王云英 錢春雷 黃翀

摘要：在汽車動力傳動系匹配選型時，快速而合理地選擇合適的離合器匹配整車至關(guān)重要。離合器設(shè)計(jì)考慮的指標(biāo)很多，但就整車設(shè)計(jì)而言，關(guān)鍵是離合器片單位面積上的滑摩功、后備系數(shù)以及體現(xiàn)到離合踏板上分離力的大小。本文對離合器起步設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行研究分析，結(jié)合工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提出一種快速計(jì)算的驗(yàn)證方法。

Abstract： For designers of vehicles，selecting befitting clutch is important.It includes many facts in designing clutch.There are keys which include dissipated energy， backup coefficient and separating power in clutch pedal.The article introduces the designing of clutch and calculation，which is good method and basic experience.

關(guān)鍵詞：離合器;滑摩功;性能開發(fā)

Key words： clutch;dissipated energy;performance development

0 ?引言

離合器作為汽車傳動系重要部件之一，目前設(shè)計(jì)選型時絕大多數(shù)依然采用摩擦式結(jié)構(gòu)。汽車起步操作過程中必然伴隨著離合器主、從動盤摩擦表面相對滑摩。汽車在交通繁忙的城市內(nèi)使用時，起步次數(shù)頻繁，即離合器的結(jié)合次數(shù)頻繁，相對滑摩嚴(yán)重。離合器滑摩的嚴(yán)重程度常用起步滑摩功的大小來衡量。而滑摩功的大小不僅與發(fā)動機(jī)類型、傳動系檔位速比、車輪滾動半徑、整車載荷等相關(guān)，而且還與駕駛員操作相關(guān)，例如初始滑摩轉(zhuǎn)速、滑摩總時間等。滑摩功的存在是磨損和溫升的根源，限制汽車起步的離合器片單位面積滑摩功不超過某一允許值是離合器參數(shù)合理設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。

1 ?離合器滑摩功計(jì)算公式

離合器的滑摩功是指離合器在起步接合過程中有多少機(jī)械能變成熱能。離合器的滑摩功越大，則零部件的溫升和磨損也就越嚴(yán)重，壽命會越低。

1.1 文獻(xiàn)[1]中的滑摩功計(jì)算公式

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，離合器接合過程中產(chǎn)生的滑摩功：

1.2 文獻(xiàn)[2]中的滑摩功計(jì)算公式

根據(jù)文獻(xiàn)[2]，離合器接合過程中產(chǎn)生的滑摩功，各參數(shù)的意義及單位見文獻(xiàn)[2]。

1.3 筆者計(jì)算滑摩功的公式

根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合其他公式，推導(dǎo)出下面的計(jì)算公式。

公式中：

E：起步滑摩功;

Temax：發(fā)動機(jī)最大輸出扭矩（N.m）;

ma：滿載質(zhì)量;

Rr：滾動半徑（m）;

ω0：離合器滑摩時的角速度;

δ：一檔傳動系旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù);

α：起步時，汽車平均加速度;

f：車輪滾動阻力系數(shù);

η：一檔機(jī)械傳動效率;

ig1：一檔總傳動比;

h：與發(fā)動機(jī)類型相關(guān)的系數(shù)。

從以上三個公式可以看出，前兩個公式較為復(fù)雜，涉及到微分和多個難以確定的參數(shù)，工程運(yùn)用受限，而經(jīng)驗(yàn)公式涉及到的都是整車設(shè)計(jì)過程中的基本參數(shù)和駕駛員操作模型定義參數(shù)，計(jì)算輸入較容易獲取且具有較高的可行性。

1.4 摩擦片單位面積滑摩功

公式中：

E：起步滑摩功; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Z：摩擦面數(shù)量;

D：摩擦片外直徑; ? ? ? ? ? ? ? ? d：摩擦片內(nèi)直徑。

1.5 后備系數(shù)

后備系數(shù)是表征摩擦片壓緊后，離合器傳遞發(fā)動機(jī)動力的能力。選擇時應(yīng)該考慮摩擦片磨損后仍能傳遞發(fā)動機(jī)的最大扭矩。選擇時不僅應(yīng)考慮摩擦片磨損后仍能傳遞發(fā)動機(jī)的最大扭矩，還要避免起步過程中滑摩時間過長。xx的計(jì)算公式及推薦值范圍可采用文獻(xiàn)[2]中的公式。

公式中：

μ：摩擦片摩擦系數(shù); ? ? ? ? ? ? F0：離合器壓緊力;

D：摩擦片外直徑; ? ? ? ? ? ? ? ? d：摩擦片內(nèi)直徑;

Temax：發(fā)動機(jī)最大輸出扭矩。

1.6 壓盤接合溫升

壓盤溫升的計(jì)算時檢驗(yàn)離合器設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要參數(shù)，溫升可以衡量離合器設(shè)計(jì)的壓盤膜片彈簧產(chǎn)生的壓力和離合器從動盤的材料選擇是否合適。在一些車型設(shè)計(jì)時，整車空間定下來，更換動力總成，發(fā)動機(jī)扭矩增大，增大離合器已經(jīng)不能實(shí)現(xiàn)。此時，通過溫升驗(yàn)證并可選擇好離合器從動盤的材料來達(dá)到增大摩擦力、減少壓盤溫升，以滿足設(shè)計(jì)要求。每次起步時，需用溫升不超過10°C。壓盤一次接合溫升的計(jì)算公式可采用文獻(xiàn)[2]中的公式。

公式中：

λ：傳到壓盤的熱量所占的比例;

E：起步滑摩功;

mp：離合器壓盤質(zhì)量;

C：壓盤比熱容。

2 ?離合器滑摩功計(jì)算

上述公式在某MPV車型設(shè)計(jì)中得到了運(yùn)用，其車型參數(shù)及計(jì)算結(jié)果分別見表1和表2。

3 ?實(shí)車檢測驗(yàn)證

目前，中國各主機(jī)廠對于離合器的考核要求主要以整車綜合耐久試驗(yàn)、動力耐久試驗(yàn)和整車坡起性能試驗(yàn)為主。而其中，整車坡起性能試驗(yàn)要求如下：

試驗(yàn)條件：滿載，坡道25%，空調(diào)開啟，同時達(dá)到下述要求方可認(rèn)為坡起性能達(dá)標(biāo)。

①發(fā)動機(jī)初始轉(zhuǎn)速不高于2500rpm（柴油機(jī)）或3000rpm（汽油機(jī)）;

②離合器滑摩時間不超過7s（僅MT）;

③車輛溜坡距離不超過30cm;

④車輛從靜止加速到16km/h的時間不超過12s;

⑤5分鐘之內(nèi)能夠坡起成功5次;

⑥駕駛員不能聞到離合器片燒焦氣味。

通過對工程車輛進(jìn)行實(shí)際測試評估，該車型滿足要求，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

4 ?結(jié)束語

通過對汽車研發(fā)過程中采用的離合器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究比較，結(jié)合汽車項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，推導(dǎo)出離合器起步滑摩功、摩擦片單位面積滑摩功、壓盤溫升、后備系數(shù)計(jì)算公式。經(jīng)過筆者團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)用和檢測驗(yàn)證，此公式具有工程可行性，可以進(jìn)行推廣運(yùn)用和拓展研究。

參考文獻(xiàn)：

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