某轻型校车匹配Φ275膜片弹簧离合器设计校核

尹帮奇

（广西玉柴机器股份有限公司，广西 玉林537005）

某轻型校车匹配Φ275膜片弹簧离合器设计校核

尹帮奇

（广西玉柴机器股份有限公司，广西 玉林537005）

针对玉柴新开发的某发动机配套国内某汽车厂轻型校车选配Φ275/Φ180膜片弹簧离合器，对该离合器的储备系数、滑磨功、起步温升、使用寿命及操纵机构的踏板行程及踏板力等进行校核。

离合器；设计；校核

离合器能有效地传递和中断发动机的动力，保证汽车在起步时发动机与传动系统能够平顺地接合，确保汽车平稳起步。膜片弹簧离合器具有理想的非线性特性，压盘的压紧力均匀且稳定，具有结构简单，零部件数量少，维护保养方便等优点［1］。本文主要介绍了玉柴新开发的某款发动机配套国内某汽车厂轻型校车的离合器设计校核过程，对今后该发动机配套其他车型起到指导借鉴作用。

1　相关技术参数

表1、表2、表3分别为整车、发动机、离合器及操纵机构相关参数。离合器总成相关结构如图1所示。

表1　整车及发动机相关参数

表2　离合器相关参数

表3　离合器操纵机构相关参数

图1　离合器总成结构图

2　离合器使用性能校核

2.1储备系数校核

储备系数主要校核离合器在发动机输出最大扭矩情况下传递扭矩的可靠性。根据文献［1］可知离合器所能传递扭矩的计算公式为:

式中，

Fc为离合器压盘的压紧力；

μ为压盘对摩擦面的摩擦系数，取0.28；

η为传动效率；

Z为离合器摩擦面数，单片式Z=2；

Rc为摩擦面有效半径，有效半径Rc按均压法［1］计算：

带入相关参数，计算得离合器压紧力最小时所能传递的最大摩擦扭矩为:Tc=517 N·m.

发动机输出的最大扭矩为Temax=330 N·m，则储备系数为：β=Tc/Temax=517/330=1.57.

符合轻型汽车储备系数为1.4～1.7的要求［1］。

2.2滑磨功的校核

在汽车起步或者换档过程中，由于离合器压盘和从动盘的转速不等，产生相对滑动摩擦，通过相对滑动摩擦使汽车平稳起步或平顺换档，相对滑动产生的热量使离合器温度升高。根据《膜片弹簧与碟形弹簧离合器的设计与制造》中指出，滑磨功的计算公式为:

式中，

ns为汽车起步时发动机的转速，取1 200 r/min；

Ig为汽车起步档的传动比；

将相关数据代入式（3）计算得起步滑磨功为:

WⅠ=15 172.4 J（Ⅰ档起步）；

WⅡ=51 987.8 J（Ⅱ档起步）

单位面积滑磨功ω=W/（Z·A），式中，A为从动盘单面摩擦面面积，A=π·（D2-d2）/4；

计算得：ωⅠ=22.3 J/cm2（Ⅰ档起步），

ωⅡ=76.6 J/cm2（Ⅱ档起步）

Ⅰ档起步时的单位面积滑磨功符合轻型汽车单位面积许用滑磨功［ω］≤25～33 J/cm2的要求；Ⅱ档起步时单位面积滑磨功严重超标，使用中严禁以Ⅱ档起步。

2.3起步压盘温升的校核

离合器压盘与从动盘之间由于相对滑动产生的滑磨功主要由离合器压盘吸收，使离合器压盘温度升高，因此有必要核算离合器每一次接合过程中压盘的温升△t，避免温度过高烧毁离合器压盘，要求每次起步时许用温升［△t］≤10℃［1］.

文献［1］指出，起步过程中压盘温升计算公式为:

△t=γ·W（4）

式中，

γ为传给所验算压盘的热量比例，单片式取0.5；

W为滑磨功；

m为所验算压盘的质量8.93 kg；

c为压盘材料的比热容，铸铁材料为544 J/（kg·℃）.

将前面计算的相关参数代入式（4），计算得：

△t1=1.56℃≤［△t］（Ⅰ档）；

△t2=5.35℃≥［△t］（Ⅱ档）

即离合器压盘Ⅰ档、Ⅱ档起步温升均符合要求。

2.4离合器使用寿命的校核

离合器的使用寿命主要取决于摩擦片的磨损程度，通常以汽车行驶的里程或使用时间来表示。摩擦片的磨损量△V主要根据滑磨功W来计算，研究表明，每次起步时摩擦片磨损量△V与滑磨功W之间呈线性关系［1］。即△V=Kw·W，则离合器的使用寿命为：

式中，

L为离合器的使用寿命（公里或小时）；

Kw为磨损率［2］，对于汽车离合器，Kw=120×10-6mm3/J；

V0为摩擦片允许磨损体积；

A为摩擦片单面的摩擦面积（mm2）；

△S为最大容许磨损量，以厚度计（mm），取2 mm；

N为起步频度，取3次km/h.

对于轻型汽车，B10寿命要求LB10不小于104km/h.带入参数计算L=124 307.7 km/h≥［LB10］，即离合器在使用生命周期内使用寿命符合要求。

2.5单位面压和最大圆周速度的校核

单位面压一定程度反映离合器使用寿命的大小，《汽车离合器》当中指出，对于轻型汽车，单位面压P应不大于［P0］=0.25 MPa；最大圆周速度反映离合器压盘的可靠性，过大的圆周速度易由于离心力过大导致压盘崩裂。对于单片式摩擦片，最大圆周速度应满足［V］≤65～70 m/s［2］.

单位面压：P=Tc/A=0.23 MPa≤［P0］

最大圆周速度:V=π×Nemax×D/60，式中，Nemax为发动机最高转速，Nemax=4 000 r/min.计算得到：

V=57.6 m/s＜［V］，满足使用要求。

可见，该离合器的单位面压和最大圆周速度均满足要求。

3　离合器操作机构校核

3.1离合器踏板行程的校核

图2为该校车离合器液压操纵机构简图。

图2　离合器液压操纵机构简图

该液压操纵机构传动的踏板总行程S总由自由行程S1和工作行程S2两部分组成。离合器分离行程S0为7.5 mm，分离轴承与离合器膜片间隙为0，则需保证离合器分离轴承至少有7.5 mm的移动距离。考虑到传动中的液压损失，行程效率η1取0.9.

离合工作缸行程：

S工=S0·i2=7.5×2=15 mm

离合主缸行程：

S主=S工·i3/η1=15×1.69/0.9=28 mm

离合器踏板自由行程：

则离合器踏板总行程为：

符合《汽车离合器》当中推荐的轻型汽车离合踏板行程≤150 mm的要求，该匹配是合理的。

3.2离合器踏板力的设计校核

离合器压盘最大分离力FQ为2 150 N，根据操作机构布置可计算出此时离合器的踏板力为：则踏板力为：

符合《汽车离合器》中关于轻型汽车踏板力不大于150 N的设计要求。

此时，驾驶员在一次踩离合器踏板中所作的功为W踩=F·S总=21.3 J，满足《汽车离合器》当中对于轻型汽车一次踩离合驾驶员所做的功≤30 J的要求。

4　结束语

通过对Φ275离合器的储备系数、滑磨功、起步温升、使用寿命和离合器操纵机构的分离力及分离行程等校核，该离合器Ⅰ档的使用性能满足该校车的匹配需求。

当Ⅱ档起步时，单位面积滑磨功超标，使用过程中严禁以Ⅱ档起步。可见，起步时档位越高，传动比越小，则汽车的滑磨功越大，将会降低离合器的使用寿命。

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

［2］徐安石，江发潮.汽车离合器［M］.北京:清华大学出版社，2005.

The Design and Check to One Light-Duty School Bus Match Φ275 Clutch

YIN Bang-qi
（Guangxi Yuchai Machinery Co.，Ltd.，Yulin Guangxi 537005，China）

This paper describes an engine of Yuchai Company matching a light-duty school bus of domestic auto factory with Φ275/Φ180 clutch.Check and calculate the clutch transferring torque，sliding friction work，rising temperature，lifecycle，pedal force and stroke，etc.

clutch；design；check

U463.211

A

1672-545X（2016）07-0052-02

2016-04-18

尹帮奇（1989-），男，助理工程师，本科，主要从事发动机研究工作。