浅析离合器的匹配与设计

张洪艳 杜建国

摘 要：离合器是连接发动机和变速箱的重要部件，驾驶员可根据驾驶需求，踩踏或松开离合器踏板，使发动机与变速箱缓慢结合或分离，能够实现平稳起车或停车。

关键词：离合器；摩擦片；离合器总成选型

中图分类号：U463.211 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）19-0058-02

1 离合器总成的作用

在以内燃机为动力的汽车机械传动系统中，离合器一般布置在发动机与变速器之间，用来切断和结合动力的传递，其主要作用是：在起步时将发动机与传动系平顺地结合，使汽车能平稳起步；在换挡时，将发动机与传动系迅速彻底分离，减少变速器中齿轮间的冲击，以便换挡；在工作过程中，受到过大载荷时，通过离合器扭振作用保护传动系，防止零部件因过载而损坏。

2 离合器总成分类

离合器的种类很多，分类方式各不相同，以下为通常的几种分类方式：

（1）按摩擦片（从动盘）的数目，可分为单片式和双片式（多片式）；（2）按压紧弹簧安装位置，可分为周布弹簧离合器和中央弹簧离合器；（3）按压紧弹簧的形式，可分为螺旋弹簧离合器和膜片弹簧离合器；（4）按离合器分离方式，可分为推式离合器和拉式离合器。

3 离合器总成选型

离合器是汽车发动机动力传递的关键部件，其匹配选型合理与否直接影响到发动机的动力输出和性能的有效发挥，更会影响到整车的操控和驾驶安全。离合器总成选型确定主要考虑的因素有：（1）汽车的用途；（2）发动机主要技术参数；（3）离合器的质量要求；（4）装配维修的便利性以及匹配空间；（5）配套价格等。

主机厂根据自身各方面因素选定离合器类型后，根据发动机扭矩及整车工作负荷情况，确定离合器的规格尺寸，通常情况下，单片推式膜片弹簧离合器规格尺寸可参照表1进行初步确定：

4 离合器总成匹配间隙控制

为了保证离合器系统正常工作，需要保证离合器压盘带盖总成与从动盘、离合器壳、飞轮之间的间隙满足要求，主要要求如下：

（1）离合器压盘带盖总成（前/后端外圆）与离合器壳间隙要求≥3mm；（2）在分离全过程，离合器压盘带盖总成（分离指）与从动盘总成（花键套）间隙≥2mm；（3）离合器从动盘总成上的摩擦片与飞轮贴合时，其余所有不接触部分间隙≥2mm；（4）离合器压盘带盖总成（分离指）磨损后的后退量需小于分离轴承的最大后退量。

5 离合器总成安装要求

为了保证离合器总成正常分离和结合，安装匹配需要满足如下要求：

（1）从动盘花键套与变速器一轴轴承花键需满足过盈配合，一轴轴承花键长度需要满足从动盘工作行程范围，需考虑从动盘磨损后的工作行程；（2）离合器压盘带盖总成分离指与分离轴承配合，一般要求常贴合状态，分离指直径与分离轴承直径相同，如分离指为平面，要求分离轴承为曲面接触，如分离指为曲面，要求分离轴承为平面接触，分离指高度需与分离轴承位置匹配，分离轴承前进量需满足压盘分离行程+富裕行程，分离轴承后退量需满足压盘磨损后的最大后退量。

6 离合器总成选型计算

（1）确定离合器储备系数β。

设计匹配离合器时，应首先确定离合器的储备系数β，原则如下：

——摩擦片在规定的磨损范围内使用时，离合器能确保传递发动机的最大扭矩；

——防止离合器本身滑磨过大：防止传动系过载。同时考虑发动机后备功率的大小、汽车使用条件的好坏，若发动机后备功率大，使用条件较好，β可选小些；

——柴油机因工作粗暴且转矩不平稳，β可比汽油机选大些；

——β过大，操纵较沉、传动系过载；

——β过小，易滑磨。

常见各类车型离合器储备系数见表2。

（2）确定离合器扭矩容量。

根据已经确定的扭矩储备系数，计算出离合器的扭矩容量Tc=β×N，式中：

Tc——离合器扭矩容量；N——发动机最大扭矩（N·m）；β——离合器储备系数（MPV类型的车根据市场调查取≥1.4）。

由此可见，离合器的扭矩容量由摩擦片的尺寸及摩擦系数、压盘压紧力、摩擦副数决定的。适当调整以上参数使离合器满足整车要求。如若调整离合器的扭矩容量，主要方法如下：1）根据发动机飞轮和变速箱离合器壳体的尺寸确定所需离合器的规格；2）增加或减小压盘压緊力调整离合器扭矩容量，同时注意分离力的变化；3）根据情况选择并指定面片的厂家、型号、摩擦系数。

（3）单位压力。单位压力为离合器压紧力与离合器从动盘摩擦总面积的比值F0=F/S，单位压力推荐取值范围：0.18 ～0.3N/mm2，单位压力过低或过高都说明所选离合器规格不合适，应重新确认离合器规格。

（4）单位面积发动机最大功率。

单位面积发动机最大功率是发动机功率与离合器从动盘摩擦总面积的比值P0=P/Z/S。

式中：P0——单位面积发动机最大功率；P——发动机功率（kW）；Z——摩擦副数，单片离合器为2；S——离合器从动盘摩擦总面积（mm2）。

单位面积发动机最大功率推荐取值范围：<0.228kW/cm2 （max），单位面积发动机最大功率超过取值范围，说明选取的离合器规格过小，不适合匹配此发动机，应选用大规格的离合器。

（5）单位面积滑动摩擦转矩M0。

单位面积滑动摩擦转矩M0=β*N/（Z*S），式中：

M0——单位面积滑动摩擦转矩；β——离合器储备系数；N——发动机最大扭矩（N·m）；Z——摩擦副数，单片离合器为2；S——离合器从动盘摩擦总面积（mm2）。

单位面积滑动摩擦转矩推荐取值范围：>0.28N·m/cm2（min）。单位面积滑动摩擦转矩过小，说明所选取的离合器规格偏大，应选用小规格离合器。

（6）单位滑摩功J0（J/cm2）

单位滑摩功为滑摩功与摩擦片总面积的比值J0=J/Z/S，式中：

J0——单位滑摩功（J/cm2）；J——滑摩功（J）；Z——摩擦副数，单片离合器为2；S——离合器从动盘摩擦总面积（mm2）。

单位滑摩功推荐取值一般为≤13J/cm2。（不同厂家选用的摩擦片材料不同，此项要求限值也有所不同）。影响单位滑摩功的因素比较多，需要对整车传动系统和离合器本身参数进行调整，才能使离合器满足要求。如果单位滑摩功过大，将严重影响离合器的使用寿命。

此外，还需要离合器供应商提供匹配计算报告，报告中应该包括储备系数、滑摩功、起步温升、使用寿命、扭振分析等评估。

7 离合器总成设计开发交付物

经过设计和匹配，离合器总成的设计基本完成，表3是离合器总成设计开发交付物。

8 离合器总成DVP验证

离合器总成设计匹配完成后，需要进行试验验证，DVP验证按表4进行。

参考文献

[1]徐石安，江发潮.汽车离合器[M].清华大学出版社，2005.

[2]刘洁浩，梁丽娟.某中重卡离合总泵与离合助力器匹配设计[J].汽车实用技术，2017，（12）：35-37.

[3]胡雪海.浅析离合器操纵系统的设计匹配[C]//中国客车学术年会暨中国客车行业发展论坛，2010.