客车离合器操纵机构设计分析

谢 晏，余 飞，吴国坚，占国强

（江西中科博能上饶客车有限公司，江西 上饶 334100）

客车离合器操纵机构设计分析

谢 晏，余 飞，吴国坚，占国强

（江西中科博能上饶客车有限公司，江西 上饶 334100）

针对气压助力液压式离合器操纵机构，建立其数学模型，研究各个杠杆角度变化带来的位移、受力的变化，以及杠杆和活塞推杆之间的关系；设定踏板杠杆和分离杠杆的最佳位置，精确计算踏板力和踏板行程。

离合器；操纵机构；角度；位移

客车离合器系统是客车底盘的重要组成部分，它由离合器和离合器操纵机构两部分组成[1]。由于离合器故障而造成客车不能正常运行的概率非常的高，所以很多厂家都把客车离合器作为一个重点研究课题来做，研究怎样才能使离合器分离得彻底、精确，驾驶员操作得舒服、方便，要寻求这两者的统一，关键就在离合器操纵机构的设计上。

传统设计对离合器操纵机构只是一味地要求经济、简单，对其定位、受力只是简约计算，对踏板力和踏板行程的分析没有综合考虑。随着科技发展，对客车设计的要求越来越精细，对驾驶员的操控感受越来越重视，没有考虑驾驶员操控感受的设计，只会加快驾驶员疲劳，增加驾驶危险系数。由于离合器操控精度不高，导致离合器分离不彻底、加速离合器片磨损，烧坏离合器片现象常出现。本文通过拆分细化离合器的操纵机构，建立各个部件之间的联系，精确计算离合器踏板力和踏板行程，分析各个杆件的最优放置位置。

1 离合器操纵机构结构

我公司SR6116TH客车采用的是中信机电车桥公司离合器厂的JL430ZMT B1-1601100型自调臂离合器盖总成。这种自调臂离合器就是分离杠杆和分离轴承之间没有间隙。当摩擦片磨损后，自动补偿磨损间隙[2]。

如图1所示，离合器操纵机构的设计也就是考虑A、B、C、D四根杠杆之间的角度变化带来的位移、受力的变化，还有与总泵、助力器的匹配。

离合器助力器是与自调臂离合器配套，其中的大回位弹簧是保证推杆推动分离杠杆靠紧分离轴承。离合器的气压助力器要实现的工作是液压控制气压阀门，使气压帮助液压工作推动推杆。当离合器动作完，控制阀杆动作，快速排除气缸内的气体，使离合器快速回位。在加入制动液时，通过打开液压腔排气口可以排尽整个管路的空气[3-4]。

2 离合器操纵机构设计计算

设计一款离合器操纵机构要达到省力、方便、精确的要求，在符合人的行为动作习惯前提下，实现汽车的档位调节。

2.1 离合器踏板行程计算

1）如图2中的（a）所示，离合器的踏板行程为l1，踏板杠杆角度θ0，踏板臂长A，连杆臂长B。主缸顶杆与主缸活塞之间的间隙为△l[5-6]。

图2中的（b），（c）是图 2中（a）的局部放大图。a4值越小，l2越接近△l+h1。当 a4等于 0 时，l2=△l+h1，a5=2a1。

当 a1=arccos（2B2-（△l+h1）2）/2B2）/2 时，踏板的行程l1最短，这也是踏板杠杆角度θ0的最佳角度，如图2中（d），图 2 中的（a）、（b）、（c）没有考虑踏板杠杆的最佳放置角度，没有考虑总泵的最佳放置位置。

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2）如图 2 中（a）、（e）所示，离合器主缸的直径为 d1，行程为h1；气压助力器的液压缸直径为d2，行程为h2。从主缸压出的制动液应该与助力器液压缸的制动液等量，即

3）如图2中（e）所示，分离杠杆和助力器气缸活塞连接的连杆长为C，与分离轴承靠近的连杆长为D。分离轴承的移动量为E，助力器气缸活塞和分离杠杆之间的连杆为 l6。有 E=l·4cosθ14；θ14=θ18-θ11/2

分离杠杆有一个位置角 θ18，θ14越小，l4越接近 E，当θ14=0时，l4=E，竖直中心线M不再以分离杠杆C为准，这时分离杠杆位置角θ18=θ11/2。当θ11=arccos（（2D2-E2）/2D2），θ18=θ11/2 时，l4最小，也最省力，是分离杠杆的最佳位置，如图 2 中的（g）、（h）所示，图2中的（e）、（f）没有考虑分离杠杆的最佳放置位置，也没有考虑助力器的最佳放置位置。

上组公式中，根据不同离合器的分离行程可以很方便地计算出踏板行程[7]。

2.2 离合器踏板受力计算

踏板的受力在不同的角度是不同的，θ1、θ2、θ3、θ4是考虑需要踏板力最大的情况下的位置，受力分析是参考图 2中的（h）[8]。计算F1at时，忽略了a10影响。

离合器助力器还有一个部分就是气压通断开关，这个开关是由液压控制的。

其中，dh、dh1的尺寸相差不是很大，一般 dh1＜dh，便于控制气压接通，而且dh和d2尺寸差不多，考虑结构美观。

上组公式中，F为踏板上作用的力；Ftb为踏板杠杆上回位弹簧力；d1为主缸缸径；d2为助力器液缸的直径；d4为助力气缸的直径；F3a为分离轴承的推力；PY为液压缸的压强；PQ为气压缸的压强；dh为换向活塞液压作用端缸径；dh1为换向活塞气压作用端缸径；Ft1为换向活塞液压端的弹簧力；Ft2为换向活塞气压端的弹簧力[7]。

2.3 自由行程的计算

自调臂离合器的自由行程没有分离杠杆和分离轴承之间的距离，自由行程主要是由主缸顶杆和主缸活塞的间隙△l，还有助力器控制气压通断的控制阀杆的移动距离、控制阀杆截面积决定了踏板的自由行程。当驾驶员踏下踏板使得离合器分离指推动离合器分离轴承移动时，踏板的行程就是自由行程[8]。

2.4 约束条件

1）对于大客车离合器踏板力F不大于250 N，一般在150～250 N；当助力器失效的时候，踏板力F不大于550 N。

2）离合器的踏板行程l1应在80～150 mm范围内，最大不超过200 mm。

3）合理选用离合器操纵油管的直径，对于客车，由于主缸距液缸（与助力器为一体）较远，因而液压管较长，直径小，会产生离合器操纵滞后；若直径大，油管内的空气则不容易排出。根据经验，一般离合器液压管直径为 8～10 mm[9]。

3 计算实例

通过实例计算分析，采用精确计算和常用的计算方法得出的结果进行比较。某车离合器操纵机构的参数如表1所示。

表1 离合器操纵机构参数

采用本文论述的精确计算结果如表2所示。

表2 精确计算得出踏板力和踏板行程

采用常用方法不考虑角度变化的影响[10]：

l1=E·i3·i2·i1（i2i1）+Ftb/i1）/0.85）的计算结果如表3所示。

表3 常用计算结果

对比发现，踏板力的变化还是很大的。表2结果还是在踏板杠杆和分离杠杆最优放置情况下的计算，要是不考虑最优放置，这个值还要大很多。踏板行程变化不大，是因为表2结果是采用了踏板杠杆和分离杠杆的最优放置，这样放置后就可以使得:

还由于C很大，l3相比C很小，使得l3和h2很接近。这样得到分离行程E需要踏板的行程l1之间的变化也就在三个传动比（i1，i2，i3）中传递。如不考虑最优放置位置，结果也会有一定的差距[11]。

4 结束语

离合器的好坏直接影响整车的正常运行和整车性能。在设计离合器的操控机构时，一定要省力、精确。本文详细分析了离合器操纵机构受力以及位移变化，找准了活塞位移到杠杆位移之间的关系，可以精确地计算操纵离合器所需要的踏板力和踏板行程。

[1]程家瑞.汽车构造：下册[M].北京：机械工业出版社，2001.

[2]金志铨.离合器助力器的结构与常见故障[J].城市车辆，1996，（2）：41-43.

[3]刘梅，赵志峰，张晓东.离合器总泵-助力器售后维修项目指导书[R]中国重汽特定维修项目指导书，2010.3.

[4]彭小红，赵卫艳.重型载货汽车离合器液压操纵气助力装置设计[J].公路与汽运，2007，（5）

[5]徐旭，鲁统利.汽车离合器操纵机构的分析与改进设计[J].机械设计与制造，2007，(11)：13-14.

[6]王海兵，张向奎，罗通云，等.小排量汽车AMT离合器执行机构的效率设计[J].四川兵工学报，2011，（1）：72.

[7]余仁义，梁涛.汽车离合器操纵机构的设计[J].专用汽车，2003，（4）

[8]钱晓东.城市客车离合器的设计与调整[J].客车技术与研究，2002，24（2）：22.

[9]孙欣.微型汽车离合器执行机构与结合规律研究[D].武汉：武汉理工大学，2010.

[10]陈建峰，穆传禄，高忠贞.11～12 m长客车离合器操纵系统设计[J].客车技术与研究，2008，30（3）：28-29.

[11]孙龙，石晓辉，张志刚.AMT离合器接合过程扭矩传递特性分析[J].重庆理工大学学报：自然科学版，2011，（10）：19-22.

修改稿日期：2012-06-29

Design and Analysis of Clutch Operating Mechanism for Bus/Coach

XIE Yan，YUFei，WUGuo-jian，ZHANGuo-qiang
(Jiangxi Zhongke B-energyShangraoBus Co.，Ltd，Shangrao334100，China)

Building the mathematic model based on clutch with help of air pressure operated by hydraulic pressure，the authors studythe changes offorce and displacement with the changes ofeach lever angle,and the connection between the lever and the push rod ofpiston.Through setting the best position of pedal lever and separation lever,accurate calculation for pedal force and pedal distance is possible.

clutch；operatingmechanism；angle；displacement

U463.11

B

1006-3331（2012）04-0026-04

谢 晏（1985-），硕士；工程师；主要从事客车底盘研究。