离合器位于发动机和变速箱之间,在整车传动系统中起着重要作用。离合器的输出轴就是变速箱的输入轴,当离合器主从动部分接合时,来自发动机的动力经过离合器输入到变速器,再经过变速器和主减速器的传动作用驱动车轮;当离合器主从动部分分离时,便切断了发动机动力。离合器是机械传动中的常用部件,可将传动系统随时分离或接合。离合器在整车传动系统中的作用可归结为以下三点:
1) 汽车起步时,通过从动部分的滑磨,避免发动机突然熄火,确保车辆能平稳起步。
2) 变速器换挡过程中,通过离合器分离来切断发动机动力以确保换挡过程的平顺性。
3) 当车辆负载过大,主从动部分将由锁止转变为滑磨,对车辆传动部件祈祷过载保护。
本文将主要进行干、湿式离合器的简单介绍以及其接合过程的分析,另外还会对离合器接合过程进行动力学分析以及介绍离合器磨损量的典型计算公式。
一、 干式离合器
干式离合器具有结构简单、传动效率高、分离彻底、成本较低等优点。其主要有常闭式和常开式两种,常开式结构能够在执行机构失效的情况下及时分离离合器,从而保证车辆行驶的安全性。常开式结构的膜片弹簧的固定支点在碟簧的外缘上,小端压紧时离合器结合。
图1 干式离合器
二、 干式离合器结合过程
如图所示,a曲线为离合器主动盘转速,b曲线为离合器从动盘转速。
图2 离合器结合过程分析示意图
为了分析离合器接合过程,离合器的接合过程可分为:空行程阶段,克服阻力阶段,速度增长阶段和同步接合阶段。
空行程阶段(AB段):此阶段离合器主动盘克服回位弹簧的弹力,消除摩擦片间隙。摩擦片间没有接触,没有转矩传递,没有冲击和滑摩功。
克服阻力阶段(BC段):此阶段离合器主、从动摩擦片开始接触,传递的摩擦转矩不足,汽车不前进不会产生冲击,产生滑摩功,。
速度增长阶段(CD段):此阶段离合器传递的摩擦转矩超过从动轴上的阻力矩,汽车开始前进并产生冲击,有滑摩功产生。
同步接合阶段(D点以后):此阶段离合器主从动摩擦片同速转动,没有冲击和滑摩功产生。此阶段传递的转矩即为发动机的转矩。
三、 湿式离合器
湿式离合器与干式离合器工作原理相同,但湿式离合器摩擦副间存在着润滑油,这层油膜减小了湿式摩擦片直接接触产生的机械磨损,具有一定的保护作用,这层油膜还能及时传走因摩擦副摩擦而产生的热量,从而保证了湿式离合器摩擦副在接合过程中有稳定的摩擦系数。湿式离合器的特点如下:
1)接合更平顺。内部润滑油液的缓冲作用提高了车辆起步与换挡过程中的平顺性。
2) 湿式离合器能传递更大的转矩,因为其内部润滑油的作用,使得湿式离合器具有更大的后备系数。
3)摩擦副工作面积大。湿式离合器摩擦片不止一片,多片结构缩小了摩擦片体积使得其可以在较小的径向尺寸和接合压力下获得较大的摩擦转矩。
4)湿式离合器因为其摩擦副间润滑油的润滑与散热作用,减小了其摩擦片在工作过程中的磨损与热变形,提高了湿式离合器使用寿命。
5)湿式离合器可采用液体压力,电磁压力等手段来实现接合与分离。因此,其能够在不调整摩擦片间隙的情况下满足汽车起步与换挡的不同要求。
图3 湿式离合器
四、 湿式离合器接合过程
根据湿式离合器的工作特点,可将其接合过程划分为以下四个阶段:
图4 湿式离合器工作过程示意图
1挤压阶段,湿式离合器开始接合,作用在湿式离合器上的油压通过杠杆机构的放大作用在湿式离合器的压盘上。摩擦副间的润滑油受到挤压,油膜分子间的相互作用力形成油膜承载力,对主从动摩擦片的相对运动产生一定的阻碍作用。在挤压阶段,湿式离合器摩擦片摩擦副表面微凸体并未接触,被一层润滑油膜隔开。
2压紧阶段,此阶段湿式离合器摩擦片摩擦副表面微凸体开始接触,润滑油填充于微凸体与微凸体间的间隙内。当摩擦片压紧到一定程度时,摩擦副间隙内的润滑油基本被挤出,到此压紧阶段结束。
3机械摩擦阶段,在此阶段存在于湿式离合器摩擦副间的润滑油量极少,由压盘传来的接合压力几乎完全由微凸体接触力承担。在机械摩擦阶段,湿式离合器传递的摩擦转矩主要是来自于由微凸体接触而产生的粗糙转矩。当湿式离合器主从动摩擦片转速相等时,摩擦片间不存在相对运动,机械摩擦阶段结束。
4完全接合阶段,在此阶段湿式离合器主从动盘转速相同,湿式离合器摩擦副间不存在相对运动。
五、 离合器的动力学分析
离合器的动力学模型可以简化成如图所示系统,
图3离合器接合动力学模型
根据动力学原理,建立汽车起步过程的离合器运动微分方程可分为如下3种:
(1) 当离合器从动盘转速为零,则有
80%
1
步