某469汽油机匹配膜片弹簧离合器校核计算方法研究

袁定军，冉 耀，杨 乐，戈 翔

（柳州五菱柳机动力有限公司，广西 柳州545005）

离合器是发动机动力传递的重要部件，设计匹配选型的合理性将直接对发动机的动力性和噪声、振动有很大影响，更重要的是影响到对整车的操控性能以及驾驶安全性。当前，制造离合器厂家越来越多，型号也更加繁杂，为了减少在离合器匹配过程中节约开发周期，本文针对现有膜片弹簧离合器的选型设计进行分析，并进行具体的分析计算，有效的为设计人员提供经验数据作参考。本文针对LJ469发动机匹配某MPV车型的离合器匹配进行计算校核。

1 推式膜片离合器的构造及工作过程

1.1 主要结构

膜片弹簧离合器主要由离合器盖、离合器从动盘和操纵机构组成[1]。如图1所示。

图1 膜片弹簧离合器

1.2 离合器的工作过程

图2 主要展示了膜片弹簧离合器从自由状态至分离状态的工作过程[2]。在自然状态，离合器盖和飞轮上未装配时，膜片弹簧处于（a）图状态，当使用规定力矩固定离合器盖总成至飞轮上时，离合器处于结合状态，如图（b），此时离合器从动盘总成被压紧，能有效向变速器传递扭矩。当离合器分离时，如图（c）。当踩下离合器踏板，使分离轴承推动膜片弹簧的分离指端，通过膜片弹簧受力产生反锥形，通过传动片拉动压盘与从动盘被松开，从而从动盘和压盘分离。

图2 离合器的工作过程

1.3 膜片离合器的特点

（1）膜片弹簧具有较好的非线性特性（见图3），磨损前后压紧力变化不大，且能减小离合器分离时的踏板力；

（2）膜片弹簧本身具有弹性特性及分离杠杆的作用，离合器整体重量减轻，制造工艺简单，有效降低成本；

（3）该结构相对其摩擦式离合器的结构有了明显的优化，并能有效地减小了匹配过程中的发动机的轴向尺寸。

（4）高速回转时，压紧力不降低，不平衡度小。

图3 膜片弹簧非线性特性曲线

离合器从动盘中会采用减震弹簧，能避免发动机与汽车传动系部件在相同共振频率中产生共振；降低发动机的噪音，提高零件寿命，目前常用的是二级及三级减震。某469发动机离合器从动盘压盘的结构简图如图4所示。

图4 某469发动机离合器从动盘压盘的结构简图

2 某469机型发动机离合器的匹配计算

2.1 离合器后备系数的计算

离合器后备系数β作为离合器设计中的关键参数之一，它的合理性反映了整车离合器系统设计的可靠性；对离合器可靠传递扭矩起到重要作用，故以下因素需要考虑：在离合器日常使用过程中，由于工作温度的升高、从动盘的磨损及压紧力的降低等多种原因，难免造成离合器传递扭矩的能力的下降，为保证离合器能正常运行其功能，降低单位面积滑磨功，后备系数不宜选择过小。为了使离合器的操纵轻便，防止过载，考虑整车布置的结构尽可能紧凑，离合器结构和尺寸不宜太大，故后备系数不宜选择过大。对于货车，较大的后备系数承载能力强，对于客车，尽可能选择较小的后备系数。

某469机型离合器压盘压紧力为3 500 N，离合器从动盘外径为￠190，离合器从动盘内径￠127.5，它所能传递的扭矩为Tc：

摩擦面平均有效半径Re：

当压紧力取值最小时，离合器所能传递的最大扭矩，具体数据代入公式（1）可知：

参照文献中后备系数计算公式：

故离合器的后备系数：

Temax为发动机的最大扭矩。

以上计算数据满足《汽车离合器》中微型、轻型货车及轿车的后备系数范围1.20~1.75之间的要求。

2.2 离合器滑磨功的评估

汽车在起步（尤其是半坡起步）及换挡过程中，离合器摩擦盘与压盘之间产生相对滑磨，滑磨过程会产生较大的热量，影响离合器的寿命，为了确保设计合理性，对离合器滑磨功进行计算确认。

参照文献中后备系数计算公式[3]：

式（3）中：

n一般取1500 r/min（汽车的起步转速）；

G为整车总重量（kg）；

R为轮胎滚动半径（mm）；

ig为汽车一档的速比；

i0为汽车主减速比。

将以上数据代入式（3）中计算得出：

W1=5167（J）（ 一档起步）

参照文献，则单位面积产生的滑磨功为：

将数据代入式（4）中，

计算可知：ω1=16.57 J/cm2

根据参考文献中：单位面积所产生的滑磨功规定

[ω]≤28（J/cm2），由此可知 ω1满足设计要求。

经过对车辆进行必要的假设和简化，离合器结合过程中的滑磨功，对于微型汽车要求单位面积的温升速率小于5.

其中：α ＝ π2×ne2×Me×r×G×K

式中，

ne为发动机最大扭矩时的转速，r/min；

G为车辆总质量（kg）；

sin x为设定坡度（经验值取0.125）；

K为系数（对比计算时，令K=1）。

带入以上数值计算得：Wd=141 995 J

单位面积所产生的滑磨功为：

ω1=Wd/（Z×A）=4.55 J/mm2＜5（设计目标值）

根据以上结果显示，说明该离合器的滑磨功满足设计要求。

2.3 离合器压盘温升的评估

汽车在起步瞬间，离合器的压盘和从动盘在结合过程会相对滑磨并产生一定的热量，这些热量被压盘吸收，故为了应延长离合器的使用寿命，我们需要对离合器结合瞬间压盘产生的温升Δt进行校核，根据国家标准规定的：单次接合过程中，离合器压盘的许用温升[Δt]必须小于等于10℃，目前产品中设计压盘的许用温升小于8℃.

根据参考文献中的规定，离合器压盘的起步温升为：

上式中：γ表示离合器压盘的热量比例，单片离合器γ一般取值 0.5；W1表示离合器结合产生的滑磨功；m表示离合器压盘的质量，本文中校核所用压盘质量为2.433 kg；c表示该压盘材料对应比热，本文压盘材料为HT250，取值为481（J/（kg·℃））[4]。

将计算数据代入上式中，可知：

Δt=2.2（一档起步），小于目标值8℃ .

故，该离合器压盘在一档起步时所产生温升满足设计要求。

当汽车一档起步，车辆处于静止状态下，此时离合器产生滑磨，从而导致离合器的温度必将上升，为了避免离合器温升速率过高，离合器过早烧毁，对于微型汽车要求单位面积的温升速率小于2.91.

根据经验及试验总结温升速率计算公式为：

单位面积温升速率为：

根据以上数值校核，温升速率为 2.53，满足设计需求。

2.4 离合器单位压力P及摩擦片最大圆周速度Vd

（1）离合器单位压力P的计算

在离合器使用环境比较恶劣的情况，单位压力P取值较小为好，因此它的大小也能反映了离合器的有效使用寿命。根据经验及相关企业标准，对于微车和小轿车为：0.183＜P＜0.306.根据以下计算公式可知：Δt=F/A

代入数据可知：P=0.22 MPa

满足文献中面压的设计要求。

（2）最大圆周速度Vd的计算

参照参考文献以及生产经验数据，离合器摩擦片的最大圆周速度[V]应小于65~70m/s.

将数据代入公式计算可知：Vd=59 m/s<65~70 m/s，满足设计要求（其中nmax表示发动机的额定转速）。

3 结束语

通过以上两种方法校核计算离合器的后备系数、滑功磨、温升等数据可知，新匹配的离合器总成满足设计要求；综合选用两种方法进行离合器的设计，使得我们在日常离合器匹配达到最佳状态，提高汽车传动系统的效率以及整车的性能；同时也为离合器的维修及故障诊断提供了经验数据。

[1]李 青.离合器容量的匹配计算[J].机电技术，2012，（5）：104-108.

[2]徐安石，江发潮.汽车离合器[M].北京:清华大学出版社，2005.

[3]林世裕.膜片弹簧与碟形弹簧离合器的设计与制造[M].东南大学出版社，1995.

[4]康展权.汽车工程手册（设计篇）[M].北京：人民交通出版社，2005.