德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 王曉林 于士軍

輕型載貨汽車離合器的設(shè)計(jì)

德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 王曉林 于士軍

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)車輛各種性能的追求不斷提高，人們對(duì)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)和要求、離合器的結(jié)構(gòu)方案以及參數(shù)的選擇和優(yōu)化進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，為輕型載貨汽車離合器的設(shè)計(jì)提供參考。

離合器；設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)分析；參數(shù)優(yōu)化

1 引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各國(guó)都不斷在汽車業(yè)投入大量的資金和技術(shù)。我國(guó)的人均消費(fèi)水平也在不斷提升，對(duì)汽車的需求量也在與日俱增，我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)也前景廣闊。汽車產(chǎn)業(yè)已然成為我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，同時(shí)汽車產(chǎn)業(yè)也代表了國(guó)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(duì)離合器的基本要求是：結(jié)合平順柔和，以保證汽車平穩(wěn)起步；分離迅速?gòu)氐?，便于換擋和發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)；具有合適的儲(chǔ)備能力，既能保證傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，又能防止傳動(dòng)系過載；從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡量小，以減少換擋時(shí)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(jié)構(gòu)方案分析及參數(shù)選擇與優(yōu)化

3.1 離合器總成結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)選擇摩擦盤式離合器。摩擦盤式離合器轉(zhuǎn)矩容量大且較穩(wěn)定，操縱輕便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且較緊湊，散熱通風(fēng)性能好且摩擦片的使用壽命長(zhǎng)。下圖為摩擦片總成。

圖1 摩擦片總成

3.1.2 從動(dòng)盤的選擇

從動(dòng)盤主要分為單片離合器和雙片離合器。對(duì)于輕型載貨汽車而言，因發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩一般不是特別大，在使用時(shí)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、維修調(diào)整方便、散熱良好，應(yīng)用廣泛。

3.1.3 壓緊彈簧和布置形式的選擇

通過對(duì)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(qū)動(dòng)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(dòng)驅(qū)動(dòng)式、徑向傳動(dòng)片驅(qū)動(dòng)方式、凸臺(tái)—窗孔式。其中徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)式操作方便，需要的踏板力小，旋轉(zhuǎn)件不會(huì)因?yàn)閯?dòng)作不平衡而產(chǎn)生震動(dòng)和噪音。故本次設(shè)計(jì)選用徑向傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。

3.1.5 扭轉(zhuǎn)減振器

扭轉(zhuǎn)減振器可以削減曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，提高曲軸的疲勞壽命，減少應(yīng)力水平；增加傳動(dòng)系扭振阻尼，抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)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(dòng)、噪音。故選用扭轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度。在選擇β時(shí)，應(yīng)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(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)取f=0.3。

摩擦面數(shù)Z一般為離合器從動(dòng)盤數(shù)的兩倍，決定于離合器的結(jié)構(gòu)尺寸和所要傳遞的扭矩的最大值。本次設(shè)計(jì)取單片離合器Z=2。

3.2.3 摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度b

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

式中：Tmax為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，取Tmax=170N*m；

A為不同結(jié)構(gòu)和使用條件對(duì)D的影響系數(shù)，對(duì)于輕型載貨汽車取A=34。

當(dāng)摩擦外徑D確定后，摩擦片內(nèi)徑d可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(duì)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(shí)候應(yīng)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(shè)計(jì)時(shí)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(shè)計(jì)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(shí)要保證最大圓周速度υD為65m/s～70m/s。

（2）摩擦片的內(nèi)、外徑比c應(yīng)在0.53～0.70范圍內(nèi)，本次設(shè)計(jì)取c=0.67。

（3）為了使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定傳遞并且保證不過載，應(yīng)選擇合適的β值，其范圍在1.2～4.0，本次設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)P0取0.25。

（5）扭轉(zhuǎn)減振器在安裝時(shí)應(yīng)保證其位置正確，摩擦片內(nèi)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(jié)論

本文系統(tǒng)地介紹了離合器的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(duì)汽車的各種性能都有著極大的提升。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，離合器也隨之不斷地改進(jìn)優(yōu)化，各種新技術(shù)不斷出現(xiàn)也推動(dòng)了汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。

［1］馮晉祥、陳德陽(yáng)，汽車構(gòu)造，人民交通出版社，2012.

［2］余志生，汽車?yán)碚?，北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

［3］王望予，汽車設(shè)計(jì)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［4］徐石安，汽車離合器，北京：清華大學(xué)出版社，2005.