商用车离合器匹配研究

王永红

摘要： 随着全球汽车工业的快速发展，汽车零部件产业已然成为经济发展的重点。而离合器作为车辆的重要组成零件也成为国内外零部件企业生产和研发的核心产品，承担着适时传递和切断发动机扭矩的重任。其作用能够保证汽车平稳起步，保证换挡时的平顺，同时也可以防止传动系统过载。离合器介于发动机与变速器之间，就像桥梁一样承前启后，贯穿着整个动力总成。离合器与整车的匹配是否合理，直接决定着整车起步、换挡性能，以及驾驶舒适性和整车可靠性。

关键词：离合器；平稳起步；动力总成；整车性能

1.离合器的组成

（1）主动部分：飞轮、压盘、离合器盖等；

（2）从动部分：从动盘、从动轴（即变速器第一轴）；

（3）压紧部分：压紧弹簧；

（4）操纵机构：分离杠杆、分离杠杆支承柱、摆动销、分离套筒、分离轴承、离合器踏板等。

2.离合器的分类

按照从动盘数目，离合器可以分为单片离合器和双片离合器。双片离合器理论上在保证压紧力一定的情况下，离合器传递扭矩能力较单片离合器可以增加1倍，同时分离力可基本保持不变；按照分离轴承型式，可分为拉式离合器和推式离合器。拉式离合器即分离离合器时，分离轴承远离飞轮方向运动；推式离合器即分离离合器时，分离轴承靠近飞轮方向运动。拉式离合器由于杠杆比较大，相同传扭情况下分离力较小，但分离轴承需通过连接装置连接到盖总成上，安装和拆卸较推式离合器复杂一些。

3.离合器分离系统

离合器分离系统一般由离合器踏板、主缸、助力分泵、分离拨叉、油管等零件组成。驾驶员踩下离合器踏板，踏板左移，推杆左移，通过缸、工作缸推动膜片弹簧分离板左移。受此影响膜片弹簧又以固定在离合器盖上的支承销为支点使大端向右移动，同时经分离板的作用拉压盘右移。最终达到从动盘与飞轮、压盘之间各存有一间隙，离合器实现分离，至此离合器分离过程结束。

4.影响离合器性能关键参数和因素分析、研究

4.1 从动盘摩擦材料选择

陶瓷离合器在内蒙古霍林河矿区的运行表现，整车为矿用自卸车，整车车重（GCW）80t 左右。從以上拆解、统计数据可以看出，无论是离合器摩擦片自身，还是压盘和飞轮，磨损量都很小。减少了离合器摩擦片更换频率的同时，另据司机反馈结合平顺性也非常好，与有机片相差无异。

4.2 离合器传扭后备系数选择

离合器传扭后备系数即离合器从动盘弹簧并圈时所能传递的最大扭矩与离合器标定扭矩（发动机最大扭矩）的比值。后备系数对于离合器在工作过程中可靠、安全的传递发动机扭矩至关重要，当后备系数不足时，可能会在某些特定工况爬坡等发生离合器滑摩、烧片现象。但这也不是意味着后备系数越大越好，过大的后备系数，一方面会造成材料的浪费和成本的增加，另一方面也会降低结合过程中的平顺性。离合器后备系数的选择需考虑具体的车辆应用类型和离合器自身的特性，如摩擦片摩擦系数高温衰减情况、盖总成磨损后期压紧力衰减特性等。大量应用实践表明，对于长途牵引工况一般后背系数选择1.35-1.4，而对于一些特殊工况，如矿区、油井用车，由于路况比较复杂、冲击较大，离合器安全系数选择一般会大于1.65，甚至会选择到1.8左右。

4.3 整车起步能力

起步能力，即整车启动时能够顺利通过的坡度（一般用 % 表示，英文简写为 S），其表达公式为：

TC- 离合器结合扭矩，一般取发动机在怠速或800RPM 时，离合器结合过程中所能传递的扭矩（单位：Nm）；R- 传动系总速比（变速器速比 × 分动箱速比 × 驱动桥速比）；M- 轮胎每英里滚动圈数；GCW- 车辆总重（单位：Kg）。从以上公式可以看出起步能力与各参数之间的关系：离合器结合扭矩越大（换言之发动机怠速扭矩越大），传动系总速比越大，轮胎滚动半径越小，整车的起步能力就会越好。而由以上公式 GCW 处于分母位置，可见 GCW 越大，整车起步能力会变得越差。

对于起步能力，目前国内主机厂没有明确的规定要求，但起步能力对于整车性能和离合器使用寿命有着至关重要的影响，起步能力不足会造成整车无法起步和离合器滑摩，从而降低离合器使用寿命，甚至烧片。针对不同的应用工况，对应的起步能力也不尽相同，对于牵引车一般要求 S ≥ 12，城市公交 S ≥ 14，自卸车 S ≥ 17等。

4.4 离合器分离系统的合理匹配

基于液压系统不可压缩的前提下，离合器理论分离行程：

D=O/[（M+L）/L]*0.25πI2/（0.25πG2）/（A/B）

但考虑到管路膨胀及液压系统传递效率，实际的分离行程D=D*85%。此时分离行程 D 需满足离合器的允许分离行程范围，一般情况下，430拉式离合器的分离行程为12-14mm，430推式离合器分离行程为10-12mm。计算得到的分离行程过小，会造成分离不清；过大，会造成离合器膜片弹簧过拉，离合器寿命后期会造成压紧力衰减、滑摩、烧片等。

N（踏板回位弹簧力）= 回位弹簧力 * 踏板杠杆比；

P（踏板力）=J* 踏板杠杆比 +N+ 液体压强 * 主缸面积 * 踏板杠杆比，

其中“液体压强”由整个系统确定。对于中重型商用车，一般推荐的踏板力范围为120-150N，过大的踏板力会增加司机的劳动负担和抱怨，离合器分离系统设计、校核时需重点考虑。

5.结论

离合器及离合器分离系统种类多样，各有千秋，匹配选型时应根据具体的应用车型和工况分类考虑，选择最为合适的产品，方能体现出离合器在整个动力总成单元中的重要作用。

参考文献：

[1]陈家瑞.汽车构造（第五版）.北京：人民交通出版社，2006.

[2]李文君. 重型汽车离合器及其操纵机构设计与试验研究[D]. 江苏大学，2016.

[3]李光明，刘辉，毛世伟. 离合器性能设计计算方法的研究[J]. 客车技术与研究，2010，32（3）：25-26.