膜片弹簧离合器研究

宋定波，山岩，贾丙硕

（长安大学，陕西 西安 710064）

引言

近年来，各国都加大了对汽车行业的投入，例如：技术开发的投入、资金的投入，使得它比其他行业更快的显著增长，使衡量一个国家工业发展水平的标志行列中出现了汽车产业的发展水平。就以内燃机来产生动力的车辆而言，在这种车辆上离合器总成在传动系统中的存在是独立的，它是直接连接到发动机上的。当下，摩擦离合器是最多被采用在各类轿车上的，它是利用飞轮与从动盘的摩擦来传递动力的。它主要分为从动部分、主动部分、压紧机构和操纵机构。

1 离合器

1.1 离合器概述

动力由发动机的活塞连杆组传递给曲轴，再从曲轴传递到飞轮（离合器的主动部分），这样动力就传入了离合器，因此可以说离合器总成是整个机械传动系统的首端。顾名思义，离合器要完成的工作就是“离”与“合”，这二者是矛盾的，离合器始终是处于二者中的其中一种状态。它的工作就是在驾驶员的操纵下进行接合或是分离。离合器是设置在发动机和变速器之间的总成，它在发动机与传动系之间的动力传输过程中起着决定性的作用，它的功能很多，比较显著就是以下三点：1、对传动系统进行过载保护，防止其过载2、保证在变速器换挡时，传动系工作平顺而不出现较大振动和噪声3、保证汽车起步时较为平稳。

1.2 离合器功用

为达到使汽车在起步时比较平稳的目的，所以在发动机和变速箱之间安装了离合器，以便于这二者之间的接合是渐进的柔和的，而不是刚性的。现代车用的内燃机为活塞式内燃机，它只能在不带负荷下启动，而在带有负荷时是不能启动的，载荷是启动后一点一点增加的。发动机启动后，它怠速工况时的转速就是常说的最低稳定转速约为300500r/min，任何一辆汽车在起步前都是处于静止状态，为使汽车起步过程中发动机不熄火和汽车不发生很强的攒动，这就要求了发动机在带动静止的传动系统时，它俩的接合是柔和的。由于发动机与变速箱之间存在着离合器，它使得二者之间的接合是柔和的，所以被传递到传动系统上的发动机转矩逐渐增加到行驶阻力足以被克服时，汽车便顺利由静止起步了。

虽然当变速器处于空档时，也能够实现发动机与传动系统的分离，但是空档时变速器的主动齿轮仍然是和发动机连接在一起的，要转动发动机，就势必要带着变速器的主动齿轮一起拖转，而变速器的主动齿轮是沉浸在黏度大的齿轮油中的，这就使得转动它时的阻力很大。尤其是当处于寒冬季节时，假设没有离合器来使发动机与传动系统分离，那么汽车发动机的起动是很困难的。在变速箱与发动机之间安装了离合器，使得二者的联系可以暂时断开，使发动机便于起动，这就是其第二个功能。

2 膜片弹簧离合器

2.1 膜片弹簧离合器工作原理

汽车正常行驶时不换挡的情况下，离合器的状态是闭合的，在这种情况下，动力传递的顺序是这样的，即发动机产生动力后，动力通过活塞连杆组传递给曲轴变为了转矩，转矩再从曲轴传递到飞轮，飞轮是离合器的主动部件，它与离合器盖是靠螺栓连接在一起的，所以飞轮和离合器盖是一起转动的，然后驱动压盘压紧摩擦片，通过压盘与摩擦面及飞轮与摩擦面间的摩擦作用使得转矩传递到了从动盘，然后通过从动盘毂花键传递到变速器第一轴（离合器从动轴）。

膜片弹簧离合器比较特殊，它没有分离杠杆，这是因为分离杠杆这个角色由膜片弹簧的分离指替代。这里仅介绍推式膜片弹簧离合器的工作原理，对于拉式的只不过是分离时的作用力方向相反而已，这里不再赘述。当离合器盖与飞轮之间没有用螺栓固定时，离合器盖与飞轮之间有一定的距离，显而易见此时离合器并没有完全装配好，没有处于工作状态，而是自由状态。当离合器盖与飞轮用螺栓固定在一起时，膜片弹簧受到了离合器盖上的钢丝支承圈挤压，而发生变形，它的圆锥底角减小了，于是膜片弹簧大端在压盘上施加了压力，摩擦片被压紧，离合器为接合状态。当离合器分离时，分离轴承推动分离指内端左移，弹簧变形为反锥形，这个过程中，它是绕钢丝支承圈刚性转动的。膜片弹簧的大端右移，拉动分离弹簧钩，而分离弹簧钩是固定在压盘上的，于是压盘也右移离开摩擦片，离合器处于分离状态。

2.2 拉式膜片弹簧离合器的优点

拉式膜片弹簧离合器在与推式结构的进行比较时有许多显著的优点，比如说若传递的转矩数值相同，拉式膜片弹簧离合器所选用的膜片弹簧尺寸相比推式来说要小得多，确定压盘尺寸后，使用拉式膜片弹簧离合器可以得到更大的转矩容量和弹簧压紧力，这是因为拉式膜片弹簧安装时是膜片弹簧的小端与压盘靠近，所以它可以选用的膜片弹簧直径更大些。所以拉式膜片弹簧离合器的结构更加简单、紧凑，从动盘的转动惯量也比较小，质量也更轻，从而可以减少换档过程中齿轮轮齿之间的冲击，可以达到换档更加便利。

膜片弹簧离合器采用拉式结构的，杠杆比大于推式的杠杆比，且还因为采用拉式后很多中间支承零件被取消掉且要么不用支承环或者只用1个支承环，本设计只用一个支承环，所以使得磨损的部件大大减少，从而提高了其传动效率；离合器盖刚度很大，因此无论离合器的工作状态是否为闭合，离合器盖的变形都较小，所以分离时能够得到比较高的分离效率；由于拉式膜片弹簧离合器的杠杆比高，磨损小，所以驾驶员在操纵离合器分离时所需要的踏板力也比较小，一般可减少25%～30%；拉式膜片弹簧离合器盖的钢丝支承圈始终与膜片弹簧的大端接触，二者在支承圈磨损后仍然不会出现不接触的现象，因此离合器踏板的自由行程保持不变，便可以防止很大的冲击和振动出现。

3 结论

膜片弹簧离合器具有三大特点，即耐磨、耐压和耐高温。膜片弹簧离合器还具有如下四个显著特征：

（1）分离彻底；

（2）接合平顺柔和；

（3）从动部分转动惯量小；

（4）操纵轻便，工作特征稳定。

由于膜片弹簧离合器优越的性能，所以目前世界各国生产的汽车，特别是轿车已全部采用了膜片弹簧离合器。拉式膜片弹簧离合器比推式来说其性能更为优越。

[1] 陈家瑞,马天飞.汽车构造.下册,第5版,北京:人民交通出版社,2005.

[2] 余志生.汽车理论,第5版,北京:机械工业出版社,2009.

[3] Zhang W H. The Design of Diaphragm Spring Clutch[J]. Applied Energy Technology, 2009.

[4] 徐石安,江发潮.汽车离合器,第1版,北京:清华大学出版社,2005.

[5] Zhang C, Yuan X, University C. Optimize the design of the diaphra-gm spring clutch[J]. Automobile Technology, 2014.