關(guān)于汽車離合器設(shè)計(jì)思想分析及具體方法探討

摘要：離合器作為汽車產(chǎn)品中的一個(gè)關(guān)鍵部件，對汽車性能和駕駛安全性影響巨大。本文正對汽車離合器進(jìn)行了概述分析，并進(jìn)一步就其設(shè)計(jì)思路和方法進(jìn)行了詳細(xì)探討，希望對推動相關(guān)的發(fā)展進(jìn)步能夠有所幫助。

關(guān)鍵詞：汽車;離合器;設(shè)計(jì)思想;設(shè)計(jì)方法

1引言

改革開放以來，我國的經(jīng)濟(jì)社會取得了巨大的發(fā)展成就，這促使人們的生活水平和物質(zhì)條件得到了極大改善，其中一個(gè)最顯著的特征就是汽車已不再是社會上只有少部分人才有能力購買和使用的產(chǎn)品，現(xiàn)代汽車已經(jīng)走進(jìn)了千家萬戶，成為了人們生活和工作中不可獲取的交通工具之一。但汽車屬于一個(gè)復(fù)雜的工業(yè)化的產(chǎn)品，涉及到的零部件和子系統(tǒng)眾多，任一環(huán)節(jié)出錯(cuò)都可能會影響到整車運(yùn)行。

離合器作為汽車產(chǎn)品中的一個(gè)關(guān)鍵部件，對汽車性能和駕駛安全性影響巨大，比如在半坡啟動或駕駛速度偏低時(shí)，離合器如果接合的不夠順暢，那么極易導(dǎo)致車輛熄火，給汽車使用埋下安全隱患。鑒于此，必須對離合器的質(zhì)量提升重視，尤其是在初始的設(shè)計(jì)階段就加強(qiáng)管控。本文正是基于這一出發(fā)點(diǎn)，對汽車離合器進(jìn)行了概述分析，并進(jìn)一步就其設(shè)計(jì)思路和方法進(jìn)行了詳細(xì)探討，希望對推動相關(guān)的發(fā)展進(jìn)步能夠有所幫助。

2離合器概述分析

對于汽車產(chǎn)品，離合器（如圖1所示）安裝在變速箱與發(fā)動機(jī)之間的飛輪殼中，一般采用螺釘進(jìn)行固定，它的輸出軸就是變速箱的輸入軸，主要分為牙嵌式和摩擦式兩種類型?，F(xiàn)實(shí)中，車輛駕駛員在行駛的過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況和行駛需求，適時(shí)地踩下或者松開離合器，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)動力向變速箱切斷或傳入。由此可知，離合器是汽車中控制動力傳遞通斷的關(guān)鍵部件，能夠按照駕駛員的意圖實(shí)現(xiàn)傳動系統(tǒng)的分開與接合。從離合器的功能特性和便于維護(hù)的角度出發(fā)，離合器的設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注接合穩(wěn)定、分離迅速、耐磨性與散熱性良好等特性。

通過以上介紹不難得知，離合器在汽車中的基本作用主要包括確保行駛平穩(wěn)、換擋順暢和過載保護(hù)等。當(dāng)駕駛員沒有踩下離合控制踏板時(shí)，發(fā)動機(jī)的飛輪端面會和離合器的從動盤互相接合，此時(shí)從發(fā)動機(jī)傳遞出來的動力會經(jīng)曲軸到達(dá)離合器，然后再經(jīng)離合器的輸出軸將扭矩傳遞給變速箱。反之，在踏板的作用下，離合器的從動盤會和發(fā)動機(jī)的飛輪端面分離，此時(shí)發(fā)動機(jī)雖然還在轉(zhuǎn)動，但離合器的從動盤則應(yīng)分離而不轉(zhuǎn)，此時(shí)動力傳遞即被切斷。

圖1 汽車離合器的組成結(jié)構(gòu)示意

正是因?yàn)殡x合器的存在，促使發(fā)動機(jī)和車輛傳動系統(tǒng)避免了過剛性連接。否則在出現(xiàn)緊急制動等情況時(shí)，因動力傳遞的各個(gè)組成傳部件都會存在慣性力矩，由此而產(chǎn)生的負(fù)荷最終可能會超出系統(tǒng)的承載極限，進(jìn)而導(dǎo)致部件損壞，影響車輛的正常行駛功能和安全性。事實(shí)上，現(xiàn)代汽車對動力傳遞承載扭矩的把控正是通過合理設(shè)計(jì)離合器來實(shí)現(xiàn)的。

3設(shè)計(jì)思路解析

離合器作為機(jī)械傳動系統(tǒng)的一個(gè)重要部件，其設(shè)計(jì)思路與其他機(jī)械產(chǎn)品大致類似，主要包括以下三個(gè)環(huán)節(jié)。

1.概念設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，一般包括需求分析、問題定義、問題描述、目標(biāo)規(guī)定等。概念設(shè)計(jì)一般是先設(shè)計(jì)出幾個(gè)概念方案，然后從中挑選一個(gè)最佳的。概念設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)就是包含很多不確定因素，需要通過后續(xù)的方案設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行逐步明確，進(jìn)而形成一個(gè)可靠的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，還需要清楚地看到，也正是因?yàn)檫@些不確定性，造成概念設(shè)計(jì)有很多種可能性，潛在孕育著創(chuàng)造性成果。汽車離合器的概念設(shè)計(jì)主要包括對離合器的功能進(jìn)行分析描述，并在此基礎(chǔ)上初步確定離合器的工作原理和大致結(jié)構(gòu)。

2.方案設(shè)計(jì)

如果說概念設(shè)計(jì)只是形成了一個(gè)方案框架，那么方案設(shè)計(jì)就是對這個(gè)框架進(jìn)行填充完善，使之成為一個(gè)可行方案。汽車離合器的方案設(shè)計(jì)主要包括確定離合器的結(jié)構(gòu)和相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，并利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)對其進(jìn)行建模和仿真優(yōu)化，使離合器的設(shè)計(jì)方案逐漸明確化。

3.詳細(xì)設(shè)計(jì)

詳細(xì)設(shè)計(jì)就是對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行細(xì)致完善，增強(qiáng)設(shè)計(jì)方案的可行性與合理性，并將實(shí)際需求反映到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能特性上。對于汽車離合器，詳細(xì)設(shè)計(jì)包括對上述形成的方案進(jìn)行模型的最終構(gòu)建、確定離合器組成零件的加工工藝和自身的裝配工藝等，并將駕駛員行駛中的需求映射到離合器的特性上。

4設(shè)計(jì)方法探討

1.客戶需求驅(qū)動

離合器設(shè)計(jì)要以滿足客戶需求為第一要義?，F(xiàn)實(shí)中，大量產(chǎn)品之所以最終不被市場認(rèn)可接收，一個(gè)最主要的原因就是沒有很好地滿足客戶需求。所以，要想保證產(chǎn)品能夠順利進(jìn)入市場，就必須抓住客戶需求，并在此基礎(chǔ)上找準(zhǔn)技術(shù)與市場需求間的結(jié)合點(diǎn)，順勢而為的設(shè)計(jì)開發(fā)出相應(yīng)的離合器產(chǎn)品。當(dāng)然，一個(gè)優(yōu)秀的產(chǎn)品除了需要滿足客戶需求這一基本條件外，還必須兼顧產(chǎn)品本身的功能特性、工藝性以及安全性和可用性等。所以，在對汽車離合器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須對市場上的客戶需求進(jìn)行解析，并將解析結(jié)果和技術(shù)、功能以及品質(zhì)等要素進(jìn)行融合，并以此驅(qū)動設(shè)計(jì)思路和方案不斷完善成熟。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

離合器設(shè)計(jì)不合理的一個(gè)典型表現(xiàn)就是：低速下啟動離合器易出現(xiàn)熄火問題，這是因?yàn)殡x合器在無車速或低速狀態(tài)下，接合過快就容易引發(fā)熄火，必須通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行改善。

現(xiàn)實(shí)中，通過對離合器的觀察分析，要想解決因快速釋放離合踏板而造成的熄火問題，必須保證離合器接合過程的平穩(wěn)性，使扭矩由小到大進(jìn)行緩慢傳遞。此時(shí)就可以針對接合平穩(wěn)需求，在離合器擦片接合下設(shè)置緩沖裝置。緩沖裝置可以讓離合器摩擦片緩慢接合，進(jìn)而使發(fā)動機(jī)動力平穩(wěn)地傳遞到驅(qū)動輪中，同時(shí)這也對防止接合頓挫具有積極效果。

3.積極應(yīng)用有建模仿真技術(shù)

離合器是傳遞發(fā)動機(jī)動力到變速箱的關(guān)鍵部件，所以在工作中會承受發(fā)動機(jī)傳遞過來的扭矩，而這個(gè)扭矩則會造成其各個(gè)組成零件受到剪應(yīng)力影響。如果設(shè)計(jì)不合理，那么就會造成振動噪聲，甚至引發(fā)共振問題，對離合器的正常工作性能造成極大影響。針對這一問題，需要在構(gòu)建離合器3D模型的基礎(chǔ)上，對其振動特性及其動力學(xué)傳播規(guī)律進(jìn)行建模仿真。只有借助建模仿真分析工具，對離合器工作中的振動工況進(jìn)行全面分析，并據(jù)此對其材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化改善，才能確保最終設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品滿足性能和強(qiáng)度等各方面要求。比如對帶扭轉(zhuǎn)減振器的摩擦型離合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可以先構(gòu)建汽車傳動系統(tǒng)的動力學(xué)仿真模型，然后再對從動盤減振器的剛度、阻尼等結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)振動狀態(tài)的影響進(jìn)行分析，最后依據(jù)分析結(jié)果和企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)能力建立離合器扭轉(zhuǎn)減震器的優(yōu)化模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對傳動系統(tǒng)振動工況的有效改善。

參考文獻(xiàn)

[1] ?宋小春.汽車離合器膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018， （7）：1100

[2] ?崔芹芹.關(guān)于膜片式離合器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用探討[J].時(shí)代汽車，2017，（8）：26-27

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

作者簡介：谷亮（1989.8-），男，漢族，籍貫：吉林省白城市，杭州漢騰汽車有限公司，大學(xué)本科，研究方向：汽車離合操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)