汽車離合器設(shè)計思想及具體方法分析

朱佰強

摘 要：汽車離合器作為傳動系統(tǒng)中不可或缺的一部分，在汽車起步及車速不斷降低的情況下，假設(shè)離合器結(jié)合不平穩(wěn)，或者在結(jié)合相對偏快的情況下，汽車將會發(fā)生熄火現(xiàn)象。對此，做好汽車離合器設(shè)計工作是非常必要的。本篇文章首先對離合器基本含義進行概述，從概念設(shè)計、方案設(shè)計、詳細設(shè)計三個方面，對汽車離合器設(shè)計思路進行解析，并以此為依據(jù)，提出汽車離合器設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：汽車;離合器;設(shè)計方法

中圖分類號：U469.11 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）04-0067-02

當前我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展及人們生活品質(zhì)不斷提升的背景下，汽車成為了人們出行的主要工具，在這種情況下，給汽車行業(yè)發(fā)展提供了良好條件，汽車工業(yè)技術(shù)也實現(xiàn)了穩(wěn)定發(fā)展，汽車保有量不斷提升。離合器作為汽車中不可或缺的一部分，直接影響汽車整體運行。假設(shè)在汽車起步及車速相對偏低的狀況下，離合器如果結(jié)合不順暢，或者結(jié)合偏快，汽車將會發(fā)生熄火現(xiàn)象，特別是在半坡的環(huán)境下，更為麻煩。在進行汽車離合器設(shè)計的過程中，如果采用的設(shè)計方式不合理，必將會影響離合器生產(chǎn)質(zhì)量，無法滿足汽車行駛安全。因此，就要需要根據(jù)離合器應(yīng)用功能，優(yōu)化設(shè)計方式，樹立良好的設(shè)計理想，保證汽車離合器設(shè)計的合理性，減少不必要問題出現(xiàn)，保證車輛行駛安全。下面，本文將進一步對汽車離合器設(shè)計思想及具體方法進行闡述和分析。

1 離合器基本概述

通常情況下，離合器安裝在發(fā)動機及變速箱之間的飛輪殼中，利用螺釘將離合器總成固定在飛輪中，離合器輸出軸作為變速箱輸入軸。在車輛行程的過程中，駕駛?cè)藛T需要根據(jù)實際情況，適當?shù)牟认禄蛘咚砷_離合器踏板，讓發(fā)動機和變速箱暫時分離，之后切斷或者傳遞發(fā)動機朝著變速器方向傳入動力。離合器作為機械傳動中主要應(yīng)用的器件，能夠讓傳動系統(tǒng)自動分離和接合?；緝?nèi)容在于，接合平衡，分離快速徹底;調(diào)節(jié)及修理便利;外廓尺寸相對較小，耐磨性良好，具備充足的散熱功能;操作便利，通常應(yīng)用到離合器類型有兩種，一個是牙嵌式，另一個是摩擦式[1]。

離合器具備的基本功能在于確保汽車穩(wěn)定行駛，換擋順暢，避免傳動系過載等作用?；竟ぷ髟碓谟冢簭陌l(fā)動機曲軸出來之后的扭矩傳入到離合器中，發(fā)動機飛輪端面和離合器從動盤實現(xiàn)接合或者分離，從動盤及離合器輸出端連接，從動盤轉(zhuǎn)動，把扭矩傳入到變速器輸入軸。壓盤由離合器踏板驅(qū)動，在汽車行駛過程中，壓盤在彈簧的影響下把離合器從動盤壓下飛輪端面，促進動力融合，在切斷動力傳遞的情況下，在離合器踏板的作用下，實現(xiàn)離合器分離，動力被切斷[2]。

假設(shè)在缺少離合器的情況下，在汽車出現(xiàn)緊急制動的情況下，發(fā)動機和傳動系剛性相連接，實現(xiàn)運行效率的下降。在這種情況下，各個運動件都會形成一定的慣性力矩，產(chǎn)生載荷，高于傳動系承載能力，導致機件損壞。所以，人們應(yīng)該借助離合器實現(xiàn)對傳動系承載扭矩的把控，從而保證車輛的運行安全。

2 汽車離合器設(shè)計思路

2.1 概念設(shè)計

概念設(shè)計作為設(shè)計的基本，根據(jù)實際情況，設(shè)定一系列可行設(shè)計方案之后，選擇一個最理想的概念。概念設(shè)計自身存在一定的創(chuàng)造性，其包含的不明確因素比較多，要求和各個功能進行配合。通常情況下，概念設(shè)計中包含了用戶需求、問題定義、問題描述、產(chǎn)品分析、目標規(guī)定等內(nèi)容。

2.2 方案設(shè)計

方案設(shè)計作為設(shè)計概念骨架，從設(shè)計方案中選擇一個最為理想的設(shè)計方案。通常包含了產(chǎn)品框架、參數(shù)設(shè)計以及結(jié)構(gòu)設(shè)計等[3]。通過借助計算機等技術(shù)實現(xiàn)設(shè)計模型的制作，之后對設(shè)計的產(chǎn)品框架進行優(yōu)化，以此實現(xiàn)設(shè)計方案的明確。

2.3 詳細設(shè)計

詳細設(shè)計中涉及了產(chǎn)品的所有概述，例如框架分布、產(chǎn)品尺寸、產(chǎn)品類型、生產(chǎn)工藝等。詳細設(shè)計中包含了產(chǎn)品設(shè)計、裝配工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計等內(nèi)容。基于QFD下的離合器設(shè)計，需要根據(jù)車輛駕駛?cè)藛T自身需求，將其映射在產(chǎn)品特性上，之后將產(chǎn)品特性轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品框架過程。QFD作為一個把用戶需求和設(shè)計標準進行充分連接的工具，基于QFD下的離合器設(shè)計，需要通過對客戶需求的探究，實現(xiàn)車輛離合器的設(shè)計。為了保證離合器設(shè)計滿足客戶需求，需要借助QFD提供的可依附載體，讓其自身作用及優(yōu)勢得到全面激發(fā)，從而轉(zhuǎn)變成功能強大的工具。

根據(jù)并行工作原理得知，在進行離合器設(shè)計初始階段中，應(yīng)該設(shè)定QFD成長質(zhì)量，之后將其進行連接，給QFD實現(xiàn)提供引導[4]。通過把QFD與FMEA的結(jié)合，能夠讓產(chǎn)品設(shè)計人員可以及時找出設(shè)計過程中存在的不足和問題，這樣不僅可以有效提升設(shè)計效率和質(zhì)量，同時還能減少設(shè)計成本，給企業(yè)創(chuàng)造理想的效益。

3 汽車離合器設(shè)計方法

3.1 可靠性屋結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品設(shè)計作為一個創(chuàng)新性的過程，通常包含了客戶需求信息、設(shè)計質(zhì)量信息和產(chǎn)品設(shè)計信息等。在這些信息中，客戶廣泛關(guān)注的內(nèi)容在于離合器設(shè)計質(zhì)量。要想更好地滿足客戶自身要求，在進行車輛離合器設(shè)計的過程中，需要應(yīng)用質(zhì)量驅(qū)動設(shè)計理念，也就是把FD和FMEA當作基本依據(jù)。在QFD理念中，通過應(yīng)用質(zhì)量屋把客戶需求展現(xiàn)在設(shè)計特性中，之后把其映射到后續(xù)產(chǎn)品功能、產(chǎn)品特性及生產(chǎn)特性中。QFD方式可以更好的滿足客戶自身要求，縮短設(shè)計周期。但是在此過程中，也會存在一些不足，例如，不能在離合器設(shè)計之前，實現(xiàn)對設(shè)計質(zhì)量的把控，使得產(chǎn)品在推入市場之后出現(xiàn)各種問題。鑒于這一現(xiàn)象，需要根據(jù)車輛離合器設(shè)計要求，把產(chǎn)品FMEA和QFD進行充分融合，讓舊產(chǎn)品失效資料精準的體現(xiàn)在新產(chǎn)品研發(fā)活動中[5]。通過應(yīng)用QFD設(shè)計理念，采用多層矩陣分解方式，把客戶需求融合到離合器設(shè)計活動中，在質(zhì)量規(guī)劃上綜合思考產(chǎn)品失效因素。通過把FMEA和QFD高效結(jié)合，建立一個完善的可靠性屋，在可靠性屋的作用下，可以把可靠性含義及理念融入到對應(yīng)設(shè)計活動中，實現(xiàn)設(shè)計質(zhì)量的提升。

3.2 顧客需求獲取

在進行汽車離合器設(shè)計的過程中，精準掌握客戶需求是非常必要的。我國每年所生產(chǎn)的產(chǎn)品中，將近有80%左右的產(chǎn)品和市場需求不迎合，從而使得產(chǎn)品無法順利的進入到市場中。所以，要想保證汽車離合器能夠快速的進入市場，就要明確技術(shù)及市場結(jié)合點，掌握客戶需求，順勢設(shè)計對應(yīng)的產(chǎn)品。產(chǎn)品開發(fā)基本驅(qū)動在于客戶需求，而非設(shè)計人員設(shè)計理念。一個成功的設(shè)計，需要在融合市場及客戶需求的情況下，還要保證產(chǎn)品自身功能就性能，滿足工藝設(shè)計、生產(chǎn)等要求。所以，在開展汽車離合器設(shè)計工作時，設(shè)計工作人員應(yīng)該綜合思考所應(yīng)用、生產(chǎn)的產(chǎn)品需求，同時把上需求融合到設(shè)計思路中。通常情況下，客戶需求一般包含了應(yīng)用需求、生產(chǎn)需求、社會須用及應(yīng)用需求等。其中，應(yīng)用需求中涉及了產(chǎn)品可用性、產(chǎn)品安全性及產(chǎn)品穩(wěn)定性等。客戶需求信息可以通過多種方式來獲取。

3.3 離合器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通常情況下，在啟動離合器的過程中，導致發(fā)動機出現(xiàn)熄火現(xiàn)象的出現(xiàn)因素在于，離合器在無車速及車速相對偏慢的情況下，結(jié)合過快引發(fā)車輛熄火，這是由于離合器設(shè)計不合理導致的。在進行離合器設(shè)計的過程中，應(yīng)該秉承秉人性化設(shè)計標準，便于人們操作，保證操作流程的簡化性。任何產(chǎn)品設(shè)計都要秉承以人為本設(shè)計理念，也就是從便利操作的角度入手，不可讓操作過于繁瑣，操作繁瑣將會加劇失誤幾率，離合器設(shè)計也包含在內(nèi)。合理的離合器設(shè)計，能夠在快速放開離合器踏板的狀況下，離合器結(jié)合能夠平穩(wěn)進行，保證汽車不會出現(xiàn)熄火現(xiàn)象。為了防止離合器在結(jié)合的情況下不平穩(wěn)，需要把離合器擦片在結(jié)合的情況下設(shè)置緩沖裝置，在緩沖裝置的作用下，不但能夠有效防止結(jié)合過程中出現(xiàn)頓挫現(xiàn)象，使得離合器摩擦片慢速結(jié)合，讓發(fā)動機旋轉(zhuǎn)扭力矩穩(wěn)定的傳入到驅(qū)動輪中。并且還能在緩沖結(jié)合中，讓離合器摩擦片剛好實現(xiàn)結(jié)合，緩沖裝置不會在沒有結(jié)合的情況下發(fā)生作用，讓離合器操作效率得到減少。大家都知道，離合器操作流程在于先快后慢，先快的前提條件在于提升離合器結(jié)合頻率，后慢在于降低離合器摩擦片結(jié)合效果，從而起到平順的效果。

通過對離合器結(jié)構(gòu)的分析，要想實現(xiàn)在快速釋放離合器踏板的情況下，保證離合器在結(jié)合過程中具備平穩(wěn)性，旋轉(zhuǎn)力矩應(yīng)該由小變大進行傳遞，避免離合器摩擦片突然結(jié)合而形成扭矩傳遞，使得變速器輸入軸力矩不斷加大，無法抵消車輛瞬時產(chǎn)生的慣性，造成汽車熄火。在踩下離合器踏板的過程中，分離軸承出現(xiàn)前移，壓盤在壓緊彈簧的作用下，逐漸朝著離合器的方向轉(zhuǎn)變，把離合器片壓緊至飛輪端面中，假設(shè)釋放效率相對偏高，將會發(fā)生熄火現(xiàn)象。因此，在傳統(tǒng)離合器的基礎(chǔ)上，需要對起展開結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，在離合器殼體內(nèi)安置一個緩沖彈簧，在壓盤圓周安裝一個緩沖定位板，在壓盤與離合器片相結(jié)合的情況下，緩沖定位板與緩沖彈簧相連接，這樣能夠降低離合器結(jié)合帶來的沖擊，引導駕駛?cè)藛T慢抬離合，讓離合器踏板得到充分釋放，緩沖彈簧能夠適當?shù)慕档蛪浩枇Γ苊馄嚦霈F(xiàn)熄火現(xiàn)象。

3.4 離合器的有限元分析與參數(shù)優(yōu)化

汽車離合器是設(shè)置在發(fā)動機與變送箱之間的動力傳遞機構(gòu)，在工作過程中主要承受發(fā)動機傳遞的轉(zhuǎn)矩，在離合器各零部件之間產(chǎn)生剪應(yīng)力。若果離合器設(shè)計不合理，可能會導致振動噪聲的出現(xiàn)，甚至會出現(xiàn)共振現(xiàn)象。因此，在進行汽車離合器設(shè)計的過程中，建立離合器的三維模型，并對其關(guān)鍵件進行應(yīng)力等的有限元分析，對其受力情況加以全面探究，可以為離合器設(shè)的材料選擇和尺寸確定的設(shè)計和優(yōu)化提供理論參考。

對離合器進行有限元分析，首先要確定其材質(zhì)及尺寸參數(shù)，并建立三維模型。然后在考慮發(fā)動機的沖擊荷載的工況下，利用有限元分析軟件對汽車離合器的關(guān)鍵零部件進行應(yīng)力分析。將得到的關(guān)鍵零部件的最大應(yīng)力值與該條件下的最大許用應(yīng)力值相比較，若最大應(yīng)力值小于最大許用應(yīng)力值，則設(shè)計合理;若最大應(yīng)力值大于最大許用應(yīng)力值，則原設(shè)計參數(shù)不合理，需對設(shè)計數(shù)據(jù)進行優(yōu)化，并對優(yōu)化后的參數(shù)重新進行三維建模和有限元分析，直至其滿足工作強度要求。

4 結(jié)語

總而言之，通過對傳統(tǒng)離合器結(jié)構(gòu)的探究，將離合器結(jié)構(gòu)加以優(yōu)化，能夠有效防止在快速釋放離合器的情況下出現(xiàn)車輛熄火狀況。從結(jié)構(gòu)原理角度來說，為了保證離合器結(jié)合平穩(wěn)性，就要根據(jù)離合器運行過程中產(chǎn)生的各種影響，在離合器結(jié)合之后，通過借助緩沖彈簧，將產(chǎn)生的慣性進行抵消，從而達到降低車輛熄火幾率，保證車輛運行安全。

參考文獻

[1] 陳志蘭.汽車離合器減震軸套閉式冷鍛成形工藝研究[J].內(nèi)江科技，2018，39（10）：37-38+42.

[2] 王大鵬，王明興，冒興峰.汽車離合器試驗臺的設(shè)計[J].決策探索（中），2018（06）：78-79.

[3] 韋江寧.汽車離合器從動盤扭轉(zhuǎn)耐久試驗臺架設(shè)計[J].汽車零部件，2018（05）：44-46.

[4] 蔣件生，吳天生.汽車離合器減振盤復合沖壓工藝設(shè)計[J].模具工業(yè)，2018，44（04）：35-38.

[5] 劉麗晶，劉釗.某車型離合器打滑燒蝕問題研究[J].汽車與駕駛維修（維修版），2018（02）：100.

[6] 宋小艷.基于SolidWorks汽車離合器的建模及仿真研究[J].內(nèi)燃機與配件，2017（22）：12-13.