第二章　离合器

第一节　离合器基本概述

一、离合器的功用、要求与分类

（一）离合器的功用

1.使发动机与传动系统逐渐接合，保证汽车平稳起步

汽车起步时，驾驶员缓慢抬起离合器踏板，使离合器的主、从动部分逐渐接合，与此同时，逐渐踩下加速踏板，以增加发动机的输出转矩，这样发动机的转矩便可由小到大传给传动系统。当牵引力足以克服汽车起步时的行驶阻力时，汽车便由静止开始缓慢逐渐加速，实现平稳起步。

想一想：驾驶新手在起步时为什么总会出现汽车向前突然串动，甚至发动机熄火的情况？

提示：起步时操作不当，导致汽车起步不平稳。

2.暂时切断发动机的动力传动，保证变速器换挡平顺

汽车在行驶过程中，由于行驶条件的变换，需要不断变换挡位。对于普通齿轮变速器，换挡时不同的齿轮副要退出啮合或进入啮合，这就要求换挡前踩下离合器踏板，中断发动机的动力传动，便于退出原有齿轮副的啮合、进入新齿轮副的啮合。如果没有离合器或离合器分离不彻底使动力不能完全中断，原有齿轮副之间会因压力大而难以脱开，而待啮合齿轮副之间因圆周速度不同而难以进入啮合，勉强啮合也会产生很大的冲击和噪声，甚至会打齿。

3.限制所传递的转矩，防止传动系统过载

汽车紧急制动时，如果发动机与传动系统刚性连接，发动机转速将急剧下降，其所有零件将产生很大的惯性力矩，这一力矩作用于传动系统，会造成传动系统过载而使其机件损坏。有了离合器，当传动系统承受载荷超过离合器所能传递的最大转矩时，离合器会通过主、从动部分之间的打滑来消除这一危险，从而起到过载保护的目的。

（二）对离合器的要求

根据离合器的功用，它应满足下列主要要求。

（1）保证可靠地传递发动机的最大转矩又能防止传动系统过载。

（2）接合时应平顺柔和，保证汽车平稳起步，减少冲击。

（3）分离时应迅速彻底，保证变速器换挡平顺和发动机启动顺利。

（4）旋转部分的平衡性好，且从动部分的转动惯量小。

（5）具有良好的通风散热能力，防止离合器温度过高。

（6）操纵轻便，以减轻驾驶员的疲劳。

（三）离合器的分类

汽车上应用的离合器主要有以下三种形式。

（1）摩擦离合器　指利用主、从动部分的摩擦作用来传递转矩的离合器。目前在汽车上广泛采用。

（2）液力偶合器　指利用液体作为传动介质的离合器。原来多用于自动变速器，目前在汽车几乎不采用。

（3）电磁离合器　指利用磁力传动的离合器，如在空调中应用的就是这种离合器。

下面我们只介绍在汽车传动系统中应用最广泛的摩擦离合器。

二、摩擦离合器的基本组成和工作原理

1.基本组成

摩擦离合器由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成，如图2-1所示。

主动部分包括飞轮、离合器盖和压盘。离合器盖用螺栓固定在飞轮上，压盘后端圆周上的凸台伸入离合器盖的窗口中，并可沿窗口轴向移动。这样，当发动机转动，动力便经飞轮、离合器盖传到压盘，并一起转动。

从动部分包括从动盘和从动轴。从动盘带有双面的摩擦衬片，离合器正常接合时分别与飞轮和压盘相接触；从动盘通过花键毂装在从动轴的花键上，从动轴是手动变速器的输入轴（一轴），其前端通过轴承支承在曲轴后端的中心孔中，后端支承在变速器壳体上。

压紧机构由若干根沿圆周均匀布置的压紧弹簧，它们装在压盘与离合器盖之间，用来将压盘和从动盘压向飞轮，使飞轮、从动盘和压盘三者压紧在一起。

操纵机构由离合器踏板、分离拉杆、调节叉、分离叉、分离套筒、分离轴承、分离杠杆、复位弹簧等组成。

2.工作原理

（1）接合状态　离合器在接合状态下，操纵机构各部件在回位弹簧的作用下回到图2-1所示的各自位置，分离杠杆内端与分离轴承之间保持有一定间隙的压紧弹簧将飞轮、从动盘和压盘三者压紧在一起，发动机的转矩经过飞轮及压盘通过从动盘两摩擦面的摩擦作用传给从动盘，再由从动轴输入变速器。

（2）分离过程　分离离合器时，驾驶员踩下离合器踏板，分离套筒和分离轴承在分离叉的推动下，先消除分离轴承与分离杠杆内端之间的间隙，然后推动分离杠杆内端前移，使分离杠杆外端带动压盘克服压紧弹簧作用力后移，摩擦作用消失，离合器的主、从动部分分离，中断动力传动。

（3）接合过程　接合离合器时，驾驶员缓慢抬起离合器踏板，在压紧弹簧的作用下，压盘向前移动并逐渐压紧从动盘，使接触面间的压力逐渐增加，摩擦力矩也逐渐增加；当飞轮、压盘和从动盘之间接合还不紧密时，所能传动的摩擦力矩较小，离合器的主、从动部分有转速差，离合器处于打滑状态；随着离合器踏板的逐渐抬起，飞轮、压盘和从动盘之间的压紧程度逐渐紧密，主、从动部分的转速也渐趋相等，直到离合器完全接合而停止打滑，接合过程结束。

3.离合器自由间隙和离合器踏板自由行程

离合器在正常接合状态下，分离杠杆内端与分离轴承之间应留有一个间隙，一般为几毫米，这个间隙成为离合器自由间隙。如果没有自由间隙，从动盘摩擦片磨损变薄后压盘将不能向前移动压紧从动盘，这将导致离合器打滑，使离合器所能传动转矩下降，车辆行驶无力，而且会加速从动盘的磨损。

为了消除离合器的自由间隙和操纵机构零件的弹性变形所需要的离合器踏板行程称为离合器踏板自由行程。可以通过拧动调节叉来改变分离拉杆的长度对踏板自由行程进行调整。

三、摩擦离合器的结构类型与原理

1.摩擦离合器的结构类型

（1）按从动盘的数目　可以分为单片离合器和双片离合器。轿车、客车和部分中、小型货车多采用单片离合器，因为发动机的最大转矩一般不是很大，单片从动盘就可以满足动力传动的要求；双片离合器由于增加了一片从动盘，使得在其他条件不便的情况下，将比单片离合器所能传动的转矩增大了1倍（由于一个从动盘是两个摩擦面传递动力，而两个从动盘则是四个摩擦面传递动力），多用于重型车辆上。

（2）按压紧弹簧的形式　可以分为膜片弹簧离合器、周布弹簧离合器和中央弹簧离合器。周布弹簧离合器和中央弹簧离合器采用螺旋弹簧，分别沿压盘的圆周和中央布置；膜片弹簧离合器采用膜片弹簧，目前应用最广泛。

2.膜片弹簧离合器

膜片弹簧离合器目前在各种类型的汽车上都广泛应用，其构造如图2-2～图2-4所示。

1—离合器盖；2—膜片弹簧；3—压盘；4—传动片；5—从动盘；6—支承环

膜片弹簧离合器也是由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构组成。

主动部分由飞轮、离合器盖和压盘组成。离合器盖通过螺栓固定在飞轮上，为了保持正确的安装位置，离合器盖通过定位销进行定位。压盘与离合器盖之间通过周向均布的三组或四组传动片来传递转矩。传动片用弹簧钢片制成，每组两片，一端用铆钉铆在离合器盖上，另一端用螺钉连接在压盘上。

从动部分包括从动盘和从动轴，从动盘一般都带有扭转减振器。发动机传到传动系统的转速和转矩是周期性变化的，使传动系统产生扭转振动，这将使传动系统的零部件受到冲击性交变载荷，使寿命下降、零件损坏。采用扭转减振器可以有效地防止传动系统的扭转振动。带扭转减振器的从动盘的结构如图2-5所示。

从动盘钢片外圆周铆接有波浪形弹簧钢片，摩擦衬片分别铆接在弹簧钢片上，从动盘钢片与减振器盘铆接在一起，这两者之间夹有摩擦垫圈和从动盘毂。从动盘毂、从动盘钢片和减振器盘上都有六个圆周均布的窗孔，减振弹簧装在窗孔中。

当从动盘受到转矩时，转矩从摩擦衬片传到从动盘钢片，再经减振弹簧传给从动盘毂，此时弹簧将被压缩，吸收发动机传来的扭转振动。

压紧机构是膜片弹簧，其径向开有若干切槽，形成弹性杠杆。切槽末端有圆孔，固定铆钉穿过圆孔，并固定在离合器盖上。膜片弹簧两侧装有钢丝支承环，这两个钢丝支承环是膜片弹簧工作时的支点。膜片弹簧的外缘通过分离钩与压盘联系起来。

膜片弹簧离合器的工作原理如图2-6所示。当离合器盖未安装到飞轮上时，膜片弹簧不受力而处于自由状态，此时离合器盖与飞轮之间有一距离，如图2-6（a）所示。当离合器盖通过螺栓固定在飞轮上时，膜片弹簧在支承环处受压产生弹性变形，此时膜片弹簧的外圆周对压盘产生压紧力使离合器处于接合状态，如图2-6（b）所示。当踩下离合器踏板时，分离轴承推动膜片弹簧，使膜片弹簧以支承环为支点外圆周向后翘起，通过分离钩拉动压盘后移使离合器分离，如图2-6（c）所示。

如图2-7所示，膜片弹簧式离合器的分离机构主要由分离叉、分离轴承和分离轴承座组成。踏下离合器踏板时，离合器操纵机构将力传递到分离叉，分离叉起杠杆作用，这个“杠杆”的支点即分离叉支撑点，分离叉推动分离轴承座使分离轴承压向膜片弹簧，使离合器分离。分离轴承固定环起连接分离轴承座和分离叉的作用。

从上面的介绍中可以看出，膜片弹簧既是压紧弹簧，又是分离杠杆，使结构简化。另外膜片弹簧的弹簧特性优于圆柱螺旋弹簧，所以膜片弹簧离合器的应用越来越广泛，在各种车型上都有应用。

3.周布弹簧离合器

（1）周布弹簧离合器的结构　周布弹簧离合器的结构如图2-8所示。

离合器盖一般用低碳钢冲压而成，通过6个螺栓与飞轮固装在一起。离合器盖侧面加工了3个通风孔以加强散热。压盘与离合器盖之间通过分离杠杆装在一起（分离杠杆一端固定在压盘的支座上，另一端通过螺栓与离合器盖连在一起），作为主动摩擦件与飞轮一起旋转。压盘圆周上分布了若干个弹簧支座，压紧弹簧就套在上面。

（2）从动部分　从动部分主要是从动盘。从动盘的基本结构如图2-9所示。

1，10—摩擦衬片；2—波浪形弹簧钢片；3—从动盘钢片；4—摩擦片；5—特种铆钉；6—从动盘毂；7—调整垫片；8—减振器弹簧；9—减振器盘

从动盘主要由前后两个摩擦衬片1和10、中间的波浪形弹簧钢片2、从动盘钢片3以及扭转减振器等组成。摩擦衬片有较大的摩擦系数、良好的耐热性和耐磨性，衬片和从动盘钢片之间一般用铆钉铆合，也有的用树脂粘接。为了保证离合器接合柔和、启动平稳，从动盘钢片要具有轴向弹性，波浪形弹簧钢片2就起这个作用。波浪形弹簧钢片2与从动盘钢片3，以及前后摩擦衬片之间通过铆钉铆接。整个从动盘在自由状态时，前后衬片与钢片之间有一定间隙，在离合器接合时产生弹性变形使压紧力逐渐增加，接合柔和。由于发动机传到传动系统的转速和转矩是周期性不断变化的，这就使传动系统产生扭转振动，另外汽车本身的振动也会引起传动系统的扭转振动，这些振动对传动系统零件造成冲击，缩短了零部件的寿命，甚至造成损坏。扭转减振器就是用来消除这种冲击振动的。

从动盘毂6、从动盘钢片3和减振器盘9上都有6个均匀分布的窗孔，减振器弹簧就装在孔中；从动盘和从动盘毂6通过减振器弹簧8弹性地连接在一起，构成了减振器的缓冲机构，从动盘毂与钢片3和减振器盘之间夹有环状摩擦4，摩擦片是阻尼耗能元件。特种铆钉5将波浪形弹簧钢片2、减振器盘9铆接成一体，但铆钉从动盘毂上的缺口存在一定的距离，从动盘毂可以相对钢片和从动盘作一定量的转动。

当从动盘受转矩作用时，由摩擦衬片传来的转矩首先传到从动盘钢片3和减振器盘9上，再经减振器弹簧8传给从动盘毂，这时弹簧被压缩，然后再传给从动盘毂。因此，从发动机传来的扭转振动产生的冲击被弹簧及摩擦片吸收缓和，不会直接传到从动盘毂，进而传给变速器。

（3）压紧机构　沿压盘圆周上均匀分布的螺旋弹簧（套在压紧弹簧座上，图中未画出），将压盘和从动盘压向飞轮，使离合器处于接合状态。发动机的动力由飞轮、压盘与从动盘之间的摩擦面传给从动盘。

四、离合器操纵机构

离合器的操纵机构是驾驶员借以既使离合器分离又使之柔和接合的一套机构，它起始于离合器踏板，终止于分离杠杆。

按照分离离合器时所需操纵能源的不同，离合器操纵机构分为人力式和助力式。人力式又可以分为机械式和液压式；助力式又可以分为气压助力式和弹簧助力式。人力式操纵机构是以驾驶员作用在踏板上的力作为唯一的操纵能源。助力式操纵机构除驾驶员的力以外，还以其他形式的能源作为操纵能源。

本部分主要介绍在轿车中应用较多的机械式操纵机构、液压式操纵机构和弹簧助力式操纵机构，其中液压式操纵机构应用最多。

1.机械式操纵机构

机械式操纵机构有杆系传动和钢索传动两种形式。机械式操纵装置结构较简单，制造成本低，故障少，但其机械效率低，而且拉伸变形会导致踏板行程过大。

杆系传动机构如图2-10所示，其结构简单，工作可靠，广泛应用于各型汽车上。如东风EQ1090E型汽车离合器即为杆系传动机构。但杆系传动中杆件间铰接多，摩擦损失大，车架或车身变形以及发动机位移时都会影响其正常工作。在平头车、后置发动机汽车等的离合器需要用远距离操纵时，合理布置杆系比较困难。

钢索传动机构如图2-11所示，它可消除杆系传动机构的一些缺点，并能采用便于驾驶员操纵的吊挂式踏板。但钢索寿命较短，拉伸刚度较小，故只适用于轻型、微型汽车和轿车。桑塔纳2000GLs、捷达轿车离合器的操纵机构中就采用了钢索传动机构。

2.液压式操纵机构

液压式操纵机构利用液体传递操纵力矩，具有摩擦阻力小、质量轻、操纵轻便、接合柔和、布置方便、不受车身车架变形的影响等优点。它采用吊挂式踏板，提高了车身内的密封性，因此，应用日益广泛。如图2-12所示，液压式操纵机构主要由主缸、工作缸和管路系统等组成。

下面以桑塔纳2000GSi型乘用车的离合器为例介绍其液压式操纵机构的结构特点。桑塔纳2000GSi型乘用车离合器液压操纵系统由离合器踏板、储液罐、进油软管、离合器主缸、离合器工作缸、油管总成、分离叉、分离轴承等组成，如图2-13所示。

（1）主缸　如图2-14所示，主缸由壳体、活塞、推杆、回位弹簧、皮碗等组成，其上部是储液室。主缸借助补偿孔A、进油孔B通过软管与制动系统储液罐相通，内腔形成环形油室。活塞为铝质结构，中部轻细，为十字形断面，使活塞右方主缸内腔形成环形油室。活塞两端装有密封圈和皮碗，活塞顶有沿圆周分布的6个小孔，活塞回位弹簧将皮碗、活塞垫片压向活塞，盖住小孔，形成单向阀，经小孔与活塞右方主缸内腔相通。

当踏板未踩下时，活塞被推向最右端，使皮碗位于补偿孔A与进油孔B之间，两孔均开放。通过转动推杆头可改变活塞与补偿孔的距离（即调整主缸活塞的自由行程）。

（2）工作缸　如图2-15所示，工作缸由活塞、皮碗、油管接头、推杆等组成。推杆除带动离合器分离叉运动外，同时可调整离合器膜片弹簧分离指端与分离轴承的间隙。为防止活塞自工作缸体内脱出，在缸体右端装有挡圈。在缸体左端装有油管接头和放气螺塞，当管路有空气存在而影响操纵时，可拧出放气螺塞进行放气。

当踩下离合器踏板时，通过主缸推杆带动主缸内的活塞左移，单向阀关闭，皮碗关闭补偿孔A，密封容积减小，主缸和管路中的油压升高。在此油压作用下，工作缸中的活塞被推动左移，工作缸推杆头部直接推动分离叉的一端，使其绕支点（分离叉座）摆动，从而推动分离轴承向左移动，压向膜片弹簧的分离指端，从而达到分离离合器的目的。

当缓慢释放踏板时，作用在踏板上的力逐渐减少，油压下降，在回位弹簧作用下，膜片弹簧、工作缸和主缸内的活塞逐渐回位，离合器逐渐接合。当压盘与从动盘接合后迅速放松踏板时，由于油液有黏性，会产生流动阻力，油液流动慢，工作缸活塞回位速度小于主缸活塞回位速度，在主缸活塞左腔形成一定的真空，低于储液室液体压力。在压力差的作用下，单向阀开启，工作液经进油口、环形油室、单向阀进入主缸左腔，补偿真空，主缸活塞迅速回位。而此时工作缸活塞继续右移，多余的油液经补偿孔A回到与制动系统共用的储液罐内。

3.弹簧助力式操纵机构

为了尽可能减小作用于离合器踏板上的力，减轻驾驶员的劳动强度，在离合器的操纵机构中采用弹簧助力式操纵机构。

如图2-16所示，助力弹簧的两端分别挂在固定于支架和三角板上的两支承销上。可转三角板可以绕其轴销转动，当离合器踏板完全放松，离合器处于接合位置时，助力弹簧的轴线位于三角板销轴的下方。当踩下踏板时，通过长度可调推杆推动三角板绕其轴销逆时针转动。这时，助力弹簧的拉力对轴销的力矩实际上是阻碍踏板和三角板运动的反力矩。该反力矩随着离合器踏板下移而减小，当三角板转到使弹簧轴线通过轴销中心时，弹簧反力矩为零。

当踏板继续下移到使助力弹簧的拉力对三角板轴销的力矩方向转为与踏板力对踏板轴的力矩方向一致时，就能起到助力作用。在踏板处于最低位置时，这一助力作用最大。助力弹簧的助力作用由负变正的过程是允许的，因为在踏板的前一段行程中，要消除自由间隙，离合器压紧弹簧的压缩力还不大，总的阻力也在允许范围内，在踏板后段行程中，压紧弹簧的压缩量和相应的作用力继续增大到最大值。在离合器彻底分离以后，为了变速器换挡或制动，往往需要将踏板在最低位置保持一段时间，容易导致驾驶员疲劳，因此最需要助力作用。

想一想：图2-13中操纵机构装有助力器，该助力器是怎样工作的呢？

提示：当驾驶员踏下踏板时，销轴围绕踏板轴转动，当销轴与踏板助力器销轴、离合器踏板轴在同一直线上时，转动力矩为零，踏板助力器不起作用；而当助力器销轴位于该直线上方时，踏板助力器内的助力弹簧推动踏板绕踏板轴顺时针转动，给踏板一个附加作用力矩，与驾驶员作用在踏板上的力矩方向一致，减轻驾驶员对踏板的操纵力；反之，当助力器销轴位于该直线下方时，踏板助力器内的助力弹簧又推动踏板绕踏板轴逆时针转动，促进踏板迅速自动回位。