離合器分離機構的故障原因分析與改進

孟娜，姜瑩

（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西 西安 710119）

關鍵字：離合器殼體；撥叉軸；潤滑；滾針軸承

前言

售后頻繁反饋，不同公交車變速器出現(xiàn)撥叉軸和撥叉斷裂現(xiàn)象，極大影響了我公司市場聲譽，問題亟需解決。公交汽車底盤一般采用的是配側推式的離合器分離機構，考慮公交車的實際工況特點：車輛運行過程中需要換擋頻繁、頻繁踩離合器，離合器分離機構頻繁工作。在這種條件下，容易導致離合器分離撥叉軸和銅襯套之間潤滑不良卡滯，撥叉軸易疲勞斷裂，進而導致離合器不能正常分離，離合器摩擦片壽命大大降低。

為解決公交車在實際使用中的問題，通過對普通側推離合器分離機構的故障分析，設計了一種更加可靠的離合器分離結構。

1 問題來源

圖1 故障照片

圖2 撥叉軸斷口位置

售后頻繁反饋，不同公交車變速器出現(xiàn)撥叉軸和撥叉斷裂現(xiàn)象（見圖1、圖2），極大影響了我公司市場聲譽，問題亟需解決。

2 原因分析

故障公交汽車，匹配側推式的離合器分離機構。為找到問題的根本原因，從結構原理，變速器匹配等方面開展。

2.1 結構特點

普通推式離合器分離結構，見圖3。

圖3 離合器分離機構示意圖

圖4 離合器分離機構模型

離合器分離搖臂和離合器分離撥叉軸通過花鍵連接、六角頭螺栓緊固，該部分結構與整車的離合器助力泵推桿連接，是離合器分離機構的驅(qū)動部分；離合器分離撥叉軸通過左右兩側銅套支撐在離合器殼上；離合器分離撥叉和離合器分離撥叉軸通過平鍵連接、六角頭螺栓緊固。

普通推式離合器分離機構多采用離合器殼體兩側兩點銅襯套支撐。該結構雖然簡單實用。

但是忽視了公交車的工況特點：車輛運行過程中換擋頻繁、頻繁踩離合器，離合器分離機構頻繁工作。在這種條件下，容易導致離合器分離撥叉軸和銅襯套之間潤滑不良，撥叉軸易疲勞斷裂,進而導致離合器不能正常分離，離合器摩擦片壽命大大降低。

2.2 故障查找

主要從變速器匹配、受力分析等方面進行原因，找出根本原因。

2.2.1 變速器匹配分析

匹配分析結論：技術匹配合理。

圖5 匹配分析圖

2.2.2 失效零件理化分析

分別進行了斷口金相組織和斷面分析

圖6 理化分析

理化分析結論：

（1）零件調(diào)質(zhì)硬度和斷口處金相組織均符合技術要求；

（2）電鏡觀察，撥叉軸受徑向力作用產(chǎn)生壓痕，斷裂源在壓痕旁邊，斷面經(jīng)歷了彎曲疲勞過程，非一次性斷裂，疲勞紋間距小，所受彎曲應力不是很大。

2.2.3 分離機構受力分析

圖8 受力分析圖

圖9 受力分析

其中，分離撥叉撥頭處施加分離力 3200N，由匹配離合器壓盤的最大分離力得出；

圖10 撥叉軸的應力和位移云圖

圖10所示為撥叉軸的應力和位移云圖，可以看出：

（1）最大應力為 139.6MPa，出現(xiàn)在撥叉結合部位的附近，與實際破壞很吻合；

（2）最大應力遠小于45鋼的屈服極限為555MPa，說明在該受力情況下?lián)懿娌粫l(fā)生靜力破壞，應該是疲勞失效現(xiàn)象；

（3）通過零件斷口理化分析，證明撥叉確實為疲勞失效；

（4）實際撥叉在左右支撐處發(fā)生偏磨，這是由于在分離力作用下，撥叉發(fā)生彎曲所致，從結果可以看出，右端支撐處的位移較左端大，所以右端偏磨更加明顯。

根據(jù)分析結果，進行了新型推式離合器分離機構設計。

3 新型結構設計

改變傳統(tǒng)側推式離合器分離裝置在離合器殼體兩側采用的兩點銅襯套支撐結構形式，設計出一種新的結構形式：

3.1 結構特點

新結構模型通過CAE力學分析和仿真計算，確定支撐點的位置。

圖11 新型側推離合器分離機構示意圖

圖12 新型側推離合器分離機構模型

新型側推離合器分離機構示意圖見圖11。離合器分離搖臂和離合器分離撥叉軸通過花鍵連接、六角頭螺栓緊固，該部分結構與整車的離合器助力泵推桿連接，是離合器分離機構的驅(qū)動部分；離合器分離撥叉軸通過三個滾針軸承支撐在離合器殼上；離合器分離撥叉和離合器分離撥叉軸通過平鍵連接、六角頭螺栓緊固。

實現(xiàn)形式：在離合器殼體③三個支撐處加工通孔，滾針軸承②壓入通孔內(nèi)，分離撥叉軸①穿入滾針軸承②中，分離撥叉④通過四方鍵⑤和分離撥叉軸①連接，同時用螺栓⑥緊固分離撥叉④，防止撥叉晃動。

主要結構特點：

（1）將分離撥叉軸直徑增大至φ30mm；

（2）采用三點支撐結構,既一點在離合殼側面，另外兩點在離合器內(nèi)部；

（3）三個支撐位置采用滾針軸承與撥叉軸進行配合,滾針軸承內(nèi)部須注滿潤滑脂。

3.2 問題難點

三點支撐結構造成離合器分離撥叉軸和滾針軸承難于裝配，需重新確認兩者的配合公差；所選用的滾針軸承是否能滿足實際工況所需；確認撥叉軸疲勞壽命是否滿足要求。

a）通過測量所選滾軸軸承壓裝后其內(nèi)徑尺寸以及撥叉軸的外徑尺寸，通過一系列試裝配，得出兩者的配合公差；

b）計算所選滾軸軸承的額定靜、動載荷，與不同離合器規(guī)格大小所需的分離力進行對比，判定滾針軸承選型是否合理；

c）通過CAE仿真軟件，模擬實際工況下分離撥叉軸危險截面處的最大應力，與零件本身材料的力學性能進行比對，判定其疲勞壽命是否滿足要求。

4 有益效果

1）軸加粗對應力降低的改進效果明顯，將軸的直徑由Φ25改為Φ30，應力由139.6MPa降低為76.7MPa，強度提升達到45%；

2）撥叉軸的偏磨是由撓度過大引起的，而支撐點的跨度對撥叉軸撓度起到很重要的作用，將跨度變小之后，整體的撓度趨于平均，最大撓度趨于變小。

3）注滿鋰基潤滑脂的滾針軸承取代了銅襯套，能使軸的潤滑良好。

4）滾針軸承兩側帶防塵罩，能有效防止灰塵、雜質(zhì)進入軸承，提高結構可靠性。

圖13 新結構撥叉軸的應力和位移云圖

分離撥叉軸直徑加大，能有效減小軸的最大彎曲應力；三點支支撐結構且支撐點之間的跨度減小，在有效的減少軸的彎曲撓度并減小彎曲應力；以上兩點均能保證撥叉軸不會疲勞斷裂。

采用滾針軸承和撥叉軸配合，能減少撥叉軸在旋轉過程中與支撐點之間的摩擦力，避免撥叉軸卡滯現(xiàn)象，進而減少因撥叉軸卡滯帶來的離合器不能徹底分離故障，提高離合器摩擦片使用壽命。

5 總結

新型離合器分離裝置可靠性高，后期維護成本低，能有效避免因撥叉軸斷裂、卡滯帶來的離合器不能徹底分離故障。適用于公交車頻繁踩離合、頻繁換擋的特殊工況，可以很好的滿足市場需求。