發動機扭矩及整車工作負荷情況，確定離合器的規格尺寸，通常情況下，單片推式膜片彈簧離合器規格尺寸可參照表1進行初步確定：

4 離合器總成匹配間隙控制

為了保證離合器系統正常工作，需要保證離合器壓盤帶蓋總成與從動盤、離合器殼、飛輪之間的間隙滿足要求，主要要求如下：

（1）離合器壓盤帶蓋總成（前/后端外圓）與離合器殼間隙要求≥3mm；（2）在分離全過程，離合器壓盤帶蓋總成（分離指）與從動盤總成（花鍵套）間隙≥2mm；（3）離合器從動盤總成上的摩擦片與飛輪貼合時，其余所有不接觸部分間隙≥2mm；（4）離合器壓盤帶蓋總成（分離指）磨損后的后退量需小于分離軸承的最大后退量。

5 離合器總成安裝要求

為了保證離合器總成正常分離和結合，安裝匹配需要滿足如下要求：

（1）從動盤花鍵套與變速器一軸軸承花鍵需滿足過盈配合，一軸軸承花鍵長度需要滿足從動盤工作行程范圍，需考慮從動盤磨損后的工作行程；（2）離合器壓盤帶蓋總成分離指與分離軸承配合，一般要求常貼合狀態，分離指直徑與分離軸承直徑相同，如分離指為平面，要求分離軸承為曲面接觸，如分離指為曲面，要求分離軸承為平面接觸，分離指高度需與分離軸承位置匹配，分離軸承前進量需滿足壓盤分離行程+富裕行程，分離軸承后退量需滿足壓盤磨損后的最大后退量。

6 離合器總成選型計算

（1）確定離合器儲備系數β。

設計匹配離合器時，應首先確定離合器的儲備系數β，原則如下：

——摩擦片在規定的磨損范圍內使用時，離合器能確保傳遞發動機的最大扭矩；

——防止離合器本身滑磨過大：防止傳動系過載。同時考慮發動機后備功率的大小、汽車使用條件的好壞，若發動機后備功率大，使用條件較好，β可選小些；

——柴油機因工作粗暴且轉矩不平穩，β可比汽油機選大些；

——β過大，操縱較沉、傳動系過載；

——β過小，易滑磨。

常見各類車型離合器儲備系數見表2。

（2）確定離合器扭矩容量。

根據已經確定的扭矩儲備系數，計算出離合器的扭矩容量Tc=β×N，式中：

Tc——離合器扭矩容量；N——發動機最大扭矩（N·m）；β——離合器儲備系數（MPV類型的車根據市場調查取≥1.4）。

由此可見，離合器的扭矩容量由摩擦片的尺寸及摩擦系數、壓盤壓緊力、摩擦副數決定的。適當調整以上參數使離合器滿足整車要求。如若調整離合器的扭矩容量，主要方法如下：1）根據發動機飛輪和變速箱離合器殼體的尺寸確定所需離合器的規格；2）增加或減小壓盤壓緊力調整離合器扭矩容量，同時注意分離力的變化；3）根據情況選擇并指定面片的廠家、型號、摩擦系數。

（3）單位壓力。單位壓力為離合器壓緊力與離合器從動盤摩擦總面積的比值F0=F/S，單位壓力推薦取值范圍：0.18 ～0.3N/mm2，單位壓力過低或過高都說明所選離合器規格不合適，應重新確認離合器規格。

（4）單位面積發動機最大功率。

單位面積發動機最大功率是發動機功率與離合器從動盤摩擦總面積的比值P0=P/Z/S。

式中：P0——單位面積發動機最大功率；P——發動機功率（kW）；Z——摩擦副數，單片離合器為2；S——離合器從動盤摩擦總面積（mm2）。

單位面積發動機最大功率推薦取值范圍：<0.228kW/cm2 （max），單位面積發動機最大功率超過取值范圍，說明選取的離合器規格過小，不適合匹配此發動機，應選用大規格的離合器。

（5）單位面積滑動摩擦轉矩M0。

單位面積滑動摩擦轉矩M0=β*N/（Z*S），式中：

M0——單位面積滑動摩擦轉矩；β——離合器儲備系數；N——發動機最大扭矩（N·m）；Z——摩擦副數，單片離合器為2；S——離合器從動盤摩擦總面積（mm2）。

單位面積滑動摩擦轉矩推薦取值范圍：>0.28N·m/cm2（min）。單位面積滑動摩擦轉矩過小，說明所選取的離合器規格偏大，應選用小規格離合器。

（6）單位滑摩功J0（J/cm2）

單位滑摩功為滑摩功與摩擦片總面積的比值J0=J/Z/S，式中：

J0——單位滑摩功（J/cm2）；J——滑摩功（J）；Z——摩擦副數，單片離合器為2；S——離合器從動盤摩擦總面積（mm2）。

單位滑摩功推薦取值一般為≤13J/cm2。（不同廠家選用的摩擦片材料不同，此項要求限值也有所不同）。影響單位滑摩功的因素比較多，需要對整車傳動系統和離合器本身參數進行調整，才能使離合器滿足要求。如果單位滑摩功過大，將嚴重影響離合器的使用壽命。

此外，還需要離合器供應商提供匹配計算報告，報告中應該包括儲備系數、滑摩功、起步溫升、使用壽命、扭振分析等評估。

7 離合器總成設計開發交付物

經過設計和匹配，離合器總成的設計基本完成，表3是離合器總成設計開發交付物。

8 離合器總成DVP驗證

離合器總成設計匹配完成后，需要進行試驗驗證，DVP驗證按表4進行。

參考文獻

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