新型離合器分離系統(tǒng)的分析及測(cè)試

高志川

（同濟(jì)大學(xué)，上海 201814）

新型離合器分離系統(tǒng)的分析及測(cè)試

高志川

（同濟(jì)大學(xué)，上海 201814）

為解決長(zhǎng)城公司升級(jí)換代的絢麗轎車的離合器分離效果不徹底的問(wèn)題，在實(shí)際生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，通過(guò)對(duì)離合器系統(tǒng)的綜合分析，提出了新式分離系統(tǒng)的構(gòu)想并設(shè)計(jì)了對(duì)中式液壓分離系統(tǒng)；搭建實(shí)驗(yàn)專用臺(tái)架，對(duì)新型分離系統(tǒng)的踏板力的穩(wěn)態(tài)、分離副缸的摩擦性能以及對(duì)密封件密封性能進(jìn)行了各自的測(cè)試，在實(shí)驗(yàn)測(cè)試的基礎(chǔ)上得出該新型分離系統(tǒng)的實(shí)際可行性的結(jié)論。

離合器；分離系統(tǒng)；對(duì)中式液壓分離系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)臺(tái)架

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-140-03

引言

結(jié)合長(zhǎng)城公司升級(jí)換代的絢麗轎車系列車型，對(duì)所發(fā)現(xiàn)的離合器分離不徹底的問(wèn)題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了其分離不徹底的原因并找到了相應(yīng)的解決方法，進(jìn)而通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，為提高離合器分離效率的問(wèn)題提供了參考。

1、離合器分離不徹底現(xiàn)象的原因及解決思路

1.1 該車型離合器分離不徹底原因的分析

長(zhǎng)城公司對(duì)絢麗轎車系列進(jìn)行升級(jí)，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，為了適應(yīng)該發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩容量，與之相匹配的開發(fā)了大尺寸的離合器，但使用的仍是原系統(tǒng)的“金屬液壓外置式分離系統(tǒng)”，并未對(duì)配套的分離系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)替換。

該車型在使用了大發(fā)動(dòng)機(jī)和大的離合器后，為了增加離合器可增加的扭矩，相應(yīng)地就會(huì)增大壓緊力，由于壓緊力由膜片彈簧提供，那么就需要更大的膜片彈簧，對(duì)應(yīng)就需要大的分離行程和分離力，但是以往使用的外置式分離系統(tǒng)的分離行程和分離力并未增加。所以新絢麗轎車的離合器分離不徹底可以初步判定為分離系統(tǒng)的原因，極有可能是原來(lái)的“金屬液壓外置式分離系統(tǒng)”不能提供足夠的分離力和分離行程而導(dǎo)致離合器不能完全分離。

1.2 解決思路

首先從金屬液壓外置式分離系統(tǒng)的離合器的分離功分布的角度來(lái)分析離合器分離系統(tǒng)的分離效率。從能量的角度分析，功為力對(duì)位移的積分[1]：

根據(jù)離合器分離特性，該積分值即為分離特性曲線與軸包絡(luò)的區(qū)域面積。如圖2.1所示，定義其為離合器的分離功。

圖1 離合器分離功

離合器的分離過(guò)程為：（1）駕駛員踩下分離踏板；（2）踏板帶動(dòng)液壓系統(tǒng)分離主缸動(dòng)作；（3）液壓油驅(qū)動(dòng)分離副缸動(dòng)作；（4）分離副缸驅(qū)動(dòng)分離撥叉；（5）分離撥叉驅(qū)動(dòng)分離軸承；（6）分離軸承運(yùn)動(dòng)抵消間隙后驅(qū)動(dòng)膜片彈簧。

分離系統(tǒng)在整個(gè)分離過(guò)程中的每一步都需要消耗分離功，包括離合器調(diào)節(jié)，清楚間隙，系統(tǒng)剛度而消耗的能量，膜片彈簧消耗的能量等。如圖2所示，一個(gè)自調(diào)節(jié)離合器系統(tǒng)的離合功分布情況，根據(jù)該組數(shù)據(jù)我們可以看出，最終用于分離離合器的功占全部的50%，這其中系統(tǒng)剛度造成的能量損失主要來(lái)自于分離撥叉，所以如果能夠采用對(duì)中式設(shè)計(jì)取代分離撥叉的設(shè)計(jì)將會(huì)顯著提高分離系統(tǒng)對(duì)能量的利用效率，以期解決該離合器分離不徹底的問(wèn)題。

圖2 一個(gè)自調(diào)節(jié)離合器系統(tǒng)中做功的組成

2、新型分離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 對(duì)中式分離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一般的離合器液壓式分離操縱系統(tǒng)主要由離合器踏板，主缸，副缸，中間的液壓管路，閥體和減震阻尼單元組成[2]。

圖3 對(duì)中式液壓分離系統(tǒng)

綜合上一章對(duì)離合器分離功的分析和傳統(tǒng)的“金屬液壓外置式分離系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種新型液壓對(duì)中式分離系統(tǒng)，示意圖如下圖3所示，其與外置式液壓分離系統(tǒng)主要的區(qū)別在于對(duì)中式結(jié)構(gòu)的工作缸直接連接并驅(qū)動(dòng)分離軸承。如此便能夠有效的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，增加執(zhí)行效率，提高工作可靠性。

為便于統(tǒng)計(jì)與對(duì)比，施肥、鋪膜時(shí)間均為2017年3月21日，播種時(shí)間均為2017年4月25日，采用人工點(diǎn)播器穴播栽培技術(shù)，保苗60 000株/hm2，南北行向。四周設(shè)保護(hù)行1 m，走道50 cm。

從理論上來(lái)講，該系統(tǒng)不僅能夠給絢麗轎車的離合器提供足夠的分離行程，同時(shí)由于采用了對(duì)中式設(shè)計(jì)，不需要采用分離撥叉，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以有效地提高分離系統(tǒng)的分離效率。

2.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)前文的對(duì)中式液壓分離系統(tǒng)的分析，設(shè)計(jì)制造了副缸的樣件，對(duì)于做過(guò)功能試驗(yàn)后拆解的單個(gè)零部件拍照片如圖4所示：

圖4 樣件實(shí)物圖

在完成上述工作的基礎(chǔ)上，搭建了離合器分離系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)架，如下圖5所示。為模擬駕駛員腳踩踏板動(dòng)作，本實(shí)驗(yàn)采用了直線作動(dòng)機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)離合器分離踏板，通過(guò)控制系統(tǒng)可以控制作動(dòng)器按照一定的踩踏速度進(jìn)行推動(dòng)，通過(guò)安裝在上面的傳感器將每一個(gè)時(shí)刻的推動(dòng)力采集到計(jì)算機(jī)。設(shè)計(jì)選用直線作動(dòng)器主要參數(shù)如下：電壓：220V，最大驅(qū)力：1000N，最大行程：220mm，最大速度：100mm/s。該組參數(shù)接近于真實(shí)的駕駛情況，其測(cè)試結(jié)果也更加具有實(shí)際意義[3]。

對(duì)新型的對(duì)中式液壓分離系統(tǒng)進(jìn)行三個(gè)主要性能的測(cè)試，包括踏板力穩(wěn)態(tài)測(cè)試、摩擦測(cè)試以及密封測(cè)試，下面將對(duì)測(cè)試過(guò)程和結(jié)果作詳細(xì)說(shuō)明。

圖5 離合器分離系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)架

2.2.1 踏板力穩(wěn)態(tài)測(cè)試結(jié)果

測(cè)試方法：將踏板固定到某一行程位置，記錄該時(shí)刻的踏板行程，踏板力，分離軸承行程，更改踏板位置并重新記錄。

以踏板行程為橫軸，分別畫出離合器分離和接合時(shí)的踏板力曲線，如圖4.49中藍(lán)線所示。分離軸承行程如圖6中紅線所示。

從圖6測(cè)試結(jié)果可見：

S1點(diǎn)踏板自由行程為10mm

S2點(diǎn)分離過(guò)程最大踏板力為108N

S4點(diǎn)在踏板行程100mm處，接合過(guò)程最大踏板力為60N

S3點(diǎn)踏板最大行程為130mm，踏板儲(chǔ)備行程130-100= 30mm，分離軸承最大行程為7.1mm（大于6.9mm），總傳動(dòng)比為15，所以分離系統(tǒng)總傳動(dòng)效率為：

滿足系統(tǒng)需要75%以上的要求[4,5]。

圖6 對(duì)中式液壓離合器分離系統(tǒng)踏板力穩(wěn)態(tài)測(cè)試結(jié)果

2.2.2 摩擦測(cè)試結(jié)果

離合器主要的能量損耗就是分離副缸的摩擦耗能，在不同的壓力和溫度條件下，該摩擦數(shù)值會(huì)有不同的表現(xiàn)，如圖7所示，80攝氏度測(cè)試條件下，不同油壓2.5bar和25bar在不同速度下的摩擦力曲線。

圖7 摩擦力隨速度變化曲線

由測(cè)試結(jié)果可見，隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加，摩擦力有所減少，60mm/s時(shí)，2.5bar油壓下的摩擦力為5N，24bar油壓下的摩擦力為31N。

為了確定摩擦力對(duì)壓力和溫度的敏感程度，繪制不同溫度下摩擦力隨壓力變化曲線，采用1mm/s的運(yùn)動(dòng)速度，結(jié)果如圖8示。

圖8 1mm/s速度下摩擦力隨壓力變化曲線

圖9 30mm/s速度下摩擦力隨壓力變化曲線

由測(cè)試結(jié)果可以見，120°C時(shí)，摩擦力較大，此時(shí)降低溫度能有效的減少摩擦力。采用30mm/s的運(yùn)動(dòng)速度，結(jié)果如圖9所示。

當(dāng)速度從1mm/s增加到30mm/s時(shí)，摩擦力能夠減少約50%?？梢娺m當(dāng)增加速度是減少摩擦力的有效措施，同時(shí)說(shuō)明了該分離系統(tǒng)的可靠性。

3.2.3 密封測(cè)試結(jié)果

為了測(cè)試密封件的平均性能表現(xiàn)，測(cè)試時(shí)選取了三個(gè)測(cè)試樣件分別進(jìn)行了真空條件和不同壓強(qiáng)下進(jìn)行正交試驗(yàn)測(cè)試。由于工作壓強(qiáng)為35bar左右，不能只是測(cè)量次工作壓強(qiáng)下的密封性，因?yàn)闃蛹诘蛪簭?qiáng)的情況可能產(chǎn)生泄露，所以選取了0.25bar；2.5bar和235bar三個(gè)壓力梯度進(jìn)行密封性能的測(cè)量，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 密封效果測(cè)試

由密封測(cè)試結(jié)果可知，本次實(shí)驗(yàn)所用的密封件性能較好，可滿足對(duì)中式液壓離合器分離系統(tǒng)實(shí)際工作的需求。

經(jīng)過(guò)上述踏板力穩(wěn)態(tài)測(cè)試、分離副缸的摩擦測(cè)試以及對(duì)密封件密封性能的測(cè)試，得知本次設(shè)計(jì)的新型液壓對(duì)中式分離系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際工作的需求，并經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)該系統(tǒng)的真實(shí)可行性，為提高離合器分析效率找到了切實(shí)可行的方向。

3、結(jié)束語(yǔ)

本文基于長(zhǎng)城絢麗轎車項(xiàng)目的實(shí)際離合器分離不徹底的現(xiàn)象，提出了開發(fā)對(duì)中式離合器分離系統(tǒng)的解決思路。通過(guò)對(duì)離合器系統(tǒng)中的分離功的分析得知系統(tǒng)剛度造成的能量損失主要來(lái)自于分離撥叉，進(jìn)而設(shè)計(jì)以對(duì)中式設(shè)計(jì)取代分離撥叉的對(duì)中式液壓分離系統(tǒng)。將設(shè)計(jì)的產(chǎn)品制造出來(lái)并對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，得知該新型的分離系統(tǒng)能夠解決長(zhǎng)城公司絢麗車型的離合器分離不徹底的問(wèn)題，為其他的離合器分離問(wèn)題提出了建設(shè)性的設(shè)計(jì)理念和實(shí)踐基礎(chǔ)。

[1] 常小剛,魯統(tǒng)利. 汽車離合器分離系統(tǒng)測(cè)試與性能優(yōu)化[J]. 傳動(dòng)技術(shù),2013,(04):18-20+32.

[2] 馬振新. 雙離合器變速器簡(jiǎn)介[J]. 農(nóng)機(jī)使用與維修,2012,(01):28-30.

[3] 離合器液壓分離系統(tǒng)(六)[J]. 汽車與配件,2015,(16):58-59.

[4] 趙桐健. 離合器踏板疲勞壽命實(shí)驗(yàn)臺(tái)研究開發(fā)[D].吉林大學(xué), 2015.

[5] 王超,趙治國(guó). 離合器踏板抖動(dòng)原因分析與解決方案探討[J]. 汽車技術(shù),2013,(03):16-20.

Analysis and Test of New Clutch Releasing System

Gao Zhichuan
( Tongji university, Shanghai 201814 )

To solve the problem of the Great Wall Company upgrading the flowery car clutch problem with incomplete separation effect. Based on the practical production experience, through the comprehensive analysis of the clutch system, this article puts forward the idea of new separation system and design of symmetric style hydraulic separation system. Constructing the special experimental bench. Testing on the pedal force of new type of separation system, separation of cylinder friction performance and seal sealing performance respectively. Then come to the conclusion of the new separation system is practical on the basis of the result of above tests.

Clutch; Releasing system; Symmetric style hydraulic separation system; Experimental bench

U462.1

A

1671-7988 (2017)10-140-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.049

高志川，（1982-），男，同濟(jì)大學(xué)工程碩士，助理工程師，職業(yè)研究方向?yàn)殡x合器分離系統(tǒng)、輪轂電機(jī)。就職于舍弗勒汽車。