余漢紅

摘 要：近年來，隨著我國汽車行業(yè)的高速發(fā)展，對非公路使用的重載車用離合器需求旺盛。為適用重載及惡劣工況，離合器壽命及質(zhì)量要求越來越高。為提高離合器質(zhì)量，對高扭矩離合器如何設(shè)計中進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：高扭矩;重載車用離合器設(shè)計;優(yōu)化設(shè)計;離合器壽命及質(zhì)量;壓盤

1.引言

目前，高扭矩離合器是重型車用離合器行業(yè)發(fā)展的一項重要設(shè)計技術(shù)。其運(yùn)用到離合器設(shè)計中，能大大提高離合器的設(shè)計壽命，有效降低離合器使用后更換拆卸等使用成本。同時，能夠提供高性價比的產(chǎn)品提升國產(chǎn)離合器的市場占有率。因此，高扭矩離合器的設(shè)計與研究對重型車及非公路使用的惡劣工況起到重要作用。

2.技術(shù)概述

干式摩擦離合器是汽車傳動系中，發(fā)動機(jī)和變速箱之間的重要銜接部件， 通常用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平面上，將發(fā)動機(jī)的動力通過離合器從動盤傳遞至變速箱。離合器由蓋總成和從動盤總成組成。在汽車行駛程中，駕駛員可根據(jù)需要踩下或松開離合器踏板，通過離合器蓋總成與從動盤總成的結(jié)合分離將發(fā)動機(jī)與變速箱暫時分離和逐漸接合，以切斷或傳遞發(fā)動機(jī)向變速器輸入的動力。 其功用為：（1）傳遞和切斷動力使汽車平穩(wěn)起步和停車;（2）離合器蓋總成與從動盤總成之間的滑磨可保護(hù)傳動系各零件因過載而損壞;（3）通過離合器使用可以減少振動及噪音。在任何工況下，能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩;有足夠的吸熱和散熱能力，延長離合器使用壽命。

膜片彈簧式離合器蓋總成是近年來在重型車上應(yīng)用最廣的，它的結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩容量大，工藝性好，易于大量生產(chǎn)及拆卸，更需對離合器深入研究以提高對整車的貢獻(xiàn)度減少整車維護(hù)成本及提高整車售后質(zhì)量。根據(jù)整車使用條件和參數(shù)，按照離合器開發(fā)設(shè)計流程，開發(fā)出匹配整車要求并性價比高，便于維護(hù)的汽車離合器。

430拉式離合器，常出現(xiàn)的故障模式如下圖1所示，可以看出打滑燒蝕故障占比37.75%，居于首位。打滑燒蝕故障使離合器壽命明顯降低，在新疆、山西等工況更為惡劣的地區(qū)φ430離合器打滑燒蝕故障更是頻發(fā)，如下圖2所示。而通過對市場上1800N.m以上大馬力車型故障調(diào)查，其中打滑燒蝕故障占比已超過故障總數(shù)的50%，能否解決打滑燒蝕故障將是決定一款大馬力離合器好壞的關(guān)鍵。

高扭矩離合器應(yīng)用到重型車及惡劣工況，對我國離合器行業(yè)發(fā)展起到重要作用。通過離合器的優(yōu)化設(shè)計提高其適用于高溫環(huán)境，保證傳遞扭矩及使用壽命。離合器的生熱原理很簡單，就是 傳遞的離合器扭矩*（發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 - 離合器轉(zhuǎn)速）由此摩擦生熱。而要讓高扭矩離合器過熱，主要大扭矩摩擦產(chǎn)生。通過選用耐磨耐高溫摩擦材料匹配高熱容量壓盤鑄件，為降低離合器工作環(huán)境中溫度上升產(chǎn)生過熱，在零件設(shè)計上采用高散熱性沖壓件，再搭配高強(qiáng)度其余零部件，采用優(yōu)化的整體設(shè)計方案，可以有效提升離合器使用壽命。

2.1離合器蓋

離合器蓋一般耳部旋轉(zhuǎn)對中，有加強(qiáng)筋，強(qiáng)度較好的板料冷沖壓成形結(jié)構(gòu)， 通過止口對中定位與飛輪用螺栓連接。離合器蓋是離合器總成中形狀比較復(fù)雜的零件， 需承載膜片彈簧的壓緊力。通過試驗數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)離合器故障溫度是是影響離合器傳扭的關(guān)鍵因素;為此，我們設(shè)計了適用于高扭矩的通風(fēng)蓋，提高離合器總成使用散熱性，降低工作溫度，通過優(yōu)化蓋零件結(jié)構(gòu)，增加蓋零件耳部開口尺寸及形狀，增加總成旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的空氣對流，提高總成降溫特性。增加開口支承環(huán)限位卡槽，對支承環(huán)進(jìn)行定位，有效保證膜片彈簧支點(diǎn)位置，提升離合器整體使用壽命。

2.2 離合器壓盤

壓盤是離合器總成中受熱最嚴(yán)重的零件，通常采用環(huán)形盤狀鑄鐵件，一般質(zhì)量做得較重，并增加散熱筋和支承膜片彈簧的支承筋。為降低離合器壓盤工作時的極限溫升，設(shè)計專用壓盤，增加壓盤熱容量，防止高溫?zé)?/p>

通過有限元分析，我們發(fā)現(xiàn)壓盤最高溫位置出現(xiàn)在壓盤外圈及耳部，為此我們改進(jìn)壓盤結(jié)構(gòu)，加大耳部尺寸，增加壓盤外圈吸熱能力。齒頂由12等分增加到24等分并設(shè)計成螺旋開口，增加總成通風(fēng)性。

2.3分離軸承總成

分離軸承總成由分離軸承及分離套筒等組成。 分離軸承在工作時主要承受軸向分離力，同時還承受在高速旋轉(zhuǎn)時離心力作用下的徑向力。多采用全密封結(jié)構(gòu)和高溫鋰基潤滑脂角接觸推力球軸承，其結(jié)構(gòu)上要求盡可能減少與離合器膜片彈簧分離指端的磨損及發(fā)生偏磨現(xiàn)象，選用耐高溫，不易流失的潤滑脂。

2.4離合器從動盤總成

根據(jù)重型車高扭矩汽車的使用條件，摩擦片的性能應(yīng)具有較穩(wěn)定且高的摩擦系數(shù)及吸振能力;要有足夠強(qiáng)的耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度，尤其在高溫環(huán)境下;熱穩(wěn)定性好，高溫時不易被燒焦。結(jié)合時應(yīng)平順，柔和，使整車起步平順，無 “抖動”現(xiàn)象。重型車高扭矩中根據(jù)路況可選擇陶瓷有機(jī)片或非石棉有機(jī)片。

從動盤總成設(shè)計上要有足夠小的轉(zhuǎn)到慣量，便于換檔及減少沖擊;軸向彈性較好的壓縮量及承受載荷較大的盤轂。

3.試驗臺架

因在車輛過載時（即扭矩太大時，如下坡等情況），要求離合器自動打滑來保護(hù)其它零件，在臺架上測試了離合器的溫度特性，然后驗證了高散熱性，高熱容量，高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)離合器在不同使用工況下熱沖擊能力。通過試驗數(shù)據(jù)分析，可有效傳遞扭矩3500Nm，適用于目前市場上各大整車廠500大馬力以上發(fā)動機(jī)。

結(jié)束語

高扭矩離合器的設(shè)計為重型車用離合器的開發(fā)提供新的配套開發(fā)思路。在上文中，我們對高扭矩離合器的設(shè)計思路及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一系列的研究。后續(xù)通過該產(chǎn)品在實際中的有效使用，不斷提升設(shè)計水平，為終端用戶提供更好更可靠的產(chǎn)品。

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