尹幫奇

（廣西玉柴機(jī)器股份有限公司，廣西 玉林537005）

某輕型校車匹配Φ275膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)校核

尹幫奇

（廣西玉柴機(jī)器股份有限公司，廣西 玉林537005）

針對(duì)玉柴新開發(fā)的某發(fā)動(dòng)機(jī)配套國(guó)內(nèi)某汽車廠輕型校車選配Φ275/Φ180膜片彈簧離合器，對(duì)該離合器的儲(chǔ)備系數(shù)、滑磨功、起步溫升、使用壽命及操縱機(jī)構(gòu)的踏板行程及踏板力等進(jìn)行校核。

離合器；設(shè)計(jì)；校核

離合器能有效地傳遞和中斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，保證汽車在起步時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)能夠平順地接合，確保汽車平穩(wěn)起步。膜片彈簧離合器具有理想的非線性特性，壓盤的壓緊力均勻且穩(wěn)定，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件數(shù)量少，維護(hù)保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)［1］。本文主要介紹了玉柴新開發(fā)的某款發(fā)動(dòng)機(jī)配套國(guó)內(nèi)某汽車廠輕型校車的離合器設(shè)計(jì)校核過(guò)程，對(duì)今后該發(fā)動(dòng)機(jī)配套其他車型起到指導(dǎo)借鑒作用。

1　相關(guān)技術(shù)參數(shù)

表1、表2、表3分別為整車、發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器及操縱機(jī)構(gòu)相關(guān)參數(shù)。離合器總成相關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表1　整車及發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)

表2　離合器相關(guān)參數(shù)

表3　離合器操縱機(jī)構(gòu)相關(guān)參數(shù)

圖1　離合器總成結(jié)構(gòu)圖

2　離合器使用性能校核

2.1儲(chǔ)備系數(shù)校核

儲(chǔ)備系數(shù)主要校核離合器在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最大扭矩情況下傳遞扭矩的可靠性。根據(jù)文獻(xiàn)［1］可知離合器所能傳遞扭矩的計(jì)算公式為:

式中，

Fc為離合器壓盤的壓緊力；

μ為壓盤對(duì)摩擦面的摩擦系數(shù)，取0.28；

η為傳動(dòng)效率；

Z為離合器摩擦面數(shù)，單片式Z=2；

Rc為摩擦面有效半徑，有效半徑Rc按均壓法［1］計(jì)算：

帶入相關(guān)參數(shù)，計(jì)算得離合器壓緊力最小時(shí)所能傳遞的最大摩擦扭矩為:Tc=517 N·m.

發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大扭矩為Temax=330 N·m，則儲(chǔ)備系數(shù)為：β=Tc/Temax=517/330=1.57.

符合輕型汽車儲(chǔ)備系數(shù)為1.4～1.7的要求［1］。

2.2滑磨功的校核

在汽車起步或者換檔過(guò)程中，由于離合器壓盤和從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速不等，產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)摩擦，通過(guò)相對(duì)滑動(dòng)摩擦使汽車平穩(wěn)起步或平順換檔，相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生的熱量使離合器溫度升高。根據(jù)《膜片彈簧與碟形彈簧離合器的設(shè)計(jì)與制造》中指出，滑磨功的計(jì)算公式為:

式中，

ns為汽車起步時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，取1 200 r/min；

Ig為汽車起步檔的傳動(dòng)比；

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（3）計(jì)算得起步滑磨功為:

WⅠ=15 172.4 J（Ⅰ檔起步）；

WⅡ=51 987.8 J（Ⅱ檔起步）

單位面積滑磨功ω=W/（Z·A），式中，A為從動(dòng)盤單面摩擦面面積，A=π·（D2-d2）/4；

計(jì)算得：ωⅠ=22.3 J/cm2（Ⅰ檔起步），

ωⅡ=76.6 J/cm2（Ⅱ檔起步）

Ⅰ檔起步時(shí)的單位面積滑磨功符合輕型汽車單位面積許用滑磨功［ω］≤25～33 J/cm2的要求；Ⅱ檔起步時(shí)單位面積滑磨功嚴(yán)重超標(biāo)，使用中嚴(yán)禁以Ⅱ檔起步。

2.3起步壓盤溫升的校核

離合器壓盤與從動(dòng)盤之間由于相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生的滑磨功主要由離合器壓盤吸收，使離合器壓盤溫度升高，因此有必要核算離合器每一次接合過(guò)程中壓盤的溫升△t，避免溫度過(guò)高燒毀離合器壓盤，要求每次起步時(shí)許用溫升［△t］≤10℃［1］.

文獻(xiàn)［1］指出，起步過(guò)程中壓盤溫升計(jì)算公式為:

△t=γ·W（4）

式中，

γ為傳給所驗(yàn)算壓盤的熱量比例，單片式取0.5；

W為滑磨功；

m為所驗(yàn)算壓盤的質(zhì)量8.93 kg；

c為壓盤材料的比熱容，鑄鐵材料為544 J/（kg·℃）.

將前面計(jì)算的相關(guān)參數(shù)代入式（4），計(jì)算得：

△t1=1.56℃≤［△t］（Ⅰ檔）；

△t2=5.35℃≥［△t］（Ⅱ檔）

即離合器壓盤Ⅰ檔、Ⅱ檔起步溫升均符合要求。

2.4離合器使用壽命的校核

離合器的使用壽命主要取決于摩擦片的磨損程度，通常以汽車行駛的里程或使用時(shí)間來(lái)表示。摩擦片的磨損量△V主要根據(jù)滑磨功W來(lái)計(jì)算，研究表明，每次起步時(shí)摩擦片磨損量△V與滑磨功W之間呈線性關(guān)系［1］。即△V=Kw·W，則離合器的使用壽命為：

式中，

L為離合器的使用壽命（公里或小時(shí)）；

Kw為磨損率［2］，對(duì)于汽車離合器，Kw=120×10-6mm3/J；

V0為摩擦片允許磨損體積；

A為摩擦片單面的摩擦面積（mm2）；

△S為最大容許磨損量，以厚度計(jì)（mm），取2 mm；

N為起步頻度，取3次km/h.

對(duì)于輕型汽車，B10壽命要求LB10不小于104km/h.帶入?yún)?shù)計(jì)算L=124 307.7 km/h≥［LB10］，即離合器在使用生命周期內(nèi)使用壽命符合要求。

2.5單位面壓和最大圓周速度的校核

單位面壓一定程度反映離合器使用壽命的大小，《汽車離合器》當(dāng)中指出，對(duì)于輕型汽車，單位面壓P應(yīng)不大于［P0］=0.25 MPa；最大圓周速度反映離合器壓盤的可靠性，過(guò)大的圓周速度易由于離心力過(guò)大導(dǎo)致壓盤崩裂。對(duì)于單片式摩擦片，最大圓周速度應(yīng)滿足［V］≤65～70 m/s［2］.

單位面壓：P=Tc/A=0.23 MPa≤［P0］

最大圓周速度:V=π×Nemax×D/60，式中，Nemax為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，Nemax=4 000 r/min.計(jì)算得到：

V=57.6 m/s＜［V］，滿足使用要求。

可見，該離合器的單位面壓和最大圓周速度均滿足要求。

3　離合器操作機(jī)構(gòu)校核

3.1離合器踏板行程的校核

圖2為該校車離合器液壓操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2　離合器液壓操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

該液壓操縱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的踏板總行程S總由自由行程S1和工作行程S2兩部分組成。離合器分離行程S0為7.5 mm，分離軸承與離合器膜片間隙為0，則需保證離合器分離軸承至少有7.5 mm的移動(dòng)距離。考慮到傳動(dòng)中的液壓損失，行程效率η1取0.9.

離合工作缸行程：

S工=S0·i2=7.5×2=15 mm

離合主缸行程：

S主=S工·i3/η1=15×1.69/0.9=28 mm

離合器踏板自由行程：

則離合器踏板總行程為：

符合《汽車離合器》當(dāng)中推薦的輕型汽車離合踏板行程≤150 mm的要求，該匹配是合理的。

3.2離合器踏板力的設(shè)計(jì)校核

離合器壓盤最大分離力FQ為2 150 N，根據(jù)操作機(jī)構(gòu)布置可計(jì)算出此時(shí)離合器的踏板力為：則踏板力為：

符合《汽車離合器》中關(guān)于輕型汽車踏板力不大于150 N的設(shè)計(jì)要求。

此時(shí)，駕駛員在一次踩離合器踏板中所作的功為W踩=F·S總=21.3 J，滿足《汽車離合器》當(dāng)中對(duì)于輕型汽車一次踩離合駕駛員所做的功≤30 J的要求。

4　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)Φ275離合器的儲(chǔ)備系數(shù)、滑磨功、起步溫升、使用壽命和離合器操縱機(jī)構(gòu)的分離力及分離行程等校核，該離合器Ⅰ檔的使用性能滿足該校車的匹配需求。

當(dāng)Ⅱ檔起步時(shí)，單位面積滑磨功超標(biāo)，使用過(guò)程中嚴(yán)禁以Ⅱ檔起步。可見，起步時(shí)檔位越高，傳動(dòng)比越小，則汽車的滑磨功越大，將會(huì)降低離合器的使用壽命。

［1］林世裕.膜片彈簧與碟形彈簧離合器的設(shè)計(jì)與制造［M］.南京：東南大學(xué)出版社，1995.

［2］徐安石，江發(fā)潮.汽車離合器［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2005.

The Design and Check to One Light-Duty School Bus Match Φ275 Clutch

YIN Bang-qi
（Guangxi Yuchai Machinery Co.，Ltd.，Yulin Guangxi 537005，China）

This paper describes an engine of Yuchai Company matching a light-duty school bus of domestic auto factory with Φ275/Φ180 clutch.Check and calculate the clutch transferring torque，sliding friction work，rising temperature，lifecycle，pedal force and stroke，etc.

clutch；design；check

U463.211

A

1672-545X（2016）07-0052-02

2016-04-18

尹幫奇（1989-），男，助理工程師，本科，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)研究工作。