高扭矩重型車用離合器的設計與研究

余漢紅

摘 要：近年來，隨著我國汽車行業(yè)的高速發(fā)展，對非公路使用的重載車用離合器需求旺盛。為適用重載及惡劣工況，離合器壽命及質(zhì)量要求越來越高。為提高離合器質(zhì)量，對高扭矩離合器如何設計中進行了研究。

關鍵詞：高扭矩;重載車用離合器設計;優(yōu)化設計;離合器壽命及質(zhì)量;壓盤

1.引言

目前，高扭矩離合器是重型車用離合器行業(yè)發(fā)展的一項重要設計技術。其運用到離合器設計中，能大大提高離合器的設計壽命，有效降低離合器使用后更換拆卸等使用成本。同時，能夠提供高性價比的產(chǎn)品提升國產(chǎn)離合器的市場占有率。因此，高扭矩離合器的設計與研究對重型車及非公路使用的惡劣工況起到重要作用。

2.技術概述

干式摩擦離合器是汽車傳動系中，發(fā)動機和變速箱之間的重要銜接部件， 通常用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平面上，將發(fā)動機的動力通過離合器從動盤傳遞至變速箱。離合器由蓋總成和從動盤總成組成。在汽車行駛程中，駕駛員可根據(jù)需要踩下或松開離合器踏板，通過離合器蓋總成與從動盤總成的結(jié)合分離將發(fā)動機與變速箱暫時分離和逐漸接合，以切斷或傳遞發(fā)動機向變速器輸入的動力。 其功用為：（1）傳遞和切斷動力使汽車平穩(wěn)起步和停車;（2）離合器蓋總成與從動盤總成之間的滑磨可保護傳動系各零件因過載而損壞;（3）通過離合器使用可以減少振動及噪音。在任何工況下，能可靠地傳遞發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩;有足夠的吸熱和散熱能力，延長離合器使用壽命。

膜片彈簧式離合器蓋總成是近年來在重型車上應用最廣的，它的結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩容量大，工藝性好，易于大量生產(chǎn)及拆卸，更需對離合器深入研究以提高對整車的貢獻度減少整車維護成本及提高整車售后質(zhì)量。根據(jù)整車使用條件和參數(shù)，按照離合器開發(fā)設計流程，開發(fā)出匹配整車要求并性價比高，便于維護的汽車離合器。

430拉式離合器，常出現(xiàn)的故障模式如下圖1所示，可以看出打滑燒蝕故障占比37.75%，居于首位。打滑燒蝕故障使離合器壽命明顯降低，在新疆、山西等工況更為惡劣的地區(qū)φ430離合器打滑燒蝕故障更是頻發(fā)，如下圖2所示。而通過對市場上1800N.m以上大馬力車型故障調(diào)查，其中打滑燒蝕故障占比已超過故障總數(shù)的50%，能否解決打滑燒蝕故障將是決定一款大馬力離合器好壞的關鍵。

高扭矩離合器應用到重型車及惡劣工況，對我國離合器行業(yè)發(fā)展起到重要作用。通過離合器的優(yōu)化設計提高其適用于高溫環(huán)境，保證傳遞扭矩及使用壽命。離合器的生熱原理很簡單，就是 傳遞的離合器扭矩*（發(fā)動機轉(zhuǎn)速 - 離合器轉(zhuǎn)速）由此摩擦生熱。而要讓高扭矩離合器過熱，主要大扭矩摩擦產(chǎn)生。通過選用耐磨耐高溫摩擦材料匹配高熱容量壓盤鑄件，為降低離合器工作環(huán)境中溫度上升產(chǎn)生過熱，在零件設計上采用高散熱性沖壓件，再搭配高強度其余零部件，采用優(yōu)化的整體設計方案，可以有效提升離合器使用壽命。

2.1離合器蓋

離合器蓋一般耳部旋轉(zhuǎn)對中，有加強筋，強度較好的板料冷沖壓成形結(jié)構(gòu)， 通過止口對中定位與飛輪用螺栓連接。離合器蓋是離合器總成中形狀比較復雜的零件， 需承載膜片彈簧的壓緊力。通過試驗數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)離合器故障溫度是是影響離合器傳扭的關鍵因素;為此，我們設計了適用于高扭矩的通風蓋，提高離合器總成使用散熱性，降低工作溫度，通過優(yōu)化蓋零件結(jié)構(gòu)，增加蓋零件耳部開口尺寸及形狀，增加總成旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的空氣對流，提高總成降溫特性。增加開口支承環(huán)限位卡槽，對支承環(huán)進行定位，有效保證膜片彈簧支點位置，提升離合器整體使用壽命。

2.2 離合器壓盤

壓盤是離合器總成中受熱最嚴重的零件，通常采用環(huán)形盤狀鑄鐵件，一般質(zhì)量做得較重，并增加散熱筋和支承膜片彈簧的支承筋。為降低離合器壓盤工作時的極限溫升，設計專用壓盤，增加壓盤熱容量，防止高溫燒片。

通過有限元分析，我們發(fā)現(xiàn)壓盤最高溫位置出現(xiàn)在壓盤外圈及耳部，為此我們改進壓盤結(jié)構(gòu)，加大耳部尺寸，增加壓盤外圈吸熱能力。齒頂由12等分增加到24等分并設計成螺旋開口，增加總成通風性。

2.3分離軸承總成

分離軸承總成由分離軸承及分離套筒等組成。 分離軸承在工作時主要承受軸向分離力，同時還承受在高速旋轉(zhuǎn)時離心力作用下的徑向力。多采用全密封結(jié)構(gòu)和高溫鋰基潤滑脂角接觸推力球軸承，其結(jié)構(gòu)上要求盡可能減少與離合器膜片彈簧分離指端的磨損及發(fā)生偏磨現(xiàn)象，選用耐高溫，不易流失的潤滑脂。

2.4離合器從動盤總成

根據(jù)重型車高扭矩汽車的使用條件，摩擦片的性能應具有較穩(wěn)定且高的摩擦系數(shù)及吸振能力;要有足夠強的耐磨性和機械強度，尤其在高溫環(huán)境下;熱穩(wěn)定性好，高溫時不易被燒焦。結(jié)合時應平順，柔和，使整車起步平順，無 “抖動”現(xiàn)象。重型車高扭矩中根據(jù)路況可選擇陶瓷有機片或非石棉有機片。

從動盤總成設計上要有足夠小的轉(zhuǎn)到慣量，便于換檔及減少沖擊;軸向彈性較好的壓縮量及承受載荷較大的盤轂。

3.試驗臺架

因在車輛過載時（即扭矩太大時，如下坡等情況），要求離合器自動打滑來保護其它零件，在臺架上測試了離合器的溫度特性，然后驗證了高散熱性，高熱容量，高強度結(jié)構(gòu)離合器在不同使用工況下熱沖擊能力。通過試驗數(shù)據(jù)分析，可有效傳遞扭矩3500Nm，適用于目前市場上各大整車廠500大馬力以上發(fā)動機。

結(jié)束語

高扭矩離合器的設計為重型車用離合器的開發(fā)提供新的配套開發(fā)思路。在上文中，我們對高扭矩離合器的設計思路及結(jié)構(gòu)進行了一系列的研究。后續(xù)通過該產(chǎn)品在實際中的有效使用，不斷提升設計水平，為終端用戶提供更好更可靠的產(chǎn)品。

參考文獻

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