某輕型汽油卡車離合系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

陸海平

某輕型汽油卡車離合系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

陸海平

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車離合系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)汽車平穩(wěn)起步、平順換檔的裝置，需要具有合適的儲備能力、結(jié)合平順柔和、分離迅速徹底、散熱能力強(qiáng)、操作輕便等特點(diǎn)。文章以一種輕型汽油卡車為實(shí)例，詳細(xì)講解了離合器總成的選型、設(shè)計(jì)參數(shù)的匹配過程。在離合器總成設(shè)計(jì)過程完成后，通過選擇一種離合操縱系統(tǒng)對離合踏板力、踏板分離結(jié)合行程進(jìn)行理論校核計(jì)算，確認(rèn)了此離合操縱系統(tǒng)中離合總泵、分泵、踏板、變速器杠桿比的具體參數(shù)與結(jié)構(gòu)形式；應(yīng)用平臺化設(shè)計(jì)，確定了離合總泵、分泵等關(guān)鍵零部件的選型，以滿足設(shè)計(jì)要求；同時(shí)還運(yùn)用了UG三維建、二維SE軟件對各總成件、管路的布置進(jìn)行校核，形成了一種輕型（汽油）卡車離合系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)圖。

輕型卡車；離合系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)和原理；匹配設(shè)計(jì)；管路布置

CLC NO.: U462.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-51-04

引言

離合系統(tǒng)主要包括離合器、操縱機(jī)構(gòu)和離合管路等部分組成。其中離合器按不同的分類和不同結(jié)構(gòu)具有多種形式，目前輕型卡車的離合器結(jié)構(gòu)形式多采用推式離合器，壓緊彈簧多為膜片彈簧；離合操縱機(jī)構(gòu)是駕駛員借以使離合器分離，而又使之柔和結(jié)合的一套機(jī)構(gòu)，也由于不同的使用工況和設(shè)計(jì)要求分為多種形式，輕型卡車的離合操縱機(jī)構(gòu)有液壓、液壓真空助力、液壓氣助力三種。

離合系統(tǒng)的主要功能是保證汽車平穩(wěn)起步、便于發(fā)動機(jī)的起動和變速器的換檔、防止傳動系過載；在此為前提下的性能要求上需要具有合適的儲備能力、結(jié)合平順柔和、分離迅速徹底、散熱能力強(qiáng)、操作輕便、從動部分轉(zhuǎn)動慣量盡量小，減少換檔過程中產(chǎn)生的沖擊。同時(shí)也要關(guān)注離合器空間尺寸的校核及相關(guān)的運(yùn)動分析，保證安裝尺寸、軸向布置和選裝空間；還要關(guān)注操縱系統(tǒng)的人機(jī)工程校核和空間的運(yùn)動分析及結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度，同時(shí)也要關(guān)注管路部分的管徑選擇、密封性、走向及固定等幾方面。

離合系統(tǒng)的評價(jià)指標(biāo)分離合器和離合操縱兩部分。離合器從后備系數(shù)、起步溫升等方面進(jìn)行評價(jià)；操縱機(jī)構(gòu)從踏板力、踏板行程等方面進(jìn)行評價(jià)。

1 離合器總成的性能匹配設(shè)計(jì)

1.1 轉(zhuǎn)矩容量

離合器轉(zhuǎn)矩容量由摩擦片的尺寸和摩擦系數(shù)，壓力彈簧的工作壓力，摩擦片數(shù)來確定。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：μ為摩擦系數(shù)，一般取0.25～0.30；p為壓力彈簧通過壓盤加于摩擦片上的壓力，單位：N；n為摩擦片面數(shù)，單片離合器為2；Rc為摩擦片平均摩擦半徑，單位：mm

設(shè)摩擦片的壓力均勻分布，則：

式中：D為摩擦片外徑；d為摩擦片內(nèi)徑

在實(shí)際運(yùn)用過程中，隨著波形片的有無，摩擦系數(shù)的變化，彈簧壓力變化等因素，轉(zhuǎn)矩容量是變化的，轉(zhuǎn)矩容量一般通過實(shí)驗(yàn)來確定。

單位摩擦面積傳遞轉(zhuǎn)矩的許用值（N·m/mm2），見表1：

表1 離合器規(guī)格與扭矩容量的選用

1.2 滑磨功

離合器摩擦片被夾在飛輪和壓盤中間，以滑磨功的形式供給車輛運(yùn)動能量，使得發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)和車輛方面的旋轉(zhuǎn)達(dá)到同步?；ス礊殡x合器一次接合吸收的能量，它作為熱量散發(fā)到大氣中。

在汽車起步過程中，總滑磨功可用下式計(jì)算：

式中：ne為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min），輕卡一般取1500r/min；ma為汽車總質(zhì)量，單位：kg；rr為車輪轉(zhuǎn)動半徑，單位：m；io為變速器一檔速比；ig為后橋速比。

單位面積滑磨功則為：

汽車離合器的單位面積滑磨功推薦值[l]如下：

1）轎車和微型貨車 [l]≤0.4

2）總質(zhì)量小于6T的貨車 [l]≤0.33

3）帶拖掛的重型車或牽引車 [l]≤0.25

壓盤起步溫升則為：

式中：γ為壓盤熱量比例，單片式取0.5；m為壓盤質(zhì)量，單位：kg；c為壓盤比熱容，單位：J/（kg·℃），△t≤7℃

1.3 后備系數(shù)

為了可靠地利用離合器中的摩擦傳遞發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，離合器靜摩擦力矩Tc應(yīng)大于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩Temax，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

汽車離合器的后備系數(shù)β推薦值如下：

1）轎車和微型貨車 β=1.3～1.75

2）輕型和重型貨車 β=1.6～2.25

3）帶拖掛的重型車或牽引車 β=2.0～3.5

1.4 某輕型汽油卡車離合器匹配設(shè)計(jì)實(shí)例

以HFC1040輕型汽油卡車為例，對離合器總成匹配設(shè)計(jì)進(jìn)行研討。

通過表1物理空間的校核，選用φ260×φ160規(guī)格離合器，靜摩擦力矩通過實(shí)驗(yàn)得出Tc=337N·m。

選用輕卡車型基本參數(shù)見表2：

表2 一種輕卡（汽油）產(chǎn)品的參數(shù)

根據(jù)公式（2-6）計(jì)算得出：后備系數(shù)β=337/193=1.746，在1.6～2.25之間，滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)公式（2-3）、（2-4）、（2-5）計(jì)算得出：總滑磨功W=3.142×15002×4500×0.352/（1800×5.5942×5.8572）=6329J；單位面積滑磨功l=4×6329/2/3.14/(2602-1602)=0.096≤0.33；

壓盤質(zhì)量m=7.74kg，c=灰鐵544J/(Kg℃)，壓盤起步溫升△t=0.5×6329/7.74/544=0.75℃≤7℃，均滿足設(shè)計(jì)要求。

2 離合操縱系統(tǒng)的形式與匹配設(shè)計(jì)

2.1 液壓操縱系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)

圖1 液壓操縱系統(tǒng)示意圖

圖1 中，相關(guān)參數(shù)列表如下：

表3 液壓操縱系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)

2.1.1 排量校核計(jì)算

離合分泵設(shè)計(jì)的最大工作行程，必須大于離合器最大分離行程傳遞到分泵推桿的行程；

離合器總泵排量必須能滿足離合分泵工作行程時(shí)所需的輸入排量：V1＞V2+V3

V1：離合總泵活塞總成的最大行程減去空行程所產(chǎn)生的排量；

V2：離合器分泵工作行程產(chǎn)生的排量

V3：管路內(nèi)液體的正常損耗及壓縮變形的總體積，一般不超過1.5ml

2.1.2 踏板力校核計(jì)算

由離合器特性得出，離合器最大分離力為F4，踏板助力簧的力為F助則：

2.1.3 踏板行程校核計(jì)算

根據(jù)離合器完全分離時(shí)的行程推導(dǎo)出踏板的行程，踏板的行程S由踏板的自由行程S1和工作行程S2組成，即：

式中，Sf為分離軸承自由行程，一般取1mm～3mm；S分離為離合器分離行程

1）S分離取離合器剛剛完全分離的行程時(shí)，踏板行程S要小于踏板最大行程

S分離取分離指最大分離行程時(shí)，踏板行程S要大于踏板最大行程

2.2 某輕型汽油卡車離合操縱系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)實(shí)例

上述選用φ260×φ160規(guī)格離合器，通過查驗(yàn)離合器壓盤分離曲線，得出F4=2500N

分離行程7.5mm，最大分離行程8.5mm

圖2 分離特性曲線

初步考慮，采用液壓操縱系統(tǒng)進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，各零部件參數(shù)如下：

表4 一種輕卡（汽油）離合操縱系統(tǒng)匹配參數(shù)

根據(jù)公式（3-1）、（3-2），求得：總泵排量V1=3.14× (19.05/2)2×(35-1.2)/1000=9.62ml；

分泵工作排量V2=3.14×(26.99/2)2×（7.5*1.762）/1000=7.56ml；

V2+V3=9.06mml＜9.62ml，滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)公式（3-3），F(xiàn)助=20N，η=0.9

求得：踏板力F1=2500/1.762/26.992×19.052/4.922/ 0.9-20=139N≤160N，滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)公式（3-4），S1=20mm，S分離=7.5mm

求得：踏板分離行程S=20+7.5×1.762×26.992/19.052* 4.922=150mm≤170mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)公式（3-4），S1=20mm，S分離=8.5mm

求得：踏板分離行程S=20+8.5×1.762×26.992/19.052* 4.922=170mm≥170mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 離合管路布置設(shè)計(jì)

3.1 離合管路的作用及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

3.1.1 離合管路的作用

離合管路的作用為儲存和傳輸制動液，將離合總泵產(chǎn)生的液壓能傳輸?shù)诫x合分泵上，通過分泵把液壓能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，推動離合撥叉與分離軸承，從而實(shí)現(xiàn)離合器的分離。尼龍管是離合助力器使用到另外一種管路，用以傳輸氣壓，通過助力器把氣壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，以推動離合撥叉與分離軸承，實(shí)現(xiàn)離合器的分離。

3.1.2 離合管路的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

a）離合管路的裝配滿足裝配的可操作性要求，防止管路與車架、尖角、鉚釘、支架及其他管路的靜態(tài)干涉；

b）離合管路能夠滿足離合系統(tǒng)的使用需求，實(shí)現(xiàn)離合操縱系統(tǒng)的有效、踏板的回位迅捷；

c）離合管路能夠滿足整車車輛的使用需求，具備足夠的密封性、耐壓性、可靠性和耐久性；

3.2 離合管路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.2.1 離合管路布置及管路選擇

離合管路設(shè)計(jì)首先根據(jù)要求繪制整車離合管線路布置圖，基本采用軟管加硬管的組合方式，根據(jù)整車和離合器的回位性選擇離合管徑規(guī)格，硬管材料采用雙層鋼管(YB/ T4164)，管子的最小彎曲半徑為管徑的3～3.5倍，喇叭口端的直線部分長度不小于彎曲半徑的兩倍。不同直徑管路的最小彎曲尺寸見圖3、表5（根據(jù)現(xiàn)有配套廠家的制造工藝）。

圖3 鋼管折彎示意圖

表5 鋼管最小彎曲尺寸

3.2.2 離合管路靜、動態(tài)干涉校核

表6 管路靜態(tài)干涉校核

表7 管路動態(tài)干涉確認(rèn)項(xiàng)

3.2.3 離合管路管夾固定

鋼管管夾的間隔標(biāo)準(zhǔn)，見圖4、表8：

圖4 鋼管管夾固定間隔示意圖

表8 鋼管管夾固定間隔尺寸

3.3 輕型汽油卡車管路布置示例圖

按照以上管路布置要求，針對一種輕型卡車（汽油）進(jìn)行管路設(shè)計(jì)，整個(gè)離合操縱系統(tǒng)由30種零部件構(gòu)成，管路設(shè)計(jì)布置、固定與連接如圖5所示。

圖5 一種卡車（汽油）管路布置圖

4 結(jié)論

本論文從汽車離合器的的結(jié)構(gòu)、功能和特點(diǎn)出發(fā)，闡述了輕型卡車離合系統(tǒng)的必要性，并論述了離合操縱機(jī)構(gòu)常用的結(jié)構(gòu)形式及匹配設(shè)計(jì)、管路布置的要點(diǎn)與設(shè)計(jì)規(guī)范，以一種輕型汽油卡車為實(shí)例，詳細(xì)講解了整車離合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)匹配過程。

在本次設(shè)計(jì)中，采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)與匹配設(shè)計(jì)相結(jié)合設(shè)計(jì)方法，注重體現(xiàn)了規(guī)范化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和模塊化的設(shè)計(jì)原則，并有輕卡系列的離合系統(tǒng)參數(shù)作為參考，進(jìn)一步提高離合系統(tǒng)開發(fā)質(zhì)量、降低開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期，同時(shí)也詮釋了輕卡產(chǎn)品離合系統(tǒng)系列化、平臺化的重要性。

[1] 張小虞, 馮超.汽車工程手冊·設(shè)計(jì)篇.[M]人民交通出版社2001.

[2] 林秉華.最新汽車設(shè)計(jì)實(shí)用手冊.[M]上海交通大學(xué)出版社 2001.

[3] 余志生.汽車?yán)碚?[M]機(jī)械工業(yè)出版社2000.

[4] 陳家瑞.汽車構(gòu)造.[M]人民交通出版社2006.

Development and design of a light gasoline truck clutch system

Lu Haiping
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

The automobile clutch system is a device which can realize the smooth start and smooth shift of the car. It needs the proper reserve capacity, the combination of smooth and soft, rapid and complete separation, strong heat dissipation, easy operation and so on.Taking a light gasoline truck as an example, the selection of clutch assembly and the matching process of design parameters are explained in detail. In the clutch assembly design process is completed by selecting a clutch control system combined with the theoretical calculation of separation distance of the clutch pedal, pedal force, confirmed the clutch control system in clutch pump, pedal, the transmission lever ratio specific parameters and structure design of application platform, determine; the selection of pump pump, clutch and other key components, to meet the design requirements; we also use the UG to build 3D and 2D SE software to check the assembly, pipe layout, the formation of a light truck clutch (gasoline) system layout design.

light truck; clutch system; the structure and principle; matching design Pipeline layout

U462.2

A

1671-7988 (2017)16-51-04

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.019

陸海平，（1988-），男，助理工程師。就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司輕型車研究所，主要從事汽車底盤總布置業(yè)務(wù)方面的設(shè)計(jì)工作。