王云英 钱春雷 黄翀

摘要：在汽车动力传动系匹配选型时，快速而合理地选择合适的离合器匹配整车至关重要。离合器设计考虑的指标很多，但就整车设计而言，关键是离合器片单位面积上的滑摩功、后备系数以及体现到离合踏板上分离力的大小。本文对离合器起步设计计算方法进行研究分析，结合工程项目设计经验提出一种快速计算的验证方法。

Abstract： For designers of vehicles，selecting befitting clutch is important.It includes many facts in designing clutch.There are keys which include dissipated energy， backup coefficient and separating power in clutch pedal.The article introduces the designing of clutch and calculation，which is good method and basic experience.

关键词：离合器;滑摩功;性能开发

Key words： clutch;dissipated energy;performance development

0  引言

离合器作为汽车传动系重要部件之一，目前设计选型时绝大多数依然采用摩擦式结构。汽车起步操作过程中必然伴随着离合器主、从动盘摩擦表面相对滑摩。汽车在交通繁忙的城市内使用时，起步次数频繁，即离合器的结合次数频繁，相对滑摩严重。离合器滑摩的严重程度常用起步滑摩功的大小来衡量。而滑摩功的大小不仅与发动机类型、传动系档位速比、车轮滚动半径、整车载荷等相关，而且还与驾驶员操作相关，例如初始滑摩转速、滑摩总时间等。滑摩功的存在是磨损和温升的根源，限制汽车起步的离合器片单位面积滑摩功不超过某一允许值是离合器参数合理设计的基本依据。

1  离合器滑摩功计算公式

离合器的滑摩功是指离合器在起步接合过程中有多少机械能变成热能。离合器的滑摩功越大，则零部件的温升和磨损也就越严重，寿命会越低。

1.1 文献[1]中的滑摩功计算公式

根据文献[1]，离合器接合过程中产生的滑摩功：

1.2 文献[2]中的滑摩功计算公式

根据文献[2]，离合器接合过程中产生的滑摩功，各参数的意义及单位见文献[2]。

1.3 笔者计算滑摩功的公式

根据笔者的工作经验并结合其他公式，推导出下面的计算公式。

公式中：

E：起步滑摩功;

Temax：发动机最大输出扭矩（N.m）;

ma：满载质量;

Rr：滚动半径（m）;

ω0：离合器滑摩时的角速度;

δ：一档传动系旋转质量换算系数;

α：起步时，汽车平均加速度;

f：车轮滚动阻力系数;

η：一档机械传动效率;

ig1：一档总传动比;

h：与发动机类型相关的系数。

从以上三个公式可以看出，前两个公式较为复杂，涉及到微分和多个难以确定的参数，工程運用受限，而经验公式涉及到的都是整车设计过程中的基本参数和驾驶员操作模型定义参数，计算输入较容易获取且具有较高的可行性。

1.4 摩擦片单位面积滑摩功

公式中：

E：起步滑摩功;                    Z：摩擦面数量;

D：摩擦片外直径;                 d：摩擦片内直径。

1.5 后备系数

后备系数是表征摩擦片压紧后，离合器传递发动机动力的能力。选择时应该考虑摩擦片磨损后仍能传递发动机的最大扭矩。选择时不仅应考虑摩擦片磨损后仍能传递发动机的最大扭矩，还要避免起步过程中滑摩时间过长。xx的计算公式及推荐值范围可采用文献[2]中的公式。

公式中：

μ：摩擦片摩擦系数;             F0：离合器压紧力;

D：摩擦片外直径;                 d：摩擦片内直径;

Temax：发动机最大输出扭矩。

1.6 压盘接合温升

压盘温升的计算时检验离合器设计的一项重要参数，温升可以衡量离合器设计的压盘膜片弹簧产生的压力和离合器从动盘的材料选择是否合适。在一些车型设计时，整车空间定下来，更换动力总成，发动机扭矩增大，增大离合器已经不能实现。此时，通过温升验证并可选择好离合器从动盘的材料来达到增大摩擦力、减少压盘温升，以满足设计要求。每次起步时，需用温升不超过10°C。压盘一次接合温升的计算公式可采用文献[2]中的公式。

公式中：

λ：传到压盘的热量所占的比例;

E：起步滑摩功;

mp：离合器压盘质量;

C：压盘比热容。

2  离合器滑摩功计算

上述公式在某MPV车型设计中得到了运用，其车型参数及计算结果分别见表1和表2。

3  实车检测验证

目前，中国各主机厂对于离合器的考核要求主要以整车综合耐久试验、动力耐久试验和整车坡起性能试验为主。而其中，整车坡起性能试验要求如下：

试验条件：满载，坡道25%，空调开启，同时达到下述要求方可认为坡起性能达标。

①发动机初始转速不高于2500rpm（柴油机）或3000rpm（汽油机）;

②离合器滑摩时间不超过7s（仅MT）;

③车辆溜坡距离不超过30cm;

④车辆从静止加速到16km/h的时间不超过12s;

⑤5分钟之内能够坡起成功5次;

⑥驾驶员不能闻到离合器片烧焦气味。

通过对工程车辆进行实际测试评估，该车型满足要求，试验结果见表3。

4  结束语

通过对汽车研发过程中采用的离合器设计方法进行研究比较，结合汽车项目开发经验，推导出离合器起步滑摩功、摩擦片单位面积滑摩功、压盘温升、后备系数计算公式。经过笔者团队的项目实际运用和检测验证，此公式具有工程可行性，可以进行推广运用和拓展研究。

参考文献：

[1]汽车工程编辑委员会，汽车工程手册（基础篇）[M].北京：人民交通出版社，2000，145-146.

[2]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001：105-130.

[3]《GB/T 12679-1990 汽车耐久性行驶试验方法》.

[4]邵林波，曾庆吉.汽车底盘构造与维修.[M]江西：江西高校出版社 2010.