某輕型汽油卡車離合系統開發設計

陸海平

某輕型汽油卡車離合系統開發設計

陸海平

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車離合系統是實現汽車平穩起步、平順換檔的裝置，需要具有合適的儲備能力、結合平順柔和、分離迅速徹底、散熱能力強、操作輕便等特點。文章以一種輕型汽油卡車為實例，詳細講解了離合器總成的選型、設計參數的匹配過程。在離合器總成設計過程完成后，通過選擇一種離合操縱系統對離合踏板力、踏板分離結合行程進行理論校核計算，確認了此離合操縱系統中離合總泵、分泵、踏板、變速器杠桿比的具體參數與結構形式；應用平臺化設計，確定了離合總泵、分泵等關鍵零部件的選型，以滿足設計要求；同時還運用了UG三維建、二維SE軟件對各總成件、管路的布置進行校核，形成了一種輕型（汽油）卡車離合系統布置設計圖。

輕型卡車；離合系統；結構和原理；匹配設計；管路布置

CLC NO.: U462.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-51-04

引言

離合系統主要包括離合器、操縱機構和離合管路等部分組成。其中離合器按不同的分類和不同結構具有多種形式，目前輕型卡車的離合器結構形式多采用推式離合器，壓緊彈簧多為膜片彈簧；離合操縱機構是駕駛員借以使離合器分離，而又使之柔和結合的一套機構，也由于不同的使用工況和設計要求分為多種形式，輕型卡車的離合操縱機構有液壓、液壓真空助力、液壓氣助力三種。

離合系統的主要功能是保證汽車平穩起步、便于發動機的起動和變速器的換檔、防止傳動系過載；在此為前提下的性能要求上需要具有合適的儲備能力、結合平順柔和、分離迅速徹底、散熱能力強、操作輕便、從動部分轉動慣量盡量小，減少換檔過程中產生的沖擊。同時也要關注離合器空間尺寸的校核及相關的運動分析，保證安裝尺寸、軸向布置和選裝空間；還要關注操縱系統的人機工程校核和空間的運動分析及結構件的強度，同時也要關注管路部分的管徑選擇、密封性、走向及固定等幾方面。

離合系統的評價指標分離合器和離合操縱兩部分。離合器從后備系數、起步溫升等方面進行評價；操縱機構從踏板力、踏板行程等方面進行評價。

1 離合器總成的性能匹配設計

1.1 轉矩容量

離合器轉矩容量由摩擦片的尺寸和摩擦系數，壓力彈簧的工作壓力，摩擦片數來確定。其數學表達式為：

式中：μ為摩擦系數，一般取0.25～0.30；p為壓力彈簧通過壓盤加于摩擦片上的壓力，單位：N；n為摩擦片面數，單片離合器為2；Rc為摩擦片平均摩擦半徑，單位：mm

設摩擦片的壓力均勻分布，則：

式中：D為摩擦片外徑；d為摩擦片內徑

在實際運用過程中，隨著波形片的有無，摩擦系數的變化，彈簧壓力變化等因素，轉矩容量是變化的，轉矩容量一般通過實驗來確定。

單位摩擦面積傳遞轉矩的許用值（N·m/mm2），見表1：

表1 離合器規格與扭矩容量的選用

1.2 滑磨功

離合器摩擦片被夾在飛輪和壓盤中間，以滑磨功的形式供給車輛運動能量，使得發動機旋轉和車輛方面的旋轉達到同步。滑磨功即為離合器一次接合吸收的能量，它作為熱量散發到大氣中。

在汽車起步過程中，總滑磨功可用下式計算：

式中：ne為發動機轉速（r/min），輕卡一般取1500r/min；ma為汽車總質量，單位：kg；rr為車輪轉動半徑，單位：m；io為變速器一檔速比；ig為后橋速比。

單位面積滑磨功則為：

汽車離合器的單位面積滑磨功推薦值[l]如下：

1）轎車和微型貨車 [l]≤0.4

2）總質量小于6T的貨車 [l]≤0.33

3）帶拖掛的重型車或牽引車 [l]≤0.25

壓盤起步溫升則為：

式中：γ為壓盤熱量比例，單片式取0.5；m為壓盤質量，單位：kg；c為壓盤比熱容，單位：J/（kg·℃），△t≤7℃

1.3 后備系數

為了可靠地利用離合器中的摩擦傳遞發動機的轉矩，離合器靜摩擦力矩Tc應大于發動機的轉矩Temax，其數學表達式為：

汽車離合器的后備系數β推薦值如下：

1）轎車和微型貨車 β=1.3～1.75

2）輕型和重型貨車 β=1.6～2.25

3）帶拖掛的重型車或牽引車 β=2.0～3.5

1.4 某輕型汽油卡車離合器匹配設計實例

以HFC1040輕型汽油卡車為例，對離合器總成匹配設計進行研討。

通過表1物理空間的校核，選用φ260×φ160規格離合器，靜摩擦力矩通過實驗得出Tc=337N·m。

選用輕卡車型基本參數見表2：

表2 一種輕卡（汽油）產品的參數

根據公式（2-6）計算得出：后備系數β=337/193=1.746，在1.6～2.25之間，滿足設計要求。

根據公式（2-3）、（2-4）、（2-5）計算得出：總滑磨功W=3.142×15002×4500×0.352/（1800×5.5942×5.8572）=6329J；單位面積滑磨功l=4×6329/2/3.14/(2602-1602)=0.096≤0.33；

壓盤質量m=7.74kg，c=灰鐵544J/(Kg℃)，壓盤起步溫升△t=0.5×6329/7.74/544=0.75℃≤7℃，均滿足設計要求。

2 離合操縱系統的形式與匹配設計

2.1 液壓操縱系統的匹配設計

圖1 液壓操縱系統示意圖

圖1 中，相關參數列表如下：

表3 液壓操縱系統相關參數

2.1.1 排量校核計算

離合分泵設計的最大工作行程，必須大于離合器最大分離行程傳遞到分泵推桿的行程；

離合器總泵排量必須能滿足離合分泵工作行程時所需的輸入排量：V1＞V2+V3

V1：離合總泵活塞總成的最大行程減去空行程所產生的排量；

V2：離合器分泵工作行程產生的排量

V3：管路內液體的正常損耗及壓縮變形的總體積，一般不超過1.5ml

2.1.2 踏板力校核計算

由離合器特性得出，離合器最大分離力為F4，踏板助力簧的力為F助則：

2.1.3 踏板行程校核計算

根據離合器完全分離時的行程推導出踏板的行程，踏板的行程S由踏板的自由行程S1和工作行程S2組成，即：

式中，Sf為分離軸承自由行程，一般取1mm～3mm；S分離為離合器分離行程

1）S分離取離合器剛剛完全分離的行程時，踏板行程S要小于踏板最大行程

S分離取分離指最大分離行程時，踏板行程S要大于踏板最大行程

2.2 某輕型汽油卡車離合操縱系統的匹配設計實例

上述選用φ260×φ160規格離合器，通過查驗離合器壓盤分離曲線，得出F4=2500N

分離行程7.5mm，最大分離行程8.5mm

圖2 分離特性曲線

初步考慮，采用液壓操縱系統進行匹配設計，各零部件參數如下：

表4 一種輕卡（汽油）離合操縱系統匹配參數

根據公式（3-1）、（3-2），求得：總泵排量V1=3.14× (19.05/2)2×(35-1.2)/1000=9.62ml；

分泵工作排量V2=3.14×(26.99/2)2×（7.5*1.762）/1000=7.56ml；

V2+V3=9.06mml＜9.62ml，滿足設計要求。

根據公式（3-3），F助=20N，η=0.9

求得：踏板力F1=2500/1.762/26.992×19.052/4.922/ 0.9-20=139N≤160N，滿足設計要求。

根據公式（3-4），S1=20mm，S分離=7.5mm

求得：踏板分離行程S=20+7.5×1.762×26.992/19.052* 4.922=150mm≤170mm，滿足設計要求。

根據公式（3-4），S1=20mm，S分離=8.5mm

求得：踏板分離行程S=20+8.5×1.762×26.992/19.052* 4.922=170mm≥170mm，滿足設計要求。

3 離合管路布置設計

3.1 離合管路的作用及設計準則

3.1.1 離合管路的作用

離合管路的作用為儲存和傳輸制動液，將離合總泵產生的液壓能傳輸到離合分泵上，通過分泵把液壓能轉化成機械能，推動離合撥叉與分離軸承，從而實現離合器的分離。尼龍管是離合助力器使用到另外一種管路，用以傳輸氣壓，通過助力器把氣壓能轉化為機械能，以推動離合撥叉與分離軸承，實現離合器的分離。

3.1.2 離合管路的設計準則

a）離合管路的裝配滿足裝配的可操作性要求，防止管路與車架、尖角、鉚釘、支架及其他管路的靜態干涉；

b）離合管路能夠滿足離合系統的使用需求，實現離合操縱系統的有效、踏板的回位迅捷；

c）離合管路能夠滿足整車車輛的使用需求，具備足夠的密封性、耐壓性、可靠性和耐久性；

3.2 離合管路的設計要點

3.2.1 離合管路布置及管路選擇

離合管路設計首先根據要求繪制整車離合管線路布置圖，基本采用軟管加硬管的組合方式，根據整車和離合器的回位性選擇離合管徑規格，硬管材料采用雙層鋼管(YB/ T4164)，管子的最小彎曲半徑為管徑的3～3.5倍，喇叭口端的直線部分長度不小于彎曲半徑的兩倍。不同直徑管路的最小彎曲尺寸見圖3、表5（根據現有配套廠家的制造工藝）。

圖3 鋼管折彎示意圖

表5 鋼管最小彎曲尺寸

3.2.2 離合管路靜、動態干涉校核

表6 管路靜態干涉校核

表7 管路動態干涉確認項

3.2.3 離合管路管夾固定

鋼管管夾的間隔標準，見圖4、表8：

圖4 鋼管管夾固定間隔示意圖

表8 鋼管管夾固定間隔尺寸

3.3 輕型汽油卡車管路布置示例圖

按照以上管路布置要求，針對一種輕型卡車（汽油）進行管路設計，整個離合操縱系統由30種零部件構成，管路設計布置、固定與連接如圖5所示。

圖5 一種卡車（汽油）管路布置圖

4 結論

本論文從汽車離合器的的結構、功能和特點出發，闡述了輕型卡車離合系統的必要性，并論述了離合操縱機構常用的結構形式及匹配設計、管路布置的要點與設計規范，以一種輕型汽油卡車為實例，詳細講解了整車離合系統的設計匹配過程。

在本次設計中，采用經驗設計與匹配設計相結合設計方法，注重體現了規范化、系列化、標準化、通用化和模塊化的設計原則，并有輕卡系列的離合系統參數作為參考，進一步提高離合系統開發質量、降低開發成本、縮短開發周期，同時也詮釋了輕卡產品離合系統系列化、平臺化的重要性。

[1] 張小虞, 馮超.汽車工程手冊·設計篇.[M]人民交通出版社2001.

[2] 林秉華.最新汽車設計實用手冊.[M]上海交通大學出版社 2001.

[3] 余志生.汽車理論.[M]機械工業出版社2000.

[4] 陳家瑞.汽車構造.[M]人民交通出版社2006.

Development and design of a light gasoline truck clutch system

Lu Haiping
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

The automobile clutch system is a device which can realize the smooth start and smooth shift of the car. It needs the proper reserve capacity, the combination of smooth and soft, rapid and complete separation, strong heat dissipation, easy operation and so on.Taking a light gasoline truck as an example, the selection of clutch assembly and the matching process of design parameters are explained in detail. In the clutch assembly design process is completed by selecting a clutch control system combined with the theoretical calculation of separation distance of the clutch pedal, pedal force, confirmed the clutch control system in clutch pump, pedal, the transmission lever ratio specific parameters and structure design of application platform, determine; the selection of pump pump, clutch and other key components, to meet the design requirements; we also use the UG to build 3D and 2D SE software to check the assembly, pipe layout, the formation of a light truck clutch (gasoline) system layout design.

light truck; clutch system; the structure and principle; matching design Pipeline layout

U462.2

A

1671-7988 (2017)16-51-04

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.019

陸海平，（1988-），男，助理工程師。就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司輕型車研究所，主要從事汽車底盤總布置業務方面的設計工作。