汽車離合器滑摩功計算方法研究與檢測驗證

王云英 錢春雷 黃翀

摘要：在汽車動力傳動系匹配選型時，快速而合理地選擇合適的離合器匹配整車至關重要。離合器設計考慮的指標很多，但就整車設計而言，關鍵是離合器片單位面積上的滑摩功、后備系數以及體現到離合踏板上分離力的大小。本文對離合器起步設計計算方法進行研究分析，結合工程項目設計經驗提出一種快速計算的驗證方法。

Abstract： For designers of vehicles，selecting befitting clutch is important.It includes many facts in designing clutch.There are keys which include dissipated energy， backup coefficient and separating power in clutch pedal.The article introduces the designing of clutch and calculation，which is good method and basic experience.

關鍵詞：離合器;滑摩功;性能開發

Key words： clutch;dissipated energy;performance development

0 ?引言

離合器作為汽車傳動系重要部件之一，目前設計選型時絕大多數依然采用摩擦式結構。汽車起步操作過程中必然伴隨著離合器主、從動盤摩擦表面相對滑摩。汽車在交通繁忙的城市內使用時，起步次數頻繁，即離合器的結合次數頻繁，相對滑摩嚴重。離合器滑摩的嚴重程度常用起步滑摩功的大小來衡量。而滑摩功的大小不僅與發動機類型、傳動系檔位速比、車輪滾動半徑、整車載荷等相關，而且還與駕駛員操作相關，例如初始滑摩轉速、滑摩總時間等。滑摩功的存在是磨損和溫升的根源，限制汽車起步的離合器片單位面積滑摩功不超過某一允許值是離合器參數合理設計的基本依據。

1 ?離合器滑摩功計算公式

離合器的滑摩功是指離合器在起步接合過程中有多少機械能變成熱能。離合器的滑摩功越大，則零部件的溫升和磨損也就越嚴重，壽命會越低。

1.1 文獻[1]中的滑摩功計算公式

根據文獻[1]，離合器接合過程中產生的滑摩功：

1.2 文獻[2]中的滑摩功計算公式

根據文獻[2]，離合器接合過程中產生的滑摩功，各參數的意義及單位見文獻[2]。

1.3 筆者計算滑摩功的公式

根據筆者的工作經驗并結合其他公式，推導出下面的計算公式。

公式中：

E：起步滑摩功;

Temax：發動機最大輸出扭矩（N.m）;

ma：滿載質量;

Rr：滾動半徑（m）;

ω0：離合器滑摩時的角速度;

δ：一檔傳動系旋轉質量換算系數;

α：起步時，汽車平均加速度;

f：車輪滾動阻力系數;

η：一檔機械傳動效率;

ig1：一檔總傳動比;

h：與發動機類型相關的系數。

從以上三個公式可以看出，前兩個公式較為復雜，涉及到微分和多個難以確定的參數，工程運用受限，而經驗公式涉及到的都是整車設計過程中的基本參數和駕駛員操作模型定義參數，計算輸入較容易獲取且具有較高的可行性。

1.4 摩擦片單位面積滑摩功

公式中：

E：起步滑摩功; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Z：摩擦面數量;

D：摩擦片外直徑; ? ? ? ? ? ? ? ? d：摩擦片內直徑。

1.5 后備系數

后備系數是表征摩擦片壓緊后，離合器傳遞發動機動力的能力。選擇時應該考慮摩擦片磨損后仍能傳遞發動機的最大扭矩。選擇時不僅應考慮摩擦片磨損后仍能傳遞發動機的最大扭矩，還要避免起步過程中滑摩時間過長。xx的計算公式及推薦值范圍可采用文獻[2]中的公式。

公式中：

μ：摩擦片摩擦系數; ? ? ? ? ? ? F0：離合器壓緊力;

D：摩擦片外直徑; ? ? ? ? ? ? ? ? d：摩擦片內直徑;

Temax：發動機最大輸出扭矩。

1.6 壓盤接合溫升

壓盤溫升的計算時檢驗離合器設計的一項重要參數，溫升可以衡量離合器設計的壓盤膜片彈簧產生的壓力和離合器從動盤的材料選擇是否合適。在一些車型設計時，整車空間定下來，更換動力總成，發動機扭矩增大，增大離合器已經不能實現。此時，通過溫升驗證并可選擇好離合器從動盤的材料來達到增大摩擦力、減少壓盤溫升，以滿足設計要求。每次起步時，需用溫升不超過10°C。壓盤一次接合溫升的計算公式可采用文獻[2]中的公式。

公式中：

λ：傳到壓盤的熱量所占的比例;

E：起步滑摩功;

mp：離合器壓盤質量;

C：壓盤比熱容。

2 ?離合器滑摩功計算

上述公式在某MPV車型設計中得到了運用，其車型參數及計算結果分別見表1和表2。

3 ?實車檢測驗證

目前，中國各主機廠對于離合器的考核要求主要以整車綜合耐久試驗、動力耐久試驗和整車坡起性能試驗為主。而其中，整車坡起性能試驗要求如下：

試驗條件：滿載，坡道25%，空調開啟，同時達到下述要求方可認為坡起性能達標。

①發動機初始轉速不高于2500rpm（柴油機）或3000rpm（汽油機）;

②離合器滑摩時間不超過7s（僅MT）;

③車輛溜坡距離不超過30cm;

④車輛從靜止加速到16km/h的時間不超過12s;

⑤5分鐘之內能夠坡起成功5次;

⑥駕駛員不能聞到離合器片燒焦氣味。

通過對工程車輛進行實際測試評估，該車型滿足要求，試驗結果見表3。

4 ?結束語

通過對汽車研發過程中采用的離合器設計方法進行研究比較，結合汽車項目開發經驗，推導出離合器起步滑摩功、摩擦片單位面積滑摩功、壓盤溫升、后備系數計算公式。經過筆者團隊的項目實際運用和檢測驗證，此公式具有工程可行性，可以進行推廣運用和拓展研究。

參考文獻：

[1]汽車工程編輯委員會，汽車工程手冊（基礎篇）[M].北京：人民交通出版社，2000，145-146.

[2]劉惟信.汽車設計[M].北京：清華大學出版社，2001：105-130.

[3]《GB/T 12679-1990 汽車耐久性行駛試驗方法》.

[4]邵林波，曾慶吉.汽車底盤構造與維修.[M]江西：江西高校出版社 2010.