汽車離合器技術(shù)的發(fā)展研究

1、鄭州交通職業(yè)學(xué)院畢 業(yè) 論 文論文題目：汽車離合器技術(shù)的發(fā)展研究所屬系別 汽車運用工程系 專業(yè)班級 10級汽運六班 姓名 張愛華 學(xué)號 指導(dǎo)教師 撰寫日期 2013 年 03月 摘 要作為汽車的重要部件之一，離合器對我們應(yīng)該并不陌生，但是盡管如此，真正對汽車離合器技術(shù)相關(guān)知識的認識比較全面和深刻的還比較少，尤其是對汽車離合器的發(fā)展趨勢和新技術(shù)運用上，估計更是關(guān)注不多。其實，增進對汽車離合器知識的了解和掌握，能夠更好的準確操控整個汽車運行系統(tǒng)并能快速清除相關(guān)汽車故障。本文就是重點探討汽車離合器技術(shù)的發(fā)展。文章首先介紹了汽車離合器的涵義、功能及其工作原理；然后講到了汽車離合器的分類，包括摩擦式離合

2、器、液力變矩器(液力耦合器)、電磁離合器等幾種；最后文章闡述了汽車離合器的未來發(fā)展趨勢和新技術(shù)研發(fā)應(yīng)用等。關(guān)鍵詞：汽車離合器，工作原理，分類，新技術(shù)AbstractAs one of the important parts of the car, the clutch to we should not unfamiliar, but even so, true understanding of automobile clutch technology knowledge and the comprehensive and profound is still relatively small,

3、especially with the development trend of the automobile clutch and new technology, estimation is not a concern. In fact, increase of automobile clutch knowledge, can accurately control the operation of the entire vehicle system better and can quickly remove the relevant vehicle fault. This paper is

4、focus on the development of automobile clutch technology. This paper introduces the concept, function of automobile clutch and its working principle; then talked about the classification of automobile clutch, including friction clutch, hydraulic torque converter (hydraulic coupler), several electrom

5、agnetic clutch; finally the article described the trend of future development of automobile clutch and new technology research and application.Keywords: automobile clutch, working principle, classification, new technology目 錄1引言12汽車離合器概述12.1汽車離合器涵義12.2汽車離合器的功能22.2.1保證汽車平穩(wěn)起步22.2.2便于換檔32.2.3防止傳動系統(tǒng)過載32.

6、2.4降低扭振沖擊32.3汽車離合器操作要領(lǐng)33汽車離合器的工作原理44汽車離合器的分類44.1液力耦合器44.2電磁離合器44.3自動離合器55汽車離合器技術(shù)的發(fā)展趨勢65.1“雙離合器”時代的到來65.2適應(yīng)歐VI發(fā)動機的離合器新技術(shù)75.3汽車自動離合器技術(shù)76結(jié)語8參考文獻9致 謝101引言在1889年，戴姆勒的鋼輪汽車已使用配備了一個錐形/斜面摩擦離合器。這個可以自由移動的錐形盤位于變速器軸上，與曲軸上帶錐形凹槽的飛輪可以牢牢地接合。螺旋彈簧將錐形盤壓入到飛輪錐形凹槽里，離合器接合；可踩下腳踏板，通過分離套筒、彈簧將此錐形盤拉回，從而分離離合器，中斷動力傳輸。最初使用駝毛做為錐形盤摩

7、擦面的材料，但很快被皮革取代。后者在蓖麻油中浸泡過，可以防潮濕，防油脂。其優(yōu)點是可以自動調(diào)節(jié)，變速器輸入軸上不受應(yīng)力，但也有缺點，就是太重。一方面，摩擦片磨損太快，更換太復(fù)雜，后在皮革摩擦片中設(shè)計了壓緊彈簧銷或傳動片以做改進。另一方面，飛輪和離合器錐盤體積太大，因而其慣性力矩較大導(dǎo)致?lián)Q檔時離合器比其要求的分離過程要慢很多(與變速器已不同步了)。大約在戴姆勒公司開發(fā)其板簧離合器的同時，來自英國的Hele-Shaw教授也完成了對多盤離合器的試驗，這也被認為是現(xiàn)在的傳統(tǒng)單盤干式離合器的先驅(qū)。命名為“Weston”離合器，與錐形盤離合器相比能夠大規(guī)模生產(chǎn)的一個決定性的優(yōu)點是：在較小的安裝空間下，其摩擦

8、面積卻很大，并可以持續(xù)地接合。在多盤離合器中，飛輪連在鼓形外罩上，并根據(jù)盤的外緣形狀在其內(nèi)部開槽，并允許盤與曲軸或飛輪一起轉(zhuǎn)動，同時縱向移動。與之匹配的同樣數(shù)量的內(nèi)凹的盤位于盤轂中央，盤轂連在離合器軸上。這些盤可沿盤轂上的離合器軸縱向移動。在安裝時，離合器內(nèi)和外從動盤交替地接合成一組盤，如主動和從動盤始終相互連接。這對從動盤是這樣工作的：開始青銅盤始終對著鋼制盤轉(zhuǎn)動，并在螺旋彈簧的作用下被壓盤一起壓緊。這樣，所有的盤便持續(xù)地接合。這個摩擦力逐漸增加的效果能夠讓離合器非常柔和地接合。隨著彈簧壓力的下降，從動盤又分離了，傳動片支撐部位開始從從動盤平面部發(fā)生彎曲。通過改變從動盤對的數(shù)量，離合器可調(diào)節(jié)

9、到適合于每個發(fā)動機的輸出功率。長時間操縱離合器需要一個強大的大腿，因為踏板力必須通過連接桿/拉線或軸來傳遞。隨著1930年代離合器拉線和1950年代液壓分離機構(gòu)的應(yīng)用，駕駛舒適性得到了提高?？梢姡囯x合器技術(shù)是隨著科技的進步在快速發(fā)展和更新?lián)Q代的。2汽車離合器概述2.1汽車離合器涵義汽車離合器位于發(fā)動機和變速箱之間的飛輪殼內(nèi)，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平面上，離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。在汽車行駛過程中，駕駛員可根據(jù)需要踩下或松開離合器踏板，使發(fā)動機與變速箱暫時分離和逐漸接合，以切斷或傳遞發(fā)動機向變速器輸入的動力。能按工作需要隨時將主動軸與從動軸接合或分離的機械零件?？捎脕聿倏v機

10、器傳動系統(tǒng)的起動、停止、變速及換向等。離合器種類繁多，根據(jù)工作性質(zhì)可分為：操縱式離合器。其操縱方法有機械的、電磁的、氣動的和液力的等，如嵌入離合器（通過牙、齒或鍵的嵌合傳遞扭矩）、摩擦離合器（利用摩擦力傳遞扭矩）、空氣柔性離合器（用壓縮空氣胎脹縮以操縱摩擦件接合或分離的離合器）、電磁轉(zhuǎn)差離合器（用激磁電流產(chǎn)生磁力來傳遞扭矩）、磁粉離合器（用激磁線圈使磁粉磁化，形成磁粉鏈以傳遞扭矩）。自動式離合器。用簡單的機械方法自動完成接合或分開動作，又分為安全離合器（當(dāng)傳遞扭矩達到一定值時傳動軸能自動分離，從而防止過載 ，避免機器中重要零件損壞）、離心離合器（當(dāng)主動軸的轉(zhuǎn)速達到一定值時，由于離心力的作用能使

11、傳動軸間自行聯(lián)接或超過某一轉(zhuǎn)速后能自行分離）、定向離合器（又叫超越離合器，利用棘輪-棘爪的嚙合或滾柱、楔塊的楔緊作用單向傳遞運動或扭矩，當(dāng)主動軸反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速低于從動軸時，離合器就自動分開）。2.2汽車離合器的功能2.2.1保證汽車平穩(wěn)起步起步前汽車處于靜止狀態(tài)，如果發(fā)動機與變速箱是剛性連接的，一旦掛上檔，汽車將由于突然接上動力突然前沖，不但會造成機件的損傷，而且驅(qū)動力也不足以克服汽車前沖產(chǎn)生的巨大慣性力，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速急劇下降而熄火。如果在起步時利用離合器暫時將發(fā)動機和變速箱分離，然后離合器逐漸接合，由于離合器的主動部分與從動部分之間存在著滑磨的現(xiàn)象，可以使離合器傳出的扭矩由零逐漸增大，而汽車的驅(qū)

12、動力也逐漸增大，從而讓汽車平穩(wěn)地起步。2.2.2便于換檔汽車行駛過程中，經(jīng)常換用不同的變速箱檔位，以適應(yīng)不斷變化的行駛條件。如果沒有離合器將發(fā)動機與變速箱暫時分離，那么變速箱中嚙合的傳力齒輪會因載荷沒有卸除，其嚙合齒面間的壓力很大而難于分開。另一對待嚙合齒輪會因二者圓周速度不等而難于嚙合。即使強行進入嚙合也會產(chǎn)生很大的齒端沖擊，容易損壞機件。利用離合器使發(fā)動機和變速箱暫時分離后進行換檔，則原來嚙合的一對齒輪因載荷卸除，嚙合面間的壓力大大減小，就容易分開。而待嚙合的另一對齒輪，由于主動齒輪與發(fā)動機分開后轉(zhuǎn)動慣量很小，采用合適的換檔動作就能使待嚙合的齒輪圓周速度相等或接近相等，從而避免或減輕齒輪間

13、的沖擊。2.2.3防止傳動系統(tǒng)過載汽車緊急制動時，車輪突然急劇降速，而與發(fā)動機相連的傳動系由于旋轉(zhuǎn)的慣性，仍保持原有轉(zhuǎn)速，這往往會在傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生遠大于發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的慣性矩，使傳動系的零件容易損壞。由于離合器是靠摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩的，所以當(dāng)傳動系內(nèi)載荷超過摩擦力所能傳遞的轉(zhuǎn)矩時，離合器的主、從動部分就會自動打滑，因而起到了防止傳動系過載的作用。2.2.4降低扭振沖擊汽車發(fā)動機的工作原理決定了其輸出扭矩的不平穩(wěn)。在做功沖程，燃燒室氣體爆炸產(chǎn)生極大沖擊扭矩，而在其他沖程，卻是靠慣性反拖發(fā)動機。雖然發(fā)動機本身轉(zhuǎn)動系具有的慣性可降低扭振，但剩余的沖擊力仍然對后續(xù)的變速箱、傳動軸產(chǎn)生不利影響。而離合器中的減

14、振彈簧（切向分布），可顯著降低發(fā)動機帶來的扭振沖擊，延長變速齒輪壽命。2.3汽車離合器操作要領(lǐng)抬起離合器踏板時，則要遵循“一快、二慢、三聯(lián)動”的操作原則。起步時，踩離合器踏板時動作要利落，一腳到底，使離合器徹底分離。所謂“一快、二慢、三聯(lián)動”就是離合器踏板抬起的過程分三個階段，一開始快抬，當(dāng)感覺到離合器壓盤逐漸結(jié)合至半聯(lián)動后，踏板抬起的速度開始放慢，在半聯(lián)動到完全結(jié)合的過程中，離合器踏板是慢慢抬起的。在離 合器踏板抬起的同時，應(yīng)根據(jù)發(fā)動機動力的大小，逐漸再把油門踏板踩下去，使汽車能平穩(wěn)地起步。油門的操作要平穩(wěn)適當(dāng)，只有在離合器完全結(jié)合時才能增大油門。3汽車離合器的工作原理離合器的主動部分和從動

15、部分借接觸面間的摩擦作用，或是用液體作為傳動介質(zhì)(液力偶合器)，或是用磁力傳動(電磁離合器)來傳遞轉(zhuǎn)矩，使兩者之間可以暫時分離，又可逐漸接合，在傳動過程中又允許兩部分相互轉(zhuǎn)動。 目前在汽車上廣泛采用的是用彈簧壓緊的摩擦離合器(簡稱為摩擦離合器)。 發(fā)動機發(fā)出的轉(zhuǎn)矩，通過飛輪及壓盤與從動盤接觸面的摩擦作用，傳給從動盤。當(dāng)駕駛員踩下離合器踏板時，通過機件的傳遞，使膜片彈簧大端帶動壓盤后移，此時從動部分與主動部分分離。 摩擦離合器應(yīng)能滿足以下基本要求： (1)保證能傳遞發(fā)動機發(fā)出的最大轉(zhuǎn)矩，并且還有一定的傳遞轉(zhuǎn)矩余力。 (2)能作到分離時，徹底分離，接合時柔和，并具有良好的散熱能力。 (3)從動部分

16、的轉(zhuǎn)動慣量盡量小一些。這樣，在分離離合器換檔時，與變速器輸入軸相連部分的轉(zhuǎn)速就比較容易變化，從而減輕齒輪間沖擊。 (4)具有緩和轉(zhuǎn)動方向沖擊，衰減該方向振動的能力，且噪音小。 (5)壓盤壓力和摩擦片的摩擦系數(shù)變化小，工作穩(wěn)定。 (6)操縱省力，維修保養(yǎng)方便。4汽車離合器的分類按照我國的國家標準GBT10043-2003，我們可以把汽車離合器分為以下幾種： 汽車離合器有摩擦式離合器、液力變矩器(液力耦合器)、電磁離合器等幾種。摩擦式離合器又分為濕式和干式兩種。4.1液力耦合器靠工作液（油液）傳遞轉(zhuǎn)矩，外殼與泵輪連為一體，是主動件；渦輪與泵輪相對，是從動件。當(dāng)泵輪轉(zhuǎn)速較低時，渦輪不能被帶動，主動件

17、與從動件之間處于分離狀態(tài)；隨著泵輪轉(zhuǎn)速的提高，渦輪被帶動，主動件與從動件之間處于接合狀態(tài)。4.2電磁離合器靠線圈的通斷電來控制離合器的接合與分離。如在主動與從動件之間放置磁粉，則可以加強兩者之間的接合力，這樣的離合器稱為磁粉式電磁離合器。 目前，與手動變速器相配合的絕大多數(shù)離合器為干式摩擦式離合器，按其從動盤的數(shù)目，又分為單盤式、雙盤式和多盤式等幾種。 濕式摩擦式離合器一般為多盤式的，浸在油中以便于散熱。采用若干個螺旋彈簧作為壓緊彈簧，并將這些彈簧沿壓盤圓周分布的離合器稱為周布彈簧離合器（如圖所示）。采用膜片彈簧作為壓緊彈簧的離合器稱為膜片彈簧離合器。4.3自動離合器隨著電子技術(shù)在汽車上應(yīng)用，

18、一種自動離合器系統(tǒng)也進入了汽車領(lǐng)域。這種由控制單元（ECU）控制的離合器已經(jīng)應(yīng)用在一些轎車上，使手動變速器換檔的一個重要步驟離合器的斷開與接合能夠自動地適時完成，簡化了駕駛員的操縱動作。 傳統(tǒng)離合器分有拉線和液壓式兩種，自動離合器也分為兩種：機械電機式自動離合器和液壓式自動離合器。機械電機式自動離合器的ECU匯集油門踏板、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器等信號，經(jīng)處理后發(fā)送指令驅(qū)動伺服馬達，通過拉桿等機械形式驅(qū)使離合器動作；液壓式自動離合器則是由ECU發(fā)送信號驅(qū)動電動液壓系統(tǒng)，通過液壓操縱離合器動作。 液壓式自動離合器在目前通用的膜片離合器的基礎(chǔ)上增加了電子控制單元（ECU）和液壓執(zhí)行系統(tǒng)，將踏板

19、操縱離合器油缸活塞改為由開關(guān)裝置控制電動油泵去操縱離合器油缸活塞。變速器控制單元（ECU）與發(fā)動機控制單元（ECU）是集成在一起的，根據(jù)油門踏板、變速器檔位、變速器輸入/輸出軸轉(zhuǎn)速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度等傳感器反饋信息，計算出離合器最佳的接合時間與速度。 自動離合器的執(zhí)行機構(gòu)由電動油泵、電磁閥和離合器油缸組成，當(dāng)ECU發(fā)出指令驅(qū)動電動油泵，電動油泵產(chǎn)生的高壓油液通過電磁閥輸送到離合器油缸。通過ECU控制電磁閥的電流量來控制油液流量和油液的通道變換，實現(xiàn)離合器油缸活塞的移動，從而完成汽車起動、換檔時的離合器動作。 ECU具有自動離合器裝置的汽車與自動變速器（AT）和無級變速器（CVT）汽車相比

20、，它在運行經(jīng)濟性方面有優(yōu)勢，因為它的變速器還是手動變速器，因此耗油比較低，制造成本也低于AT和CVT。當(dāng)然，汽車操縱的便利性也會遜色于AT和CVT，畢竟它是裝配手動變速器，仍然要手動換檔。5汽車離合器技術(shù)的發(fā)展趨勢5.1“雙離合器”時代的到來在雷克薩斯的8擋位自動變速器還沒有出現(xiàn)之前，奔馳的7G-Tronic和寶馬的7擋SMG是當(dāng)時市場上擋位最多的變速器，而那時主流的手動變速器也僅僅是5擋位的產(chǎn)品。隨著8擋位自動變速器的出現(xiàn)，占據(jù)絕大多數(shù)市場份額的手動變速器也逐步進入了5擋、6擋位的時代。在前面的文章中，由于9擋、10擋變速器產(chǎn)品對于乘用車的實際意義并不是非常明顯，8擋位有可能就是乘用車變速器

21、產(chǎn)品的一個暫歇點。傳統(tǒng)的變速器產(chǎn)品也會逐步向更高的擋位變遷，7擋、8擋有可能就是多年之后變速器的主流產(chǎn)品。多擋位產(chǎn)品給予車輛在燃油經(jīng)濟性方面的幫助是有目共睹的，但由于制造成本上的因素又制約了變速器在短時間內(nèi)就產(chǎn)生如此大的跨越，對此我們似乎只能靜靜地等待著。雙離合變速器技術(shù)最早是被保時捷應(yīng)用在上世紀80年代的956和962勒芒賽車上。雖然是最早應(yīng)用此項技術(shù)的企業(yè)，但是保時捷并沒有將這項技術(shù)在民用車上普及開來。直到2002年，大眾在德國沃爾夫斯堡首次向全球展示了6擋位DSG變速器，雙離合變速器的這股潮流才算是真正的開始了。由于沒有動力中斷，變速器在換擋速度以及經(jīng)濟性方面的優(yōu)勢得到充分體現(xiàn)，這一點并

22、非是普通的自動變速器所能比擬的。大眾、奧迪、布加迪、寶馬、奔馳、三菱、克萊斯勒、福特、日產(chǎn)等都已經(jīng)成為了雙離合器的受益者，這其中只有大眾和奧迪在雙離合器變速器的產(chǎn)品普及上相對快一步，其他各家似乎都還有一種“試水”的心態(tài)存在。事實上大眾在雙離合器變速器領(lǐng)域取得的成功，是趨勢這些企業(yè)投入研發(fā)生產(chǎn)的一個重要因素，也正因為如此接下來也會有更多的企業(yè)加入雙離合器變速器陣營當(dāng)中，菲亞特、法拉利、保時捷等品牌也會憑借各種力量和優(yōu)勢逐步跨進這一領(lǐng)域。對于這些品牌來說，雙離合器變速器是一種潮流和趨勢，對于消費者來說它并不像雷克薩斯的8擋自動變速器那樣“高不可攀”，大眾最新的7擋位DSG將加裝在最新的高爾夫第六代

23、的體內(nèi)，這一舉動的確讓我們覺得雙離合器變速器并不是那么遙不可及。變速器將走向何方，這是我們?nèi)魏稳硕疾荒軌蝰{馭的，它是由消費者、企業(yè)以及市場等綜合因素共同來決定的。雖然未知的因素很多，但是在新的變速器技術(shù)還沒有出現(xiàn)之前，至少這樣的發(fā)展趨勢看起來還是比較清晰的。5.2適應(yīng)歐VI發(fā)動機的離合器新技術(shù)滿足歐Vl排放法規(guī)，對于汽車廠家來說不光要在發(fā)動機和尾氣處理系統(tǒng)方面進行改造升級，在很多其他方面都需要不斷進行技術(shù)上的改善，以便同時盡可能地滿足車輛的舒適性和低油耗的要求。其中對傳動系統(tǒng)的改善就是一個典型的例子。位于發(fā)動機和變速器之間的離合器系統(tǒng)是影響車輛舒適性和油耗的重要因素，它可以切斷發(fā)動機與傳動系統(tǒng)

24、之間的振動，減輕駕駛室里能聽到的隆隆聲以及變速器的振動聲。5.3汽車自動離合器技術(shù)資料表明，汽車在鬧市區(qū)行駛100公里，離合器的使用次數(shù)高達8001000次。1993年，紳寶公司率先在車輛上搭載了自動離合器系統(tǒng)。隨后，雷諾、菲亞特、現(xiàn)代、奔馳等汽車公司也先后開發(fā)出自己的自動離合器產(chǎn)品，用于轎車或輕型車等產(chǎn)品。自動離合器也稱自動化變速器、自換檔變速器、自動化手動變速器、離合自動控制器等，自動離合器不需要踏下離合器踏板，實現(xiàn)手動檔自動換檔。它是通過使用電子傳感器、氣動力、處理器和驅(qū)動器，根據(jù)駕駛員或計算機指令實現(xiàn)換檔動作。目前，自動離合器推廣應(yīng)用的車型主要是在3噸以下的轎車及商用汽車上。由于自動離

25、合器在許多方面比手動擋具有明顯的優(yōu)勢，所以它會在汽車的傳統(tǒng)市場上占據(jù)很大的發(fā)展空間。中國實際情況統(tǒng)計數(shù)據(jù)是：在市場營銷的近1500種乘用車車型中，轎車車型銷售數(shù)據(jù)為，手動檔占70%、自動檔占30%。手動擋車銷量遙遙領(lǐng)先，在國內(nèi)占絕大多數(shù)。因其省油、易維修、價格低，因此一直以來，手動擋車型的銷量都遠遠超過了自動擋車型。但由于汽車市場的快速發(fā)展，大大小小的城市都出現(xiàn)不同程度的堵車現(xiàn)象，且愈演愈烈，故而自動擋迅速成為一種趨勢，一種時尚。離合自動控制器(AutomaticClutchController,簡稱ACC)也就是汽車自動離合器。應(yīng)用領(lǐng)先的電子模控技術(shù)，著重針對手動擋車型而設(shè)計。由先進的微電子

26、系統(tǒng)控制，模擬最優(yōu)秀的駕駛技術(shù)，根據(jù)車輛狀態(tài)(車速、轉(zhuǎn)速、剎車、換擋信號)結(jié)合駕駛員意圖，以最佳的擋位模式導(dǎo)引匹配操作，使離合器快速分離與平穩(wěn)操作，達到起步與換擋舒適平順。從而克服手動擋車頻繁踩離合、油門離合擋位難配合的麻煩，避免堵車、坡起、紅路燈、避讓行人的狀態(tài)下行駛易空油、熄火、倒溜、不安全等問題。實現(xiàn)手自一體，自控語音提示，操作自如。從而達到方便乘駕、減輕駕駛疲勞、減低油耗、保護發(fā)動機的目的。自上世紀80年代初，由于單片機技術(shù)的發(fā)展，歐洲及日本等過對自動離合器研制加大了投入，到90年代意大利的阿爾法公司與日本的本田公司率先應(yīng)用到汽車上，奔馳公司在90年代中期開始由4S店在在用車型C230加裝自動離合器，經(jīng)過幾年的市