汽车离合器基本参数的优化分析)

汽车离合器基本参数的优化分析

机电学院机械设计制造及其自动化专业

摘要

离合器是汽车传动系统中直接与发动机相连的部件，它是依靠主从动片之间的摩擦力矩来传递动力的，并通过分离、接合来控制车辆动力传动系的工作状态。其主动部分和从动部分可以暂时分离，又可逐渐接合，并且在传动过程中还可以相对转动。离合器分离、接合过程的质量影响车辆换挡品质、车辆换挡冲击。离合器的性能对汽车平稳起步、换挡时工作平顺和传动系过载有着重要影响。

汽车离合器的基本参数主要有离合器的后备系数、摩擦面单位面积上的压力p0、摩擦片外径D和内径d 等，这些参数的变化直接影响离合器的结构尺寸和工作性能。本文采用优化设计方法来确定最佳的离合器基本参数，实例计算表明了该方法的实用性。

关键词：离合器；基本参数；优化设计

Abstract

Clutch auto transmission system is connected directly with engine parts，it relies on master-slave move between the friction torque tablet to transfer power，and through the separation, joints to control vehicle power transmission system working condition. The performance of clutch has an important influence on auto start，the smooth of shift and the overload of transmission system。The basic parameters of clutch are the backup coefficient , the pressure per unit area of friction plane p0, the outer diameter of friction plate D, the inner diameter of friction plate d, etc. These parameters affect the structure dimension and performance of clutch directly. This paper determines the optimal basic parameters of clutch with optimum method. The practicability of optimum method is testified by the example.

Keywords: clutch; basic parameters ; optimum design

目录

摘要I

第一章绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究意义 2

1.3 国内外现状 3

1.3.1 离合器的总类与发展 3

1.3.2 离合器的研究现状 4

1.3.3 主要研究内容 5

第二章离合器的介绍 6

2.1 离合器结构组成与工作过程 6 2.2 摩擦离合器的介绍8

2.2.1 摩擦离合器的分类8

2.2.2 摩擦离合器的结构形式8

2.2.3 摩擦离合器的摩擦面材料9 2.2.4 摩擦离合器压盘的传力方式9 2.2.5 离合器的操作机构10

第三章离合器基本参数的分析13 3.1 离合器主体部分基本参数13

3.1.1 后备系数14

3.1.2 单位面积压力14

3.1.3 摩擦片外径、内径和厚度15 3.2 离合器扭转减震器基本参数16 3.2.1 扭转减震器刚度16

3.2.2 扭转减振器最大摩擦力矩16 3.3.3 扭转减振器的预紧力矩16

3.3 离合器操纵机构的基本参数17 3.3.1 踏板力17

3.3.2 踏板行程18

第四章优化分析19

4.1 优化设计概论19

4.1.1 基本概念19

4.1.2 优化过程19

4.1.3 优化设计建模20

4.2 离合器基本参数优化建模 21

4.2.1 基于离合器尺寸形状的优化21

4.2.2 基于离合器扭转振动特性的优化24

4.2.3 基于离合器操作舒适性的优化27

第五章总结与展望30

5.1 总结30

5.2 展望30

参考文献34

致谢35

第一章绪论

1.1 研究背景

1953年我国成立了第一汽车制造厂，最初汽车作为一种交通工具产生。但现在汽车业己经成为一种全球范围内的综合工业。汽车改变了当今世界的面貌，比如说，极大的扩大了人们日常生活的范围，扩大了地域间、国际间的交往交流。节约了时间，提高了人们生活和工作效率，加速了人们的活动节奏，促进了世界经济和人类社会快速的发展，开启了“汽车社会”这样一个崭新的时代。随着社会的进步和人们生活水平的提高，对于汽车的要求也越来越高，要求汽车行驶速度快，加速性能好，在各种路面甚至是无路地区行驶上能够做到机动灵活，为了满足汽车的行驶要求，在汽车上有一套复杂的传动系统。把从发动机中产生的动力输出传递到车轮上去。现代汽车上最常用的机械式传动系统是由发动机以及离合器、变速器、万向传动轴、主减速器、差速器及驱动车轮的传动装置等等部分组成。离合器是其中独立存在的零部件。它在传动系中起着传力、传扭、分离传动、减振和过载保护等多重功用，其品质关乎汽车的性能，对于使用工况复杂、超载严重的中国汽车更是如此。随着汽车发动机转速和功率的不断提高、汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求也越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器正逐步地向拉式结构发展，传统的操作形式正向自动操作形式发展。因此，提高离合器的可靠性和使用寿命，适应高转速，增加传递转矩的能力和舒适化操作，已经成为离合器的主要发展趋势。离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的部件，它依靠主从动片之间的摩擦力矩来传递动力，并通过分离、接合来控制车辆动力传动系统的工作状态。其主动部分和从动部分可以暂时分离，又可以逐渐接合，并且在传动过程中还是可以相对转动的。离合器分离、接合过程的质量影响车辆换挡品质、车辆换挡冲击。离合器的性能对汽车平稳起步、换挡时工作平顺和传动系过载有着重要影响。

在中国大力发展汽车工业的当代，我国在汽车零部件方面的落后直接制约着中国汽车前进的步伐，要想中国汽车能够取得更快更完善的发展，我国在零部件方面需要做出更大的努力。在国外，由于技术水平高，实验条件先进，国外积累的经验数据比我国更加的丰富。本文就是对汽车零部件中的一个重要部分离合器做出的试探性的优化研究。在汽车中，离合器是其中独立存在的部件。它在传动系统中起着传力、传扭、分离传动、减振和过载保护多重功用，其品质关系着汽车的性能。文采用的优化手段，研究方法对于以后更深入的研究是有一定借鉴意义。

1.2 研究意义

汽车传动系可看成一个由很多个集中质量和弹性轴所组成的扭转振动系统，在汽车的起步、换档、制动等非稳定工况下，传动系因非周期的冲击性干扰力而受激振动，在汽车正常行驶中，由于发动机周期性点火，扭矩周期性脉动，也构成了一种激振力矩。如果传动系统的某一固有振动频率与激振力矩某谐量的频率相重合时，就会产生扭转共振，引起传动系统显著的振动和噪声，使传动系统零件所受应力大大增加。从而降低了操纵舒适性，使驾驶者易疲劳增加了不安全性，也使汽车零部件因振动而减少寿命，甚至使汽车的燃油经济性发生变化。由于汽车传动系统的振动难以避免，故通常在离合器的从动盘上装扭转减震器，其弹性元件可以降低传动系的扭转刚度，从而降低固有频率，使共振转移出发动机常用转速范围。

提高离合器的可靠性和使用寿命，适应高转速，增加传递转矩的能力和舒适操作，是汽车传动系统的重要的研究课题之一，也是离合器进一步优化发展的助推器。对汽车离合器的优化分析和研究主要具有如下几个方面的意义：

1)为改善汽车传动系的扭转振动状况提供依据

尝试对离合器扭转振动状况的优化分析，有利于对汽车传动系进行改进和优化，以减少起步阶段的共振发生概率和扭转振动响应的幅度，对提高汽车的乘坐舒适性和传动系的零部件使用寿命具有一定的意义。

2)为传动系统的改进设计提供参考

随着汽车技术的不断发展，人们对汽车的舒适性、可靠性、经济性等指标提出了新的要求，对汽车传动系的扭转振动进行研究和分析，找到影响汽车扭转振动性能的结构参数，可以为改善汽车传动系的整体性能，实现传动系的优化和改进设计提供参考。

3)对国产汽车离合器的改进设计做出一些新的探索

目前国产的离合器设计水平较低，多数还停留在仿制的阶段，各项性能指标分布较不合理，多以满足安全性为主要目标甚至是唯一的目标。未来汽车的发展方向对舒适性和经济性及环保性能提出更高的要求，离合器较好的减振性能将在提高整车舒适性和节省能源发挥更大作用，如果国内离合器企业不能在这些方面及时取得突破，未来的生存空间将非常有限。

1.3 国内外现状

1.3.1 离合器的总类与发展

离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳中，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱输入轴。在汽车的行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱的暂时分离与逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。离合器基本上分有电磁离合器、摩擦式离合器、磁粉离合器、液力偶合器。摩擦片式离合器按其从动片数目又可分为：单片离合器、双片离合器以及多片湿式离合器。

在离合器的发展初期普遍采用的是锥形摩擦离合器，其传递扭矩的能力较与之相同直径的但不同结构形式的摩擦式离合器都要强，但其缺点也非常明显，操作较复杂，需要驾驶员具有一定的驾驶经验技巧。因为锥形摩擦离合器传动部分转动惯量比较大，换挡困难，结合时若不够柔和，易卡住。因而随后锥形摩擦离合器被湿式多片离合器取代，但多片湿式离合器也有缺陷，其离合器中的片与片之间容易被油粘住，造成离合器的分离不彻底以致换挡困难。所以它慢慢被干式多片离合器所代替，干式多片离合器接触面多，结合柔和，可以保证汽车的平稳起步。但是由于片数较多，导致从动部分的转动惯量较大，因而换挡过程感觉不是很方便。中间压盘的散热通风效果不良也容易引发过热，加速离合器中摩擦片的磨损，甚至是烧伤、碎裂，影响离合器的寿命。而且如果调整不好的还可能导致离合器分离不彻底。

因此人们总结实际经验，逐渐趋向于采用单片干式摩擦离合器，与干式多片离合器相比它的从动部分转动惯量要小很多，散热性能也好，结果简单，尺寸紧凑，调整也方便，分离彻底。初期使用时候虽然会有接合不够平顺的缺点，但是只要在结构上采用一点方法，就可以使其接合平顺。因此，它的应用非常广泛。如今，单片干式摩擦离合器在结构设计方面已经很完

善了。比如，采用具有轴向弹性的从动盘，这样就提高了离合器的接合平顺性；在离合器中装扭转减振器，可以防止传动系统的共振，减少了噪音；以及采用摩擦较小的分离杆机构等。另外，由于采用了膜片弹簧作为压簧，可以同时起到分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。膜片弹簧和压盘的环行接触，可以保证压盘上的压力分布均匀。由于膜片弹簧本身的特性，当摩擦片磨损时，弹簧的压力几乎不会改变，且可减轻分离离合器时所需的踏板力。

1983年通用公司推出了液力自动变速器，采用液力偶合器代替普通的离合器装置，它的优点是自适性强，使汽车起步平稳、迅速、加速均匀、乘坐舒适度提高。但它的缺点就是效率低。1988年别克汽车成功地使用了液力变矩器，变矩器与液力偶合器相比不仅可以传递发动机的扭矩，还可以将其提高1倍。80年代以来除了传统装用液力变矩器的自动变速器外，又出现了新的、纯机械式自动变速器，它是由干式离合器和传统的手动机械式变速器加上微机控制系统实现自动操纵。通常比同条件下的液力自动变速器节油10%~30%。采用自动离合器时可以省去离合器踏板，实现了汽车的“双踏板”操纵。与其他自动传动系统相比，它具有的优点明显，比如说，结构简单、成本低和传动效率高等。

随着汽车工业的发展，离合器需要在现有基础上不断改进和提高，才能适应新的不断发展与变化的使用条件。从国外的发展动向来看，近些年来汽车的性能在向高速发展，发动机的功率和转速不断提高，载重汽车趋向大型化，国内也有类似的情况。因此，对离合器的使用要求也变得越来越高。所以，增加离合器的传扭能力，提高其使用寿命，舒适操作，已经成为目前离合器的发展趋势。

1.3.2 离合器的研究现状

随着电子技术在汽车上越来越广泛的运用，离合器上产生了很多新的技术。譬如：一种自动离合器系统进入了汽车领域。这种离合器采用控制单元ECU控制，省了人力操作离合器的动作，使离合器的断开和接合能够自动实时的完成，这样就使换挡动作方便了，便于更好的操控汽车，简化了驾驶员的操作动作。另外由于制造加工工艺水平的提高，离合器中摩擦片材料也得到了改进和提高。目前使用的一般是石棉材料摩擦片，但石棉材料对人体健康不利，因此这种材料正在逐渐被淘汰出去。采用金属陶瓷和陶瓷摩擦片就是在现在离合器上进行的新尝试。这类摩擦片具有很高的摩擦系数，在传递相同大小扭矩的情况下，这就允许了减小离合器压盘的压紧力，从而可减小作用与离合器踏板上的作用力或减小离合器的结构尺寸。与石棉材料相比较，这类材料对人体的健康就没有什么影响。还有就是离合器的控制方法也在不断的改进。传统控制方法是单参数控制法、最优控制法。近年来人们在离合器控制中引入智能控制技术，由于离合器的控制受多种复杂多变的因素影响。外界工作环境、驾驶员的主观意图等等。而且离合器的控制系统本身就存在有非线性、非模型化、干扰、时滞、变参数的问题。因而，对于离合器的优化分析就具有非常重要的意义。

1.3.3 主要研究内容

1)通过分析离合器基本参数确定目标函数，约束条件及优化方法。

2)基于离合器结构紧凑，使用寿命对离合器主要参数进行优化。

3)根据理论分析，以某离合器厂的生产能力为约束条件，以离合器参数为设计变量，以系统振动最小化为目标函数，建立动力传动系统的优化设计模型，并求最优解。

4)基于离合器操作舒适性，对离合器操纵机构进行优化分析。

第二章离合器的介绍

2.1 离合器结构组成与工作过程

首先：在汽车上离合器是必不可少的，它安装在发动机和变速箱之间，功能是用来切断或者传递前后两者之间的动力传递。目前汽车上运用较为广泛的是采用弹簧压紧的摩擦离合器。离合器的功能1：使发动机与传动系统逐渐接合，以保证汽车平稳起步。2：在发动机起动和变速器换挡时候，暂时切断发动机与传动系之间的连续。3:限制传动系所传递的扭矩，以防止传动系过载。

对离合器的性能要求有如下1：具有合适的储备能力。2：接合过程平顺柔和，而且分离过程迅速彻底。3：散热性能好。4：操作过程简单便捷。5：离合器从动部分转动惯量尽量小，以减小选换挡过程中的换挡冲击。

摩擦片式离合器的基本组成：包括有从动部分、主动部分、压紧机构以及必要的操作机构这四部分。

1）主动部分：这部分是与发动机曲轴相连在一起的。离合器盖与飞轮用螺栓相连接，压盘与离合器盖间靠3一4个传动片传递转矩。

2）从动部分：这部分是将主动部分通过摩擦片传递过来的动力传递给变速箱的输入轴。3）压紧机构：这部分与主动部分一起旋转，它以离合器盖为依托，将压盘压向飞轮，从而压紧了位处于飞轮与压盘之间的从动盘。

4）操作机构：是为驾驶员控制离合器分离和接合程度的一整套专门设计的机构。

离合器的组成示意图如下：

图1 离合器的组成示意图

离合器工作过程：(l)当离合器安装在发动机上，压紧弹簧进一步被压缩，此时离合器踏板处于最高的位置，飞轮、从动盘、压盘三者之间处于压紧的状态。而分离轴及分离杠杆之间应该有个合适的间隙，以保证离合器处于接合状态。(2)分离过程：当踏下离合器踏板，分离叉顶着压分离轴承向前移动，压向分离杠杆内端，这样分离杠杆内端向前外端向后运动拉动压盘克服压紧弹簧弹力向后移动，这样就解除了飞轮、从动盘、压盘三者之间的压紧状态，从而中断了动力的传递。(3)接合过程：当抬起离合器踏板，分离叉离开分离轴承，分离轴承在回位弹簧作用下回位，在压紧弹簧作用下压盘前移，这带动分离杠杆内端向后外端向前运动，这样此时飞轮、从动盘、压盘三者之间就处于压紧状态，从而保证了动力的传递。离合器传递扭矩路线：

飞轮→摩擦片→从动盘本体→从动盘本体→扭转减振器→从动盘轮毅→一轴；

飞轮→离合器盖→传动片→正压力→压盘→摩擦片→从动盘本体→从动盘本体→扭转减振器→从动盘轮毅→一轴；

操纵机构：[踏板→踏板臂→拉杆→分离拉杆→分离叉臂→分离叉→分离套筒静止部分]→[分离轴承→分离杠杆运动部分]→压盘

2.2 摩擦离合器的介绍

2.2.1 摩擦离合器的分类

摩擦离合器按摩擦面的数目(从动盘的数目)分：单盘式、双盘式(多盘式)；

按压紧弹簧安装位置可分：周布弹簧离合器、中央弹簧离合器；

按压紧弹簧的形式分：螺旋弹簧离合器、膜片弹簧离合器；

按操纵机构形式不同：人力式、气压助力式；

单盘离合器：即只有一片从动盘，其前后两面都装有摩擦片，从而具有的是两个摩擦面。双盘离合器：即增加了一个从动盘，有两个从动盘。

周布弹簧离合器：采用若干个螺旋弹簧作为压紧弹簧，并沿摩擦盘圆周分布。

中央弹簧离合器：仅具有一个或两个较强力的螺旋弹簧并安置在中央位置。

膜片弹簧离合器：是以膜片弹簧作为压紧弹簧的。

扭簧摩擦离合器：通过操纵系统使扭簧扭转，引起扭簧直径减小或增大。

2.2.2 摩擦离合器的结构形式

摩擦离合器结构形式有下面两种：

l)圆盘摩擦离合器：摩擦件为圆盘，分为单盘和多盘这两种，并有干式和湿式的区分。单盘式结构简单，只有一对摩擦面，从动部分惯量较小，散热性好，调整很方便，分离也彻底，但是缺点是所能传递的扭矩小，一般不超过1000牛/米。

而多盘式有多对摩擦面，传递的扭矩却可以高达8x106牛/米。如果需要要求传递大扭矩，还可以增加摩擦面对数，而不必增大离合器的径向尺寸和轴向压紧力，这样就有利于降低离合器的转动惯量。多盘式不仅结构紧凑，还可采用不同材料的摩擦面，这样就便于制造、安装和调整，允许在变速下接合，因此应用广泛；但摩擦面对数过多会影响离合灵活性，甚至卸去压紧力后，主、从摩擦件仍不能彻底脱开，造成摩擦面的过量磨损。因此在一般情况下干式摩擦面应少于15对，湿式则应少于30对。湿式摩擦离合器的摩擦件是浸在油中工作的，经常是多盘式，它比干式磨损小，散热更好，温升低，寿命长，所能传递的扭矩大。

2)圆锥摩擦离合器：摩擦件为圆锥体，有单锥和双锥两种区分。这种离合器结构简单，接合平稳，分离彻底;能产生较大的摩擦力，摩擦面磨损后一般不需要人工去调整，但是由于单锥式只有一对圆锥摩擦面，双锥式也只有两对摩擦面，所以如果需要传递大扭矩时候，则必须增大锥体的径向尺寸。减小锥角可以增加摩擦力，但是又会导致内外锥面不易分离。通常，摩擦面材料为金属-金属时，锥顶半角应不小于7°；为皮革-金属时，应不小于12°。

2.2.3 摩擦离合器的摩擦面材料

离合器在汽车上一个重要作用就是传递转矩。而摩擦离合器能够传递的最大转矩取决于摩擦面间的最大静摩擦力矩。而摩擦面间的最大静摩擦力矩的大小取决于摩擦面间的最大压紧力合摩擦面的尺寸和性质。因此对于结构一定的离合器，摩擦面所采用何种的材料生产制造对静摩擦力矩影响较大。摩擦件是摩擦离合器的主要组成元件，它的工作表面材料的物理性质以及机械性能是直接影响离合器的工作性能的。因此我们对材料的主要要求有：摩擦系数大而且要稳定，动摩擦系数应尽量与静摩擦系数相近；强度高，能承受冲击，高速时不易破裂和剥落；耐磨、耐高温、耐腐蚀和导热性能好，热变形小；长期静置时应不相连。此外，还要求材料的使用寿命长，有容易加工和价廉等优点。

常用的摩擦面材料一般有这样三种粉末冶金材料、石棉基材料和纸基材料

l)粉末冶金材料特点是：表面许用温度、许用压力、高温下摩擦系数和寿命都较高。

2)铜基粉末冶金材料：主要用于湿式摩擦面，铁基粉末冶金材料摩擦系数和许用压力都较铜基为高，但耐磨性较低，多用于干式摩擦面。

3)石棉基材料：用石棉加薪结剂和填料模压而成，固结在钢或铁底板上，许用工作温度较低。

纸基材料：用石棉、植物纤维或两者的混合物相互交织，再加填料后由树脂等勃结而成。这种材料具有多孔性，摩擦性能好，动、静摩擦系数相近，而且成本较低。

2.2.4 摩擦离合器压盘的传力方式

离合器压盘是离合器总成中最为主要的部件之一，是离合器中的主动部分。在传递发动机转矩时候，它和飞轮一起带动从动盘旋转，从而传递转矩，因为压盘要传递转矩到从动盘上，所以它和飞轮必须是连接在一起的，但这种连接需要使离合器分离过程中压盘能够自由的在轴向方向上运动。单盘离合器压盘的传力方式一般是采用传动片式，即压盘与离合器盖之间靠若干数目的传动片传递转矩。在双盘离合器中，采用的方法通常是综合式的连接方法，该方法是中间压盘通过键，压盘通过凸台。还有的双盘离合器是用销子传力的。通过传力销将飞轮与中间压盘、压盘连接在一起。

2.2.5 离合器的操作机构

离合器的操作机构是驾驶员在车辆起步、正常行驶过程中经常会用到了一套机构，这套机构应该行之有效地使离合器完全彻底的分离，而且又可以使离合器柔和的结合。它的起始作用点是驾驶员控制的离合器踏板，终止点是飞轮壳内分离轴承。

离合器操作机构的组成包括有离合器踏板到离合器壳内的分离轴承以及中

间所有的传动部件。

离合器操作机构的基本要求有以下几点：

1)操作机构结构要尽可能的简单，操作要轻便，踏板力要小。这样的原因是为了减轻驾驶员的劳动强度。对于轿车而言，踏板力应该在80N一12ON范围之间。

2)操作机构的结构要紧凑，效率要高，踏板行程也需要在合适的长度，一般情况下，是在80mm一150mm的范围之间。

3)在操作机构中应该有能够调整自由行程的设备装置。

4)离合器踏板的行程必须装备有限位装置，控制离合器踏板行程在一定的范围内。

5)离合器踏板在回位时要快捷，这样为了防止离合器在接合时候回位滞后。

按照操作离合器的能量的不同，离合器操作机构可以分为两类人力式和气压式这两种。人力式离合器操作机构的操作能源来自于驾驶员的肌体。气压式离合器操作机构操作能源来自于以发动机驱动的空气压缩机，人体仅仅作为辅助和后备的操作能源。

人力式操作机构按照所采用的传动装置的形式可以区分为，机械式和液压式这样两种。

机械式操作机构在中、轻型以下各类轿车上应用得比较广泛，有些轿车上也采用这种机构。机械式操作机构又可区分成两类，一是杆系传动装置，二是绳索传动装置。这两类传动装置各有优缺点。杆系传动装置的关节比较多，因而摩擦损失比较大，另外杆系传动装置的工作情况会受到车身或者车架变形的影响。而绳索传动装置不仅避免了杆系传动系统的那些缺点，它的布置还非常的方便，并且有可能采取利于驾驶员操作的吊挂式踏板，然后它也有自己的不足，比如说绳索寿命较短，拉伸刚度较小，因此该装置最合适用于轻型和微型汽车上，同样也适用在发动机后置的汽车上。

总体来说，机械式操作机构不仅结构简单，制造成本低，而且故障也少。缺点就是机械效率低，并且拉伸变形会致使离合器踏板的行程损失过大。

液压式操作机构主要组成部分有：主缸、工作缸以及管路系统。液压式操作机构在汽车上的运用非常广泛，它的优点非常显著，有摩擦阻力小、质量小、布置也方便、接合柔和等等。而且完全不受车身或者车架的变形情况的影响。在北京BJ2023、奥迪、红旗以及桑塔纳2000等汽车的离合器上均采用液压式操作机构。

2.3 摩擦离合器的常见故障及原因

离合器安装在汽车中的发动机与变速箱之间的位置，所以它的技术状态的好坏之间影响到发动机动力的传递，并且影响变速器档位的变化操作。工作良好的离合器应该做到接合时候是

平顺可靠的、分离能做到彻底干脆、传动时候没有发生异响。但是由于离合器是汽车中使用非常频繁的部件，因此磨损或者毁损是无法避免的情况，它的技术状态容易变差或者是出现障碍。

离合器常见故障有以下几种：

l)离合器打滑：现象是当汽车起步时候，完全放松离合器踏板，使离合器接合，发动机的动力不能完全传动到变速器的主动轴，导致汽车动力的下降，造成汽车动力不足，起步会感到困难，而且油耗也会增加，造成资源浪费。在汽车处于负载上坡情况下，打滑现象更是明显，更有严重情况下，离合器中会产生发出焦臭味。

导致离合器打滑的原因有多方种多样，离合器踏板自由行程长度不合适，太短了甚至是没有；弹簧太软或者是折断了；摩擦片因摩擦变薄、产生硬化，铆钉外露或是沾有油污；以及离合器和飞轮的连接螺钉松动。以上这些原因都可能导致离合器打滑现象的发生。

2)离合器分离不彻底：现象是在汽车起步的时候，在将离合器踏板踏到低仍然感觉到换挡有些困难，虽然能强行挂入档位，但不抬起离合器踏板汽车就向前行驶这会可能造成发动机熄火。或者是这种情况，在变速器换挡时候挂档困难甚至是挂不进档，而且在变速器段有齿轮撞击声的发生。

产生离合器分离不彻底是原因有多种：离合器踏板的自由行程过大；离合器内的分离杠杆内端不在同一个平面上，个别分离杠杆或者是调整螺钉发生了断；离合器从动盘发生翘曲现象，上面的铆钉松脱或者是新换的摩擦片过厚;双片式摩擦片中间主动盘用于限位的螺钉调整不适，以及分离弹簧过软或者是折断了；还有个可能就是从动盘毅键槽与变速器第一轴连接部分的健齿发生了锈蚀，这样就导致从动盘移动困难，从而使离合器分离出现困难。

3)离合器发生异响：现象是在发动机怠速运转情况下，踩下离合器踏板，分离或者是接合时候，发出不正常是响声。抬起放松离合器踏板时候，异响就消失，或者是踩下和放松离合器踏板时候，都有异响发生。

产生异响的原因大致上有下面几种：离合器内的分离轴承磨损严重或者是缺少润滑油，轴承复位弹簧过软或者是折断脱落；分离杠杆支撑销孔由于磨损而松动；还有就是踏板的复位弹簧过软，脱落甚至是折断；以及从动盘毅与变速器第一轴花键磨损严重这些原因都是可能造成异响的。

4)离合器发抖；现象是汽车启动时候，离合器不能平稳的接合，车身发生断续的冲击抖动。发生离合器发抖原因有下面这些可能：离合器内的分离杠杆内端高低不一致；压盘或者是从动盘发生翘曲现象；还有就是压紧弹簧的力不是均匀的；另外就是变速器与飞轮的固定螺钉发生了松动。

第三章离合器基本参数的分析

3.1 离合器主体部分基本参数

摩擦离合器是靠摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩。根据摩擦定律, 离合器的静摩擦力矩可表示为：

（3-1）

式中, Tc 为静摩擦力矩( N?m) ；f 为摩擦表面间的静摩擦系数，计算时一般选取0.25-0.3；F为压盘施加在摩擦面上的工作压力( N) ；Rc 为摩擦片的平均摩擦半径( m)；Z为摩擦面数，是从动盘数目的两倍。

假设摩擦片上压力均匀, 则有：

（3-2）

式中, p0为摩擦面单位面积上的压力( N/ m) ；A为一个摩擦面的面积( m2) ；D为摩擦片外径( m) ；d为摩擦片内径( m)。

摩擦片的平均摩擦半径R，根据压力均匀的假设，可表示为：

（3-3）

当时，可相当准确地由下式计算：

将式( 2-2) 、式( 2-3) 代入式( 2-1) 得：

（3-4）

式中, C为摩擦片内外径之比C= d/ D，一般在0.53-0.7之间。

为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩, 设计时应大于发动机最大转矩, 即：

（3-5）

式中, 为发动机最大转矩( N?m) ；为离合器的后备系数, 定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，必须大于1。

由以上分析可知, 离合器的主体部分基本参数主要有性能参数和p0、尺寸参数d和D 及摩擦片厚度b。

3.1.1 后备系数

后备系数是离合器设计时用到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时应考虑以下几点：

1）摩擦片在使用中磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩。

2）要防止离合器滑磨过大。

3）要能防止传动系过载。

显然，为可靠地传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，不宜选取太小；为使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜选取太大；当发动机后备功率较大，使用条件较好时，可选取小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力，减少离合器滑磨，应选取大些；货车总质量越大，也应选得越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取的可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的值应大于单片离合器。

各类汽车的取值范围见表1：

表1各类汽车的取值范围

轿车和轻型货车= 1. 2～1. 75

中型和重型货车= 1. 5～2. 25

越野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽车= 1. 8～4. 0

3.1.2 单位面积压力p0

单位面积压力p0对离合器工作性能和使用寿命有很大影响, 选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率大小、摩擦片尺寸、摩擦片材料、质量和后备系数等因素。离合器使用频繁，发动机后备系数较小时，p0应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处的热负荷，p0应取小些；后备系数较大时，可适当增加p0。

根据摩擦片材料, p0 按表2选取：

表2p0的取值范围

石棉基材料p0= 0. 10～0. 35MPa

烧结金属材料p0= 0. 35～0. 60MPa

金属陶瓷材料p0= 0. 70～1. 50MPa

3.1.3 摩擦片外径D、内径d和厚度b

当离合器结构型式及摩擦片材料已选定, 发动机最大转矩已知，结合式( 2-1) 和式(2- 5) ，适当选取后备系数和单位压力p0，即可估算出摩擦片尺寸。

摩擦片外径D（mm）也可根据发动机最大转矩（N.m）按如下经验公式选用

（3-6）

式中KD为直径系数，轿车：KD=14.5；轻、中型货车：单片KD=16.0~18.5，双片KD=13.5~15.0；重型货车KD=22.5~24.0。

在同样外径D时, 选用较小的内径d虽可增大摩擦面积，提高工作压紧力和传递转矩的能力，但会使摩擦面上的压力分布不均匀，使内外缘圆周的相对滑磨速度差别太大而造成摩擦面磨损不均匀，且不利于散热和扭转减振器的安装。

3.2 离合器扭转减震器基本参数

由于轿车、客运车市场的发展，对汽车平顺性的要求也越来越高，振动使乘客产生不舒适的感觉，使驾驶者易疲劳降低了安全性，也使汽车零部件因振动而减少寿命，甚至使汽车的燃油经济性变差。因此，需要分析研究汽车离合器在汽车传动系统中的作用，建立传动系的振动模型，找出离合器最优工作状态和最优参数，为改善传动系的扭转振动状况找到一些新思路。

而扭转减震器的好坏将直接影响离合器乃至整个汽车传动系中的振动情况，因此，优化离合器中扭转减震器对于优化离合器平稳可靠地传动发动机的转矩有着很重要的意义。下面介绍扭转减震器中影响离合器扭转振动状况的主要参数：

3.2.1 扭转减震器刚度

减振器扭转刚度Ka决定于减振弹簧的线刚度及结构布置尺寸，按下列公式初选角刚度

Ka≤13 （3-7）

式中：为极限转矩，按下式计算

=（1.5～2.0）

3.2.2 扭转减振器最大摩擦力矩

由于减振器扭转刚度Ka受结构及发动机最大转矩的限制，不可能很低，故为了在发动机工作转速范围内最有效地消振，必须合理选择减振器阻尼装置的阻尼摩擦转矩。一般可按下式初选为

=（0.06～0.17）（3-8）

取=0.15 。

3.3.3 扭转减振器的预紧力矩

减振弹簧安装时应有一定的预紧。这样，在传递同样大小的极限转矩它将降低减振器的刚度，这是有利的，但预紧力值一般不应该大于摩擦力矩否则在反向工作时，扭转减振器将停止工作。

一般选取=（0.05～0.15）。（3-9）

3.2 离合器操纵机构的基本参数

在检验离合器操纵机构设计是否合理时主要检验的是踏板力、踏板行程、传动比，这些参数能够很好的反映其性能的优劣，并且在设计中，踏板力、踏板行程、传动比根据每个车型的

不同都有其限制条件，故在本文中，提出微型汽车离合器操作机构性能参数为踏板力、踏板行程、传动比。

3.1.1 踏板力

离合器踏板力是衡量离合器操纵机构的一个重要因素，它的大小直接影响到对离合器操纵的轻便性。当离合器总成一定时，离合器的小端力和操纵系统的传动比将决定着离合器踏板力，然而，加大传动比虽然减小了踏板力，但其行程将会增加，所以，需要针对离合器的性能参数及要求进行适当调节，使其性能达到最佳状态。一般情况下，对于轿车和轻型卡车其踏板力可以取为：

较轻的踏板力：Pt<100N

较重的踏板力：Pt>=130N

同时，决定踏板力大小的主要因素还有车辆的使用状况。例如，商用汽车满载，越野行驶在山路地区，如果是男性驾驶员且穿戴较厚衣服和鞋，此时，就需要有较重的踏板力，可提供足够的脚感反馈给驾驶员去操纵离合器。而与此相反，在平坦的路面上，女性驾驶员穿戴比较轻便来驾驶，此时就需要踏板力处在轻的范围，操纵起来也比较舒适。这类汽车如果踏板力过大反而不恰当，难以接受。所以踏板力的调节也要因情况而定，并不能片面的定论某车踏板力不合格。

离合器踏板位置高度及其行程对踏板力的影响也是不可忽视的，分析以下情况：

1)踏板离地板高且行程大

在操作离合器踏板时，脚要完全离开地板，大腿要抬离座椅。脚和腿的重量也完全压在踏板上，轻的踏板力反而会轻易地移动踏板使离合器动作，反而不好控制离合器动作。若有较大的踏板力可以部分支撑脚和腿的重量，就能更为安全、舒适的操作。故商用汽车的踏板力PT一般可取：

合适：PT=150N

较重：PT>200N

2)踏板离地板较近且行程较短

操纵时脚跟可不离地板，腿完全依靠在座椅上，此时，踏板只需支撑脚的重量，采用轻的踏板力是适当的，操纵离合器也很舒适。

如果为了满足踏板行程的要求，而设计上无法满足踏板力的条件时，可采用助力装置。

3.1.2 踏板行程

1)自由行程

自由间隙在踏板行程上的体现。

2)工作行程

在离合器踏板动作中摩擦片与压盘、飞轮开始结合或分离到摩擦片与压盘、飞轮结合或分离终了之间的离合器踏板行程。当离合器踏板工作行程处在离合器结合过程中为结合过程；离合器踏板工作行程处在离合器分离过程中为分离行程。

3)储备行程

离合器完全分离开始到踏板行程终了间的离合器踏板行程，是保证在不稳定因素的影响下离合器能够彻底分离的踏板行程。

第四章优化分析

4.1 优化设计概论

4.1.1 基本概念

1)来源：优化一词来自英文Optimization，其本意是寻优的过程。

2)优化方法：是寻找给定函数取极大值(以max表示)或极小(以min表示)的过程。优化方法也称数学规划，是用科学方法和手段进行决策及确定最优解的数学方法。

3)优化设计：根据给定的设计要求和现有的技术条件，应用专业理论和优化方法，在电子计算机上从满足给定的设计要求的许多可行方案中，按照给定的指标自动地选出最优的设计方案。

4)优化设计的分类：

在工程优化原理和方法的应用领域，主要是优化设计、优化试验和优化控制三个方面。根据优化问题的不同特征，可有不同的分类方法。

①按有无约束分：无约束优化问题和有约束优化问题。

②按设计变量的性质分：连续变量、离散变量和带参变量。

③按问题的物理结构分：优化控制问题和非优化控制问题。

④按模型所包含方程式的特性分：线性规划、非线性规划、二次规划和几何规划等。

⑤按变量的确定性性质分：确定性规划和随机规划。

4.1.2 优化过程

机械优化设计的全过程可以概况如下：

①根据设计要求和目的定义优化设计问题

②建立优化设计问题的数学模型

③选用合适的优化计算方法

④确定必要的数据和设计起始点

⑤编写包括数学模型和优化算法的计算机程序，通过计算机求解并输出

⑥对数据结果进行合理性分析

其中，最关键的是两方面工作：一是将优化设计问题抽象成数学模型；二是选用优化设计算法和程序在计算机上进行优化。

优化设计的数学模型，是对实际问题的特征或本质的抽象，是设计问题的数学表现形式，反映了设计问题中主要因素间的内在联系，是获得正确优化结果的前提。在建立模型时既要使它能准确的反映设计问题，又要使它有利于优化计算。优化计算方法的选用原则主要是：一选择哪种适合于模型计算的方法；二是选择哪种已有的计算机程序、且使用简单和计算稳定的方法。

4.1.3 优化设计建模

正确的建立优化设计的数学模型是优化设计的关键性一步。其中，优化设计建模的三要素为：设计变量、约束条件、目标函数。

在机械设计中可用一组取值不同的参数来表示设计方案。这些参数可以是表示构件形状、大小、位置等的几何参数，也可以是表示构件质量、速度、加速度、力、力矩等的物理参数。在这些参数中，有的是根据实际情况已经确定了的数值，称为给定参数；另一部分参数是需要优选的参数，这些数值在优化设计过程中是优选确定的，这类参数称为优化设计的设计变量。

对于n个设计变量可以用矢量表示，即：

（4-1）

设计变量越多，设计维度越高，自由度越大，但是优化设计的计算量也随之增加。通常只保留那些比较活跃的对设计指标形象显著的参数进行优化，以简化优化设计的数学模型。

2)目标函数

目标函数是优化设计的目标，是设计变量的函数。给定一组设计变量的值，就可以计算出相应的目标函数值。目标函数值的大小是评价设计方案的准则，所以有时候又被称为准则函数或是评价函数。目标函数的一般表示形式为：

（4-2）

根据实际需要，当目标函数只求一项数据最优时，称为单目标优化设计；当目标函数要求多项指标最优时称为多目标优化设计。单目标优化指标单一，易于评判，求解简单，应用广泛。

3)约束条件

优化设计不仅要使所选择的设计指标达到最优值，同时还要满足一系列的附加条件，也就是说设计变量的取值必须服从各种约束条件的限制。一般情况下应当满足边界约束、性能约束和几何约束等几类。表现形式为不等式约束或是等式约束，即：

（4-3）

4)优化模型的统一形式

为了适应解题需要，将优化设计模型进行整理，可得其统一形式，即在满足一定约束条件下，选取设计变量，使目标函数值达到最优，表示为：

（4-4）

4.2 离合器基本参数优化建模

4.2.1 基于离合器尺寸形状的优化

1）确定设计变量和目标函数

后备系数可由式( 3-1) 和式(3- 5) 确定, 可以看出取决于离合器工作压力F和合器的主要尺寸参数D和d。单位压力p0 可由式( 2-3) 确定, p0 也取决于F、D及d。因此, 离合器基本参数的优化设计变量可选为:

（4-5）

离合器基本参数优化设计追求的目标是在保证离合器性能要求条件下, 使其结构尺寸尽可能小, 即目标函数为：

（4-6）

2）确定约束条件

①摩擦片的内外径之比c应在0. 53～0. 7范围内。则有：

（4-7）（4-8）

②摩擦片的外径D选取应使摩擦片最大圆周速度不超过70m/ s, 以免摩擦片发生飞离。即：

式中, 为发动机最高转速( r/ min) 。则有：

（4-9）

③为保证离合器可靠传递转矩, 并防止传动系过载, 不同的车型值应在一定范围内( 见表

（4-10）

（4-11）

式中, 为的取值上限, 为的取值下限。

④为降低离合器滑磨时的热负荷, 防止摩擦片损伤, 单位压力p0 对于不同车型, 根据所用的摩擦材料在一定范围内选取( 见表2) 。则有：

（4-12）

（4-13）

式中, 为的取值上限, 为的取值下限。

⑤为了保证扭转减振器的安装, 摩擦片内径d必须大于减振器弹簧位置直径D0 某一值。则有：

（4-14）

⑥为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨, 防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤,每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值。即：

式中，w为单位摩擦面积滑磨功( J/ m2) ；[ w] 为其许用值，对于轿车：[ w] = 40×104J/m2，对于轻型货车：[ w] = 33×104J/ m2，对于重型货车：[ w] = 25×104J/ m2；W为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功( J) ，可根据下式计算：

式中, 为汽车总质量( kg)；为轮胎滚动半径( m)；为起步时所用变速器的传动比；为主减速比；为发动机转速，轿车取2000r/ min，货车取1500r/ min。则有：

（4-15）

3）优化方法

综上所述, 建立起9个不等式约束式（4-7）～（4-15）和式（4-5）和1个目标函数式（4-6）组成的3维非线性优化数学模型, 即:

（4-16）

在此采用罚函数法进行优化, 其表达式为：

（4-17）

式中, 为惩罚因子递减序列。通过以上方法进行编程计算, 可得优化结果。

4）实例计算

基于离合已知国内某轿车的有关参数为：，，f= 0. 25，Z= 2，，，，，。

其优化计算结果如表3所示。

表3优化计算结果

F（N）D（m）d（m）

原设计5700 0.228 0.150

优化设计5600 0.222 0.146

4.2.2 基于离合器扭转振动特性的优化

1）设计变量

摩擦离合器通常由两部分组成，一是压盘总成，一是从动盘总成。

压盘总成在装配上是与飞轮通过紧固件固联在一起的，其作用为提供压紧力并吸收摩擦片热量。其物理参数对系统的扭转振动影响不大，为简化优化过程将其同发动机飞轮一体考虑，

不在优化范围以内。

从动盘总成主要部件为从动盘、摩擦片、减振弹簧、阻尼垫片和轮毅等组成。其中，从动盘、摩擦片、轮毅以及紧固件刚度大，在不考虑微小变形的情况下可以等效成回转刚体，又因为这些部件质量轻，在转动惯量系统中的影响系数较小，故不考虑对其进行优化，而作为系统给定参数存在。

从动盘扭转减振弹簧刚度可变范围大，前文可知其对系统扭振工作状态的影响显著，其质量可以忽略，刚度K应作为设计变量。

在离合器传递驱动力的过程中，扭转减振弹簧起到了隔离降低振动的作用，但是由于结构限制，往往很难完全避开共振，这个时侯就需要通过系统的阻尼来降低共振峰值，达到降低变速器噪声的目的，故减振系统的阻尼也应是我们考察的对象，取阻尼C作为第二个设计变量。

2）目标函数

传动系统扭转振动状态，由于其扭转变形主要发生在传动轴上，故以变速器传动轴的扭转角为考察对象，以最大扭转角的最小化为目标，进行参数优化，即: （4-18）

3）约束条件

根据振动理论，如果想要把系统的固有频率降到发动机工作转速以外，减振器的扭转刚度K7要降到1Nm/°以下，为了保证离合器能传递发动机的转矩，在结构上需要减振器有很大的转角，但是实际上这是不可能的，同时为了防止弹簧过早失效，在结构上要设置限位装置，限制减振弹簧传递最大转矩时的转角。

首先，从动盘极限扭转力矩不能超过发动机最大转矩的两倍，一般来说：

对于乘用车来说，降低动载荷不是最主要的目的，降低噪声是关键，在必要时极限转矩可以取：

本车选用的发动机极限转矩为150Nm，即：

则有：

取为180Nm。

从动盘式减振器极限扭转角：

双质量飞轮极限扭转角：

阻尼主要是为了压低共振峰值，但是过大的阻尼可能会使减振器失效，并消耗过多能量导致离合器升温。通常情况下取：

又阻尼引起的摩擦力矩应该在转动力矩的一半左右，则有：

4）优化数学模型的建立

综上所述，可得优化数学模型为:

（4-19）

5）优化计算

由于优化目标明确，变量少，采用罚函数优化计算方法，对参数进行优化。

下面以DST240系列离合器为例，其发动机极限转矩为150Nm，即：Temax =150Nm，取Tj 为180Nm。又则从动盘式减振器极限扭转角：, ，进行优化分析：

由于刚度和阻尼俩个参数相互独立，故对离合器进行参数优化时采用分步优化的方法，即先对离合器刚度进行初步寻优，再对阻尼进行初步寻优，然后在各自最优解附近范围内进行综合寻优，得出函数最优解。

①扭转刚度寻优

以扭转减振器刚度为设计变量, 变速器扭转变形最大值的最小化为目标, 并以离合器扭转刚度的允许变化范围为约束进行优化。计算可得在879. 33Nm/rad处扭转角为0. 001298rad，为最大扭转角最小值，根据优化准则此点附近有最优值，为下一步优化计算做好准备。

②减振器阻尼寻优

在完成对从动盘扭转减振器的扭转刚度初步寻优后，在阻尼的可行取值范围内进行优化。计算可知在阻尼13Nms/rad附近有最优解。初步寻优完成, 从动盘扭转减振器扭转刚度取879 Nm/ rad阻尼取13Nms/rad。

③设计变量综合寻优

优化函数的设计变量为从动盘扭转减振器刚度和阻尼，前面已经初步确定了变量最优解可能值, 考虑到阻尼与刚度的相互影响，扩大优化范围，取阻尼10~20Nms/ rad，刚度范围为780~980Nm/ rad，进行三次寻优。计算可得，刚度最优解在765~760Nm/ rad之间，取763Nm/ rad，阻尼最优解为14Nms/ rad。此时变速器中间轴最大扭转角0. 001239rad。

④优化结果评价

在振幅方面，优化前使用的离合器扭转刚度为1862Nm/rad，阻尼10Nms/ rad, 其变速器中间轴最大扭转角为0. 001436rad。优化后的值0.001239rad与优化前的值相比较可知，最大扭转角减少了13. 72%，与未装扭转减振器相比最大扭转角减少了60%以上。在振动形态方面，优化后的振动不但振幅减小，而且振动分布更趋平缓，大大减轻了传动轴系的负担，改善了扭转工况。

4.2.3 基于离合器操作舒适性的优化

下面以具有液压式结构形式的离合器操纵系统的轿车离合器为例，分析其基于操作舒适性的优化，具有液压式结构形式的离合器操纵系统的轿车离合器工作过程踏板力与踏板行程变化的关系曲线如图4-1所示。

图4-1汽车离合器操纵过程踏板力与踏板行程关系曲线

1）离合器踏板最大分离力对汽车离合器操纵舒适性的影响

图4-1所示的M点为离合器踏板最大分离力，离合器踏板最大分离力是人操纵离合器过程中，进程所需要的最大操纵力，它是离合器的固有属性，其大小由离合器弹性变形特性决定。从操纵舒适性的角度分析，如果最大分离力过大，则操纵离合时需用很大的力，就是说离合器重。则人体做功增多，易引起人体疲劳，故离合器踏板最大分离不易过大，轿车离合器最大分离力推荐值一般为80-110N。

①D0：谷点，进程最小力（N）

是人操纵离合器过程中，进程所需要的最小操纵力，此时踏板力为离合器分离时最小踏板力,驾驶员通过脚感能感觉出离合器即将分离。进程最小力的推荐范围一般为50—70N。

另外，M点和D0的操纵力差值也应在合适的范围之内。差值太大，则，差值过小，则，推荐范围一般为100—125N

②L：回弹力L (N)

是人操纵离合器过程中，回程所保持的操纵力，即是恢复机械零件的弹性变形所需要的操纵力，合适的回弹力既能保证回位正常，又使离合器轻便操纵，从操纵舒适性的角度分析，L 点的力不应过小，过小，则驾驶员无明显操纵感觉。回弹力的推荐范围一般为20—30N。2）离合器行程对汽车离合器操纵舒适性的影响

①F点：自由行程

离合器踏板的自由行程，消除离合器的自由间隙和分离机构，操纵机械零件的弹性变形所需要的离合器踏板的行程。自由行程对离合器的操纵舒适性影响很大，自由行程过大，将导致离合器分离时不能彻底分离，造成换档困难。从操纵舒适性的角度分析，如果自由行程过大，则踏板踩下去有很长的距离不起作用，会造成人体做功增多，易引起人体疲劳，影响操纵舒适性。所以离合器自由要调到适当的行程，一般为20—30mm。

②D：分离点D (mm)

在离合器分离过程踩下离合器踏板，在自由行程内首先消除离合器的自由行程，然后在工作行程内产生分离间隙，使离合器分离，踏板行程中的分离点即为离合器彻底分离时的工作点，分离点不易过低，过低则需要较大的操纵力，影响操纵舒适性。

③E：结合点E (mm)

在离合器接合过程中，逐渐松开离合器踏板，压盘在压紧弹簧的作用下向前移动，首先消除分离间隙，并在压盘、从动盘和飞轮工作表面作用足够的压紧力；之后分离轴承在复位弹簧作用下向后移动，产生自由间隙，离合器接合。踏板行程中的接合点即为离合器开始接合时的工作点。它出现在踏板往上抬时的离合器接合过程,位于储备点或彻底分离点之上, 若它距离储备点超过50 mm以上,就难以从脚感上确定踏板的位置,因为踝关节部只能在50mm~ 60mm范围内调节20% 。

④T：踏板总行程T (mm)

离合器踏板总行程=自由行程+工作行程

工作行程：消除自由间隙后，继续踩下离合器踏板，将会产生分离间隙，此过程对应的踏板行程即为工作行程。

要使离合器具有良好的操纵舒适性，踏板总行程应该在一个适合的范围内，一般为100—150mm，最大不超过180mm。

第五章总结与展望

5.1 总结

文章前期的准备工作中，通过大量阅读了解离合器的相关书籍文献。掌握了离合器发展研究的历史与现状，在汽车飞速发展的当今时代，离合器的性能要求也越来越高，随着工艺加工水平的提高，离合器在结构形式与离合器制造材料上也势必将发生改善和进步。

离合器的种类有很多种，但是当今汽车上最广泛采用的是采用弹簧压紧的摩擦离合器，本文就以此为主要研究内容对象，在优化分析之前，文章在理论分析部分对离合器进行了深入的研究。作为汽车中与发动机直接相连接的部分，离合器在汽车上起到的作用是很关键的。以此对离合器的研究的意义与价值也体现在汽车这个整体之上。

在对离合器分类和作用之后，文章以摩擦离合器为主，对离合器及其操纵机构基本参数进行的详细的分析。设计离合器要确定离合器的性能参数和尺寸参数, 这些参数直接影响离合器的结构尺寸和工作性能。所以详细介绍离合器的基本参数是非常有必要的。通过这些就很完善的掌握研究离合器结构和优化的目标。为接下来优化做好理论的基础工作。

在掌握离合器的结构组成与工作原理后，通过三个不同的方向对离合器参数进行优化，使离合器达到最佳的外形，最好的性能和最舒适的操作性。这对离合器以后的更深入研究提供了必要的理论依靠。

5.2 展望

在汽车的转动系中设置离合器主要是由于：目前，汽车上仍广泛采用往复式发动机作动力，这种发动机有一个最低稳定转速，若发动机转速低于这个最低稳定转速，发动机将熄火而停止工作。另外，在低速时，发动机无法产生足够的动力。因此，发动机的工作转速总是大于这个最低稳定转速。然而，在汽车起步时，其车速是由零逐渐增加的，因此，为使汽车平稳起步，就需在汽车驱动轮与发动机飞轮之间有一个既能转递动力，有能产生相对滑转的装置，这个装置就是离合器。

如果没有离合器，而是把发动机与转动系刚性地联结在一起，那么汽车起时，只要变速器一挂上挡，驱动轮就会突然产生驱动力而使汽车猛烈前冲。由于汽车质量较大，由静止突然前冲会产生很大的惯性力，这个惯性力以惯性阻力的方式传递给发动机，会导致发动机转速瞬间急剧下降而低于最低稳定转速，造成发动机熄火。所以，没有离合器，汽车将根本无法实现起步。

在汽车行驶过程中，道路条件、交通状况等客观环境千变万化。为了适应汽车行驶条件的变化，就需要经常改变变速器的档位，使汽车具有合适的驱动力和车速。

目前在汽车上广泛采用齿轮式变速器，这种变速器有几对齿轮，每对齿轮有各种不同的传动比，形成了变速器的各个档。通过换档拨叉使不同的齿轮副进入啮合，就可以得到不同的传动比，于是在相同的发动机转速下可得到不同的汽车行驶速度，从而实现汽车的变速。换档时，首先踩下离合器踏板，使离合器处于分离状态，即中断发动机与变速器之间的动力传递。变速器处于非传力状态时，通过换担拨叉可轻松的使啮合着的一对齿轮分开，再使另一对齿轮进入啮合，从而实现变速器档位的变化。但是，前一对齿轮分开时，后一对即将进入啮合的主、从动齿轮的圆周速度必然不等，此时，若通过拨叉强行使这对齿轮进入啮合的话，势必产生强烈的齿间冲击，这不仅使齿轮容易损坏，同时产生刺耳的噪声。利用离合器，采用一定的换档顺序，则可以使这对齿轮的圆周速度达到相等，再使其进入啮合，也就不会产生冲击和噪声了。即使换档时这对齿轮的圆周速度并不完全相同，但由于离合器已彻底分离，变速器处于非传力状态，换档时产生的冲击和噪声也会大大减少。所以，离合器减小了换档时齿轮间的冲击和噪声，提供了新档位齿轮副圆周速度相等而实现同步啮合的可能。如果没有离合器，那么当汽车紧急制动时，发动机因和传动系刚性联接，其转速将急剧下降，此时，发动机会产生比发动机稳定运转时输出的动力大得多的惯性力，这个很大的惯性力作用于传动系的各个零件，会使各个零件此时承受的载荷超过本身的承载能力而损坏零件。有了离合器，一旦发动机产生的惯性力超过离合器所能传递的最大动力，离合器的主、从动部分就会出现相对滑磨，从而有效地防止了因传动系过载而使传动系零件损坏的现象发生。综上所述，其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，以保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡

齿轮之间的冲击；在工作中受到大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。

当今时代汽车行业是个每个国家非常重视的方向，汽车行业在国家的经济发展中占据的位置越来越重要，在中国汽车的发展呈现着快速发展的势头，国家非常重视中国汽车行业的发展，但中国汽车行业也国外发达国家相比还存在着很明显的差距，在欧美，在日本，他们的汽车都发展很快，他们的汽车品牌也畅销国内外。中国汽车行业的发现还处于落后的状态，有很多问题函待去解决，只有这些问题得到解决，中国汽车才能迎来更好的发展。

首先的是在中国整车的发展还依然受到零部件产业的掣肘。我国的汽车零部件的层次还很低，在原材料的生产加工方面还处于落后阶段。我国零部件行业企业众多，据2007年不完全统计，在我国汽车零部件行业达到规模以上的企业多大6000多家，数量虽然不少，但是有高达80%以上的企业销售额不高，处于一亿万以下。中国汽车零部件行业整体效率低下可见一斑，这其中的原因有汽车零部件企业的集中度低，无序竞争严重等等的原因。这样就导致这些汽车零零部件企业的生产成本高，盈利额低下，企业难以做大做强。总之中国汽车零部件产业的发展是不足以适应当今快速发展的中国汽车行业，技术含量较低，而且研发能力也不足够，作为汽车工业的基础，汽车零部件是支持汽车工业持续健康发展的必要条件，在中国大力发展自主品牌的今天，零部件更需要得到重视，整车自主品牌与技术创新需要先进的零部件作为基础。在汽车中，离合器起着切断、传递来自发动机输出的动力的作用。它是一个非常重要的部件。伴随着汽车的发展，离合器也走过了百年的历程，随着前人的不断试验发展总结，离合器得到不断的发展提高，在当今社会自动化程度不断提高的今天，汽车操作也是评价汽车的一个重要标准，自动离合器的研究就成了当今的热点。但是离合器的工作情况条件非常复杂，复杂多变的外界条件会影响其工作性能，而且离合器系统本身也存在着各种影响因素，如非线性、时滞、干扰等等。因此对于离合器系统的优化是一件非常困难的事情，采用更有效的优化技术是一条可行的研究方向，在以后，随着较为完善的模型的建立和优化手段，对离合器的优化分析研究必将更加深入。