某新型轿车离合器系统校核

陶发强　张子远

【摘 要】在整车开发前期，因为离合器系统关系到整车操控的舒适性，所以其匹配开发工作显得尤为重要。文章针对上汽通用五菱汽车股份有限公司某新开发轿车车型的离合器及离合操纵系统进行设计校核，校核离合器摩擦功、后备系数、起步温升、离合踏板力及离合踏板行程等相关设计参数。

【关键词】离合器；离合操纵；校核

【中图分类号】U463.211 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）03-0145-03

0 引言

离合器在整车开发过程中一直作为独立的系统进行开发，离合器系统的功能为控制动力的传输与中断、其性能直接关系到汽车的驾驶舒适性。汽车离合器有干式与湿式之分，其中湿式离合器多用于自动变速箱车型，且结构复杂、价格昂贵、维修困难；在干式离合器中又有螺旋弹簧离合器与膜片弹簧离合器等类型。因膜片弹簧离合器具有结构简单、压紧力大、分离力小、性能稳定、成本低廉等诸多优点，目前市场上手动变速箱车型基本采用膜片弹簧离合器。

本文介绍了上汽通用五菱汽车股份有限公司某新开发车型所用离合器设计校核，该车型为前置前驱中型SUV车型；所匹配发动机为1.5 L增压汽油发动机，离合器为盘径φ240 mm单片干式膜片弹簧离合器。

1 设计校核所需参数

设计校核所需参数见表1、表2、表3。

2 离合器结构及工作原理

2.1 膜片弹簧离合器工作原理

膜片弹簧离合器主要利用膜片弹簧的特性来工作，膜片弹簧“力-变形”特性曲线与螺旋弹簧的线性特性曲线不同；膜片弹簧受载后其变形曲线是非线性的，图1为膜片弹簧的特性曲线。当膜片弹簧的高厚比在～2时，其特性曲线中有一段负刚度区域，即当变形增加时，载荷反而减小。膜片弹簧的这种特性非常适合做离合器压盘的压紧弹簧。可以利用其负刚度区域，达到离合器分离时分离载荷下降、降低踏板力的目的。

通过合理选择膜片弹簧的工作区间，可以使离合器在使用过程中，压盘的压紧力不随从动盘的磨损而减小。图1中，若设计要求压盘压紧力为6 000 N，则选ac段作为膜片弹簧的工作区；随着从动盘的磨损压盘向飞轮侧移动，膜片弹簧的变形减小，但压盘的压紧力却是先增大后减小，从而保证压盘压紧力不低于初始值。

2.2 膜片弹簧离合器结构

膜片弹簧离合主要由离合器盖、膜片弹簧、支撑环、压盘、传动片、铆钉等构成；膜片弹簧以支撑环为支点通过杠杆作用将压盘抬起，从而达到离合器分离的目的。膜片弹簧兼有压紧压盘与分离杠杆的功能，传动片将压盘与离合器盖相连，通过紧固螺栓与飞轮相连，从而传递发动机动力。图2（a）为膜片弹簧离合器盖总成结构示意图。

离合从动盘由摩擦片、波形弹簧、减振系统、花键轴套、铆钉等组成。减振系统由对称布置的2组螺旋弹簧构成，用于衰减发动机的转速波动，从而抑制传递至变速箱的振动。图2（b）为离合器从动盘总成结构示意图。

3 离合器校核

3.1 后备系数校核

后备系数保证了离合器能可靠传递发动机转矩的同时，还有助于减少汽车起步时的滑磨，提高离合器的使用寿命。

离合器压盘最小的压紧力为6 100 N，磨损后的压紧力为6 800 N，从动盘摩擦片外径为240 mm，内径为170 mm。离合器转矩容量计算公式如下：

3.2 摩擦功校核

离合器是依靠摩擦传递动力的，其接合过程也是离合器的滑磨过程；滑磨使摩擦片磨损的同时，也会引起压盘及飞轮温度的升高；而飞轮及压盘温度升高又会加剧滑磨，严重影响离合器的功能及寿命。因此，必须严格控制离合器的摩擦功。

3.3 压盘起步温升校核

离合器滑摩所产生的热量传递给飞轮及压盘，这要求压盘具有良好的导热性，同时热容量应尽可能大。保证离合器系统工作环境温度不至过高。压盘的热容量与材料及质量相关；由于离合器壳体及离合器转动惯量的限制，因此压盘尺寸不能过大，在满足尺寸要求的情况下，尽量选用热容量大、导热良好的材料。该车型离合器压盘材料为铸铁，铸铁具有耐压性能好、成本低廉、生产技术成熟等优点。

压盘起步温升计算公式如下：

3.4 单位面压及最大圆周速度校核

近些年，摩擦材料技术不断进步，摩擦片所能承受的压强有所提高。

参考经验及企业标准，摩擦片单位面压[p]≤1 MPa；从动盘最大圆周速度不应超过65～70 m/s。

已知发动机最大转速Nemax=4 500 r/min；从动盘最大圆周速度：

4 离合操纵机构校核

该车型选用的是液压式离合操纵机构，液压式离合器操纵机构与拉索式操纵机构相比，具有摩擦阻力小、工作效率高、性能稳定、操作舒适等优点；同时，因管路的高可塑性，对于离合操纵系统的布置极为有利。减振阀用于衰减由于曲轴轴向窜动、分离指端跳及装配误差造成的液压冲击；从而抑制踏板抖动，改善操作离合踏板的舒适性。图3为该车型离合操縱系统。

4.1 离合踏板行程校核

5 结语

由以上校核计算结果可知，该车型所匹配离合系统符合设计要求。需要说明的是，在实车验证的过程中，实车测量结果与计算值是有偏差的；对踏板力的多次测量结果显示，踏板力值在99～115 N。考虑到离合器系统的制造公差、离合操纵系统中运动副之间的摩擦及管路的膨胀等影响因素，校核计算的结果与试验结果是相当吻合的。

参 考 文 献

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

[2]徐石安，江发潮.汽车离合器[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3]胡静.汽车离合器基本特性的仿真研究[D].南京：南京理工大学，2014.

[责任编辑：陈泽琦]