袁明佳 文敏 汪杰強(qiáng) 米世生 劉立娟 梁甲 張健軍

摘 要：離合器是自動(dòng)變速器系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件之一，主要作用是進(jìn)行動(dòng)力的傳輸或中斷，最終實(shí)現(xiàn)前進(jìn)擋/倒擋/空擋的切換。同時(shí)其換擋平順性也是變速器換擋性能的重要指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：離合器;自動(dòng)變速器;換擋平順性

1 引言

離合器作為動(dòng)力傳輸部件，其設(shè)計(jì)原理、強(qiáng)度計(jì)算及換擋平順性等具有重要意義。文中以某無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器（CVT）的離合器為例，闡述了280Nm高扭矩下離合器的強(qiáng)度校核及滑磨控制手段提升換擋平順性的設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

2 離合器設(shè)計(jì)原理

2.1 行星機(jī)構(gòu)選型

行星機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)變速，通過(guò)速比、扭矩等需求進(jìn)行結(jié)構(gòu)類型的選擇。齒圈、行星齒輪、太陽(yáng)輪是行星機(jī)構(gòu)的三大件，通常還會(huì)有行星架、滾針軸承和減磨墊片等支撐零件。行星機(jī)構(gòu)的常見(jiàn)類型見(jiàn)表1。

2.2 摩擦片扭矩容量計(jì)算

摩擦片鎖止時(shí)傳遞的扭矩容量跟其摩擦系數(shù)、摩擦面數(shù)、夾緊力相關(guān)，其公式為：

3 離合器高扭矩強(qiáng)度校核

離合器高扭矩來(lái)源于1.5T動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，最大扭矩由250Nm提升至280Nm。離合器復(fù)位彈簧需根據(jù)扭矩進(jìn)行匹配[1]。在高扭矩下，離合器的摩擦片扭矩容量、外轂強(qiáng)度需進(jìn)行校核。

3.1 摩擦片扭矩容量校核

使用本文中2.2章節(jié)的計(jì)算公式，在液壓油壓力提升至1.45Mpa工況下，計(jì)算出摩擦片的傳扭能力為312.9Nm。在安全系數(shù)下，可滿足變速器高扭矩要求。

3.2 外轂強(qiáng)度校核

3.2.1 外轂結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了提高承載能力，減少軸向尺寸，同步優(yōu)化外轂的結(jié)構(gòu)。原結(jié)構(gòu)使用了壓板、固定卡簧來(lái)支撐摩擦片進(jìn)行鎖止，經(jīng)過(guò)優(yōu)化及尺寸縮減后，取消壓板、固定卡簧零件，使用獨(dú)特的齒圈平面結(jié)構(gòu)代替壓板的作用，并在外轂上反沖限位凸臺(tái)，進(jìn)行齒圈軸向限位，減少零件數(shù)量、成本及空間尺寸，如圖1。外轂結(jié)構(gòu)和齒圈平面結(jié)構(gòu)都已獲得專利保護(hù)。

3.2.2 外轂CAE分析

使用ABAQUS有限元分析軟件，建立外轂受力及約束條件，分析其應(yīng)力強(qiáng)度。

通過(guò)分析，外轂的最大應(yīng)力位置處于旋壓齒形的根部，見(jiàn)圖2，其應(yīng)力值為278.7Mpa，小于材料屈服強(qiáng)度，并在安全系數(shù)下滿足應(yīng)力強(qiáng)度要求。

4 滑磨控制

4.1 滑磨功能描述及進(jìn)入條件

滑磨是指從離合器剛開(kāi)始傳遞扭矩的位置到離合器主從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速同步的位置[2]。滑磨功能也叫怠速空擋功能，即在正常停車時(shí)，檔位處于前進(jìn)擋，此時(shí)摩擦片處于滑磨狀態(tài)，再執(zhí)行回空擋動(dòng)作或加大壓力鎖止起步時(shí)，整車的換擋平順性得到較大的提升。

滑磨控制功能需要滿足一定的條件，才可以進(jìn)入或退出。其中一些條件通常是必不可少的，如表3。

4.2 滑磨控制驗(yàn)證

4.2.1 高扭矩對(duì)滑磨控制的影響

在高扭矩下，發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速由原來(lái)的750rpm提升到850rpm?；タ刂茣r(shí)，通常其轉(zhuǎn)速控制在比發(fā)動(dòng)機(jī)怠速低100rpm左右。因此，滑磨轉(zhuǎn)速會(huì)由原來(lái)的650rpm提高到750rpm，滑磨功率會(huì)有所提高，對(duì)離合器內(nèi)部的摩擦片滑磨耐久性是一個(gè)難點(diǎn)。

滑磨扭矩通常在10Nm左右，在滑磨轉(zhuǎn)速提升到750rpm時(shí)，對(duì)應(yīng)的滑磨功率由113.4W提升到130.9W。

4.2.2 高扭矩滑磨控制熱量仿真

使用專用軟件對(duì)滑磨功率提升后進(jìn)行溫度升高仿真，該數(shù)據(jù)由合作伙伴提供。

從圖3的圖形結(jié)果得到，滑磨的溫度容易受潤(rùn)滑流量的影響，并且隨著滑磨時(shí)間的增加而不斷上升。摩擦片通常建議的許用溫度不超過(guò)200℃，若潤(rùn)滑流量?jī)H有0.5L/min時(shí)，滑磨的時(shí)間應(yīng)不超過(guò)20秒。

4.2.3 高扭矩滑磨臺(tái)架驗(yàn)證

在臺(tái)架進(jìn)行滑磨試驗(yàn)以得到高扭矩下的耐久關(guān)系曲線圖。滑磨熱量可以通過(guò)滑磨功率及滑磨時(shí)間計(jì)算得到，本文不再描述。試驗(yàn)設(shè)計(jì)為3個(gè)，每個(gè)試驗(yàn)的滑磨熱量差值相等，可以取50-60J/cm2，目標(biāo)耐久建議設(shè)為10倍關(guān)系。試驗(yàn)時(shí)需要中途拆機(jī)檢查摩擦片滑磨狀態(tài)，以得到更加準(zhǔn)確的耐久次數(shù)。

4.2.4 高扭矩滑磨耐久曲線

在變速器臺(tái)架上執(zhí)行設(shè)定的3個(gè)耐久試驗(yàn)，并且試驗(yàn)結(jié)果都滿足設(shè)定的目標(biāo)耐久次數(shù)，把熱量與耐久次數(shù)的關(guān)系繪制成曲線，在對(duì)數(shù)圖表中體現(xiàn)，見(jiàn)圖4。

高扭矩下滑磨一次產(chǎn)生的熱量計(jì)算得到93.24J/cm2，通過(guò)曲線擬合函數(shù)計(jì)算得到耐久次數(shù)是439986次，變速器滑磨耐久通?？梢鬄?0萬(wàn)次，即高扭矩下滑磨耐久滿足需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在高扭矩的工況下，對(duì)離合器零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，各部件強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證，滑磨控制功能耐久性滿足要求。文中雖然以CTF28無(wú)級(jí)變速器為例進(jìn)行研究，但研究方法可以普及到大部分自動(dòng)變速器的離合器設(shè)計(jì)及驗(yàn)證中。

參考文獻(xiàn)：

[1]文敏，劉立娟，梁甲等. 關(guān)于CVT中離合器彈簧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].時(shí)代汽車，2019年第二期.

[2]胡福建，丁美玲，葛娟娟等. DCT起步離合器滑磨控制策略制定及驗(yàn)證[J].客車技術(shù)，2014年05期.