汽車離合器設計思想及具體方法分析

朱佰強

摘 要：汽車離合器作為傳動系統中不可或缺的一部分，在汽車起步及車速不斷降低的情況下，假設離合器結合不平穩，或者在結合相對偏快的情況下，汽車將會發生熄火現象。對此，做好汽車離合器設計工作是非常必要的。本篇文章首先對離合器基本含義進行概述，從概念設計、方案設計、詳細設計三個方面，對汽車離合器設計思路進行解析，并以此為依據，提出汽車離合器設計方法。

關鍵詞：汽車;離合器;設計方法

中圖分類號：U469.11 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）04-0067-02

當前我國社會經濟快速發展及人們生活品質不斷提升的背景下，汽車成為了人們出行的主要工具，在這種情況下，給汽車行業發展提供了良好條件，汽車工業技術也實現了穩定發展，汽車保有量不斷提升。離合器作為汽車中不可或缺的一部分，直接影響汽車整體運行。假設在汽車起步及車速相對偏低的狀況下，離合器如果結合不順暢，或者結合偏快，汽車將會發生熄火現象，特別是在半坡的環境下，更為麻煩。在進行汽車離合器設計的過程中，如果采用的設計方式不合理，必將會影響離合器生產質量，無法滿足汽車行駛安全。因此，就要需要根據離合器應用功能，優化設計方式，樹立良好的設計理想，保證汽車離合器設計的合理性，減少不必要問題出現，保證車輛行駛安全。下面，本文將進一步對汽車離合器設計思想及具體方法進行闡述和分析。

1 離合器基本概述

通常情況下，離合器安裝在發動機及變速箱之間的飛輪殼中，利用螺釘將離合器總成固定在飛輪中，離合器輸出軸作為變速箱輸入軸。在車輛行程的過程中，駕駛人員需要根據實際情況，適當的踩下或者松開離合器踏板，讓發動機和變速箱暫時分離，之后切斷或者傳遞發動機朝著變速器方向傳入動力。離合器作為機械傳動中主要應用的器件，能夠讓傳動系統自動分離和接合。基本內容在于，接合平衡，分離快速徹底;調節及修理便利;外廓尺寸相對較小，耐磨性良好，具備充足的散熱功能;操作便利，通常應用到離合器類型有兩種，一個是牙嵌式，另一個是摩擦式[1]。

離合器具備的基本功能在于確保汽車穩定行駛，換擋順暢，避免傳動系過載等作用。基本工作原理在于：從發動機曲軸出來之后的扭矩傳入到離合器中，發動機飛輪端面和離合器從動盤實現接合或者分離，從動盤及離合器輸出端連接，從動盤轉動，把扭矩傳入到變速器輸入軸。壓盤由離合器踏板驅動，在汽車行駛過程中，壓盤在彈簧的影響下把離合器從動盤壓下飛輪端面，促進動力融合，在切斷動力傳遞的情況下，在離合器踏板的作用下，實現離合器分離，動力被切斷[2]。

假設在缺少離合器的情況下，在汽車出現緊急制動的情況下，發動機和傳動系剛性相連接，實現運行效率的下降。在這種情況下，各個運動件都會形成一定的慣性力矩，產生載荷，高于傳動系承載能力，導致機件損壞。所以，人們應該借助離合器實現對傳動系承載扭矩的把控，從而保證車輛的運行安全。

2 汽車離合器設計思路

2.1 概念設計

概念設計作為設計的基本，根據實際情況，設定一系列可行設計方案之后，選擇一個最理想的概念。概念設計自身存在一定的創造性，其包含的不明確因素比較多，要求和各個功能進行配合。通常情況下，概念設計中包含了用戶需求、問題定義、問題描述、產品分析、目標規定等內容。

2.2 方案設計

方案設計作為設計概念骨架，從設計方案中選擇一個最為理想的設計方案。通常包含了產品框架、參數設計以及結構設計等[3]。通過借助計算機等技術實現設計模型的制作，之后對設計的產品框架進行優化，以此實現設計方案的明確。

2.3 詳細設計

詳細設計中涉及了產品的所有概述，例如框架分布、產品尺寸、產品類型、生產工藝等。詳細設計中包含了產品設計、裝配工藝和結構設計等內容。基于QFD下的離合器設計，需要根據車輛駕駛人員自身需求，將其映射在產品特性上，之后將產品特性轉變成產品框架過程。QFD作為一個把用戶需求和設計標準進行充分連接的工具，基于QFD下的離合器設計，需要通過對客戶需求的探究，實現車輛離合器的設計。為了保證離合器設計滿足客戶需求，需要借助QFD提供的可依附載體，讓其自身作用及優勢得到全面激發，從而轉變成功能強大的工具。

根據并行工作原理得知，在進行離合器設計初始階段中，應該設定QFD成長質量，之后將其進行連接，給QFD實現提供引導[4]。通過把QFD與FMEA的結合，能夠讓產品設計人員可以及時找出設計過程中存在的不足和問題，這樣不僅可以有效提升設計效率和質量，同時還能減少設計成本，給企業創造理想的效益。

3 汽車離合器設計方法

3.1 可靠性屋結構

產品設計作為一個創新性的過程，通常包含了客戶需求信息、設計質量信息和產品設計信息等。在這些信息中，客戶廣泛關注的內容在于離合器設計質量。要想更好地滿足客戶自身要求，在進行車輛離合器設計的過程中，需要應用質量驅動設計理念，也就是把FD和FMEA當作基本依據。在QFD理念中，通過應用質量屋把客戶需求展現在設計特性中，之后把其映射到后續產品功能、產品特性及生產特性中。QFD方式可以更好的滿足客戶自身要求，縮短設計周期。但是在此過程中，也會存在一些不足，例如，不能在離合器設計之前，實現對設計質量的把控，使得產品在推入市場之后出現各種問題。鑒于這一現象，需要根據車輛離合器設計要求，把產品FMEA和QFD進行充分融合，讓舊產品失效資料精準的體現在新產品研發活動中[5]。通過應用QFD設計理念，采用多層矩陣分解方式，把客戶需求融合到離合器設計活動中，在質量規劃上綜合思考產品失效因素。通過把FMEA和QFD高效結合，建立一個完善的可靠性屋，在可靠性屋的作用下，可以把可靠性含義及理念融入到對應設計活動中，實現設計質量的提升。

3.2 顧客需求獲取

在進行汽車離合器設計的過程中，精準掌握客戶需求是非常必要的。我國每年所生產的產品中，將近有80%左右的產品和市場需求不迎合，從而使得產品無法順利的進入到市場中。所以，要想保證汽車離合器能夠快速的進入市場，就要明確技術及市場結合點，掌握客戶需求，順勢設計對應的產品。產品開發基本驅動在于客戶需求，而非設計人員設計理念。一個成功的設計，需要在融合市場及客戶需求的情況下，還要保證產品自身功能就性能，滿足工藝設計、生產等要求。所以，在開展汽車離合器設計工作時，設計工作人員應該綜合思考所應用、生產的產品需求，同時把上需求融合到設計思路中。通常情況下，客戶需求一般包含了應用需求、生產需求、社會須用及應用需求等。其中，應用需求中涉及了產品可用性、產品安全性及產品穩定性等。客戶需求信息可以通過多種方式來獲取。

3.3 離合器結構優化

通常情況下，在啟動離合器的過程中，導致發動機出現熄火現象的出現因素在于，離合器在無車速及車速相對偏慢的情況下，結合過快引發車輛熄火，這是由于離合器設計不合理導致的。在進行離合器設計的過程中，應該秉承秉人性化設計標準，便于人們操作，保證操作流程的簡化性。任何產品設計都要秉承以人為本設計理念，也就是從便利操作的角度入手，不可讓操作過于繁瑣，操作繁瑣將會加劇失誤幾率，離合器設計也包含在內。合理的離合器設計，能夠在快速放開離合器踏板的狀況下，離合器結合能夠平穩進行，保證汽車不會出現熄火現象。為了防止離合器在結合的情況下不平穩，需要把離合器擦片在結合的情況下設置緩沖裝置，在緩沖裝置的作用下，不但能夠有效防止結合過程中出現頓挫現象，使得離合器摩擦片慢速結合，讓發動機旋轉扭力矩穩定的傳入到驅動輪中。并且還能在緩沖結合中，讓離合器摩擦片剛好實現結合，緩沖裝置不會在沒有結合的情況下發生作用，讓離合器操作效率得到減少。大家都知道，離合器操作流程在于先快后慢，先快的前提條件在于提升離合器結合頻率，后慢在于降低離合器摩擦片結合效果，從而起到平順的效果。

通過對離合器結構的分析，要想實現在快速釋放離合器踏板的情況下，保證離合器在結合過程中具備平穩性，旋轉力矩應該由小變大進行傳遞，避免離合器摩擦片突然結合而形成扭矩傳遞，使得變速器輸入軸力矩不斷加大，無法抵消車輛瞬時產生的慣性，造成汽車熄火。在踩下離合器踏板的過程中，分離軸承出現前移，壓盤在壓緊彈簧的作用下，逐漸朝著離合器的方向轉變，把離合器片壓緊至飛輪端面中，假設釋放效率相對偏高，將會發生熄火現象。因此，在傳統離合器的基礎上，需要對起展開結構優化設計，在離合器殼體內安置一個緩沖彈簧，在壓盤圓周安裝一個緩沖定位板，在壓盤與離合器片相結合的情況下，緩沖定位板與緩沖彈簧相連接，這樣能夠降低離合器結合帶來的沖擊，引導駕駛人員慢抬離合，讓離合器踏板得到充分釋放，緩沖彈簧能夠適當的降低壓片阻力，避免汽車出現熄火現象。

3.4 離合器的有限元分析與參數優化

汽車離合器是設置在發動機與變送箱之間的動力傳遞機構，在工作過程中主要承受發動機傳遞的轉矩，在離合器各零部件之間產生剪應力。若果離合器設計不合理，可能會導致振動噪聲的出現，甚至會出現共振現象。因此，在進行汽車離合器設計的過程中，建立離合器的三維模型，并對其關鍵件進行應力等的有限元分析，對其受力情況加以全面探究，可以為離合器設的材料選擇和尺寸確定的設計和優化提供理論參考。

對離合器進行有限元分析，首先要確定其材質及尺寸參數，并建立三維模型。然后在考慮發動機的沖擊荷載的工況下，利用有限元分析軟件對汽車離合器的關鍵零部件進行應力分析。將得到的關鍵零部件的最大應力值與該條件下的最大許用應力值相比較，若最大應力值小于最大許用應力值，則設計合理;若最大應力值大于最大許用應力值，則原設計參數不合理，需對設計數據進行優化，并對優化后的參數重新進行三維建模和有限元分析，直至其滿足工作強度要求。

4 結語

總而言之，通過對傳統離合器結構的探究，將離合器結構加以優化，能夠有效防止在快速釋放離合器的情況下出現車輛熄火狀況。從結構原理角度來說，為了保證離合器結合平穩性，就要根據離合器運行過程中產生的各種影響，在離合器結合之后，通過借助緩沖彈簧，將產生的慣性進行抵消，從而達到降低車輛熄火幾率，保證車輛運行安全。

參考文獻

[1] 陳志蘭.汽車離合器減震軸套閉式冷鍛成形工藝研究[J].內江科技，2018，39（10）：37-38+42.

[2] 王大鵬，王明興，冒興峰.汽車離合器試驗臺的設計[J].決策探索（中），2018（06）：78-79.

[3] 韋江寧.汽車離合器從動盤扭轉耐久試驗臺架設計[J].汽車零部件，2018（05）：44-46.

[4] 蔣件生，吳天生.汽車離合器減振盤復合沖壓工藝設計[J].模具工業，2018，44（04）：35-38.

[5] 劉麗晶，劉釗.某車型離合器打滑燒蝕問題研究[J].汽車與駕駛維修（維修版），2018（02）：100.

[6] 宋小艷.基于SolidWorks汽車離合器的建模及仿真研究[J].內燃機與配件，2017（22）：12-13.