（光学工程专业论文）重型汽车离合器推式操纵系统研究.pdf

江苏人学工程硕一l ：学位论文 摘要 本文针对目前国内重型汽车推式离合器操纵系统存在的3 个方面的 问题，从操纵系统整体优化的角度给予分析解决。 论文着重分析了操纵系统内总泵、油管、助力缸在不同条件下的变 化规律，确定了踏板输入和运动输出机械机构部分各种状态下的参数。 建立了较为详尽的重型汽车推式离合器操纵系统力和行程的数学模型， 并对车辆各个阶段、各个时期的变化进行精准控制分析。提供了较为实 用的零部件台架测量方法，将其应用到整体设计中去。分析并介绍了整 体操纵系统设计方法和标定方法。分析了操纵系统内零部件布置方式对 操纵系统的影响。 全文以解决实际问题为主线，较为全面的对重型汽车推式离合器操 纵系统整体分析、试验和设计方法进行论述，为操纵系统计算机模拟仿 真和整体台架测量分析装置的建立提供了先期性基础研究。对提高国内 重型汽车推式膜片弹簧离合器操纵系统设计水平有着积极的意义。 关键词：操纵；分离；行程；助力缸 江苏大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sa r t i c l ea n a l y z e sa n ds o l v e st h r e ep r o b l e m se x i s t i n gc u r r e n t l yi nt h e p u s hd u t c hc o n t r o ls y s t e mu s i n gf o ri n t e r n a lh e a v y d u t yt r u c k sf r o mt h e v i e wo fi n t e g r a lo p t i m i z a t i o n t h ea r t i c l ee m p h a s i z e st h ec h a n g er u l e su n d e rv e r i f i e dc o n d i t i o n sf o r p u m p 、o i lp i p ea n ds l a v ec y l i n d e ro fc o n t r o ls y s t e m a n dd e t e r m i n e st h e p a r a m e t e r su n d e ra l lk i n d s o fc o n d i t i o n sf o rp e d a li n p u ta n dm o v e m e n t o u t p u tm e c h a n i s m i te s t a b u s h e sm o r ed e t a i l e dm a t hm o d e lf o rf o r c e & s t r o k eo fp u s hd u t c hc o n t r o ls y s t e ma n dm a k e sp r e c i s ea n a l y s i sf o rt h e c h a n g ei n a l l s t a g e sa n dp e r i o d s o fv e h i c l e i ta l s o p r o v i d e s u s e f u l d y n a m o m e t e rm e a s u r em e t h o d f o rc o m p o n e n t sa n da p p l i e st oi n t e g r a ld e s i g n t h ea r t i c l ei n t r o d u c e st h ed e s i g na n dd e m a r c a t i n gm e t h o df o rt h ec o n t r o l s y s t e m i ta n a l y s e st h ee f f e c t o fi n t e r n a lc o m p o n e n t sl a y o u to nc o n t r o l s y s t e m t h ea r t i c l ed e s c r i b e st h em e t h o d so fa n a l y s i s 、t e s ta n dd e s i g nf o rd u t c h c o n t r o ls y s t e mu s e dt oh e a v yd u t yt r u c ks ot h a ts o l v e sa c t u a lp r o b l e m s i t p r o v i d e se a r l yb a s es t u d yf o rc o m p u t e rs t i m u l a t i o no fc o n t r o ls y s t e ma n d e s t a b l i s h m e n to f i n t e g r a ld y n a m o m e t e rm e a s u r ea d v i c e i th a s a c t i v e s i g n i f i c a t i o n t oi m p r o v ed e s i g nl e v e lo fp u s hd i a p h r a g ms p r i n gd u t c h c o n t r o ls y s t e mo fi n t e r n a lh e a v y d u t yt r u c k k e yw o r d s ：c o n t r o l ，r e l e a s e ，s t r o k e ，s l a v ec y l i n d e r 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 保密口 本学位论文属于 ，在年我解密后适用本授权书。 不保密囫 学位论文作者签名：专饪成 明, 牛j - r - 6 月口日 7，汁妯 签 年 一 导 独创性申明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全 意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：诲仡戒 9 ( 1 年f 月f 。日 江苏人学工程硕i ：学位论文 1 1 课题来源及意义 第一章引言 重型汽车使用的离合器主要有3 种，分别是推式膜片弹簧离合器、拉式膜片弹 簧离合器、推式螺旋弹簧离合器。推式膜片弹簧离合器由于对整车装配要求低、价 格便宜、重量轻、可靠性好，目前在国内重型汽车上得到广泛应用。据统计在2 6 0 3 3 0 马力重型汽车中有3 0 使用推式膜片弹簧离合器。重型汽车由于发动机扭矩大，一 般选用工作直径在4 2 0 r a m 以上规格离合器，压盘总成分离力在4 0 0 0 n 以上，分离 行程达到1 2 r a m 。为满足离合器操作轻便性要求，需采用助力装置，目前重型汽车 大多数采用液压操纵气助力离合器操纵机构。 膜片弹簧的特性决定了离合器在使用过程中分离力会在一定范围内发生变化， 同时分离行程不能超过某一范围，否则离合器使用寿命会大为降低。而离合器在使 用中首先要保证分离彻底，即操纵机构输出的分离力、分离行程不能小于某一范围。 产品开发要求零部件重量尽可能轻、经济性要好，所以操纵机构输出分离力能力不 能过大。 离合器操纵机构中的总泵、油管随操纵机构内制动液压力变化相应传递或输出 行程也有变化。助力缸由于结构原因会随输入制动液压力、气源气压的变化使输出 力、输出行程产生变化。为离合器分离力的提供助力的整车气源气压在车辆工作的 不同阶段，压力也有变化。操纵机构内液压系统内空气的会发生变化，这种变化会 对输出行程产生影响。这些变化都有其内在规律，只有掌握和利用好这些规律才有 可能将离合器操纵系统输出力、输出行程控制在一定范围。保证在整车不同时期和 不同工作阶段，离合器操作轻便、操作平顺、保养简便、分离彻底同时不产生过分 离。离合器操纵系统表现优异，用户对整车满意度会更高。 国内某公司2 0 0 0 年以后由于国内推式膜片弹簧离合器价格的下降和性能的提 高，开始使用推式膜片弹簧离合器【1 1 。由于膜片弹簧离合器对操纵机构要求更高， 膜片离合器在使用初期离合器寿命、操作平顺性方面存在一些问题，影响了用户对 江苏大学工程硕i ：学位论文 整车的满意度。为此该公司成立了由开发部门和零部件供应商组成的专门研究小组， 对离合器操纵系统做了更加深入的计算、试验和分析。同时也对国外、国内各种重 型汽车离合器操纵系统结构和性能表现也做了调查和分析。在调查中发现国内各厂 家的重型汽车与欧洲、日本等地的重型汽车在离合器操纵系统方面结构原理基本相 同，国内重型汽车离合器操纵结构甚至更复杂。国内重型汽车离合器操纵踏板力、 踏板行程在车辆处于稳定状态基本都可以满足要求。与欧洲、日本车相比主要表现 在车辆在不同阶段、不同工作期间性能不稳定，维修保养工作量也偏大。 本文针对国内重型汽车推式膜片弹簧离合器操纵系统或多或少存在的几个方面 的问题，通过对相关零部件做定性分析、操纵系统整体分析和试验，找出问题所在， 提出解决办法。在分析解决这些问题的同时将操纵系统整体优化所需主要数学模型 作了展示和应用分析，也提供了较为实用的零部件台架测量方法和设计方法，有助 于实现在各种状态下对重型汽车推式离合器操纵系统输出行程、踏板力变化的精准 控制。为操纵系统计算机模拟仿真和整体台架测量分析装置的建立提供了先期性摹 础研究。对提高国内重型推式膜片弹簧离合器操纵系统设计水平有积极的意义。 1 2 离合器操纵系统国内外研究现状 推式膜片弹簧离合器操纵系统作为整车的一个予系统，欧洲、日本等发达国家 整车生产厂商都做了比较深入的分析。零部件供应商也从操纵系统不同侧重面上做 了比较深入的分析。国内零部件供应商只对所供应零部件可靠性上做了深入分析， 对操纵系统整体匹配设计只按整车厂要求做。国内整车厂比较重视操纵系统工作寿 命，对操纵系统整体优化设计大部分j 家还不重视，未做深入研究。国内其它汽车 行业相关部门对离合器操纵系统整体优化设计基本都未做深入研究。 1 2 1 国外离合器操纵系统研究现状 瑞典沃尔沃公司对离合器操纵系统整体优化比较重视，产品研发部门已形成一 套成熟的离合器操纵系统设计方法【2 1 。将操纵系统内各零部件在各种工况下的输入一 输出关系变化做成数学模型，可在计算机内做操纵系统模拟运行。在试验室有离合 2 江苏大学丁程硕士学位论文 器操纵系统整体输入输出台架测量分析装置，该装置还可变换零部件不同的布置方 式。虽然该公司不生产助力缸等零部件，但通过操纵系统整体优化分析，可对零部 件各种参数进行修改，指导供应商开发整体匹配性更好的零部件。沃尔沃公司这些 设计、试验方法只在宣传整车产品时对大用户做简单介绍，并不做对外交流。 德国曼公司曾在宣传其新车型时，展示过离合器操纵系统优化设计方法，通过 输入不同的离合器规格、车辆不同的运行时期等参数，计算机可提供离合器操纵系 统的工作状态【3 】。 日本三菱公司、日产公司和五十铃公司离合器操纵系统零部件供应商基本相同。 它们联合与某大学建立了离合器操纵系统试验室，该试验室也同样对零部件供应商 开放。离合器及离合器操纵系统新产品开发时都在该试验室做试验验证，日本爱思 帝公司的高寿命离合器就是通过了该试验室试验后正式推向市埘4 】【5 1 。 瓦伯克公司是世界著名的助力缸供应商，在向中国推荐其产品时演示过助力缸 模拟动态工作情况嗍。将助力缸在车辆不同运行时期工作状态都可模拟出，并向整 车的离合器操纵系统优化方面提供不少好的建议。用户提出操纵系统整体要求，该 软件就可计算出正常工况、极限工况，提供出最佳的匹配方案。该计算程序只对中 国用户匹配助力缸时应用，并不提供给用户。 康斯博格、科诺等世界知名助力缸供应商在产品推广时都向用户展示过助力缸 模拟输入输出动态计算机模型【7 1 。 1 2 2 国内离合器操纵系统研究现状 国内各整车厂一般将离合器和离合器操纵归入一个设计组，但对离合器操纵的 重视程度远未达到离合器的标准。操纵系统一般只有踏板机构、总泵、助力缸等单 个部件寿命台架试验。离合器操纵系统在开发时一般根据现有零部件资源做匹配设 计，只对零部件外型连接尺寸做修改。对操纵系统内各零部件在使用过程中变化量 并不做深入研究，一般只在新车型试制后在实车上对操纵系统内各零部件行程做测 量，之后做设计修改。而实车不易改变零部件布置方式，不同时期的工况测量也不 方便。更重要的是对操纵机构各种变化规律掌握不全面或不细致，造成没有一个准 3 江苏人学工程硕 学位论文 确而连贯的整体理论分析，从整体上优化设计比较困难，在离合器操纵新产品开发 上步子也迈不大。在汽车行业刊物上也很难见到有操纵系统整体上优化设计的实践 性文章。随着重型汽车行业竞争的加剧和出口发达国家的需要，各整车厂对整车可 靠性研究增大了投入，离合器操纵做为整车的一个子系统，在整体优化方面也更为 重视。已有部分，家计划做离合器操纵模拟软件，目前正在做前期的数学模型理论 分析和零部件测量分析工作。 目前国内在汽车专业的教科书上就离合器操纵系统设计教授内容比较简单，并 且没有液压气助力方面计算内容，只在汽车构造教科书中介绍了重型汽车具有代表 车型的离合器操纵系统的结构。将重型汽车离合器操纵系统整体优化做为一个课题 研究的很少。 国内比较大的离合器操纵零部件供应商目前寿命台架试验设备比较全，研究的 重点在提高零部件可靠性上。由于整车厂对零部件输入、输出精确度未做严格要求， 零部件供应商也对零部件精准控制方面未做深入研究，这也不利于操纵系统整体优 化数学模型的制作。相信随着整车厂家的要求提高和合作的需要，零部件供应商会 在这方面加大投入。 1 3 离合器及其操纵机构的结构及工作原理 1 3 1 离合器的结构及工作原理 离合器是汽车传动系中直接与发动机相联系的部件。起着保证汽车平稳起步、 变速器顺利换档和防止传动系过载等作用。 离合器实际上是一种依靠主从动部分间的摩擦来传递动力且能分离的机构如图 1 1 所示。发动机飞轮1 是离合器的主动件，带有摩擦片的从动盘2 和从动盘毂6 借滑动花键与从动轴5 ( 即变速器的丰动轴) 相连。压紧弹簧4 将从动盘压紧在飞 轮端面上。发动机转矩即靠飞轮与从动盘接触之间的摩擦作用而传到从动盘上。再 由此经过从动轴和传动系中一系列部件传结驱动车轮。弹簧的压紧力越大，则离合 器所能传递的转矩也越大。 4 江苏大学工稃硕i ：学f 7 = 论文 图1 1 摩擦离合器工作原理 f i g 1 1w o r k i n gp r i n c i p l eo f 衔c t i o nc l u t c h 1 飞轮；2 从动盘；3 、7 - 踏板；4 - 压紧弹簧；5 从动轴；6 从动盘毂 由于汽车在行驶过程中需经常保持动力传递，而中断传动只是暂时的需要故 汽车离合器的主动部分和从动部分应经常处于接合状态。摩擦副采用弹簧压紧装置 即是为了适应这一要求。欲使离合器分离时，只要踩下离合器操纵机构中的踏板3 ， 套在从动盘毂6 环槽中的拨又，便椎动从功盘克服压紧弹簧的压力向右移动而与飞 轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力传递。 当需要重新恢复动力传递时，为使汽车速度和发动机转速的变化比较平稳、应 该适当控制离合器踏板回升的速度，使从动盘在压紧弹簧4 的压力作用下，向左移 动与飞轮恢复接触，二者接触面间的压力逐渐增加、相应的摩擦力矩也逐渐增加。 当飞轮和从动盘接合还不紧密，摩擦力矩比较小时，二者可以不同步旋转，即离合 器处于打滑状态。随着飞轮和从动盘结合紧密程度的逐步增大，二者转速也渐趋相 等。直到离合器完全接合而停止打滑时，汽车速度方能与发动机转速成正比。摩擦 离合器所能传递的最大转矩取决于摩擦面间的最大静摩擦力矩。而后者又与摩擦面 5 江苏大学t 程硕士学位论文 间最大压紧力和摩擦面尺寸及性质决定。因此对于一定结构的离合器来说，静摩 擦力矩是一个定值。当输入转矩达到此值，则离合器将打滑，因而限制了传给传动 系的转矩，防止超戴。 由上述工作原理可以看出，摩擦离合器基本上由丰动部分、从动部分、压紧机 构和操纵机构四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并 能传递动力的基本结构，而离合器的操纵机构主要是使离合器分离的装置。 离合器的具体结构，首先应在保证传递发动机最大转矩的前提下，满足两个基 本性能要求：分离彻底；接合柔和。其次，离合器从动部分的转动惯量要尽可 能小。此外，还要求离合器散热良好，因为在汽车行驶过程中，驾驶员操纵离合器 的次数是很多的，这就使离合器中由于摩擦面间频繁地相对滑磨而产生大量的热。 离合器接合越柔和，产生的热量越大。这些热量如不及时地散出，对离合器的工作 将产生严重影响。 1 3 1 离合器操纵机构的结构及工作原理 离合器操纵机构是驾驶员借以使离合器分离，而后又使之柔和接合的一套机 构。它起始于离合器踏板，终止于离合器壳内的分离轴承。本节所要讨论的主要 是其巾仿于离合器壳外面的部分。 按照分离离合器所需的操纵能源，离合器操纵机构有人力式和气压式两类。前 者是以驾驶员的肌体作为唯一的操纵能源，后者则是以发动机驱动的空气压缩机作 为主要操纵能源，而以人体作为辅助和后备的操纵能源。本文采用的是气压式助力 式离合器操纵机构如图1 2 【8 】所示。 6 江苏大学工程硕学位论文 1234 一了 o i 望 jj 冬、 日 孤 i 从 j j 一 i j1 4l a 。 、，+ 一f 心 一 ； 涔蝎l l1 厂 ：弋5 ；心a 6甘 一l i 丙t 一 、i 。、。童 ：l 旷j _ 蝴 ；f r 。二n 入 s 睡u ：j =、 、硷淑藩岛 f 影圻 人 1 | 楚 口i u 口卜t 6 易k r 气口1 岳主嚣型、弋k j 灏吖”一 e 刊 j ，。呸瓣， r ， f j 一心|l ： 2 7 2 6i 2 5h2 4g2 32 2f e 2 l2 0 1 9 7 江苏人学t 程硕士学位论文 b g 1 0i j儿1 z 0 可 巨毒 可 - j |?。j i 致掣二， “ ，、一j ! 静r ，1 1 一 沁 一7 1 。“。口“二 习凹 、 p 。a 2 p 气2 l 0 。 图2 4 油压与输出力值关系特征曲线 f i g 2 4t h ec h a r a c t e r i s t i cc 呶v eb e t w e e no u t p u tf o r c ea n df u e lp r e s s u r e 江苏大学工稃硕i ：学位论文 图2 5 是某气压助力活塞直径7 5 r a m 的离合器助力缸在不同气源压强下测量的 油压与输出力值关系曲线。其特征完全符合上面的数学分析【1 0 1 。 lll 三 3 c o c 村 喾2 0 0 0 憎 鞋 1 0 c c s 一 6 j j 3 j p - i 。，7 ：，。 一。 ，一。 夕，j ，一： ? f ， ：掺 7 j ： 。 。卜7 。 _ , i t ：- 0 i t ，一：二 | ，i 7 ；。 r 7 c 1 0 二o j o4 05 06 0 液压力( b o r ) 图2 5 助力缸油压输出力特征图 h g 2 5t h ec h a r a c t e d s t i cf i g u r eb e t w e e nf u e lp r e s s u r eo fa s s i s tc y l i n d e ra n do u t p u tf o r c e 2 2 3 助力缸输出力与离合器分离力关系 设拨叉与分离摇臂杠杆比为l h ；离合器分离指作用于拨叉的力为f 分。则： f 输龃= f 分x ( 1 h ) r 1 2 + f 6 ( 2 1 3 ) 其中：f 6 = k 6xl 6 式中：f 6 一摇臂回位簧回位力，n 。 k 6 一摇臂回位簧刚度，n m ； l 6 一摇臂回位簧变形量，m 。 整理式( 2 1 3 ) 可得出： f 输龃= f 分( 1 h ) q 2 + k 6xl 6 ( 2 1 4 ) 助力缸第二阶段输出力同样也满足： f 输m 2 = f 分x ( 1 h ) ”2 + k 6 k ( 2 1 5 ) 将式( 2 7 ) 代入式( 2 1 4 ) 整理可得助力缸在第一阶段工作油压与分离力关系 公式： p 油= f ox ( 1 h ) i 1 2 ( s 2 + s sxs 3 s 4 ) + ( ( k 4xl 4 1 + k sxl 5 1 ) 1 6 江苏人学t 程硕七学位论文 x8 3 8 4 f + k 3 l 3 + k 6 l 6 ) ( s 2 + s 5 s 3 $ 4 )( 2 1 6 ) 将式( 2 9 ) 代入式( 2 1 5 ) 整理可得助力缸在第二阶段工作油压与分离力关系 公式： p 油= f 分( 1 h ) 1 1 2 s 2 + ( k 3 l 3 + k 6 l 6 一p 也s 3 ) $ 2 ( 2 1 7 ) 2 3 离合器踏板力变化分析 2 3 1 离合器踏板力与分离力关系 2 3 1 1 第一阶段离合器分离力对踏板力影响分析 离合器助力缸在第一阶段工作时： 将式( 2 1 6 ) 代入式( 2 2 ) 可得： f 踏板= f 分x ( 1 h ) ( m n ) xs l r l l 1 1 2 ( s 2 + s 6 s 3 $ 4 ) + ( m n ) s l ( k 6 l 6 + l 3 + ( k 4 l 4 1 + l 5 1 ) s 3 & ) ( s 2 + s 5 $ 3 $ 4 ) t 1 1 + ( m n ) x ( k 1 l 1 + ( k 2xl 2 ) t 1 1 ) ( 2 1 8 ) 分析式( 2 1 8 ) ：每次操作离合器踏板时踏板行程固定，踏板回位簧变形量l 1 、 总泵活塞回位簧变形量l 2 固定，不会使踏板力产生变化。助力缸在第一阶段工作时 气阀始终在关闭位置附近，气阀关闭状态控制活塞回位簧变形量l 4 1 、气阀关闭状 态气阀回位簧变形量l 5 1 不会变化，不会使踏板力产生变化。离合器操纵系统每次 气压助力活塞工作终点位置变化很小，而气压助力活塞回位簧又是小刚度设计，k 值较小。所以气压助力活塞回位簧回位力b 变化很小，变化可忽略。 k 6 l 6 是摇臂回位簧回位力，其主要作用是在松离合器踏板时带动分离摇臂 向回转动，使分离轴承远离离合器分离指【1 2 1 。如图2 6 所示，离合器工作一段时间 后从动盘摩擦片会磨薄，相应离合器压盘分离指初始位置会向分离轴承方向运动， 相应销轴初始位置会向助力缸方向移动，摇臂回位簧初始长度变短。为保证摇臂回 位簧回位力足够，在助力缸上连有弹簧挂板。通过调整摇臂回位簧连接弹簧挂板槽 的位置，可保证摇臂回位簧初始位置长度变化不大。而摇臂回位簧为减少在离合器 1 7 江苏大学工程硕士学位论文 分离时对分离力的影响，一般都采取小刚度设计，k 6 比较小。因而可将k 6 l 6 变 化忽略。 h 0 * j h o x i 堕二主叫，如璺 图2 6 摇臂回位簧变化图 f i g 2 6t h ev a r i a b l ef i g u r eo fr o c k e r - a r mr e t u r ns p r i n g 因此可得出结论：离合器助力缸在第一阶段工作时，可认为离合器分离力f 分变 化是引起离合器踏板力f 踏板变化的唯一原因，f 踏板是f 分一次方函数，f 踏板随f 分增 大而增大。 2 3 1 2 第二阶段离合器分离力对踏板力影响分析 离合器助力缸在第二阶段工作时： 将式( 2 1 7 ) 带入式( 2 2 ) 可得： f 踏板= f 分( 胁) x ( m n ) xs 1 r l l 1 1 2xs 2 一p ( m n ) s 3 s 1 t i i s 2 + ( m n ) s l ( k 6 l 6 + k 3 b ) r l l s 2 + ( m n ) x ( k 1 l 1 + ( k 2xl 2 ) 1 1 1 】 ( 2 1 9 ) 分析式( 2 1 9 ) 可得出结论： ( 1 ) 离合器助力缸在第二阶段工作，外部气源压强p 2 不变时，离合器分离力 f 分变化是引起离合器踏板力f 踏板变化的唯一原因，f 踏板是f 分一次方函数，f 踏板随 f 分增大而增大。 ( 2 ) 离合器助力缸在第二阶段工作，当离合器分离力f 分不变时，外部气源压 1 8 唑 、 、 趣；晒 、一一1，斗心q一 ：兰一_ 江苏人学工程硕e 学位论文 强p 气2 变化是引起离合器踏板力f 踏板变化的唯一原因，f 踏板是p 气2 一次方函数， f 踏板随p 气2 增大而变小。 2 3 1 3 踏板力与分离力和气源压强关系 由式( 2 1 8 ) 可得出：助力缸在第一阶段工作时，f 踏板相对于f 分变化率为( 1 h ) ( m n ) s 1 t 1 q 2x ( s 2 + s 5 s 3 $ 4 ) 。 由式( 2 1 9 ) 可得出：离合器助力缸在第二阶段工作，当外部气源压强p - n 2 不变 时，f 踏板相对于f 分变化率为( 1 h ) ( m n ) xs 1 1 1 1 1 1 2 s 2 。 比较助力缸在两个阶段工作时f 踏板相对于f 分变化率： ( ( 1 h ) ( m n ) s 1 q l t 1 2 ( s 2 + s 5 s 3 $ 4 ) ) ( ( 1 h ) ( m n ) $ 1 q l xq 2xs 2 ) - $ 2 ( s 2 + s 5 s 3 s 4 ) 1 在2 2 2 3 章节助力缸功能计算分析和助力缸油压p 油与输出力f 输出关系特征图 得知：在不同整车气源压强p - n z 下，助力缸第一阶段输出力f 输h i i 与助力缸第二阶段 输出力f 输出2 是有交点的，交点与油压p 油有对应关系。 由式( 2 1 4 ) 式( 2 1 5 ) 和式( 2 1 8 ) ，可得出结论：在不同整车气源压强p 气2 下， 助力缸在第一阶段工作对应的分离力与助力缸在第二阶段工作对应的分离力是有交 点的，交点与踏板力有对应关系。 通过上面分析可做出助力缸在第一阶段和第二阶段工作及在不同外部气源压强 下离合器分离力f 分与离合器踏板力f 踏板关系特征图，图中p 气2 1 p 气2 2 p n 2 3 。 0 r 二1r 二： p 气1 3 | | j 少 l 二二兰兰一 f 分 图2 7 分离力踏板力关系特征 f i g 2 7t h er e l a t i o n s h i pc h a r a c t e rb e t w e e np e d a le f f o r ta n ds e p a r a t i n gf o r c e 江苏人学t 程硕士学位论文 2 3 2 离合器分离力变化分析 对于推式膜片弹簧离合器来说，离合器压盘总成内膜片弹簧压紧力是一曲线， 如图2 8 所示。c 点叫压平点，对应的压紧力n c 是从动盘最大厚度也就是新从动盘 时的压紧力。a 点叫磨损点，b 点叫峰值点，d 点叫谷值点。我们只利用其中一段， 在a 点和c 点之间，一般为3 m m ，也就是从动盘摩擦片的可供磨损厚度。c 点力值n 。 一般取( n b4 - n d ) 2 。可见峰值点压紧力n d 大于压平点压紧力n c 和磨损点压紧力 n 。 压蟹力! nb nc n d 0 图2 8 膜片弹簧压紧力与变形关系曲线 h g 2 8t h er e l a t i o n s h i pc l l r v co fd i a p h r a g ms p r i n gb e t w e e ni m p a c t e df o r c ea n dd i s t o r t i o n 推式膜片弹簧离合器各个压紧点的对应的分离力与压紧力的关系就是离合器杠 杆比的关系，相应对应于过峰值点分离力f b 要大于过压平点的压紧力r ，一般f b 要 比r 大1 0 3 0 ，也就是说离合器在整个寿命期内分离力变化在1 0 3 0 之间。 图2 9 是某4 3 0 推式膜片弹簧离合器在不同的标准垫块下分离力一分离行程关系曲 线，不同垫块厚度模拟从动盘不同工作时期。可见在垫块厚度h 是8 5 r a m 时最大 分离力是在垫块厚度是1 0 m m 时1 2 3 倍【1 3 1 。 2 0 江苏大学工程硕。f = 学位论文 晨弋分离力：n 、 0 ，7j i 人 图2 9 分离力一分离行程关系曲线 f i g 2 9t h er e l a t i o n s h i pc u l v eb e t w e e ns e p a r a t i n gf o r c ea n ds e p a r a t i n gs t r o k e 2 3 3 离合器分离力设计选取 目前国内在离合器下线检测时为提高检测速度，一般只测量垫块厚度是1 0 m m 时离合器分离力，造成离合器下线检测曲线只体现测量垫块厚度是1 0 r a m 时离合器 分离力。而匹配离合器时离合器压紧力计算一般以垫块厚度是1 0 m m 时为设计依据。 因此常常出现设计离合器操纵时操纵系统的分离力能力只满足垫块厚度是1 0 m m 时 离合器分离力现象。 每次离合器分离重型汽车离合器压盘升程要大于1 5 r a m 。因此在垫块为8 m m 时测量膜片弹簧离合器，完全可检测到峰值点分离力f b 。在8 m m 垫块检测时可消 除膜片弹簧离合器的制造误差的影响，用8 m m 垫块检测膜片弹簧离合器的最大分 离力最准确。 因此在离合器操纵系统设计时离合器最大分离力按垫块厚度1 0 m m 时测量数据 选取会造成较大误差，应按8 m m 垫块检测到的最大分离力作为设计依据。 2 1 江苏人学下程硕i ：学位论文 2 3 4 整车气压介绍 重型汽车采用发动机带动空压机给储气罐充气方式提供整车气源。在车辆刚启 动时储气罐还未充满，压缩空气气压偏低，随着车辆运行气压会逐渐升高并被限定 在一个最高值，称为稳定气压。重型汽车肩动发动机后，处于制动安全考虑，一般 在气源气压达到一定值时，才能解除驻车制动。此时允许驾驶员操作离合器踏板， 挂档起步。解除驻车制动气压称起步气压。起步气压一般比稳定气压低1 5 2 b a r 。 如某重型汽车起步气压为6b a r ，稳定气压为7 5h a r t l 4 l 。 2 3 5 踏板力变化综合分析 图2 1 0 是在某一稳定气压下踏板力随分离力变化图。a 点对应的离合器分离力 和踏板力分别为f 分。和f 踏板a ，c 点对应的离合器分离力和离合器踏板力分别为f 分c 和f 踏板。，b 点是助力缸从第一阶段工作过渡到第二阶段的交点。 f 踏板 f r o m c f 踏板a o 1b d ， ，一 ， 。 f 分af 分cf 分 图2 1 0 分离力踏板力关系变化示例 h g 2 1 01 1 1 ee x a m p l eo fr e l a t i o n s h i pv a r i a n c eb e t w e e ns e p a r a t i n gf o r c ea n dp e d a lf o r c e 可认为f 分a 是离合器过压平点的分离力，f 分c 是离合器过峰值点的分离力，离 合器在使用过程中分离力从f 分。变为f 分。由于直线b c 斜率大于直线a b 斜率，f 踏板c 江苏大学工程硕t 学位论文 会明显大于f 踏板。，操作离合器踏板时会明显变沉。会出现在新车时，离合器操作 踏板力比较小，工作比较平顺。在从动盘磨损后，踏板力会明显变大，离合器踏板 还会出现“硬点 。尽管此时最大踏板力可能不会超过标准，但离合器操作平顺性较 差。 而按图2 1 1 ，c 点未过b 点，设计离合器操纵机构则不会出现离合器踏板时会 明显变沉重情况。 f 踌扳 f n c f 硝翻 ， u a 0 f 分af 分cf 分 图2 1 1 分离力踏板力关系变化示例 f i g 2 1 1t h ee x a m p l eo fr e l a t i o n s h i pv a r i a n c eb e t w e e ns e p a r a t i n gf o r c ea n dp e d a lf o r c e 图2 1 2 是不同气源气压下踏板力随分离力变化图。 f r 0 4 = f r c f m m a e 0 起 j f 。 1 d 稳定气压 f 分a 图2 1 2 气压踏板力关系变化示例 h g 2 1 2t h ee x a m p l eo fr e l a t i o n s h i pv a r i a n c eb e t w e e na i rp r e s s u r e