离合器液压操纵机构运动校核与优化设计

离合器液压操纵机构运动校核与优化设计

张文广

江苏淮安223001

摘要：随着汽车发动机转速、功率的不断提高和汽车电子技术的高速发展,人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器的工作性能的角度出发,传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步的向拉式膜片弹簧离合器结构发展,传统的操纵形式正向自动的形式发展。

关键词：离合器；液压操纵；校对；优化

1前言

提高离合器的可靠性和延长使用寿命,适应发动机的高转速,增加离合器传递转矩的能力和简化操纵,已成为离合器的发展趋势。

2离合器类型选择

根据所用压紧弹簧布置位置的不同,离合器可分为周布弹簧离合器、中央弹簧离合器和周布斜置弹簧离合器。根据所用压紧弹簧形式的不同,可分为圆柱螺旋弹簧离合器、圆锥螺旋弹簧离合器和膜片弹簧离合器。其中膜片弹簧离合器具有较理想的非线性弹簧特性,弹簧压力在摩擦片的磨损范围内基本保持不变,因而离合器在工作中能保持传递的转矩大致不变,相对圆柱螺旋弹簧,其压力大大下降,离合器分离时,弹簧压力有所下降,从而降低的踏板力。膜片弹簧兼压紧弹簧与分离杠杆的作用,结构简单,紧凑,轴向尺寸小,零件数目少,质量小。高速旋转时,弹簧压紧力降低很小,性能稳定,而圆柱螺旋弹簧压紧力则降低明显。膜片弹簧以整个圆周与压盘相接触,使压力分布均匀,摩擦片接触良好磨损均匀。易于实现良好的通风散热,使用寿命长。膜片弹簧中心与离合器中心线重合,平衡性。鉴于以上优点,选择膜片弹簧离合器作为本次的主要设计内容。

3绳索式和液压式操纵机构的结构对比

3.1优点

3.1.1减轻踏板力

绳索式操纵机构的传递效率损失较大,同时随着发动机扭矩的提高,离合器的分离载荷也随之增加,导致踏板操作力较大。为保证满足踏板操作力在一定的设计要求范围内,需要选用液压式操纵机构。

3.1.2免维护

首先,液压式操纵机构随着离合器摩擦盘的磨损不需要对该操纵机构进行调整,而绳索式机构必须进行调整;其次,绳索式机构因为绳索本身也有一定的伸张力,所以绳索式机构必须在使用一段时间后进行调整,而液压式不需要进行调整,这样就不会在售后发生类似调整不良的问题。

3.1.3质量稳定

随着汽车使用年限的增加,绳索式操纵机构极有可能发生由于雨水灰尘的侵入导致生锈或滑动阻力较大,造成踏板力的增加。而液压式操纵机构可有效地避免类似问题的发生。

3.1.4NV对策

因为绳索式操纵机构是机械传递,所以发动机或变速器的振动都有可能通过绳索传递并放大到脚踏板上。而液压式操纵机构因内部液体可吸收振动,因此能有效地防止振动传递到脚踏板上。

3.1.5增加设计自由度

因为绳索式操纵机构需要保证一定的弯曲半径(如弯曲点过多会造成传递效率的损失,而较少的弯曲点又不利于在发动机舱内的布置),所以减少了设计的自由度,而液压式操纵机构为油管布置,油管可自由弯曲,因此增加了设计的自由度。

3.2缺点

液压式操纵机构相对绳索式操纵机构而言,零部件点数较多、成本较高及质量较重。因液压式操纵机构需要在工厂加注相应液体,因此在安装及拆卸等方面不及绳索式操纵机构便利。基于液压式操纵机构的种种优点,中高级轿车均采用了液压式操纵机构,而微型车考虑到空间布置和成本控制,部分车型采用了绳索式操纵机构。

4离合器操纵机构设计及运动分析

离合器液压操纵机构安装在离合器踏板与离合器之间，其将液体动能转换为机械能，以实现对离合器的分离和接合动作。按布置位置分，离合器液压操纵机构可分为前、后两部分。前离合器液压操纵机构是指靠近离合器主缸端的部分，包括离合器主缸、前离合器管路、离合器储液罐等零件，是离合器操纵机构运动的动力输入端。而后离合器液压操纵机构是指靠近离合器从动缸端的部分，主要包括后离合器管路、离合器从动缸等零件，是离合器操纵机构运动的动力执行端。

4.1前离合器液压操纵机构（踏板至主缸）运功约束构建与模拟

前离合器操纵机构主要由车身前围、制动及离合器踏板座总成、离合器主缸总成、离合器踏板臂等零件组成。其中，车身前围为固定约束零件，踏板座总成固定在车身前围上；离合器踏板安装在踏板座上可以绕安装轴旋转；离合器主缸缸体固定在离合器踏板座上，其推杆一端安装在离合器踏板臂的推杆固定销上，可以绕推杆销轴线旋转运行，另一端位于离合器主缸内，可以沿着主缸轴线做直线运动。

4.2后离合器液压操纵机构（从动缸至分离轴承）运动约束构建与模拟

后离合器操纵机构主要由分离轴承、导向套、变速器前壳体、输入轴、分离摇臂总成、离合器从动缸总成、分离拨叉等零件组成。其中，变速器壳体是固定约束零件，离合器从动缸缸体固定在变速器壳体上；离合器从动缸推杆一端沿着刚体轴线做直线运动，另一端在分离摇臂槽内转动，其运动是整体沿着分离摇臂旋转平面内转动；分离摇臂轴绕着变速器壳体上的安装孔轴线转动；分离拨叉固定在分离摇臂轴上，随分离摇臂转动的同时推动分离轴承，其与分离轴承存在一线线接触约束；离合器分离轴承沿着导向套轴线做直线运动。对后离合器液压操纵机构传动过程在DMUKinematic模块中建立机械约束。

5结构设计分析

5.1整车分离系统结构设计分析

对故障件及试验车离合分离系统进行了拆检和分析，最终确认故障问题主要原因，为整车离合分离系统结构设计存在缺陷，从而导致离合器分离指受到离合机构施加的预载荷过大，导致压紧力损失，离合器实际后备系数不充分，从而导致离合器动力不足和打滑，最终造成温升过高而引起烧蚀故障。整车设计的分离系统结构为“常接触式”机械拉索形式，即无论发动机工作与否，分离指始终与分离轴承相互常接触，同时分离指会受到分离机构施加一定大小的预载荷，且预载荷大小无液压装置控制，可控性差。在汽车正常行驶时，离合器及飞轮随着离合次数的累积，在相互滑磨作用下，使得磨损量不断增加，从而导致分离指不断往外翘起，往后顶起分离轴承，在操纵机构作用下，踏板将不断往上升，从而分离指受到分离机构所施予的预载荷不断增大，离合器压紧力损失随之不断增大，这可能将会导致压紧力不足，离合器实际后备系数达不到设计要求。

5.2分离系统限位结构设计分析

离合器分离指非工作面有明显划痕，这是由于整车分离系统限位装置结构设计不合理，使得分离行程过大，导致分离指向发动机曲轴方向运动位移过量，从而造成分离指在实现分离功用时与从动盘干涉所致。

5.3离合器结构设计分析

经分析，离合器盖总成采用单支承环结构，盖子强度较差，在“热车”状态下，盖子挠度可能会加大，易导致升程不充分；匹配的从动盘总成为整体波形片结构，长期受热后由于刚度不足，而产生疲劳变形，从而不能更好的保证摩擦片的端面跳动。

由以上整车分离系统结构设计分析可知，整车分离系统结构为“常接触式”机械拉索结构，在此工作模式下，分离轴承与分离指将长期接触滑磨，产生高温，从而使离合器盖总成易产生挠度变形，升程不充分问题；从动盘总成整体波形片受热疲劳变形，端面跳动增大，最终具有造成离合器打滑、烧蚀、分离不清、起步抖动等故障的风险。

5.4分离轴承结构设计分析

汽车分离轴承按功用形式特点，可分为常接触式和非常接触式。常接触式分离轴承，是在整车离合机构系统设计需要保持分离轴承与分离指常接触的结构形式下使用的，其结构设计较复杂，具有耐高温、耐磨性好的特点；非常接触式分离轴承适用于间断式的工作模式，当分离轴承不工作时，分离轴承与分离指之间保有一定大小的轴向自由间隙，其结构设计较简单，高温高速滑磨下容易磨损失效。经拆检发现，整车分离系统为常接触非间断式机械拉索结构，在这种匹配形式下，将会使分离轴承长期与分离指相互接触，在高温滑磨条件下造成分离轴承、分离指磨损、烧蚀，从而失效。

6结束语

设计的离合器具有结构简单,加工、装配方便,因此降低了制造成本。同时又具有较好的动力性和经济性,从而保证了汽车行驶的稳定性和操纵轻便。

参考文献

[1]徐石安.汽车离合器[M].北京:清华大学出版社,2015

[2]罗颂荣等.汽车拉式膜片弹簧片的优化设计[M].北京:机械工业出版社,2014