某輕型校車匹配Φ275膜片彈簧離合器設計校核

尹幫奇

（廣西玉柴機器股份有限公司，廣西 玉林537005）

某輕型校車匹配Φ275膜片彈簧離合器設計校核

尹幫奇

（廣西玉柴機器股份有限公司，廣西 玉林537005）

針對玉柴新開發(fā)的某發(fā)動機配套國內某汽車廠輕型校車選配Φ275/Φ180膜片彈簧離合器，對該離合器的儲備系數(shù)、滑磨功、起步溫升、使用壽命及操縱機構的踏板行程及踏板力等進行校核。

離合器；設計；校核

離合器能有效地傳遞和中斷發(fā)動機的動力，保證汽車在起步時發(fā)動機與傳動系統(tǒng)能夠平順地接合，確保汽車平穩(wěn)起步。膜片彈簧離合器具有理想的非線性特性，壓盤的壓緊力均勻且穩(wěn)定，具有結構簡單，零部件數(shù)量少，維護保養(yǎng)方便等優(yōu)點［1］。本文主要介紹了玉柴新開發(fā)的某款發(fā)動機配套國內某汽車廠輕型校車的離合器設計校核過程，對今后該發(fā)動機配套其他車型起到指導借鑒作用。

1　相關技術參數(shù)

表1、表2、表3分別為整車、發(fā)動機、離合器及操縱機構相關參數(shù)。離合器總成相關結構如圖1所示。

表1　整車及發(fā)動機相關參數(shù)

表2　離合器相關參數(shù)

表3　離合器操縱機構相關參數(shù)

圖1　離合器總成結構圖

2　離合器使用性能校核

2.1儲備系數(shù)校核

儲備系數(shù)主要校核離合器在發(fā)動機輸出最大扭矩情況下傳遞扭矩的可靠性。根據(jù)文獻［1］可知離合器所能傳遞扭矩的計算公式為:

式中，

Fc為離合器壓盤的壓緊力；

μ為壓盤對摩擦面的摩擦系數(shù)，取0.28；

η為傳動效率；

Z為離合器摩擦面數(shù)，單片式Z=2；

Rc為摩擦面有效半徑，有效半徑Rc按均壓法［1］計算：

帶入相關參數(shù)，計算得離合器壓緊力最小時所能傳遞的最大摩擦扭矩為:Tc=517 N·m.

發(fā)動機輸出的最大扭矩為Temax=330 N·m，則儲備系數(shù)為：β=Tc/Temax=517/330=1.57.

符合輕型汽車儲備系數(shù)為1.4～1.7的要求［1］。

2.2滑磨功的校核

在汽車起步或者換檔過程中，由于離合器壓盤和從動盤的轉速不等，產生相對滑動摩擦，通過相對滑動摩擦使汽車平穩(wěn)起步或平順換檔，相對滑動產生的熱量使離合器溫度升高。根據(jù)《膜片彈簧與碟形彈簧離合器的設計與制造》中指出，滑磨功的計算公式為:

式中，

ns為汽車起步時發(fā)動機的轉速，取1 200 r/min；

Ig為汽車起步檔的傳動比；

將相關數(shù)據(jù)代入式（3）計算得起步滑磨功為:

WⅠ=15 172.4 J（Ⅰ檔起步）；

WⅡ=51 987.8 J（Ⅱ檔起步）

單位面積滑磨功ω=W/（Z·A），式中，A為從動盤單面摩擦面面積，A=π·（D2-d2）/4；

計算得：ωⅠ=22.3 J/cm2（Ⅰ檔起步），

ωⅡ=76.6 J/cm2（Ⅱ檔起步）

Ⅰ檔起步時的單位面積滑磨功符合輕型汽車單位面積許用滑磨功［ω］≤25～33 J/cm2的要求；Ⅱ檔起步時單位面積滑磨功嚴重超標，使用中嚴禁以Ⅱ檔起步。

2.3起步壓盤溫升的校核

離合器壓盤與從動盤之間由于相對滑動產生的滑磨功主要由離合器壓盤吸收，使離合器壓盤溫度升高，因此有必要核算離合器每一次接合過程中壓盤的溫升△t，避免溫度過高燒毀離合器壓盤，要求每次起步時許用溫升［△t］≤10℃［1］.

文獻［1］指出，起步過程中壓盤溫升計算公式為:

△t=γ·W（4）

式中，

γ為傳給所驗算壓盤的熱量比例，單片式取0.5；

W為滑磨功；

m為所驗算壓盤的質量8.93 kg；

c為壓盤材料的比熱容，鑄鐵材料為544 J/（kg·℃）.

將前面計算的相關參數(shù)代入式（4），計算得：

△t1=1.56℃≤［△t］（Ⅰ檔）；

△t2=5.35℃≥［△t］（Ⅱ檔）

即離合器壓盤Ⅰ檔、Ⅱ檔起步溫升均符合要求。

2.4離合器使用壽命的校核

離合器的使用壽命主要取決于摩擦片的磨損程度，通常以汽車行駛的里程或使用時間來表示。摩擦片的磨損量△V主要根據(jù)滑磨功W來計算，研究表明，每次起步時摩擦片磨損量△V與滑磨功W之間呈線性關系［1］。即△V=Kw·W，則離合器的使用壽命為：

式中，

L為離合器的使用壽命（公里或小時）；

Kw為磨損率［2］，對于汽車離合器，Kw=120×10-6mm3/J；

V0為摩擦片允許磨損體積；

A為摩擦片單面的摩擦面積（mm2）；

△S為最大容許磨損量，以厚度計（mm），取2 mm；

N為起步頻度，取3次km/h.

對于輕型汽車，B10壽命要求LB10不小于104km/h.帶入?yún)?shù)計算L=124 307.7 km/h≥［LB10］，即離合器在使用生命周期內使用壽命符合要求。

2.5單位面壓和最大圓周速度的校核

單位面壓一定程度反映離合器使用壽命的大小，《汽車離合器》當中指出，對于輕型汽車，單位面壓P應不大于［P0］=0.25 MPa；最大圓周速度反映離合器壓盤的可靠性，過大的圓周速度易由于離心力過大導致壓盤崩裂。對于單片式摩擦片，最大圓周速度應滿足［V］≤65～70 m/s［2］.

單位面壓：P=Tc/A=0.23 MPa≤［P0］

最大圓周速度:V=π×Nemax×D/60，式中，Nemax為發(fā)動機最高轉速，Nemax=4 000 r/min.計算得到：

V=57.6 m/s＜［V］，滿足使用要求。

可見，該離合器的單位面壓和最大圓周速度均滿足要求。

3　離合器操作機構校核

3.1離合器踏板行程的校核

圖2為該校車離合器液壓操縱機構簡圖。

圖2　離合器液壓操縱機構簡圖

該液壓操縱機構傳動的踏板總行程S總由自由行程S1和工作行程S2兩部分組成。離合器分離行程S0為7.5 mm，分離軸承與離合器膜片間隙為0，則需保證離合器分離軸承至少有7.5 mm的移動距離。考慮到傳動中的液壓損失，行程效率η1取0.9.

離合工作缸行程：

S工=S0·i2=7.5×2=15 mm

離合主缸行程：

S主=S工·i3/η1=15×1.69/0.9=28 mm

離合器踏板自由行程：

則離合器踏板總行程為：

符合《汽車離合器》當中推薦的輕型汽車離合踏板行程≤150 mm的要求，該匹配是合理的。

3.2離合器踏板力的設計校核

離合器壓盤最大分離力FQ為2 150 N，根據(jù)操作機構布置可計算出此時離合器的踏板力為：則踏板力為：

符合《汽車離合器》中關于輕型汽車踏板力不大于150 N的設計要求。

此時，駕駛員在一次踩離合器踏板中所作的功為W踩=F·S總=21.3 J，滿足《汽車離合器》當中對于輕型汽車一次踩離合駕駛員所做的功≤30 J的要求。

4　結束語

通過對Φ275離合器的儲備系數(shù)、滑磨功、起步溫升、使用壽命和離合器操縱機構的分離力及分離行程等校核，該離合器Ⅰ檔的使用性能滿足該校車的匹配需求。

當Ⅱ檔起步時，單位面積滑磨功超標，使用過程中嚴禁以Ⅱ檔起步。可見，起步時檔位越高，傳動比越小，則汽車的滑磨功越大，將會降低離合器的使用壽命。

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

［2］徐安石，江發(fā)潮.汽車離合器［M］.北京:清華大學出版社，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

尹幫奇（1989-），男，助理工程師，本科，主要從事發(fā)動機研究工作。