某469汽油機匹配膜片彈簧離合器校核計算方法研究

袁定軍，冉 耀，楊 樂，戈 翔

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005）

離合器是發動機動力傳遞的重要部件，設計匹配選型的合理性將直接對發動機的動力性和噪聲、振動有很大影響，更重要的是影響到對整車的操控性能以及駕駛安全性。當前，制造離合器廠家越來越多，型號也更加繁雜，為了減少在離合器匹配過程中節約開發周期，本文針對現有膜片彈簧離合器的選型設計進行分析，并進行具體的分析計算，有效的為設計人員提供經驗數據作參考。本文針對LJ469發動機匹配某MPV車型的離合器匹配進行計算校核。

1 推式膜片離合器的構造及工作過程

1.1 主要結構

膜片彈簧離合器主要由離合器蓋、離合器從動盤和操縱機構組成[1]。如圖1所示。

圖1 膜片彈簧離合器

1.2 離合器的工作過程

圖2 主要展示了膜片彈簧離合器從自由狀態至分離狀態的工作過程[2]。在自然狀態，離合器蓋和飛輪上未裝配時，膜片彈簧處于（a）圖狀態，當使用規定力矩固定離合器蓋總成至飛輪上時，離合器處于結合狀態，如圖（b），此時離合器從動盤總成被壓緊，能有效向變速器傳遞扭矩。當離合器分離時，如圖（c）。當踩下離合器踏板，使分離軸承推動膜片彈簧的分離指端，通過膜片彈簧受力產生反錐形，通過傳動片拉動壓盤與從動盤被松開，從而從動盤和壓盤分離。

圖2 離合器的工作過程

1.3 膜片離合器的特點

（1）膜片彈簧具有較好的非線性特性（見圖3），磨損前后壓緊力變化不大，且能減小離合器分離時的踏板力；

（2）膜片彈簧本身具有彈性特性及分離杠桿的作用，離合器整體重量減輕，制造工藝簡單，有效降低成本；

（3）該結構相對其摩擦式離合器的結構有了明顯的優化，并能有效地減小了匹配過程中的發動機的軸向尺寸。

（4）高速回轉時，壓緊力不降低，不平衡度小。

圖3 膜片彈簧非線性特性曲線

離合器從動盤中會采用減震彈簧，能避免發動機與汽車傳動系部件在相同共振頻率中產生共振；降低發動機的噪音，提高零件壽命，目前常用的是二級及三級減震。某469發動機離合器從動盤壓盤的結構簡圖如圖4所示。

圖4 某469發動機離合器從動盤壓盤的結構簡圖

2 某469機型發動機離合器的匹配計算

2.1 離合器后備系數的計算

離合器后備系數β作為離合器設計中的關鍵參數之一，它的合理性反映了整車離合器系統設計的可靠性；對離合器可靠傳遞扭矩起到重要作用，故以下因素需要考慮：在離合器日常使用過程中，由于工作溫度的升高、從動盤的磨損及壓緊力的降低等多種原因，難免造成離合器傳遞扭矩的能力的下降，為保證離合器能正常運行其功能，降低單位面積滑磨功，后備系數不宜選擇過小。為了使離合器的操縱輕便，防止過載，考慮整車布置的結構盡可能緊湊，離合器結構和尺寸不宜太大，故后備系數不宜選擇過大。對于貨車，較大的后備系數承載能力強，對于客車，盡可能選擇較小的后備系數。

某469機型離合器壓盤壓緊力為3 500 N，離合器從動盤外徑為￠190，離合器從動盤內徑￠127.5，它所能傳遞的扭矩為Tc：

摩擦面平均有效半徑Re：

當壓緊力取值最小時，離合器所能傳遞的最大扭矩，具體數據代入公式（1）可知：

參照文獻中后備系數計算公式：

故離合器的后備系數：

Temax為發動機的最大扭矩。

以上計算數據滿足《汽車離合器》中微型、輕型貨車及轎車的后備系數范圍1.20~1.75之間的要求。

2.2 離合器滑磨功的評估

汽車在起步（尤其是半坡起步）及換擋過程中，離合器摩擦盤與壓盤之間產生相對滑磨，滑磨過程會產生較大的熱量，影響離合器的壽命，為了確保設計合理性，對離合器滑磨功進行計算確認。

參照文獻中后備系數計算公式[3]：

式（3）中：

n一般取1500 r/min（汽車的起步轉速）；

G為整車總重量（kg）；

R為輪胎滾動半徑（mm）；

ig為汽車一檔的速比；

i0為汽車主減速比。

將以上數據代入式（3）中計算得出：

W1=5167（J）（ 一檔起步）

參照文獻，則單位面積產生的滑磨功為：

將數據代入式（4）中，

計算可知：ω1=16.57 J/cm2

根據參考文獻中：單位面積所產生的滑磨功規定

[ω]≤28（J/cm2），由此可知 ω1滿足設計要求。

經過對車輛進行必要的假設和簡化，離合器結合過程中的滑磨功，對于微型汽車要求單位面積的溫升速率小于5.

其中：α ＝ π2×ne2×Me×r×G×K

式中，

ne為發動機最大扭矩時的轉速，r/min；

G為車輛總質量（kg）；

sin x為設定坡度（經驗值取0.125）；

K為系數（對比計算時，令K=1）。

帶入以上數值計算得：Wd=141 995 J

單位面積所產生的滑磨功為：

ω1=Wd/（Z×A）=4.55 J/mm2＜5（設計目標值）

根據以上結果顯示，說明該離合器的滑磨功滿足設計要求。

2.3 離合器壓盤溫升的評估

汽車在起步瞬間，離合器的壓盤和從動盤在結合過程會相對滑磨并產生一定的熱量，這些熱量被壓盤吸收，故為了應延長離合器的使用壽命，我們需要對離合器結合瞬間壓盤產生的溫升Δt進行校核，根據國家標準規定的：單次接合過程中，離合器壓盤的許用溫升[Δt]必須小于等于10℃，目前產品中設計壓盤的許用溫升小于8℃.

根據參考文獻中的規定，離合器壓盤的起步溫升為：

上式中：γ表示離合器壓盤的熱量比例，單片離合器γ一般取值 0.5；W1表示離合器結合產生的滑磨功；m表示離合器壓盤的質量，本文中校核所用壓盤質量為2.433 kg；c表示該壓盤材料對應比熱，本文壓盤材料為HT250，取值為481（J/（kg·℃））[4]。

將計算數據代入上式中，可知：

Δt=2.2（一檔起步），小于目標值8℃ .

故，該離合器壓盤在一檔起步時所產生溫升滿足設計要求。

當汽車一檔起步，車輛處于靜止狀態下，此時離合器產生滑磨，從而導致離合器的溫度必將上升，為了避免離合器溫升速率過高，離合器過早燒毀，對于微型汽車要求單位面積的溫升速率小于2.91.

根據經驗及試驗總結溫升速率計算公式為：

單位面積溫升速率為：

根據以上數值校核，溫升速率為 2.53，滿足設計需求。

2.4 離合器單位壓力P及摩擦片最大圓周速度Vd

（1）離合器單位壓力P的計算

在離合器使用環境比較惡劣的情況，單位壓力P取值較小為好，因此它的大小也能反映了離合器的有效使用壽命。根據經驗及相關企業標準，對于微車和小轎車為：0.183＜P＜0.306.根據以下計算公式可知：Δt=F/A

代入數據可知：P=0.22 MPa

滿足文獻中面壓的設計要求。

（2）最大圓周速度Vd的計算

參照參考文獻以及生產經驗數據，離合器摩擦片的最大圓周速度[V]應小于65~70m/s.

將數據代入公式計算可知：Vd=59 m/s<65~70 m/s，滿足設計要求（其中nmax表示發動機的額定轉速）。

3 結束語

通過以上兩種方法校核計算離合器的后備系數、滑功磨、溫升等數據可知，新匹配的離合器總成滿足設計要求；綜合選用兩種方法進行離合器的設計，使得我們在日常離合器匹配達到最佳狀態，提高汽車傳動系統的效率以及整車的性能；同時也為離合器的維修及故障診斷提供了經驗數據。

[1]李 青.離合器容量的匹配計算[J].機電技術，2012，（5）：104-108.

[2]徐安石，江發潮.汽車離合器[M].北京:清華大學出版社，2005.

[3]林世裕.膜片彈簧與碟形彈簧離合器的設計與制造[M].東南大學出版社，1995.

[4]康展權.汽車工程手冊（設計篇）[M].北京：人民交通出版社，2005.