膜片彈簧離合器研究

宋定波，山巖，賈丙碩

（長安大學(xué)，陜西 西安 710064）

引言

近年來，各國都加大了對汽車行業(yè)的投入，例如：技術(shù)開發(fā)的投入、資金的投入，使得它比其他行業(yè)更快的顯著增長，使衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志行列中出現(xiàn)了汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。就以內(nèi)燃機(jī)來產(chǎn)生動力的車輛而言，在這種車輛上離合器總成在傳動系統(tǒng)中的存在是獨立的，它是直接連接到發(fā)動機(jī)上的。當(dāng)下，摩擦離合器是最多被采用在各類轎車上的，它是利用飛輪與從動盤的摩擦來傳遞動力的。它主要分為從動部分、主動部分、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)。

1 離合器

1.1 離合器概述

動力由發(fā)動機(jī)的活塞連桿組傳遞給曲軸，再從曲軸傳遞到飛輪（離合器的主動部分），這樣動力就傳入了離合器，因此可以說離合器總成是整個機(jī)械傳動系統(tǒng)的首端。顧名思義，離合器要完成的工作就是“離”與“合”，這二者是矛盾的，離合器始終是處于二者中的其中一種狀態(tài)。它的工作就是在駕駛員的操縱下進(jìn)行接合或是分離。離合器是設(shè)置在發(fā)動機(jī)和變速器之間的總成，它在發(fā)動機(jī)與傳動系之間的動力傳輸過程中起著決定性的作用，它的功能很多，比較顯著就是以下三點：1、對傳動系統(tǒng)進(jìn)行過載保護(hù)，防止其過載2、保證在變速器換擋時，傳動系工作平順而不出現(xiàn)較大振動和噪聲3、保證汽車起步時較為平穩(wěn)。

1.2 離合器功用

為達(dá)到使汽車在起步時比較平穩(wěn)的目的，所以在發(fā)動機(jī)和變速箱之間安裝了離合器，以便于這二者之間的接合是漸進(jìn)的柔和的，而不是剛性的?，F(xiàn)代車用的內(nèi)燃機(jī)為活塞式內(nèi)燃機(jī)，它只能在不帶負(fù)荷下啟動，而在帶有負(fù)荷時是不能啟動的，載荷是啟動后一點一點增加的。發(fā)動機(jī)啟動后，它怠速工況時的轉(zhuǎn)速就是常說的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速約為300500r/min，任何一輛汽車在起步前都是處于靜止?fàn)顟B(tài)，為使汽車起步過程中發(fā)動機(jī)不熄火和汽車不發(fā)生很強(qiáng)的攢動，這就要求了發(fā)動機(jī)在帶動靜止的傳動系統(tǒng)時，它倆的接合是柔和的。由于發(fā)動機(jī)與變速箱之間存在著離合器，它使得二者之間的接合是柔和的，所以被傳遞到傳動系統(tǒng)上的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩逐漸增加到行駛阻力足以被克服時，汽車便順利由靜止起步了。

雖然當(dāng)變速器處于空檔時，也能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機(jī)與傳動系統(tǒng)的分離，但是空檔時變速器的主動齒輪仍然是和發(fā)動機(jī)連接在一起的，要轉(zhuǎn)動發(fā)動機(jī)，就勢必要帶著變速器的主動齒輪一起拖轉(zhuǎn)，而變速器的主動齒輪是沉浸在黏度大的齒輪油中的，這就使得轉(zhuǎn)動它時的阻力很大。尤其是當(dāng)處于寒冬季節(jié)時，假設(shè)沒有離合器來使發(fā)動機(jī)與傳動系統(tǒng)分離，那么汽車發(fā)動機(jī)的起動是很困難的。在變速箱與發(fā)動機(jī)之間安裝了離合器，使得二者的聯(lián)系可以暫時斷開，使發(fā)動機(jī)便于起動，這就是其第二個功能。

2 膜片彈簧離合器

2.1 膜片彈簧離合器工作原理

汽車正常行駛時不換擋的情況下，離合器的狀態(tài)是閉合的，在這種情況下，動力傳遞的順序是這樣的，即發(fā)動機(jī)產(chǎn)生動力后，動力通過活塞連桿組傳遞給曲軸變?yōu)榱宿D(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩再從曲軸傳遞到飛輪，飛輪是離合器的主動部件，它與離合器蓋是靠螺栓連接在一起的，所以飛輪和離合器蓋是一起轉(zhuǎn)動的，然后驅(qū)動壓盤壓緊摩擦片，通過壓盤與摩擦面及飛輪與摩擦面間的摩擦作用使得轉(zhuǎn)矩傳遞到了從動盤，然后通過從動盤轂花鍵傳遞到變速器第一軸（離合器從動軸）。

膜片彈簧離合器比較特殊，它沒有分離杠桿，這是因為分離杠桿這個角色由膜片彈簧的分離指替代。這里僅介紹推式膜片彈簧離合器的工作原理，對于拉式的只不過是分離時的作用力方向相反而已，這里不再贅述。當(dāng)離合器蓋與飛輪之間沒有用螺栓固定時，離合器蓋與飛輪之間有一定的距離，顯而易見此時離合器并沒有完全裝配好，沒有處于工作狀態(tài)，而是自由狀態(tài)。當(dāng)離合器蓋與飛輪用螺栓固定在一起時，膜片彈簧受到了離合器蓋上的鋼絲支承圈擠壓，而發(fā)生變形，它的圓錐底角減小了，于是膜片彈簧大端在壓盤上施加了壓力，摩擦片被壓緊，離合器為接合狀態(tài)。當(dāng)離合器分離時，分離軸承推動分離指內(nèi)端左移，彈簧變形為反錐形，這個過程中，它是繞鋼絲支承圈剛性轉(zhuǎn)動的。膜片彈簧的大端右移，拉動分離彈簧鉤，而分離彈簧鉤是固定在壓盤上的，于是壓盤也右移離開摩擦片，離合器處于分離狀態(tài)。

2.2 拉式膜片彈簧離合器的優(yōu)點

拉式膜片彈簧離合器在與推式結(jié)構(gòu)的進(jìn)行比較時有許多顯著的優(yōu)點，比如說若傳遞的轉(zhuǎn)矩數(shù)值相同，拉式膜片彈簧離合器所選用的膜片彈簧尺寸相比推式來說要小得多，確定壓盤尺寸后，使用拉式膜片彈簧離合器可以得到更大的轉(zhuǎn)矩容量和彈簧壓緊力，這是因為拉式膜片彈簧安裝時是膜片彈簧的小端與壓盤靠近，所以它可以選用的膜片彈簧直徑更大些。所以拉式膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)更加簡單、緊湊，從動盤的轉(zhuǎn)動慣量也比較小，質(zhì)量也更輕，從而可以減少換檔過程中齒輪輪齒之間的沖擊，可以達(dá)到換檔更加便利。

膜片彈簧離合器采用拉式結(jié)構(gòu)的，杠桿比大于推式的杠桿比，且還因為采用拉式后很多中間支承零件被取消掉且要么不用支承環(huán)或者只用1個支承環(huán)，本設(shè)計只用一個支承環(huán)，所以使得磨損的部件大大減少，從而提高了其傳動效率；離合器蓋剛度很大，因此無論離合器的工作狀態(tài)是否為閉合，離合器蓋的變形都較小，所以分離時能夠得到比較高的分離效率；由于拉式膜片彈簧離合器的杠桿比高，磨損小，所以駕駛員在操縱離合器分離時所需要的踏板力也比較小，一般可減少25%～30%；拉式膜片彈簧離合器蓋的鋼絲支承圈始終與膜片彈簧的大端接觸，二者在支承圈磨損后仍然不會出現(xiàn)不接觸的現(xiàn)象，因此離合器踏板的自由行程保持不變，便可以防止很大的沖擊和振動出現(xiàn)。

3 結(jié)論

膜片彈簧離合器具有三大特點，即耐磨、耐壓和耐高溫。膜片彈簧離合器還具有如下四個顯著特征：

（1）分離徹底；

（2）接合平順柔和；

（3）從動部分轉(zhuǎn)動慣量??；

（4）操縱輕便，工作特征穩(wěn)定。

由于膜片彈簧離合器優(yōu)越的性能，所以目前世界各國生產(chǎn)的汽車，特別是轎車已全部采用了膜片彈簧離合器。拉式膜片彈簧離合器比推式來說其性能更為優(yōu)越。

[1] 陳家瑞,馬天飛.汽車構(gòu)造.下冊,第5版,北京:人民交通出版社,2005.

[2] 余志生.汽車?yán)碚?第5版,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

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