离合器设计指南

离合器设计指南离合器匹配设计V1.0编制：审核：批准：2016年9月25日发布前言本设计指南结合了离合器设计开发全过程，包含概念设计、详细设计、试验验证、试验评价、最终批产全，使产品设计流程清晰化、标准化，避免出现重大设计失误，可以最大程度降低设计的风险。

本规范可供产品设计人员作开发设计使用。

目录1.离合器简介31.1离合器主要结构形式 (3)1.2离合器主要设计要求 (5)2.开发流程介绍 (6)2.1离合器开发流程 (6)2.2各阶段离合器开发重点工作 (6)3.离合器匹配设计 (9)3.1后备系数β (9)3.2车辆起步滑磨功校核 (10)3.3离合器压盘温升校核 (11)3.4摩擦片材料选择 (12)3.5预减震弹簧设计校核 (13)3.6预减震阻尼校核 (14)3.7主减振弹簧设计校核 (14)3.8离合器寿命计算 (14)4.离合器机械开发试验 (16)4.1离合器总成试验 (16)4.2离合器零部件单体试验 (18)4.3离合器整车试验 (20)5.离合器NVH开发试验 (22)5.1怠速工况 (22)5.2爬行工况 (22)5.3怠速敲齿音 (23)5.4减速工况和切换空挡工况 (23)5.5行驶工况 (24)5.6换挡工况 (25)5.7急加速和急减速工况 (26)5.8 Clack工况 (26)5.9起步工况 (27)6.离合系统校核 (27)6.1踏板力校核 (27)6.2踏板行程校核 (28)7离合系统故障排除 (29)7.1离合踏板沉 (29)7.2离合器打滑 (30)7.3离合器分离不良 (32)7.4离合器抖动 (34)7.5接合不平顺 (35)7.6离合器异响 (36)附则： (38)附加说明： (40)1.离合器简介1.1离合器主要结构形式离合器主要离合器结构形式介绍，主要针对目前乘用车市场常用的离合器，不常用离合器未在本指南中体现。

1.1.1支撑环离合器1.1.2RiBolo离合器（无支撑环和铆钉）结构示意1.1.3FLexCompanc结构（轻量化）结构示意1.1.4自调节离合器结构示意1.1.5行程调节离合器结构示意技术要求⏹发动机扭矩3500N.m⏹离合器最大尺寸Φ600mm⏹从动盘磨损量6mm1.2离合器主要设计要求✧在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机最大转矩，并有适当的转矩储备；✧接合时要平顺柔和，以保证汽车起步时没有抖动和冲击；✧分离时要迅速彻底；✧离合器从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损；✧应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命；✧应使传动系统避免扭转共振，并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力；✧操作轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳；✧作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能；✧应有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、寿命长；✧结构应简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。

2.开发流程介绍2.1离合器开发流程离合器开发流程隶属于发动机开发及整车开发流程，具体开发阶段划分如下图：详细了解各阶段内容，请参照BMM.MQ.120106.001.02.2013动力总成开发手册2.2各阶段离合器开发重点工作2.2.1战略阶段本阶段为零部件开发可行性分析阶段，根据整车和发动机的相关输入开展技术可行性策划工作，完成对零部件设计关键结构、采用技术路线、先进技术应用的确定1)根据整车和发动机相关输入信息，完成《零部件设计任务书》；2)确认潜在可选择的供应商并完成初期技术交流；3)零部件制造可行性分析4)零部件装配可行性分析；5)C AE分析策划6)试验策划7)各阶段样件需求数量确认8)零部件竞品分报告9)离合系统主要性能指标确认2.2.2概念设计阶段本阶段主要针对上一阶段所确定的技术路线、关键结构，完成离合器选型并完成概念设计3D数据，并在整机布置上确认没有问题，对离合器本身和离合系统做一维计算仿真，确认离合器本身设计参数以及能否满足离合系统要求1)供应商确认2)离合器概念设计3D数据3)离合器关键设计参数4)离合器整车匹配计算报告5)离合系统校核报告6)整车布置确认报告7)可装配和拆卸工艺审核报告2.2.3工程设计阶段本阶段主要完成2D图纸的绘制，并与供应商一起确认技术状态，下发采购一代样机装机样件订单1)首版数据冻结和S1 版图纸发布2)零部件检测基准书3)零部件采购订单下达4)装配要领书5)一代样车试验大纲及评价标准2.2.4一代样机阶段本阶段主要完成一代样车的装配，并提供一台样车在供应商处做离合器系统匹配，确认整机NVH指标达成情况，并确认最终的离合器扭震弹簧和预减震弹簧参数1)一代样车状态确认2)离合系统匹配报告（驾驶性评价报告）3)离合系统整机NVH报告4)二代样机离合器采购订单下达5)二代样车试验大纲及评价标准6)S2 版图纸发放2.2.5二代样机阶段本阶段主要完成工装样车的装配，并对离合系统的驾驶性和NVH做评价和测试，并完成离合器的道路耐久试验及OTS认可1)二代样车状态确认2)离合系统匹配报告（驾驶性评价报告）3)离合系统整机NVH报告4)O TS认可报告5)A版图纸发放2.2.6生产准备阶段对小批阶段的离合器问题进行分析、确认、整改，对需要优化的内容完善到图纸中1)问题报告的关闭2)B版图纸发放2.2.7量产与投产阶段对量产阶段的离合器问题进行分析、确认、整改，对需要优化的内容完善到图纸中1)问题报告的关闭2)工程更改3.离合器匹配设计3.1后备系数β3.1.1计算公式基本参数计算公式：β=Tc / Temax式中参数说明：β：离合器后备系数Tc：离合器静摩擦力矩Temax：发动机最大额定转矩Tc=Z f P∑( D3-d3) / (D2-d2) / 3式中主要参数说明Z表示离合器摩擦面数，对单片式离合器Z=2f表示摩擦系数表示离和起作用在摩擦面上的总压紧力P∑D、d表示摩擦片外径、内径P 0= 4 P ∑/ (D 2-d 2) /π，P 0为摩擦片上的单位压力 3.1.2评价标准为保证离合器能可靠的传递发动机转矩，β>1，同时，为了防止传动系过载、保证操纵轻便、控制离合器尺寸，β又不能过大，后背系数选择如下图：应越大P 0的选取一般考虑摩擦片材料（粉末冶金材料）的热容量特性及车辆的使用条件（路面状况、载重情况、离合使用频率等），参考轿车推荐参数， P 0=0.25~0.35Mpa 。

3.2车辆起步滑磨功校核 3.2.1计算公式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 )(422d D Z W -=πω式中参数说明ω：为单位摩擦面积滑磨功(J ／mm 2)； Z ：表示离合器摩擦面数，对单片式离合器Z=2 D 、d ：表示摩擦片外径、内径W 为汽车起步时离合器接合一次所产生总滑磨功(J)，可根据下式计算2202221800gr e i i mar n W π=式中参数说明ma ：汽车总质量(kg)； r r ：为轮胎滚动半径(m)；i g ：为起步时所用变速器挡位的传动比； i 0：为主减速器传动比；ne：为发动机转速(r／min)3.2.2起步滑磨功评价标准ω（J／mm2）：3.3.1计算公式压盘温升的计算是检验离合器压盘膜片弹簧与离合器从动盘材质选择是否合理的衡量标准，计算公式如下：t=rw mcW：为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功γ：为传到压盘的热量所占的比例，对单片离合器压盘. γ=0.5；m：为压盘质量(kg)c为压盘的比热容，铸铁：c=481.4 J/(kg·℃)；3.2.2评价标准许用温升不得超过10℃3.4摩擦片材料选择3.4.1民用版车辆离合器摩擦片材质选择目前主要的离合器供应商使用的摩擦片性能优劣如下表，从上到下性能逐渐提升，摩擦片在选择材料时可以根据车型定位、耐久目标和成本情况而定3.4.2驾校车、出租车离合器摩擦片材质选择驾校车和出租车尽量选择与舍弗勒B8805性能相当的材料，提高耐特性和驾驶舒适性3.5预减震弹簧设计校核3.5.1预减震弹簧安装转矩Tn预减振弹簧在安装时都有一定的预紧。

研究表明，Tn增加，共振频率将向减小频率的方向移动，这是有利的。

但是Tn不应大于阻尼摩擦转矩，否则在反向工作时，扭转减振器将提前停止工作，故取Tn= (0.05~0.15)Temax Temax：发动机最大扭矩3.5.2预减震弹簧刚度校核刚度具体设计属于专业设计，主机厂工程师主要是对预减震弹簧在整机上的NVH表现作为评价，一般评价的标准是减震衰减率应大于50%3.6预减震阻尼校核阻尼摩擦转矩一般以变速器常温空挡拖曳力矩为基准，应比变速器拖曳力矩小，否则怠速时预减震弹簧将无法起到作用3.7主减振弹簧设计校核主减振弹簧设计所承受最大转矩，一般为发动机最大扭矩的1.5-2.0倍，一般乘用车去2.0.3.8离合器寿命计算离合器摩擦片的磨损是影响离合器使用寿命的主要原因，摩擦片磨损量与滑磨功大小、摩擦表面温度、滑磨速度有关，是一个比较复杂的问题，因此，评定摩擦片磨损量的方法有两种，一种是模拟整车使用条件在台架上做模拟试验验证后测得磨损量来评估寿命，另外一种是基于试验统计分析方法获得的模拟计算，可用于前期寿命设计计算，参照公式如下：一次起步磨损体积ΔV′=I w L （mm3/次）I:摩擦材料磨损率，磨损率是每消耗1J功所损耗w掉的体积，一般起步离合器I=0.00013mm3/JwL:一次起步产生的滑磨功L✧每公里消耗的摩擦片体积ΔV=ΔV′n （mm3/km）ΔV′一次起步磨损体积N每行驶1Km起步次数，起步次数与行驶条件相关如下表：V摩擦片容许的总磨损量ΔV每公里消耗的摩擦片体积由于实际使用行驶概率不一致，一般私家车行驶概率核算按照下表：4.离合器机械开发试验4.1离合器总成试验4.1.1离合器转矩容量试验4.1.1.1试验方法离合器转矩容量是通过离合器总成试验台进行测试获得，试验台中的一个离合器用来把惯性载荷（模拟汽车起步加速的惯性质量）的转速从零开始加速直到离合器完成停止滑磨为止，此后，该离合器分离，由第二个离合器开始接合并发生滑磨，直到使惯性载荷停止不动，完成一次试验循环。

离合器的输出转矩可以通过下图中最右侧的旋转轴测出。

4.1.1.2评价标准当摩擦片表面温度为250℃时，其单位面积滑磨摩擦力矩不低于下表中数值，如何控制摩擦片表面温度，可以通过改变试验循环周期和冷却风风量来控制。

4.1.2离合器磨损试验4.1.2.1试验方法离合器摩擦片磨损试验是在4.1.1中所提到的试验台上进行，摩擦片的磨损量通过铆钉出测量试验前后的厚度改变量，或用试验前后称重也可以。