一款燃?xì)饪蛙嚨碾x合器匹配設(shè)計(jì)

文/童永 趙理想

?

一款燃?xì)饪蛙嚨碾x合器匹配設(shè)計(jì)

文/童永 趙理想

離合器是把汽車或其他動(dòng)力機(jī)械的引擎動(dòng)力以開關(guān)的方式傳遞至車軸上的裝置。離合器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間，是汽車傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相聯(lián)系的總成件。

1. 技術(shù)背景

離合器種類繁多，目前客車匹配手動(dòng)變速箱狀態(tài)時(shí)，安裝摩擦離合器較為廣泛。摩擦離合器是應(yīng)用得最廣也是歷史最久的一類離合器，它基本上是由主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)四部分組成。主、從動(dòng)部分和壓緊機(jī)構(gòu)是保證離合器處于接合狀態(tài)并能傳動(dòng)動(dòng)力的基本結(jié)構(gòu)，而離合器的操縱機(jī)構(gòu)主要是使離合器分離的裝置。在分離過程中，踩下離合器踏板，在自由行程內(nèi)首先消除離合器的自由間隙，然后在工作行程內(nèi)產(chǎn)生分離間隙，離合器分離。在接合過程中，逐漸松開離合器踏板，壓盤在壓緊彈簧的作用下向前移動(dòng)，首先消除分離間隙，并在壓盤、從動(dòng)盤和飛輪工作表面上作用足夠的壓緊力；之后分離軸承在復(fù)位彈簧的作用下向后移動(dòng)，產(chǎn)生自由間隙，離合器接合。

摩擦離合器按壓緊彈簧的形式，分為螺旋彈簧離合器和膜片彈簧離合器。

1.1螺旋彈簧離合器（如圖一所示）

優(yōu)點(diǎn)：制造技術(shù)要求不高，質(zhì)量穩(wěn)定，性能可靠，生產(chǎn)企業(yè)較多，售價(jià)較低，維修方便。

缺點(diǎn)：高速性能差，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)周置螺旋彈簧會(huì)在離心力的作用下易歪斜甚至嚴(yán)重彎曲鼓出而顯著降低壓緊力；使用壽命短，離合器的壓緊力會(huì)隨著摩擦片的磨損而下降；軸向尺寸較大，在軸向尺寸相同時(shí)，壓盤的厚度較薄，壓緊力受影響。

1.2膜片彈簧離合器（如圖二所示）

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，尤其是軸向尺寸較?。簧嵬L(fēng)性好，軸向尺寸相同時(shí)可以設(shè)計(jì)出更厚的壓盤，且斷面比較均勻易于布置散熱筋等，降低離合器的溫度；高速性能好，使用壽命長，在整個(gè)使用過程中，盡管摩擦片會(huì)產(chǎn)生磨損，離合器的壓緊力幾乎不會(huì)下降；操縱力更小，操作更加輕便。數(shù)據(jù)證明，相同壓緊力的條件下，膜片彈簧離合器的操縱力比螺旋彈簧離合器降低25%-35%。

缺點(diǎn)：在摩擦片磨損后，雖然壓緊力增加但同時(shí)分離力也同樣增加，制造技術(shù)要求較高，市場(chǎng)售價(jià)也較貴。

圖一 螺旋彈簧離合器

圖二 膜片彈簧離合器

2. 離合器匹配設(shè)計(jì)基本原則

離合器的主要功用是切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞。保證汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)平順結(jié)合，確保汽車平穩(wěn)起步；換擋時(shí)，減少變速器中換擋齒輪之間的沖擊；工作中受到較大動(dòng)載荷時(shí)，限制傳動(dòng)系統(tǒng)所受的最大轉(zhuǎn)矩，以保護(hù)系統(tǒng)。

離合器具有良好的工作性能，應(yīng)滿足如下的條件：

表一 離合器應(yīng)滿足的使用性能條件

通常情況下離合器型號(hào)的確定主要考慮的因素有：汽車的用途、發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出扭矩參數(shù)、離合器本身的質(zhì)量參數(shù)及配件價(jià)格等。

3. 基本參數(shù)

3.1整車參數(shù)

現(xiàn)車型為HFF6115G50C（11米燃?xì)夤豢蛙嚕?，整車參?shù)如表二所示：

表二 整車參數(shù)

3.2離合器參數(shù)

在考慮動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，初步選擇型號(hào)為：Φ420單片、干式螺旋彈簧推力式離合器，其參數(shù)如表三所示：

表三 離合器參數(shù)

4. 離合器性能匹配計(jì)算

城市公交的離合器，使用頻繁、工況惡劣的使用需求；燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)相較于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，傳遞出的扭矩較低，但是額定轉(zhuǎn)速較高。綜合上述，對(duì)該車型的離合器性能匹配計(jì)算需達(dá)到較高的要求。

4.1摩擦片外徑圓周速度校核

摩擦片外徑的選取應(yīng)使最大圓周速度v0不超過65～70m/s，即

式中：v0為摩擦片的最大圓周速度（m/ s）；：nemax為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，此例中為2500r/min；D為摩擦片外徑420mm。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算，

計(jì)算結(jié)果未超出65～70m/s的范圍，滿足使用要求。

4.2儲(chǔ)備系數(shù)的計(jì)算

根據(jù)汽車設(shè)計(jì)，儲(chǔ)備系數(shù)反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的可靠程度。

城市公交客車離合器儲(chǔ)備系數(shù)β一般選擇1.5～2.25之間，根據(jù)公式，代入數(shù)據(jù)計(jì)算出該車型儲(chǔ)備系數(shù)，超過標(biāo)準(zhǔn)值。較高數(shù)值對(duì)于傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，保證傳動(dòng)系接合平穩(wěn)有很大的改善。

為可靠傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和防止離合器滑磨時(shí)間過長，β不宜選的過?。粸槭闺x合器尺寸不致過大，保證操縱輕便，β不宜選的過大。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率較大、使用條件較好時(shí)，β可選的小些；使用條件惡劣，為提高起步能力，減少離合器滑磨，β宜選的大些。

4.3離合器的單位許用壓力校核

單位壓力決定了摩擦表面的耐磨性，對(duì)離合器工作性能和使用壽命有很大影響，選取時(shí)應(yīng)考慮離合器的工作條件，發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率。不同材料從動(dòng)盤的承壓能力不同。為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，選取單位壓力P的最大范圍為0.15～0.35Mpa。如果計(jì)算值大于或接近該數(shù)值，就應(yīng)考慮適當(dāng)加大離合器的規(guī)格。對(duì)于離合器使用頻繁、工況惡劣的城市公交，其許用值應(yīng)按上述數(shù)值的下限選取。

4.4離合器單位面積上車輛總質(zhì)量校核

不同車輛的離合器單位面積上車輛總質(zhì)量數(shù)值是不同的，對(duì)于應(yīng)用于城市公交的螺旋彈簧離合器來說，m0應(yīng)在6.0～10.0的范圍內(nèi)。

4.5離合器單位面積上滑磨功的計(jì)算校核

為了減少汽車起步過程中離合器的滑磨，防止摩擦片溫度過高而發(fā)生燒傷，離合器每一次接合的單位摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其許用值，對(duì)于公交車（參考湖北三環(huán)離合器廠家數(shù)據(jù)）不超過0.3，即

式中W為汽車起步時(shí)離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功，可根據(jù)下式計(jì)算式中，

rr為輪胎滾動(dòng)半徑，ig為汽車起步時(shí)所用變速箱檔位的傳動(dòng)比（一檔起步為6.9），i0為后橋傳動(dòng)比，nc為離合器接合時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，取1200r/min，正常一般為600-800 r/min，將數(shù)據(jù)代入上式得出W=29450J（一檔起步）；從而得出=4×29450/（3.14×2×128000）=0.146 J/ mm2（一檔起步）＜0.3J/mm2，計(jì)算結(jié)果符合規(guī)定的數(shù)值范圍。

注意：帶油門一檔起步時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能超過2145r/min，如若超過會(huì)導(dǎo)致離合器滑磨功過大、離合器溫升高，從而降低離合器壓緊力。

4.6離合器接合時(shí)的溫升

式中，t為壓盤溫升，c為壓盤比熱容，取c=500kG*℃/J，λ為傳到壓盤的熱量所占的比例，對(duì)于單片離合器壓盤來說λ=2，m為壓盤的質(zhì)量，取m=23Kg。

代入數(shù)據(jù)得出t=1.28℃＜8℃，滿足要求。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，離合器各項(xiàng)使用指標(biāo)均滿足使用標(biāo)準(zhǔn)。

5. 結(jié)論

由以上計(jì)算，車型HFF6115G50C匹配Φ420單片、干式螺旋彈簧推力式離合器的相關(guān)參數(shù)：摩擦片外徑最大圓周速度、儲(chǔ)備系數(shù)、單位面積許用壓力、單位面積車輛總質(zhì)量、單位面積滑磨功、溫升均滿足汽車設(shè)計(jì)中離合器設(shè)計(jì)的要求。其中儲(chǔ)備系數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)較大，使得離合器具有高可靠性，提高了使用壽命，提升了公交車輛的整車可靠性。綜合上述，理論匹配合理，后續(xù)需通過車輛運(yùn)行進(jìn)行驗(yàn)證。

（作者單位：安徽安凱汽車股份有限公司）