關于商用車離合器壓盤固定螺栓螺母力矩衰減的研究

摘 要：離合器壓盤固定螺栓的力矩衰減會導致離合失效，影響車輛起步和掛擋。行業內每年售后賠償達上千萬。為了消除該問題，減少行業售后賠償，節約社會資源。團隊首先通過非碼分析，確定離合器壓盤螺栓力矩衰減的主要原因是缺少可靠的徑向限位。團隊根據非碼分析，設計出了一種錐形定位螺栓。通過對比實驗，采用錐形定位螺栓的車輛在實驗后未出現離合器壓盤螺栓力矩衰減現象。證明了該方法可以有效提升了離合器壓盤連接的可靠性。

關鍵詞：錐形定位螺栓 離合器壓盤總成 力矩衰減

1 研究背景

某品牌商用車在使用一段時間后，用戶反饋離合不分離不徹底，影響使用。服務站對車輛進行了檢查發現：固定離合器壓盤雙頭螺柱的螺母力矩衰減至30Nm左右，部分螺母力矩只有10Nm。服務站對固定離合器壓盤雙頭螺柱的螺母力矩復緊至70Nm后分離不徹底問題消除。力矩衰減雖然是偶發問題，但同時又是行業的通病，行業每年售后賠償達上千萬。研究解決該問題是我們專業技術人員的責任。

2 問題背景

2.1 離合器壓盤固定方式

根據調研，目前離合器壓盤固定在飛輪上有兩種方式：一種是采用M10（10.9級）高強度螺栓直接將離合器壓盤擰緊到飛輪上（發動機出廠時飛輪螺紋孔對角方向自帶了兩顆定位螺柱）如圖1；另一種是M10（10.9級）高強度雙頭螺柱提前固定在飛輪上，然后套上離合器壓盤，最后再打緊螺母。如圖2。

這里需要強調說明：無論是螺栓直接擰緊還是雙頭螺柱擰緊離合器壓盤，其工藝次序都是需要先分別對角預緊，然后再依次打緊，最后再用咔嚓扳手依次擰緊力矩至70Nm。

2.2 力矩衰減試驗及統計

對某品牌某車型離合器壓盤螺栓力矩衰減進行路試前后對比試驗。選取了4臺車試驗樣車，在路試前對離合器壓盤所有螺栓進行力矩檢測記錄；然后進行200公里顛簸路面路試，再對離合器壓盤所有螺栓進行力矩檢測記錄。

通過試驗數據，我們很容易得出力矩衰減最小2Nm，力矩衰減最大25Nm。比例在3%-34%之間。

為了確保試驗的可靠性，再次對不同品牌、不同車型的商用車離合器壓盤螺栓力矩進行進行路試前和路試后進行對比測試。

從試驗結果我們可以得出結論，按照目前這兩種離合器壓盤固定方式，普遍存在力矩衰減的問題。而且力矩衰減普遍在3%-34%之間。

2.3 離合器壓盤安裝相關零部件調查

離合器壓盤到總裝環節供貨狀態是一個零件總成，與之相配的是離合器從動盤總成。離合器壓盤是通過螺絲與飛輪連接，離合器從動盤總成是被夾在中間。離合器壓盤安裝孔分度圓直徑是Φ450mm，離合器從動盤總成外徑是Φ430mm。離合器壓盤安裝螺栓規格是M10。離合器壓盤見圖3，離合器從動盤總成見圖4。

選取了兩個離合器廠家，抽取了12個離合器壓盤，并對每個壓盤隨機抽取4個安裝孔進行測量并記錄。

通過上表我們可以看出，離合器壓盤孔孔徑基本在Φ11.1左右。符合設計公差標準，不應該是螺栓力矩衰減的因素。

我們隨機抽取了20個固定離合器壓盤的螺栓，20個固定離合器壓盤的雙頭螺柱，對其直徑進行測量并記錄。

通過上表我們可以看出，無論是螺栓還是雙頭螺柱，外徑基本在Φ9.8mm左右。這說明螺栓外徑符合標準件技術標準，不應該是螺栓力矩衰減的因素。

3 力矩衰減原因分析

3.1 有關力矩設定的調查

通過調查發現，在整個行業中離合器壓盤早些年力矩管控設定為60Nm。因為后市場時不時出現離合器壓盤螺栓力矩衰減問題，所以行業在近5年內，對離合器壓盤力矩管控要求提升為70Nm。通過相關資料我們可以查閱到10.9級M10的高強螺栓對應力矩范圍是55Nm—78Nm。實際上我們現在的管控已經接近于上限。在提升力矩管控之后，后市場離合器壓盤螺栓力矩衰減問題發生頻次雖然減少，但是問題依然沒有消除。說明提升力矩管控是改善離合器壓盤螺栓力矩衰減的方法之一，但不是最有效的解決方法。

3.2 力矩衰減成因分析

為了解決該問題，團隊進行了力矩衰減成因討論。認為力矩衰減成因有6個方面：（1）安裝螺栓自身質量問題，導致螺栓力矩衰減。（2）離合器壓盤殼體平面度問題會導致12和螺栓受力不均勻，從而導致螺栓力矩衰減。（3）裝配疏漏，導致某些螺栓原始力矩就不滿足控制計劃。（4）發動機震動，導致螺栓力矩衰減。（5）溫度變化，熱脹冷縮過程導致螺栓力矩衰減。（6）離合器分離結合過程中，離合器壓盤殼體對螺栓產生反作用力，導致螺栓力矩衰減。

通過對團隊提出的成因6方面，一一進行分析發現：成因（1）（2）通過零部件檢查可以排除。成因（3）通過前面的試驗可以排除。成因（4）（5）以我們目前的手段不可控，也無法改變。所以成因（6）是我們分析的重點。離合器從動盤是被夾在離合器壓盤壁板與飛輪之間。駕駛員踩下離合器踏板時，拋出軸承被激活，使得壓盤停止向離合器從動盤施加壓力。使得離合器片停止接收來自發動機的動力，從而可以在不損壞變速器的情況下換檔。松開離合器踏板后，松開軸承，離合器盤再次保持緊靠飛輪，使其開始從發動機接收動力。在這個過程中離合器壓盤外殼必將受到旋轉方向的沖擊力（或者成為某個方向上的扭矩），然而離合器壓盤外殼是通過螺栓固定在飛輪上的，那么這個扭矩自然就傳遞到固定螺栓上，因為螺栓外徑小于離合器壓盤外殼安裝孔徑，所以這個力矩主要作用在與離合器壓盤外殼外表面接觸的螺母平面上或者螺栓頭的接觸平面上。對成因⑹進行總結：缺少可靠的徑向限位。

3.3 與離合器壓盤安裝有關的力學計算

我們已知離合器壓盤在向飛輪上裝配時，壓盤對離合器從動盤總成壓緊力要求大于43000N。根據公式

T=K·F·d" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（1）

T：力矩，K：摩擦系數， F：夾緊力，d：螺栓直徑

F=·D" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（2）

F=70/0.25·0.01=28000N" " " " " " " " " " （3）

通過以上計算可以得出，我們采用的力矩遠高于離合器壓盤加緊力要求。

根據有關技術標準，在熱負荷一欄中明確要求：在100次循環后，離合器傳遞扭矩要求不小于2000Nm。已知離合器壓盤總成固定螺栓分度圓直徑為450mm?？梢园凑兆畹团ぞ刈龀醪接嬎悖?/p>

2000Nm/0.45m=4445N" " " " " " " " " " "（4）

已知離合器壓盤總成固定螺栓為M10，法蘭面直徑19.6mm。離合器壓盤安裝孔直徑11.1mm。根據

T=K·F·d

T1=0.25·4445·0.0196=21.78N·m" " " " （5）

T2=0.25·4445·0.0111=12.33N·m" " " " （6）

T=T1-T2=21.78-12.33=9.45N·m" " " " "（7）

通過計算，在車輛起步過程中我們每顆固定離合器壓盤的螺栓要承載短時力矩約為9Nm（這種算法是假設每顆安裝螺栓正好對中離合器壓盤安裝孔中心的極限情況下）。

4 力矩衰減解決方案

通過上面的試驗和理論計算，我們最終得出：因為離合器壓盤固定螺栓與離合器壓盤外殼安裝孔之間存在間隙，導致固定螺栓承載反向扭矩，從而導致力矩衰減。對于這一問題，我們提出采用帶錐形定位螺栓。這樣就可以保證離合器壓盤總成外殼絕大部分與螺栓柱貼合，螺栓的擰緊力矩主要是保證對離合器壓盤總成產生夾持力。帶錐形定位螺栓設計如圖5：

本文建議采用帶錐形定位螺栓。理由是離合器壓盤總成外殼與屬于沖壓件。通過對多個品牌的離合器壓盤外殼研究，發現安裝孔是沖孔實現的，而且都是從凹面向凸面沖孔，所以離合器壓盤外殼安裝孔端面接近于梯形，切斷面位置孔徑約11.1mm，撕斷面孔徑約11.7mm。離合器壓盤外殼斷面圖見圖6。用帶錐形定位螺栓無論是螺栓加工、還是裝配都容易實現和管控。為了驗證我們的理論研究，我們采用這種帶定位螺栓裝配了一臺車，同一工序在另一臺車上采用傳統的雙頭螺柱，并進行了1000公里路試試驗。路試試驗統計表4如下。

本文建議，對于12個安裝螺栓的離合器壓盤。采用這種帶錐形定位螺栓，最多采用10個，最少采用4個，對角安裝。理由是飛輪上12個螺紋孔及離合器壓盤外殼安裝孔要求偏差都是小于等于0.3mm。如果全部采用，可能會導致安裝困難。在這里讀者可能會疑問：發動機飛輪上自帶定位螺柱的不就是體定位作用嗎？我們來觀察一下發動機飛輪上自帶的定位螺柱，如圖7。

通過圖片我們可以看出，發動機飛輪自帶的定位螺柱與我們采用的雙頭螺柱沒有本質區別。因為等級只有8.8級，所有工人裝配時需要涂螺紋緊固膠（這里要特別強調，在精度較高的設備或工裝裝配中，螺栓不具備定位功能）。

5 結語

對于力矩衰減我們的研究僅僅停留在最基礎的探討與分析。本文也僅僅只是針對離合器壓盤總成固定的螺栓螺母力矩衰減做了有限的分析，并提出了一種采用帶定位螺栓實現徑向限位的解決問題方法。通過路試對比實驗，證明該方法有效。團隊應用了類似非碼分析的分析方法，為團隊分析問題提供了正確方向。我們開展了大量的基礎測量統計及試驗工作，為解決該問題提供了堅實基礎。本文方案僅供同行參考，如有更好方案，希望能向行業內專家學習、探討！

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