高志川

（同济大学，上海 201814）

新型离合器分离系统的分析及测试

高志川

（同济大学，上海 201814）

为解决长城公司升级换代的绚丽轿车的离合器分离效果不彻底的问题，在实际生产的经验基础之上，通过对离合器系统的综合分析，提出了新式分离系统的构想并设计了对中式液压分离系统；搭建实验专用台架，对新型分离系统的踏板力的稳态、分离副缸的摩擦性能以及对密封件密封性能进行了各自的测试，在实验测试的基础上得出该新型分离系统的实际可行性的结论。

离合器；分离系统；对中式液压分离系统；实验台架

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-140-03

引言

结合长城公司升级换代的绚丽轿车系列车型，对所发现的离合器分离不彻底的问题进行分析，发现了其分离不彻底的原因并找到了相应的解决方法，进而通过具体的实验进行验证，为提高离合器分离效率的问题提供了参考。

1、离合器分离不彻底现象的原因及解决思路

1.1 该车型离合器分离不彻底原因的分析

长城公司对绚丽轿车系列进行升级，提高了发动机扭矩，为了适应该发动机的扭矩容量，与之相匹配的开发了大尺寸的离合器，但使用的仍是原系统的“金属液压外置式分离系统”，并未对配套的分离系统进行升级替换。

该车型在使用了大发动机和大的离合器后，为了增加离合器可增加的扭矩，相应地就会增大压紧力，由于压紧力由膜片弹簧提供，那么就需要更大的膜片弹簧，对应就需要大的分离行程和分离力，但是以往使用的外置式分离系统的分离行程和分离力并未增加。所以新绚丽轿车的离合器分离不彻底可以初步判定为分离系统的原因，极有可能是原来的“金属液压外置式分离系统”不能提供足够的分离力和分离行程而导致离合器不能完全分离。

1.2 解决思路

首先从金属液压外置式分离系统的离合器的分离功分布的角度来分析离合器分离系统的分离效率。从能量的角度分析，功为力对位移的积分[1]：

根据离合器分离特性，该积分值即为分离特性曲线与轴包络的区域面积。如图2.1所示，定义其为离合器的分离功。

图1 离合器分离功

离合器的分离过程为：（1）驾驶员踩下分离踏板；（2）踏板带动液压系统分离主缸动作；（3）液压油驱动分离副缸动作；（4）分离副缸驱动分离拨叉；（5）分离拨叉驱动分离轴承；（6）分离轴承运动抵消间隙后驱动膜片弹簧。

分离系统在整个分离过程中的每一步都需要消耗分离功，包括离合器调节，清楚间隙，系统刚度而消耗的能量，膜片弹簧消耗的能量等。如图2所示，一个自调节离合器系统的离合功分布情况，根据该组数据我们可以看出，最终用于分离离合器的功占全部的50%，这其中系统刚度造成的能量损失主要来自于分离拨叉，所以如果能够采用对中式设计取代分离拨叉的设计将会显著提高分离系统对能量的利用效率，以期解决该离合器分离不彻底的问题。

图2 一个自调节离合器系统中做功的组成

2、新型分离系统的设计及实验验证

2.1 对中式分离系统的设计

一般的离合器液压式分离操纵系统主要由离合器踏板，主缸，副缸，中间的液压管路，阀体和减震阻尼单元组成[2]。

图3 对中式液压分离系统

综合上一章对离合器分离功的分析和传统的“金属液压外置式分离系统”结构组成的基础上，设计一种新型液压对中式分离系统，示意图如下图3所示，其与外置式液压分离系统主要的区别在于对中式结构的工作缸直接连接并驱动分离轴承。如此便能够有效的简化结构，增加执行效率，提高工作可靠性。

为便于统计与对比，施肥、铺膜时间均为2017年3月21日，播种时间均为2017年4月25日，采用人工点播器穴播栽培技术，保苗60 000株/hm2，南北行向。四周设保护行1 m，走道50 cm。

从理论上来讲，该系统不仅能够给绚丽轿车的离合器提供足够的分离行程，同时由于采用了对中式设计，不需要采用分离拨叉，简化了系统结构，可以有效地提高分离系统的分离效率。

2.2 实验验证

根据前文的对中式液压分离系统的分析，设计制造了副缸的样件，对于做过功能试验后拆解的单个零部件拍照片如图4所示：

图4 样件实物图

在完成上述工作的基础上，搭建了离合器分离系统测试台架，如下图5所示。为模拟驾驶员脚踩踏板动作，本实验采用了直线作动机构直接驱动离合器分离踏板，通过控制系统可以控制作动器按照一定的踩踏速度进行推动，通过安装在上面的传感器将每一个时刻的推动力采集到计算机。设计选用直线作动器主要参数如下：电压：220V，最大驱力：1000N，最大行程：220mm，最大速度：100mm/s。该组参数接近于真实的驾驶情况，其测试结果也更加具有实际意义[3]。

对新型的对中式液压分离系统进行三个主要性能的测试，包括踏板力稳态测试、摩擦测试以及密封测试，下面将对测试过程和结果作详细说明。

图5 离合器分离系统测试台架

2.2.1 踏板力稳态测试结果

测试方法：将踏板固定到某一行程位置，记录该时刻的踏板行程，踏板力，分离轴承行程，更改踏板位置并重新记录。

以踏板行程为横轴，分别画出离合器分离和接合时的踏板力曲线，如图4.49中蓝线所示。分离轴承行程如图6中红线所示。

从图6测试结果可见：

S1点踏板自由行程为10mm

S2点分离过程最大踏板力为108N

S4点在踏板行程100mm处，接合过程最大踏板力为60N

S3点踏板最大行程为130mm，踏板储备行程130-100= 30mm，分离轴承最大行程为7.1mm（大于6.9mm），总传动比为15，所以分离系统总传动效率为：

满足系统需要75%以上的要求[4,5]。

图6 对中式液压离合器分离系统踏板力稳态测试结果

2.2.2 摩擦测试结果

离合器主要的能量损耗就是分离副缸的摩擦耗能，在不同的压力和温度条件下，该摩擦数值会有不同的表现，如图7所示，80摄氏度测试条件下，不同油压2.5bar和25bar在不同速度下的摩擦力曲线。

图7 摩擦力随速度变化曲线

由测试结果可见，随着运动速度的增加，摩擦力有所减少，60mm/s时，2.5bar油压下的摩擦力为5N，24bar油压下的摩擦力为31N。

为了确定摩擦力对压力和温度的敏感程度，绘制不同温度下摩擦力随压力变化曲线，采用1mm/s的运动速度，结果如图8示。

图8 1mm/s速度下摩擦力随压力变化曲线

图9 30mm/s速度下摩擦力随压力变化曲线

由测试结果可以见，120°C时，摩擦力较大，此时降低温度能有效的减少摩擦力。采用30mm/s的运动速度，结果如图9所示。

当速度从1mm/s增加到30mm/s时，摩擦力能够减少约50%。可见适当增加速度是减少摩擦力的有效措施，同时说明了该分离系统的可靠性。

3.2.3 密封测试结果

为了测试密封件的平均性能表现，测试时选取了三个测试样件分别进行了真空条件和不同压强下进行正交试验测试。由于工作压强为35bar左右，不能只是测量次工作压强下的密封性，因为样件在低压强的情况可能产生泄露，所以选取了0.25bar；2.5bar和235bar三个压力梯度进行密封性能的测量，测试结果如表1所示。

表1 密封效果测试

由密封测试结果可知，本次实验所用的密封件性能较好，可满足对中式液压离合器分离系统实际工作的需求。

经过上述踏板力稳态测试、分离副缸的摩擦测试以及对密封件密封性能的测试，得知本次设计的新型液压对中式分离系统能够满足实际工作的需求，并经过实验证实该系统的真实可行性，为提高离合器分析效率找到了切实可行的方向。

3、结束语

本文基于长城绚丽轿车项目的实际离合器分离不彻底的现象，提出了开发对中式离合器分离系统的解决思路。通过对离合器系统中的分离功的分析得知系统刚度造成的能量损失主要来自于分离拨叉，进而设计以对中式设计取代分离拨叉的对中式液压分离系统。将设计的产品制造出来并对其进行实验测试，得知该新型的分离系统能够解决长城公司绚丽车型的离合器分离不彻底的问题，为其他的离合器分离问题提出了建设性的设计理念和实践基础。

[1] 常小刚,鲁统利. 汽车离合器分离系统测试与性能优化[J]. 传动技术,2013,(04):18-20+32.

[2] 马振新. 双离合器变速器简介[J]. 农机使用与维修,2012,(01):28-30.

[3] 离合器液压分离系统(六)[J]. 汽车与配件,2015,(16):58-59.

[4] 赵桐健. 离合器踏板疲劳寿命实验台研究开发[D].吉林大学, 2015.

[5] 王超,赵治国. 离合器踏板抖动原因分析与解决方案探讨[J]. 汽车技术,2013,(03):16-20.

Analysis and Test of New Clutch Releasing System

Gao Zhichuan
( Tongji university, Shanghai 201814 )

To solve the problem of the Great Wall Company upgrading the flowery car clutch problem with incomplete separation effect. Based on the practical production experience, through the comprehensive analysis of the clutch system, this article puts forward the idea of new separation system and design of symmetric style hydraulic separation system. Constructing the special experimental bench. Testing on the pedal force of new type of separation system, separation of cylinder friction performance and seal sealing performance respectively. Then come to the conclusion of the new separation system is practical on the basis of the result of above tests.

Clutch; Releasing system; Symmetric style hydraulic separation system; Experimental bench

U462.1

A

1671-7988 (2017)10-140-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.049

高志川，（1982-），男，同济大学工程硕士，助理工程师，职业研究方向为离合器分离系统、轮毂电机。就职于舍弗勒汽车。