轻型载货汽车离合器的设计

德州学院汽车工程学院 王晓林 于士军

轻型载货汽车离合器的设计

德州学院汽车工程学院 王晓林 于士军

随着汽车产业的飞速发展，人们对车辆各种性能的追求不断提高，人们对离合器及其操纵系统的要求也越来越高，增大离合器所能传递的最大转矩和提高其操纵方便性、快捷性，成为汽车生产厂商考虑的问题。本文就离合器的基本结构和要求、离合器的结构方案以及参数的选择和优化进行分析和设计，为轻型载货汽车离合器的设计提供参考。

离合器；设计；结构分析；参数优化

1 引言

随着世界经济的迅速发展，各国都不断在汽车业投入大量的资金和技术。我国的人均消费水平也在不断提升，对汽车的需求量也在与日俱增，我国汽车产业也前景广阔。汽车产业已然成为我国的支柱产业之一，同时汽车产业也代表了国家的工业发展水平。汽车离合器作为汽车重要的部件之一，具有广阔的发展前景。

2 离合器的基本要求

对离合器的基本要求是：结合平顺柔和，以保证汽车平稳起步；分离迅速彻底，便于换挡和发动机起动；具有合适的储备能力，既能保证传递发动机最大转矩，又能防止传动系过载；从动部分的转动惯量应尽量小，以减少换挡时的冲击；具有良好的散热能力；操纵轻便，以减少驾驶员的疲劳。

3 离合器的结构方案分析及参数选择与优化

3.1 离合器总成结构方案分析

3.1.1 离合器总成的选择

汽车离合器总成有摩擦盘式离合器、周布弹簧式离合器、中央弹簧离合器等几种。本次设计选择摩擦盘式离合器。摩擦盘式离合器转矩容量大且较稳定，操纵轻便、结构简单且较紧凑，散热通风性能好且摩擦片的使用寿命长。下图为摩擦片总成。

图1 摩擦片总成

3.1.2 从动盘的选择

从动盘主要分为单片离合器和双片离合器。对于轻型载货汽车而言，因发动机的输出扭矩一般不是特别大，在使用时能保证接合平顺分离彻底即可，在此我们选用单片离合器。其结构简单、从动部分转动惯量小、维修调整方便、散热良好，应用广泛。

3.1.3 压紧弹簧和布置形式的选择

通过对目前常规的五种压紧弹簧（周置弹簧、中央弹簧、斜置弹簧、膜片弹簧、拉式膜片弹簧）的分析及综合轻型载货汽车的各种性能参数以及所要满足的要求，选择拉式膜片弹簧离合器作为离合器的压紧弹簧。

3.1.4 压盘驱动形式选择

扭矩在膜片弹簧离合器中从离合器盖传到压盘有三种方式：径向传动驱动式、径向传动片驱动方式、凸台—窗孔式。其中径向传动驱动式操作方便，需要的踏板力小，旋转件不会因为动作不平衡而产生震动和噪音。故本次设计选用径向传动驱动方式。

3.1.5 扭转减振器

扭转减振器可以削减曲轴扭转振动，提高曲轴的疲劳寿命，减少应力水平；增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并削减因冲击而产生的瞬态扭振；减少整车的振动、噪音。故选用扭转减振器。

3.2 离合器主要参数的选择

3.2.1 后备系数β

后备系数β是离合器设计中的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择β时，应考虑摩擦片在使用过程中磨损后离合器仍可正常工作。综合实际情况，本次设计取β=1.4。

3.2.2 摩擦因数f和摩擦面数Z

摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。摩擦因数f的取值范围见表1。

表1 摩擦材料的摩擦因数f的取值范围

本次设计取f=0.3。

摩擦面数Z一般为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器的结构尺寸和所要传递的扭矩的最大值。本次设计取单片离合器Z=2。

3.2.3 摩擦片外径D、内径d和厚度b

摩擦片外径是离合器基本的尺寸，它关系到离合器的重量和使用的寿命，是离合器的一个重要的参数。它的大小与离合器的最大转矩有一定的关系。公式如下：

式中：Tmax为发动机最大转矩，取Tmax=170N*m；

A为不同结构和使用条件对D的影响系数，对于轻型载货汽车取A=34。

当摩擦外径D确定后，摩擦片内径d可以根据经验公式d/D 在0.35～0.7选择。

取c=d/D=0.66d=0.66D=0.66225=148.5mm取d=150mm。

摩擦片厚度b主要有3.2 mm、3.5 mm、4.0 mm三种。取b=3.5 mm。

3.2.4 单位压力P0的确定

单位压力P0对离合器的使用寿命影响很大，它决定了摩擦片的耐磨性。在选取的时候应考虑离合器的工作条件、摩擦片参数以及后备系数等。目前离合器设计时单位压力推荐选择范围如下：

石棉基材料 P0=0.10Mpa～0.35Mpa；

粉末冶金材料P0=0.35Mpa～0.60Mpa；

金属陶瓷材料P0=0.70Mpa～1.50Mpa。

本次设计p取0.25，离合器摩擦片选用石棉基材料。

3.3 离合器基本参数的优化

（1）选取摩擦片的外径D（mm）时要保证最大圆周速度υD为65m/s～70m/s。

（2）摩擦片的内、外径比c应在0.53～0.70范围内，本次设计取c=0.67。

（3）为了使发动机发出的转矩稳定传递并且保证不过载，应选择合适的β值，其范围在1.2～4.0，本次设计取β=1.6。

（4）为了保证离合器在工作过程中的温度正常，防止摩擦片因过热而损坏，保证单位压力P0在0.10Mpa～1.50 Mpa。本次设计P0取0.25。

（5）扭转减振器在安装时应保证其位置正确，摩擦片内径d必须大于减振器弹簧位置直径2R0约50 mm，即d＞2 R0+50 mm。

4 结论

本文系统地介绍了离合器的设计要求、离合器总成的选择、参数的确定及优化，为离合器的设计提供了一定的参考方案和数据。合适的离合器总成的选择以及参数的优化对汽车的各种性能都有着极大的提升。随着科学技术的发展，离合器也随之不断地改进优化，各种新技术不断出现也推动了汽车产业的不断发展。

［1］冯晋祥、陈德阳，汽车构造，人民交通出版社，2012.

［2］余志生，汽车理论，北京：机械工业出版社.

［3］王望予，汽车设计，北京：机械工业出版社，2006.

［4］徐石安，汽车离合器，北京：清华大学出版社，2005.