高扭矩重型车用离合器的设计与研究

余汉红

摘 要：近年来，随着我国汽车行业的高速发展，对非公路使用的重载车用离合器需求旺盛。为适用重载及恶劣工况，离合器寿命及质量要求越来越高。为提高离合器质量，对高扭矩离合器如何设计中进行了研究。

关键词：高扭矩;重载车用离合器设计;优化设计;离合器寿命及质量;压盘

1.引言

目前，高扭矩离合器是重型车用离合器行业发展的一项重要设计技术。其运用到离合器设计中，能大大提高离合器的设计寿命，有效降低离合器使用后更换拆卸等使用成本。同时，能够提供高性价比的产品提升国产离合器的市场占有率。因此，高扭矩离合器的设计与研究对重型车及非公路使用的恶劣工况起到重要作用。

2.技术概述

干式摩擦离合器是汽车传动系中，发动机和变速箱之间的重要衔接部件， 通常用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，将发动机的动力通过离合器从动盘传递至变速箱。离合器由盖总成和从动盘总成组成。在汽车行驶程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，通过离合器盖总成与从动盘总成的结合分离将发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。 其功用为：（1）传递和切断动力使汽车平稳起步和停车;（2）离合器盖总成与从动盘总成之间的滑磨可保护传动系各零件因过载而损坏;（3）通过离合器使用可以减少振动及噪音。在任何工况下，能可靠地传递发动机的最大转矩;有足够的吸热和散热能力，延长离合器使用寿命。

膜片弹簧式离合器盖总成是近年来在重型车上应用最广的，它的结构简单，转矩容量大，工艺性好，易于大量生产及拆卸，更需对离合器深入研究以提高对整车的贡献度减少整车维护成本及提高整车售后质量。根据整车使用条件和参数，按照离合器开发设计流程，开发出匹配整车要求并性价比高，便于维护的汽车离合器。

430拉式离合器，常出现的故障模式如下图1所示，可以看出打滑烧蚀故障占比37.75%，居于首位。打滑烧蚀故障使离合器寿命明显降低，在新疆、山西等工况更为恶劣的地区φ430离合器打滑烧蚀故障更是频发，如下图2所示。而通过对市场上1800N.m以上大马力车型故障调查，其中打滑烧蚀故障占比已超过故障总数的50%，能否解决打滑烧蚀故障将是决定一款大马力离合器好坏的关键。

高扭矩离合器应用到重型车及恶劣工况，对我国离合器行业发展起到重要作用。通过离合器的优化设计提高其适用于高温环境，保证传递扭矩及使用寿命。离合器的生热原理很简单，就是 传递的离合器扭矩*（发动机转速 - 离合器转速）由此摩擦生热。而要让高扭矩离合器过热，主要大扭矩摩擦产生。通过选用耐磨耐高温摩擦材料匹配高热容量压盘铸件，为降低离合器工作环境中温度上升产生过热，在零件设计上采用高散热性冲压件，再搭配高强度其余零部件，采用优化的整体设计方案，可以有效提升离合器使用寿命。

2.1离合器盖

离合器盖一般耳部旋转对中，有加强筋，强度较好的板料冷冲压成形结构， 通过止口对中定位与飞轮用螺栓连接。离合器盖是离合器总成中形状比较复杂的零件， 需承载膜片弹簧的压紧力。通过试验数据我们发现离合器故障温度是是影响离合器传扭的关键因素;为此，我们设计了适用于高扭矩的通风盖，提高离合器总成使用散热性，降低工作温度，通过优化盖零件结构，增加盖零件耳部开口尺寸及形状，增加总成旋转状态的空气对流，提高总成降温特性。增加开口支承环限位卡槽，对支承环进行定位，有效保证膜片弹簧支点位置，提升离合器整体使用寿命。

2.2 离合器压盘

压盘是离合器总成中受热最严重的零件，通常采用环形盘状铸铁件，一般质量做得较重，并增加散热筋和支承膜片弹簧的支承筋。为降低离合器压盘工作时的极限温升，设计专用压盘，增加压盘热容量，防止高温烧片。

通过有限元分析，我们发现压盘最高温位置出现在压盘外圈及耳部，为此我们改进压盘结构，加大耳部尺寸，增加压盘外圈吸热能力。齿顶由12等分增加到24等分并设计成螺旋开口，增加总成通风性。

2.3分离轴承总成

分离轴承总成由分离轴承及分离套筒等组成。 分离轴承在工作时主要承受軸向分离力，同时还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。多采用全密封结构和高温锂基润滑脂角接触推力球轴承，其结构上要求尽可能减少与离合器膜片弹簧分离指端的磨损及发生偏磨现象，选用耐高温，不易流失的润滑脂。

2.4离合器从动盘总成

根据重型车高扭矩汽车的使用条件，摩擦片的性能应具有较稳定且高的摩擦系数及吸振能力;要有足够强的耐磨性和机械强度，尤其在高温环境下;热稳定性好，高温时不易被烧焦。结合时应平顺，柔和，使整车起步平顺，无 “抖动”现象。重型车高扭矩中根据路况可选择陶瓷有机片或非石棉有机片。

从动盘总成设计上要有足够小的转到惯量，便于换档及减少冲击;轴向弹性较好的压缩量及承受载荷较大的盘毂。

3.试验台架

因在车辆过载时（即扭矩太大时，如下坡等情况），要求离合器自动打滑来保护其它零件，在台架上测试了离合器的温度特性，然后验证了高散热性，高热容量，高强度结构离合器在不同使用工况下热冲击能力。通过试验数据分析，可有效传递扭矩3500Nm，适用于目前市场上各大整车厂500大马力以上发动机。

结束语

高扭矩离合器的设计为重型车用离合器的开发提供新的配套开发思路。在上文中，我们对高扭矩离合器的设计思路及结构进行了一系列的研究。后续通过该产品在实际中的有效使用，不断提升设计水平，为终端用户提供更好更可靠的产品。

参考文献

[1]徐石安江发潮. 汽车离合器[M]. 清华大学出版社， 2005.

[2]李复.力学教程（上）[M].清华大学出版社，2011.

[3]蔡泰信， 和兴锁， 朱西平. 理论力学.Ⅰ[M]. 机械工业出版社， 2007.