離合器操縱舒適性提升分析與改進

袁麗，劉洋，王廷，王佳

（陜西重型汽車有限公司 質(zhì)量管理部，陜西 西安 710200）

引言

離合器在以內(nèi)燃機為動力的汽車上起到切斷和接通傳動系的動力傳動，以保證汽車平穩(wěn)起步、順利換擋，防止系統(tǒng)過載，可靠傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，離合器的產(chǎn)品質(zhì)量一致性差以及不良的操縱習(xí)慣，極易造成離合器產(chǎn)生故障，從而影響到車輛的正常出勤，對客戶造成經(jīng)濟損失，進而引發(fā)市場抱怨。離合器質(zhì)量整改提升，可以為用戶減少不必要的損失，提高整車可靠性，進而提升產(chǎn)品市場口碑[1]。

伴隨著卡車行業(yè)整體邁向高端化，駕駛員對整車的駕乘舒適性也提出越來越高的要求。近兩年X車型的市場銷量不斷增長的同時，與之配套的離合器操縱也出現(xiàn)了抖動異響、踏板高等影響舒適性的問題。為提升離合器系統(tǒng)的可靠性，改善駕乘舒適性，對離合器從動盤的結(jié)構(gòu)進行分析優(yōu)化。

1 問題概述

經(jīng)對 2016年全年某型號離合器系統(tǒng)售后三包舊件故障統(tǒng)計分析，離合器系統(tǒng)失效模式主要為發(fā)抖異響、分離不清、磨損打滑等，同時河南、山東等地服務(wù)站反饋離合器使用一段時間后起步結(jié)合點高，上述因素均影響駕駛舒適性，司機對此抱怨強烈，離合器系統(tǒng)舒適性亟待整改提升。

2 離合器從動盤失效分析及改進

通過失效件及設(shè)計理論分析，離合器從動盤扭轉(zhuǎn)剛度決定其吸收傳動系統(tǒng)振動的能力。車輛運行過程中，由于內(nèi)燃機工作不均衡、轉(zhuǎn)矩周期性地變化會引起傳動系的扭轉(zhuǎn)振動加之傳動系統(tǒng)的不平衡及嚙合間隙的影響，易引起振動異響。如果傳動系統(tǒng)發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振，將使傳動系零件的應(yīng)力成倍增加，這種應(yīng)力具有交變的性質(zhì)，極大的降低傳動系統(tǒng)零部件的疲勞壽命。當離合器從動盤扭轉(zhuǎn)剛度較大，發(fā)動機激勵變化適應(yīng)性差，吸收動力系統(tǒng)沖擊能力較差，如果變速箱、傳動軸、橋等零部件的嚙合間隙偏差大時，便會發(fā)出撞擊聲或抖動，離合器壓盤在使用過程中局部出現(xiàn)不同程度的熱變形，導(dǎo)致壓盤與從動盤的有效接觸面變小，工作壓力衰減，影響離合器傳扭能力，且從動盤的摩擦材料不耐磨、性能不適應(yīng)，導(dǎo)致使用后摩擦系數(shù)下降，出現(xiàn)分離不清和打滑問題[2]。

綜合分析認為，從動盤的波形片保證離合器所傳遞的平穩(wěn)增長，使離合器結(jié)合平順，保證汽車平穩(wěn)起步，同時還可以使面壓更均勻，減少離合器打滑的傾向。最大軸向壓縮量反映其承受壓盤壓力的最大變形量，進而影響其起步承載能力。降低離合器從動盤扭轉(zhuǎn)剛度、增加軸向壓縮量及其耐久性，可一定程度上緩解動力沖擊，降低噪聲、震動，降低結(jié)合點高度提高駕駛舒適性。

圖1 改進前后結(jié)構(gòu)對比圖

3 設(shè)計改進并對改進后的可靠性進行有限元分析

通過減少彈簧數(shù)量，增大扭轉(zhuǎn)角度，將離合器從動盤扭轉(zhuǎn)剛度范圍降低為450～550Nm/°，改善波形片材料及加工工藝，將軸向壓縮量范圍增大至0.7mm-1.0mm，耐久試驗次數(shù)增加至200萬次，通過CAE分析改進后的可靠性。

圖2 彈簧窗口應(yīng)力分析

原結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)減振器采用8簧結(jié)構(gòu)，現(xiàn)結(jié)構(gòu)采用6簧結(jié)構(gòu)，彈簧窗口所受應(yīng)力增大。CAE分析時，在受力處施加3700N.m扭矩，減震盤的強度局部最大應(yīng)力點為 248Mpa，主應(yīng)力區(qū)域在137-165MPa，遠小于材料的強度極限（大于270MPa）,整后備系數(shù)在2.0以上。

圖3 波形片應(yīng)力分析圖

根據(jù) CAE分析顯示，波形片應(yīng)力集中區(qū)域主要在775MPa（局部有的達到 1394MPa），改進前材質(zhì)極限強度1300MPa（實際測得）可滿足要求，但安全系數(shù)較低。改進后材質(zhì)選用合金彈簧鋼（極限強度為 1860MPa），單個波形片單個波形片壓縮量在接近壓平時，力值在5000N左右，從動盤總成共9個波形片，力值可達45000N，滿足受力要求。

圖4 花鍵轂應(yīng)力校核

分析顯示，應(yīng)力集中區(qū)域主要在242-283MPa （局部有的達到 364MPa），花鍵轂材質(zhì)為 40Cr，材質(zhì)的屈服強度≥785Mpa，抗拉強度≥980Mpa ，取屈服強度，后備系數(shù)為2.1，可滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)論

對比試驗結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)改進后離合器夾緊載荷變化更加均勻，所傳遞的扭矩能平緩增加，結(jié)合平順；相同起步載荷要求下，軸向壓縮量變化更小，從而降低結(jié)合點高度，離合器操縱舒適性得到提升。同時也允許離合器在發(fā)動機較低轉(zhuǎn)速下結(jié)合，從而延長了摩擦片的使用壽命。

[1] 王霄鋒.汽車底盤設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社,2010.04.

[2] 徐石安,江發(fā)潮.汽車離合器[M].北京：清華大學(xué)出版社,2005.08.