膜片弹簧离合器分离过程能量消耗分析

本文格式为Word版，下载可任意编辑——膜片弹簧离合器分离过程能量消耗分析膜片弹簧离合器分开过程中需要消耗确定的能量，其大小等于分开力对分开行程的定积分，本文称之为“离合器分开功”。膜片弹簧的碟簧片面和分开指片面的弹性变形会吸收能量，膜片弹簧与压盘、支承环（或支承筋）和分开轴承之间的摩擦需要消耗能量。盖和安装螺栓在离合器分开过程中发生弹性变形，虽然释放一些能量，但相应减小压盘的升程。在得志离合器压盘升程的前提下，减小分开过程中的能量消耗，才能提高离合器操纵舒适性。

离合器能量消耗弹性变形

目前汽车广泛使用推式或拉式膜片弹簧离合器，手动挡汽车换挡时需踩下离合器踏板，对没有外部动力助力的离合器分开系统，这一过程消耗驾驶员大量体力，影响离合器操纵舒适性。一般的文献资料在对比推式、拉式膜片弹簧离合器的优缺点时，认为拉式比推式具有更小的分开力，因而拉式离合器的操纵更简捷。

只用分开力大小来评价离合器操纵性能是不全面的，要正确评价离合器踏板是否简捷，需要同时考虑离合器分开力和分开行程的大小，即驾驶员分开离合器所做的功等于踏板力对踏板行程的定积分。考虑分开系统的效率，能量传递到离合器分开指表现为分开力对分开行程的定积分。为了提高无外部动力助力汽车的离合器操纵舒适性，设计适当的踏板行程和踏板力，减小“离合器分开功”，即减小分开过程中的能量消耗是关键。

为了简化和便于对比，不单独计算传动片和从动盘波形片弹性变形对离合器分开功的影响，而是表达在实际检测的离合器压盘载荷特性或分开载荷特性曲线与理论计算曲线的差异上。

1膜片弹簧离合器分开特性分析

以文献1，P164[计算实例9-1]为例。假设推式和拉式离合器采用一致尺寸参数的膜片弹簧，主要参数（mm）：R=105、r=83.5、h=4.3、t=2.6、L=103、l=84、rF=26、re=70.5、r0=22.5、δ1=3.2、δ2=11，n=18。

理论计算时不考虑分开指弯曲所叠加的小端分开行程，不考虑离合器盖变形、各零件摩擦的影响，离合器的膜片弹簧载荷-变形特性见图1，两种离合器的分开载荷特性与压盘升程特性见图2。

1.1推式和拉式离合器分开力分析

推式杠杆比kT=3.05，拉式杠杆比kL=4.05，kT/kL=0.7531，理论计算拉式分开点的小端分开力F2c（L）=1203N，推式分开点的小端分开力F2c（T）=1587N，F2c（L）/F2c（T）≈0.7580，与kT/kL接近。在工作压紧力一致的条件下，拉式离合器分开力小于推式离合器分开力，推式和拉式离合器的分开力大小与杠杆比成反比。

1.2推式和拉式离合器分开行程分析

不考虑分开指弯曲所叠加的小端分开行程，在一致的膜片弹簧大端变形量5.5mm时，推式和拉式离合器小端分开行程的理论计算值λ’2f（T）=6.41mm，λ’2f（L）=8.51mm，λ’2f（T）/λ’2f（L）=0.7532，与kT/kL的值接近，即拉式离合器需要更大的分开行程，推式和拉式离合器的分开行程与杠杆比成正比。

1.3两种离合器理论分开功计算分析

分别计算两种离合器分开力对分开行程的定积分，或直观理解为图2分开载荷特性曲线分开力与分开行程起止点所包围的面积，推式离合器分开功10.21J，拉式离合器分开功10.28J。即推式和拉式离合器采用一致尺寸参数的膜片弹簧，其理论分开功一致，拉式离合器省力不省功。

本例推式和拉式离合器分开的最终效果，是使膜片弹簧从理论工作点F1b=5264N变形到大端变形量5.5mm时的F1c=4869N，计算图1载荷-变形特性曲线（加载）大端载荷对大端变形量的定积分，需要的能量为10.26J，疏忽计算误差，这一数值理论上与推式拉式离合器分开功相等。

2膜片弹簧离合器盖受力及盖变形分析

2.1离合器盖刚度定义

在离合器分开过程中，盖变形和安装螺栓变形对压盘升程有影响，为了简化和实用，将离合器盖刚度kc定义为：用螺栓将离合器安装在飞轮上，膜片弹簧（碟簧片面）通过支承环或其它零件对盖施加轴向力Fcc，盖在轴向力Fcc作用点的轴向变形量为λc，那么定义kc=Fcc/λc。

2.2离合器盖受力及盖变形分析

图3-a为离合器膜片弹簧受力及盖变形示意图。

图3-b为接合状态膜片弹簧受力示意图，选择膜片弹簧作为分开体，在离合器接合状态下，膜片弹簧在支承处受到来自压盘的力FP，来自盖的力Fc，当分开力Fr=0时，FP与Fc大小相等，方向相反，离合器盖在Fc的反力作用下向远离压盘的方向变形。与离合器盖在自由状态相对比，推式离合器盖变形λeT，拉式离合器盖变形λeL。

图3-c为分开状态膜片弹簧受力示意图，在离合器分开过程中，分开力Fr作用于分开指，当压盘开头离开从动盘直至达成分开点分开行程时，来自压盘的力FP=0，膜片弹簧在支承处受到来自盖的力Fc，此时Fc与Fr大小相等，方向相反。推式离合器盖在Fc的反力作用下向靠近压盘的方向变形，拉式离合器盖在Fc的反力作用下依旧向远离压盘的方向变形。与离合器盖在自由状态相对比，推式离合器盖变形-λrT，拉式离合器盖变形λrL。

在离合器从接合到分开的过程中，推式离合器盖的总变形量为λeT+λrT，拉式离合器盖的总变形量为λeL-λrL。

2.3膜片弹簧离合器盖变形量检测分析

选取推式395和拉式395离合器，安装螺栓M12×60（12件），分开过程盖变形量检测结果：

推式盖钢板厚度7mm