離合器_文獻(xiàn)綜述

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. 文獻(xiàn)綜述 前言 汽車誕生100多年來,人們一直在研究汽車離合器技術(shù),希望汽車運行更加快捷、舒適、安全、可靠。對于以內(nèi)燃機(jī)為動力的汽車，離合器在機(jī)械傳動系統(tǒng)中作為一個獨立的總成而存在的，它是汽車傳動系中直接與發(fā)動機(jī)相連接的總成。離合器的主動部分和從動部分借接觸面間的摩擦作用，或是用液體作為傳動介質(zhì)，或是用磁力傳動來傳遞轉(zhuǎn)矩，使兩者之間可以暫時分離，又可逐漸接合，在傳動過程中又允許兩部分相互轉(zhuǎn)動。目前在汽車上廣泛采用的是用彈簧壓緊的摩擦離合器。發(fā)動機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩，通過飛輪及壓盤與從動盤接觸面的摩擦作用，傳給從動盤。當(dāng)駕駛員踩下離合器踏板時，通過機(jī)件的傳遞，使膜片彈簧大端帶動壓盤后移，此時從動部分與主動部分分離。摩擦離合器應(yīng)能滿足以下基本要求：(1)保證能傳遞發(fā)動機(jī)發(fā)出的最大轉(zhuǎn)矩，并且還有一定的傳遞轉(zhuǎn)矩余力。 (2)能作到分離時，徹底分離，接合時柔和，并具有良好的散熱能力。 (3)從動部分的轉(zhuǎn)動慣量盡量小一些。這樣，在分離離合器換檔時，與變速器輸入軸相連部分的轉(zhuǎn)速就比較容易變化，從而減輕齒輪間沖擊。(4)具有緩和轉(zhuǎn)動方向沖擊，衰減該方向振動的能力，且噪音小。 (5)壓盤壓力和摩擦片的摩擦系數(shù)變化小，工作穩(wěn)定。 (6)操縱省力，維修保養(yǎng)方便。 一、離合器的發(fā)展史 在早期研發(fā)的離合器結(jié)構(gòu)中，錐形離合器最為成功。它的原型設(shè)計曾裝在1889年德國戴姆勒公司生產(chǎn)的鋼質(zhì)車輪的小汽車上。它是將發(fā)動機(jī)飛輪的內(nèi)孔做成錐體作為離合器的主動件。采用錐形離合器的方案一直延續(xù)到20世界20年代中葉，對當(dāng)時來說，錐形離合器的制造比較容易，摩擦面容易修復(fù)。它的摩擦材料曾用過駝毛帶、皮革帶等。那時也曾出現(xiàn)過蹄-鼓式離合器來替代錐形離合器。該結(jié)構(gòu)采用內(nèi)蹄-鼓式。這種結(jié)構(gòu)型式有利于在離心力作用下使蹄緊貼鼓面。蹄-鼓式離合器用的摩擦元件為木塊、皮革帶等，蹄-鼓式離合器的重量較錐形離合器輕。無論錐形離合器或蹄-鼓式式離合器，都容易造成分離不徹底甚至出現(xiàn)主、從動件根本無法分離的自鎖現(xiàn)象（當(dāng)時所提供的材料符合體的摩擦系數(shù)變化很大，容易引起自鎖）。 現(xiàn)今所用的盤式離合器的先驅(qū)是多片盤式離合器，它是直到1925年以后才出現(xiàn)的。多片離合器最主要的優(yōu)點是，在汽車起步時離合器的接合比較平順，無沖擊。早期的設(shè)計中，多片按成對布置設(shè)計，一個鋼盤片對著一青銅盤片。采用純粹的金屬對金屬的摩擦副，把它們浸在油中工作，能達(dá)到更為滿意的性能。 在1920年出現(xiàn)了單片干式離合器，這和發(fā)明了石棉基的摩擦面片有關(guān)。但在那時相當(dāng)一段時間內(nèi)，由于技術(shù)設(shè)計上的缺陷，造成了單片離合器在接合時不夠平順等問題。第一次世界大戰(zhàn)后初期，單片離合器的從動盤金屬片上是沒有摩擦面片的，摩擦面片是帖附在主動件飛輪和壓盤上，彈簧布置在中央，通過杠桿放大后作用在壓盤上。后來改用多個直徑較小的彈簧（一般至少6個），沿著圓周布置直接壓在壓盤上，成為現(xiàn)今最為通用的螺旋彈簧布置方法。這種布置在設(shè)計上帶來了實實在在的好處，使壓盤上彈簧的工作壓力分布更均勻，并減小軸向尺寸。 多年的實踐經(jīng)驗和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨向于首選單片干式摩擦離合器，因為它具有從動部分轉(zhuǎn)動慣量小、散熱性好、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點，而且由于在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，已能做到接合平順，因此現(xiàn)在廣泛用于大、中、小各類車型中。 如今單片干式摩擦離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面相當(dāng)完善。采用具有軸向性的從動盤，提高了離合器的接合平順性。離合器從動盤總成中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振，減小了傳動系噪聲和動載荷。 隨著人們對汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎(chǔ)上得到不斷改進(jìn)，乘用車上越來越多地采用具有雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減振器，能更有效地降低傳動系的噪聲。 二、國內(nèi)現(xiàn)狀 從1891年摩擦式汽車離合器的誕生，到1948年液力變矩器的出現(xiàn)，再到各種智能控制技術(shù)不斷應(yīng)用于汽車工業(yè)，汽車離合器技術(shù)始終伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。隨著新興汽車傳動技術(shù)的越來越普及應(yīng)用，傳統(tǒng)的汽車離合器將逐漸淡出歷史舞臺。 從企業(yè)內(nèi)部能力分析，總體上看，我國汽車離合器企業(yè)與國外企業(yè)相比處于明顯劣勢。在勞動力成本、售價、售后服務(wù)、客戶關(guān)系和供應(yīng)商關(guān)系等方面，我國企業(yè)處于明顯優(yōu)勢；在市場營銷能力、采購成本和交貨期方面，我國企業(yè)與國外競爭者基本持平；在品牌價值、產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品質(zhì)量、規(guī)模效應(yīng)、生產(chǎn)效率、技術(shù)水平、研發(fā)能力和員工素質(zhì)方面，我國企業(yè)與國際同類先進(jìn)企業(yè)相比差距較大。 在產(chǎn)品技術(shù)方面， 國內(nèi)汽車離合器企業(yè)經(jīng)過不斷地產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，國產(chǎn)膜片彈簧離合器的品種已經(jīng)能全面覆蓋國內(nèi)重、中、輕、轎、微及農(nóng)用等車型的需求，跟蹤國外動力傳動系統(tǒng)技術(shù)，研發(fā)新一代產(chǎn)品也取得了可喜成果，如雙質(zhì)量飛輪、液力變矩器、適用于300馬力以上動力配套的由430拉式膜片彈簧離合器都獲得了成功。 在發(fā)展過程中，離合器企業(yè)無論是為了提高自身的競爭力， 還是為了進(jìn)入配套、出口市場，都十分重視強(qiáng)化企業(yè)內(nèi)部管理。 三、離合器的分類 汽車離合器有摩擦式離合器、液力偶合器、電磁離合器等幾種。摩擦式離合器又分為濕式和干式兩種。 液力偶合器 ：靠工作液(油液)傳遞轉(zhuǎn)矩，外殼與泵輪連為一體，是主動件；渦輪與泵輪相對，是從動件。當(dāng)泵輪轉(zhuǎn)速較低時，渦輪不能被帶動，主動件與從動件之間處于分離狀態(tài)；隨著泵輪轉(zhuǎn)速的提高，渦輪被帶動，主動件與從動件之間處于接合狀態(tài)。 電磁離合器 ：靠線圈的通斷電來控制離合器的接合與分離。如在主動與從動件之間放置磁粉，則可以加強(qiáng)兩者之間的接合力，這樣的離合器稱為磁粉式電磁離合器。 摩擦式離合器：按其從動盤的數(shù)目，又分為單盤式、雙盤式和多盤式等幾種。濕式摩擦式離合器一般為多盤式的，浸在油中以便于散熱。 1． 從動盤數(shù)及干、濕式分類 （1）單片干式摩擦離合器 其結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，軸向尺寸緊湊，分離徹底，從動件轉(zhuǎn)動慣量小，散熱性好，采用軸向有彈性的從動盤時也能接合平順。因此，廣泛用于各級轎車及微、輕、中型客車與貨車上，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩不大于1000Nm的大型客車和重型貨車上也有所推廣。當(dāng)轉(zhuǎn)矩更大時可采用雙片離合器。 （2）雙片干式摩擦離合器 與單片離合器相比，由于摩擦面增多使傳遞轉(zhuǎn)矩的能力增大，接合也更平順、柔和；在傳遞相同轉(zhuǎn)矩的情況下，其徑向尺寸較小，踏板力較小。但軸向尺寸加大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜；中間壓盤的通風(fēng)散熱性差易引起過熱而加快摩擦片的磨損甚至燒傷碎裂；分離行程大，調(diào)整不當(dāng)分離也不易徹底；從動件轉(zhuǎn)動慣量大易使換檔困難等。僅用于傳遞的轉(zhuǎn)矩大且徑向尺寸受到限制時。 （3）多片濕式離合器 摩擦面更多，接合更加平順柔和；摩擦片浸在油中工作，表面磨損小。但分離行程大、分離也不易徹底，特別是在冬季油液粘度增大時；軸向尺寸大；從動部分的轉(zhuǎn)動慣量大，故過去未得到推廣。近年來，由于多片濕式離合器在技術(shù)方面的不斷完善，重型車上又有采用，并有不斷增加的趨勢。因為它采用油泵對摩擦表面強(qiáng)制冷卻，使起步時即使長時間打滑也不會過熱，起步性能好，據(jù)稱其使用壽命可較干式高出5～6倍。 2．壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)型式及布置分類 離合器壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)型式有：圓柱螺旋彈簧、矩形斷面的圓錐螺旋彈簧和膜片彈簧等。可采用沿圓周布置、中央布置和斜置等布置型式。根據(jù)壓緊彈簧的型式及布置，離合器分為： （1）周置彈簧離合器 周置彈簧離合器的壓緊彈簧是采用圓柱螺旋彈簧并均勻布置在一個圓周上。有的重型汽車將壓緊彈簧布置在同心的兩個圓周上。周置彈簧離合器的結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，過去廣泛用于各種類型的汽車上。現(xiàn)代由于轎車發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高(最高轉(zhuǎn)速高達(dá)5000～7000r／min或更高)，在高轉(zhuǎn)速離心力的作用下，周置彈簧易歪斜甚至嚴(yán)重彎曲鼓出而顯著降低壓緊力；另外，也使彈簧靠到定位座柱上而使接觸部位嚴(yán)重磨損甚至出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。因此，現(xiàn)代轎車及微、輕、中型客車多改用膜片彈簧離合器。但在中、重型貨車上，周置彈簧離合器仍得到廣泛采用。 （2）中央彈簧離合器 采用一個矩形斷面的圓錐螺旋彈簧或用1~2個圓柱螺旋彈簧做壓簧并布置在離合接觸，因此壓盤由于摩擦而產(chǎn)生的熱量不會直接傳給彈簧而使其回火失效。壓簧的壓緊力是經(jīng)杠桿系統(tǒng)作用于壓盤，并按杠桿比放大，因此可用力量較小的彈簧得到足夠的壓盤壓緊力，使操縱較輕便。采用中央圓柱螺旋彈簧時離合器的軸向尺寸較大，而矩形斷面的錐形彈簧則可明顯縮小軸向尺寸，但其制造卻比較困難，故中央彈簧離合器多用在重型汽車上以減輕其操縱力。根據(jù)國外的統(tǒng)計資料：當(dāng)載貨汽車的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩大于400～450Nm時，常常采用中央彈簧離合器。 （3）斜置彈簧離合器 是重型汽車采用的一種新型結(jié)構(gòu)。以數(shù)目較多的一組圓柱螺旋彈簧為壓緊彈簧，分別以傾角（彈簧中心線與離合器中心線間的夾角）斜向作用于傳力套上，后者再推動壓桿并按杠桿比放大后作用到壓盤上。這時，作用在壓桿內(nèi)端的軸向推力等于彈簧壓力的軸向分力。當(dāng)摩擦片磨損后壓桿內(nèi)端隨傳力套前移，使彈簧伸長，壓力減小，傾角亦減小，而cos值則增大。這樣即可使在摩擦片磨損范圍內(nèi)壓緊彈簧的軸向推力幾乎保持不變，從而使壓盤的壓緊力也幾乎保持不變。同樣，當(dāng)離合器分離時后移傳力套，壓盤的壓緊力也大致不變。因此，斜置彈簧離合器與前兩種離合器相比，其突出優(yōu)點是工作性能十分穩(wěn)定。與周置彈簧離合器比較，其踏板力約可降低35％。 （4）膜片彈簧離合器 膜片彈簧離合器具有很多優(yōu)點：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此可設(shè)計成當(dāng)摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎可以保持不變，且可減輕分離離合器時的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對離合器軸的中心線是對稱的，因此其壓力實際上不受離心力的影響，性能穩(wěn)定，平衡性也好；再者，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器的結(jié)構(gòu)大為簡化，零件數(shù)目減少，質(zhì)量減小并顯著地縮短了其軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤是以整個圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，磨損均勻，也易于實現(xiàn)良好的散熱通風(fēng)等。 膜片彈簧離合器在轎車及微型、輕型客車上已得到廣泛的采用，而且逐漸擴(kuò)展到載貨汽車上。國外已設(shè)計生產(chǎn)了傳遞轉(zhuǎn)矩為80~2000Nm、最大摩擦片外徑達(dá)420mm的膜片彈簧離合器系列，廣泛用于轎車、客車、輕型和中型貨車上。甚至某些總質(zhì)量達(dá)28~32t的重型汽車也有采用膜片彈簧離合器的。但膜片彈簧的制造成本比圓柱螺旋彈簧要高。 膜片彈簧離合器的操縱曾經(jīng)都是采用壓式結(jié)構(gòu)。當(dāng)前，膜片彈簧離合器的壓式操縱已為拉式操縱結(jié)構(gòu)所取代。后者的膜片彈簧為反裝，并將支承圈移到膜片彈簧的大端附近，使結(jié)構(gòu)簡化、零件減少、拆裝方便；膜片彈簧的應(yīng)力分布也得到改善，最大應(yīng)力下降；支承圈磨損后仍保持與膜片的接觸使離合器踏板的自由行程不受影響。而在壓式結(jié)構(gòu)中支承圈的磨損會形成間隙而增大踏板的自由行程。 四、離合器發(fā)展趨勢 近年來，出現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)減振器特性和性能價格比較理想的雙質(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)， 這種飛輪由初級飛輪、扭轉(zhuǎn)減振器和次級飛輪組成。其中，初級飛輪一方面要為 減振器和離合器提供安裝空間，另一方面也以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動慣量確保汽車起動，并 減少向后傳遞的振幅。通常雙質(zhì)量飛輪均采用以圓弧狀螺旋彈簧沿初級飛輪外圓 周布置的方式,在布置空間有限的情況下，這種布置方式難以獲得較大的初級飛 輪轉(zhuǎn)動慣量。該轉(zhuǎn)動慣量過小會增加發(fā)動機(jī)和離合器相關(guān)零件的速度波動，縮短 它們的使用壽命。為避免上述現(xiàn)象發(fā)生，常需附加設(shè)置特殊的阻尼，這樣會增加 可開發(fā)難度和產(chǎn)品成本。 采用徑向布置減振彈簧的雙質(zhì)量飛輪可改進(jìn)以上缺陷。它由初級飛輪、3-4、 個減振彈簧盒、阻尼盤和次級飛輪組成。由于這種減振彈簧盒徑向布置，在初級 飛輪上依靠四根寬厚的筋肋形成足夠的飛輪剛度，并產(chǎn)生與傳統(tǒng)飛輪相近的轉(zhuǎn)動 慣量。這種布置有利于在小空間上，以較小的質(zhì)量獲得最大的轉(zhuǎn)動慣量，有利于 減少總成結(jié)構(gòu)的軸向尺寸，為次級飛輪和離合器讓出更多的布置空間。其阻尼裝 置由一個耐磨塑料墊圈、一個帶槽口的鋼片和一個碟形彈簧墊圈構(gòu)成，它們設(shè)置 在阻尼盤上，靠阻尼盤內(nèi)孔翻邊定位并壓緊，阻尼盤與初級飛輪鉚接，塑料墊圈 由次級飛輪上的槽口帶動。實際證明，較之以往的雙質(zhì)量飛輪，這種結(jié)構(gòu)可在有 限空間內(nèi)獲得相當(dāng)好的減振效果。 發(fā)動機(jī)工作所需的轉(zhuǎn)動慣量通常由飛輪、離合器壓盤和離合器蓋一起提供。 理想的飛輪結(jié)構(gòu)應(yīng)在提供相同轉(zhuǎn)動慣量，并保證足夠結(jié)構(gòu)剛度的前提下，盡可能 減少飛輪質(zhì)量，以鋼板沖壓方式取代吃傳統(tǒng)鑄造方式生產(chǎn)的飛輪可獲得這種效 果。該飛輪由鑄鐵制的壓環(huán)、起動齒環(huán)和鋼鐵沖制的驅(qū)動盤三部分組成，齒環(huán)焊 接在驅(qū)動盤上，壓環(huán)與驅(qū)動盤鉚接，壓環(huán)構(gòu)成飛輪轉(zhuǎn)動慣量的主體，同時為離合 器提供摩擦面和傳導(dǎo)熱量，驅(qū)動盤提高足夠的飛輪剛度，并借助激光焊接與離合 器蓋相連，這種結(jié)構(gòu)形式的改變可較傳統(tǒng)鑄鐵飛輪減少相當(dāng)質(zhì)量。 而目前汽車技術(shù)發(fā)展的方向表現(xiàn)在以下幾個方面： (1) 安全可靠 應(yīng)用汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)(ASR)、電控穩(wěn)定程序(ESP)、電子巡航控制系統(tǒng)(CCS)、安全帶、安全氣囊(SRS)等。 (2) 環(huán)境保護(hù) 采用電控燃油噴射(EFI)、無分電器點火(DLI)、廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)、燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)、氣門升程與配氣相位可變控制系統(tǒng)、斷油控制、進(jìn)氣壓力波增壓及廢氣渦輪增壓控制、共軌電控柴油噴射系統(tǒng)等技術(shù)。 通過以上可以看出，如今的汽車離合器無論從性能、結(jié)構(gòu)方面，都在發(fā)生諸 多的變化，它們大大優(yōu)化了離合器各方面的性能，也反映了離合器作為汽車中十 分重要的一部分，今后的發(fā)展方向。 結(jié)語 隨著人們對汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎(chǔ)上得到不斷改進(jìn)，乘用車上愈來愈多地采用具有雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減振器，能更好地降低傳動系的噪聲。對于重型離合器，由于商用車趨于大型化，發(fā)動機(jī)功率不斷加大，但離合器允許加大尺寸的空間有限，離合器的使用條件日酷一日，增加離合器傳扭能力，提高使用壽命，簡化操作，已成為重型離合器當(dāng)前的發(fā)展趨勢。 .