德州學院汽車工程學院 王曉林 于士軍

輕型載貨汽車離合器的設計

德州學院汽車工程學院 王曉林 于士軍

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，人們對車輛各種性能的追求不斷提高，人們對離合器及其操縱系統(tǒng)的要求也越來越高，增大離合器所能傳遞的最大轉矩和提高其操縱方便性、快捷性，成為汽車生產(chǎn)廠商考慮的問題。本文就離合器的基本結構和要求、離合器的結構方案以及參數(shù)的選擇和優(yōu)化進行分析和設計，為輕型載貨汽車離合器的設計提供參考。

離合器；設計；結構分析；參數(shù)優(yōu)化

1 引言

隨著世界經(jīng)濟的迅速發(fā)展，各國都不斷在汽車業(yè)投入大量的資金和技術。我國的人均消費水平也在不斷提升，對汽車的需求量也在與日俱增，我國汽車產(chǎn)業(yè)也前景廣闊。汽車產(chǎn)業(yè)已然成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，同時汽車產(chǎn)業(yè)也代表了國家的工業(yè)發(fā)展水平。汽車離合器作為汽車重要的部件之一，具有廣闊的發(fā)展前景。

2 離合器的基本要求

對離合器的基本要求是：結合平順柔和，以保證汽車平穩(wěn)起步；分離迅速徹底，便于換擋和發(fā)動機起動；具有合適的儲備能力，既能保證傳遞發(fā)動機最大轉矩，又能防止傳動系過載；從動部分的轉動慣量應盡量小，以減少換擋時的沖擊；具有良好的散熱能力；操縱輕便，以減少駕駛員的疲勞。

3 離合器的結構方案分析及參數(shù)選擇與優(yōu)化

3.1 離合器總成結構方案分析

3.1.1 離合器總成的選擇

汽車離合器總成有摩擦盤式離合器、周布彈簧式離合器、中央彈簧離合器等幾種。本次設計選擇摩擦盤式離合器。摩擦盤式離合器轉矩容量大且較穩(wěn)定，操縱輕便、結構簡單且較緊湊，散熱通風性能好且摩擦片的使用壽命長。下圖為摩擦片總成。

圖1 摩擦片總成

3.1.2 從動盤的選擇

從動盤主要分為單片離合器和雙片離合器。對于輕型載貨汽車而言，因發(fā)動機的輸出扭矩一般不是特別大，在使用時能保證接合平順分離徹底即可，在此我們選用單片離合器。其結構簡單、從動部分轉動慣量小、維修調整方便、散熱良好，應用廣泛。

3.1.3 壓緊彈簧和布置形式的選擇

通過對目前常規(guī)的五種壓緊彈簧（周置彈簧、中央彈簧、斜置彈簧、膜片彈簧、拉式膜片彈簧）的分析及綜合輕型載貨汽車的各種性能參數(shù)以及所要滿足的要求，選擇拉式膜片彈簧離合器作為離合器的壓緊彈簧。

3.1.4 壓盤驅動形式選擇

扭矩在膜片彈簧離合器中從離合器蓋傳到壓盤有三種方式：徑向傳動驅動式、徑向傳動片驅動方式、凸臺—窗孔式。其中徑向傳動驅動式操作方便，需要的踏板力小，旋轉件不會因為動作不平衡而產(chǎn)生震動和噪音。故本次設計選用徑向傳動驅動方式。

3.1.5 扭轉減振器

扭轉減振器可以削減曲軸扭轉振動，提高曲軸的疲勞壽命，減少應力水平；增加傳動系扭振阻尼，抑制扭轉共振響應振幅，并削減因沖擊而產(chǎn)生的瞬態(tài)扭振；減少整車的振動、噪音。故選用扭轉減振器。

3.2 離合器主要參數(shù)的選擇

3.2.1 后備系數(shù)β

后備系數(shù)β是離合器設計中的一個重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動機最大轉矩的可靠程度。在選擇β時，應考慮摩擦片在使用過程中磨損后離合器仍可正常工作。綜合實際情況，本次設計取β=1.4。

3.2.2 摩擦因數(shù)f和摩擦面數(shù)Z

摩擦片的摩擦因數(shù)f取決于摩擦片所用的材料及其工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素。摩擦因數(shù)f的取值范圍見表1。

表1 摩擦材料的摩擦因數(shù)f的取值范圍

本次設計取f=0.3。

摩擦面數(shù)Z一般為離合器從動盤數(shù)的兩倍，決定于離合器的結構尺寸和所要傳遞的扭矩的最大值。本次設計取單片離合器Z=2。

3.2.3 摩擦片外徑D、內徑d和厚度b

摩擦片外徑是離合器基本的尺寸，它關系到離合器的重量和使用的壽命，是離合器的一個重要的參數(shù)。它的大小與離合器的最大轉矩有一定的關系。公式如下：

式中：Tmax為發(fā)動機最大轉矩，取Tmax=170N*m；

A為不同結構和使用條件對D的影響系數(shù)，對于輕型載貨汽車取A=34。

當摩擦外徑D確定后，摩擦片內徑d可以根據(jù)經(jīng)驗公式d/D 在0.35～0.7選擇。

取c=d/D=0.66d=0.66D=0.66225=148.5mm取d=150mm。

摩擦片厚度b主要有3.2 mm、3.5 mm、4.0 mm三種。取b=3.5 mm。

3.2.4 單位壓力P0的確定

單位壓力P0對離合器的使用壽命影響很大，它決定了摩擦片的耐磨性。在選取的時候應考慮離合器的工作條件、摩擦片參數(shù)以及后備系數(shù)等。目前離合器設計時單位壓力推薦選擇范圍如下：

石棉基材料 P0=0.10Mpa～0.35Mpa；

粉末冶金材料P0=0.35Mpa～0.60Mpa；

金屬陶瓷材料P0=0.70Mpa～1.50Mpa。

本次設計p取0.25，離合器摩擦片選用石棉基材料。

3.3 離合器基本參數(shù)的優(yōu)化

（1）選取摩擦片的外徑D（mm）時要保證最大圓周速度υD為65m/s～70m/s。

（2）摩擦片的內、外徑比c應在0.53～0.70范圍內，本次設計取c=0.67。

（3）為了使發(fā)動機發(fā)出的轉矩穩(wěn)定傳遞并且保證不過載，應選擇合適的β值，其范圍在1.2～4.0，本次設計取β=1.6。

（4）為了保證離合器在工作過程中的溫度正常，防止摩擦片因過熱而損壞，保證單位壓力P0在0.10Mpa～1.50 Mpa。本次設計P0取0.25。

（5）扭轉減振器在安裝時應保證其位置正確，摩擦片內徑d必須大于減振器彈簧位置直徑2R0約50 mm，即d＞2 R0+50 mm。

4 結論

本文系統(tǒng)地介紹了離合器的設計要求、離合器總成的選擇、參數(shù)的確定及優(yōu)化，為離合器的設計提供了一定的參考方案和數(shù)據(jù)。合適的離合器總成的選擇以及參數(shù)的優(yōu)化對汽車的各種性能都有著極大的提升。隨著科學技術的發(fā)展，離合器也隨之不斷地改進優(yōu)化，各種新技術不斷出現(xiàn)也推動了汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。

［1］馮晉祥、陳德陽，汽車構造，人民交通出版社，2012.

［2］余志生，汽車理論，北京：機械工業(yè)出版社.

［3］王望予，汽車設計，北京：機械工業(yè)出版社，2006.

［4］徐石安，汽車離合器，北京：清華大學出版社，2005.