2.1 离合器构造
2.1.1 离合器的基本组成及工作原理
目前干式摩擦离合器广泛应用在机械式传动系中,以干式摩擦离合器为例介绍其基本组成和工作原理。
1.干式摩擦离合器的基本组成
干式摩擦离合器的基本组成如图2.1所示。干式摩擦离合器主要由主动部分、从动部分、压紧装置和操纵机构4大部分组成。主动部分是动力输入部件,从动部分是动力输出部件,压紧装置是主、从动部分接触面间贴紧产生摩擦作用的机构,操纵机构则是使离合器分离以中断动力传递的机构。
图2.1 干式摩擦离合器的基本组成示意图
1—曲轴;2—从动轴;3—从动盘;4—飞轮;5—压盘;6—离合器盖;7—弹簧;8—分离杠杆;9—分离轴承;10、15—回位弹簧;11—分离叉;12—踏板;13—拉杆;14—拉杆调节叉;16—螺旋弹簧;17—从动盘摩擦片;18—轴承
离合器的主动部分包括飞轮4、离合器盖6和压盘5。飞轮用螺栓与曲轴1固定在一起,离合器盖通过螺钉固定在飞轮后端面上,压盘沿圆周上的凸耳伸入离合器盖上相应的窗孔中,并可沿窗孔轴向移动。这样,只要曲轴旋转,发动机发出的动力便可经飞轮、离合器盖传至压盘,使主动部分一起旋转。
离合器的从动部分包括从动盘3和从动轴2。从动盘装在飞轮和压盘之间,两面带有摩擦片17,其通过从动盘毂的内花键与从动轴滑动配合。从动轴前端用轴承18支承在曲轴后端中心孔内,后端支承在变速器壳体上,并伸入变速器,所以离合器的从动轴通常又是变速器的输入轴。
离合器的压紧装置是产生压紧力的部分,图2.1中压紧装置由若干根沿圆周均匀布置的螺旋弹簧16组成,它们装在压盘与离合器盖之间,用来对压盘产生轴向压紧力,从而将从动盘夹紧在飞轮和压盘之间。
离合器的操纵机构由离合器踏板12、拉杆13及拉杆调节叉14、分离叉11、分离套筒和分离轴承9、分离杠杆7、回位弹簧10和15等组成。分离杠杆中部支承在装于离合器盖的支架上,外端与压盘铰接,内端处于自由状态。分离轴承压装在分离套筒上,分离套筒松套在从动轴的轴套上。分离叉是中部带支点的杠杆,内端与分离套筒接触,外端与拉杆铰接。离合器踏板中部铰接在车架或车身上,一端与拉杆铰接。分离杠杆、分离轴承及分离套筒、分离叉同离合器主、从动部分及压紧装置一起装于离合器壳内,其他构件装在离合器壳外部。
2.干式摩擦离合器的工作原理
干式摩擦离合器的工作原理分为3个过程来讲述。
接合状态:离合器处于接合状态时,踏板12处于最高位置,分离套筒在回位弹簧10作用下与分离叉11内端接触,此时分离杠杆7内端与分离轴承9之间存在间隙Δ,压盘5在螺旋弹簧16作用下压紧从动盘3,发动机的转矩即经飞轮及压盘通过两个摩擦面的摩擦作用传给从动盘,再由从动轴2输入变速器。
它所传递的最大转矩取决于摩擦面间的最大静摩擦力矩,它与摩擦面间的压紧力、摩擦面尺寸、摩擦面数及摩擦片的材料性质有关。对于一定结构的离合器而言,其最大静摩擦力矩是一个定值,若传动系传递的转矩超过这一值,离合器将打滑,从而限制了传动系所承受的转矩,起到过载保护作用。
分离过程:需要离合器分离时,只要踏下离合器踏板,待消除间隙Δ后,分离杠杆外端即可拉动压盘克服螺旋弹簧的压力向后移动,图2.1中向右移动,从而解除作用于从动盘的压紧力,摩擦作用消失,离合器主、从动部分分离,中断动力传递。
接合过程:当需要恢复动力传递时,缓慢拾起离合器踏板,在螺旋弹簧压力作用下,压盘向前移动并逐渐压紧从动盘,使接触面之间的压力逐渐增加,相应的摩擦力矩也逐渐增加。当飞轮、压盘和从动盘接合还不紧密,产生的摩擦力矩比较小时,主、从动部分可以不同步旋转,即离合器处于打滑状态。随着飞轮、压盘和从动盘之间的压紧程度的逐步加大,离合器主、从动部分转速也渐趋相等,直至离合器完全接合而停止打滑时,接合过程即告结束,摩擦式离合器进入接合状态。
从离合器的工作原理可知,从动盘摩擦片经使用磨损变薄后,在压紧弹簧作用下,压盘要向飞轮方向移动,分离杠杆内端则相应的要向后移动,才能保证离合器完全接合。如果未磨损前分离杠杆内端和分离轴承之间没有预留一定间隙,则在摩擦片磨损后,分离杠杆内端因抵住分离轴承而不能后移,使分离杠杆外端牵制压盘不能前移,从而不能将从动盘压紧,则离合器难以完全接合,传动时会出现打滑现象。这不仅使离合器所能传递的最大转矩的数值减小,而且会使摩擦片和分离轴承加速磨损。因此,当离合器处于正常接合状态时,在分离杠杆内端与分离轴承之间必须预留一定量的间隙Δ,即离合器的自由间隙。为消除这一间隙所需的离合器踏板行程,称为离合器踏板自由行程。通过拧动拉杆调节叉14,改变拉杆13的工作长度,可以调整自由间隙的大小,从而调整踏板自由行程。
2.1.2 典型干式摩擦离合器构造
1.单片周布弹簧离合器
采用若干个螺旋弹簧作为压紧弹簧,并将这些弹簧沿压盘圆周分布的离合器称为周布弹簧离合器,东风EQ1090E型汽车所用离合器即为单片周布弹簧离合器,如图2.2所示。
图2.2 东风EQ1090 E型汽车单片周布弹簧离合器
1—离合器壳底盖;2—飞轮;3—摩擦片铆钉;4—从动盘本体;5—摩擦片;6—减振器盘;7—减振器弹簧;8—减振器阻尼片;9—阻尼片铆钉;10—从动盘毂;11—变速器第一轴;12—阻尼弹簧铆钉;13—减振器阻尼弹簧;14—从动盘铆钉;15—从动盘铆钉隔套;16—压盘;17—离合器盖定位销;18—离合器壳;19—离合器盖;20—分离杠杆支承柱;21—摆动支承片;22—浮动销;23—分离杠杆调整螺母;24—分离杠杆弹簧;25—分离杠杆;26—分离轴承;27—分离套筒回位弹簧;28—分离套筒;29—变速器第一轴轴承盖;30—分离叉;31—压紧弹簧;32—传动片铆钉;33—传动片
离合器的主动部分、从动部分和压紧装置都装在发动机后方的离合器壳18内,而操纵机构的各个部分则分别位于离合器壳内部、外部和驾驶室中。
1)主动部分
飞轮2、离合器盖19和压盘16是离合器的主动部分。离合器盖用低碳钢板冲压制成,盖的侧面制有通风口,通过螺钉与飞轮固定,并用定位销17定位以保证二者同心和正确的周向安装位置,从而保证离合器的平衡。压盘由铸铁制成,其前端面为工作面,要求平整光洁。离合器盖和压盘之间通过4组传动片33来传递转矩。传动片用弹簧钢片制成,每组两片,其一端用传动片铆钉32铆在离合器盖上,另一端则用传动片固定螺钉与压盘连接,因此,压盘能随飞轮一起旋转。在离合器分离时,弹性的传动片两端沿离合器轴向作相对位移。为使离合器分离时不至于破坏压盘的对中和离合器的平衡,4组传动片是相隔90°沿圆周方向均匀分布的。
传动片没有传动间隙,因此不存在离合器盖与压盘之间的摩擦和磨损问题,且具有传动效率高、冲击噪声小、接合平稳、结构简单、压盘定心性能好等优点,但传动片的反向承载能力差,汽车反拖时易折断。
2)从动部分
从动盘由从动盘毂10、从动盘本体4、摩擦片5及减振器盘6等组成。铆装在从动盘毂上的从动盘本体由薄钢片制成,故其转动惯量小,它的两面各铆有一片由石棉合成物制成的摩擦片5。从动盘毂的花键孔套在变速器第一轴11前端的花键轴上,并可轴向移动。
3)压紧装置
压紧装置由16个沿圆周均布于压盘和离合器盖之间的压紧弹簧31组成。在压紧弹簧压力作用下,压盘把从动盘压向飞轮,三者一同旋转,使离合器处于接合状态。这样,在发动机工作时,发动机的转矩一部分由飞轮经与之接触的摩擦片直接传给从动盘本体;另一部分则由飞轮传给离合器盖19,再经4组传动片33传给压盘16,然后也通过摩擦片传给从动盘本体。从动盘本体则将转矩通过从动盘毂的花键传给变速器第一轴11。为了减少压盘向压紧弹簧传热,防止弹簧受热后弹力下降,在压盘的弹簧座处铸有筋条,以减小接触面积,并加装隔热垫。
4)操纵机构
操纵机构中的分离杠杆25、分离轴承26及分离套筒28、分离叉30装在离合器壳18的内部,而分离叉臂、分离拉杆、踏板轴、踏板臂和踏板等则装在离合器壳的外部。
4个用薄钢板冲压制成的分离杠杆沿周向均布并沿径向安装,其中部以分离杠杆支承柱20孔中的浮动销22为支点,外端通过摆动支承片21抵靠在压盘的沟状凸起部。当在分离杠杆内端施加一个向前的水平推力时,分离杠杆绕支点摆动,其外端通过摆动支承片推动压盘克服压紧弹簧的力而后移,从而解除对从动盘的压紧力,摩擦面摩擦作用消失,实现离合器的分离。
前端压装有分离轴承26的分离套筒28松套在变速器第一轴轴承盖29的轴套上,并在分离套筒回位弹簧27的作用下,以其两侧的凸台与分离叉30上对应的两圆弧表面接触。分离叉以其两端轴颈支承在离合器壳孔中的衬套内,且一端轴颈伸出离合器壳并与分离叉臂固定,分离叉臂通过拉杆与拉臂相连,拉臂用滚花圆柱销与踏板轴固定,踏板轴支承在固定于车架上的支座的孔中,外侧与踏板和踏板臂组成的刚性曲杆固定连接。这样,当踩下踏板时,分离叉拨动分离套筒和分离轴承前移,对分离杠杆内端施加一个向前的推力。离合器分离时,由于分离杠杆随离合器盖和压盘一起转动,而分离套筒并不转动,为了减小两者之间的摩擦和噪声,在分离套筒前端压装有分离轴承。
从分离杠杆的工作情况可以看出,若分离杠杆的支点是简单的铰链,则分离杠杆转动时,其外端将作圆弧运动;若分离杠杆的外端也与压盘作简单的铰链连接,由于压盘是一个刚性整体,因此,分离杠杆外端只能随压盘作直线移动。显然,分离杠杆将产生运动干涉。东风EQ1090E型汽车离合器的分离杠杆采用了浮动销支承、摆动支承片传动的结构,利用浮动销的移动和支承片的摆动,消除分离杠杆与压盘之间的运动干涉,其工作情况如图2.3所示。支承螺柱上的调整螺母,用于保证4个分离杠杆的内端位于平行于飞轮后端面的平面内。
图2.3 东风EQ1090 E的分离杠杆工作情况
(a)接合位置;(b)分离位置(图注同图2.2)
在离合器分离或接合过程中,压盘应沿轴线作平行移动,否则会使离合器分离不彻底,接合不平顺。因此,4根分离杠杆内端的后端面沿离合器轴线方向的高度应相等,即分离杠杆内端的后端面应处于垂直于轴线的同一平面内,这一高度称为分离杠杆工作高度,转动调整螺母23就可对工作高度进行调整。
2.双片周布弹簧离合器
黄河JN1181C13型汽车采用双片周布弹簧离合器,其结构如图2.4所示。
图2.4 黄河JN1181C13型汽车双片周布弹簧离合器
1—定位块;2—分离弹簧;3、4—从动盘;5—分离杠杆;6—压盘;7—中间压盘;8—飞轮;9—支承销;10—调整螺母;11—压片;12—锁紧螺母;13—分离轴承;14—分离套筒;15—压紧弹簧;16—离合器盖;17—限位螺钉;18—锁紧螺母
其主动部分由飞轮8、离合器盖16、压盘6和中间压盘7组成。离合器盖由铸铁制成并用螺钉装于飞轮后端,压盘后端的外缘制有4个凸耳并伸入离合器盖对应的4个切槽中,用来传递离合器盖至压盘的转矩。中间压盘的外缘上有4个缺口,飞轮上的4个定位块1即嵌装在这4个缺口中,用以传递飞轮至中间压盘的转矩,同时还起导向和定心作用。这种传动方式与前述传动片传动方式相比,传动可靠,但对传动件接触部分的尺寸和位置精度要求较高,且由于存在传动间隙,在离合器分离和接合过程中,传动件磨损大,磨损后冲击噪声大,并使导向、定心性能变坏。
从动部分的两个从动盘3和4分别被夹在飞轮8与中间压盘7、中间压盘7与压盘6之间,并由12个沿圆周分布的压紧弹簧压紧,使离合器处于接合状态。这样,发动机的转矩便可经4个摩擦面传给从动轴。
双片离合器有两个压盘和两个从动盘,摩擦面增加到4个。与单片离合器相比,在其他因素相同时,能传递较大的转矩,可以满足中、重型汽车的要求。由于摩擦片数增多,接合较为柔和。
中间压盘不能像压盘一样由分离杠杆直接拉动分离,为保证主、从动部分彻底分离,需设中间压盘的分离装置。黄河JN1181C13型汽车离合器采用弹簧—限位螺钉满足这一要求。离合器分离时,4根分离杠杆5绕支承销9上的支点转动并将压盘拉向后方,而中间压盘则被装在它和飞轮之间的分离弹簧2推向后方,使前从动盘4分离。同时为了防止中间压盘后移过多将后从动盘3夹紧,在离合器盖上装有4个限位螺钉17,用以限制中间压盘的行程,限位螺钉的轴向位置可以调整。
双片离合器分离机构的分离杠杆的工作高度可由调整螺母10来调整,其消除运动干涉的结构措施是支点摆动式。
3.膜片弹簧离合器
膜片弹簧离合器按照分离杠杆内端受推力还是受拉力,可分为推式膜片弹簧离合器和拉式膜片弹簧离合器两种形式。
1)推式膜片弹簧离合器
解放CA1092型货车采用推式单片膜片弹簧离合器,其结构如图2.5所示。离合器的压紧弹簧是一个用优质薄弹簧钢板制成的带有锥度的膜片弹簧3,靠中心部分开有16条径向切槽,槽的末端接近外缘处呈圆孔,形成16根弹性杠杆。膜片弹簧两侧有前后支承环4和5,借助铆钉7、隔套6及支承圈8固定在离合器盖1上,成为膜片弹簧的支点。膜片弹簧外缘抵靠在压盘2的环形凸起上,分离钩10和传动片12共4组,每组3片,用内六角螺栓11固定在压盘上。
图2.5 解放CA1092型汽车单片膜片弹簧离合器
1—离合器盖;2—压盘;3—膜片弹簧;4、5—前后支承环;6—隔套;7—铆钉;8—支承圈;9—分离轴承;10—分离钩;11—内六角螺栓;12—传动片;13—座;14—摩擦片;15—从动盘毂;16—止动销;17—碟形垫圈;18—摩擦板;19—摩擦垫圈;20—减振弹簧;21—从动盘钢片;22—铆钉;23—减振器盘;24—摩擦片;25—摩擦片铆钉;26—离合器固定螺钉;27—飞轮;28—定位销
奥迪100型轿车也采用推式膜片弹簧离合器,如图2.6所示为离合器盖及压盘总成分解图,主要由离合器盖、支承环、膜片弹簧、压盘、支承铆钉和传动钢片组成。
图2.6 奥迪100型轿车膜片弹簧离合器盖和压盘总成分解图
1—离合器盖;2、4—支承环;3—膜片弹簧;5—压盘;6—传动钢片;7—铆钉;8—支承铆钉
膜片弹簧离合器的工作原理,如图2.7所示。当离合器盖2未固定到飞轮1上时,如图2.7(a)所示,在飞轮后端面与离合器盖装配面之间有一段距离l,膜片弹簧4不受力,处于自由状态。
图2.7 膜片弹簧离合器工作原理示意图
1—飞轮;2—离合器盖;3—压盘;4—膜片弹簧;5—后支承环;6—分离钩;7—前支承环;8—分离轴承
当用螺钉将离合器盖紧固在飞轮上时,如图2.7(b)所示,由于离合器盖前移消除距离l,后支承环5压靠膜片弹簧4使之发生弹性形变,同时膜片弹簧外端对压盘产生压紧力,离合器处于接合状态。
当分离离合器时,如图2.7(c)所示,离合器踏板力通过传动杆件使分离轴承8前移[图2.7(c)中左移],推动离合器膜片弹簧小端前移,膜片弹簧被压在前支承环7上,并以前支承环为支点顺时针转动,于是膜片弹簧外端后移,并通过分离钩6拉动压盘后移,使离合器分离。可见,膜片弹簧兼起了压紧弹簧和分离杠杆的作用。
2)拉式膜片弹簧离合器
拉式膜片弹簧离合器的结构形式与推式膜片弹簧离合器的结构形式大体相同,只是将膜片弹簧反装,使其支承点和力的作用点位置有所改变。支承点由原来的中间支承环处移至膜片弹簧大端外径的边缘处,支承在离合器盖上,其支承结构形式如图2.8所示。图2.8(a)为无支承环,将膜片弹簧的大端直接支承在离合器盖冲出的环形凸台上;图2.8(b)为有支承环,将膜片弹簧的大端支承在离合器凹槽中的支承环上,力的作用点为膜片弹簧碟簧部分的内径端压紧在离合器压盘上,这样可获得较大的压紧力,其操纵方式由推式操纵变为拉式操纵。离合器在分离时,将分离轴承向后拉,使膜片弹簧带动压盘离开飞轮,因此,拉式膜片弹簧离合器的膜片弹簧分离端需要嵌装适合拉式用的分离轴承。
图2.8 拉式膜片弹簧离合器
(a)无支承环;(b)有支承环;(c)结构组成1—飞轮;2—从动盘;3—压盘;4—支承环;5—膜片弹簧;6—分离套筒及轴承;7—传动片;8—驱动销;9—离合器盖
我国一汽大众生产的捷达、高尔夫轿车离合器即采用拉式膜片弹簧离合器。如图2.8(c)所示,膜片弹簧5反向安装,即接合状态下锥顶向前,外缘抵靠在支承环4上,中部与压盘3的环形凸起部接触,并对压盘产生压紧力,离合器处于接合状态。分离离合器时,只需通过分离套筒及轴承6将膜片弹簧中央部分往右拉。由于支承环移到膜片弹簧的外端,使其支承结构大为简化,膜片弹簧结构强度也得到提高。离合器盖9的中央窗孔也可制作得较大些,进一步改善了离合器的通风散热条件。
与推式膜片弹簧离合器相比较,拉式膜片弹簧离合器的机构更为简化,便于提高压紧力和转矩;增强了离合器盖的刚度,提高了分离效率,有利于分离负荷的降低;改善了离合器操纵的轻便性。另外拉式膜片弹簧离合器的支承环磨损后,膜片弹簧仍能保持与支承环接触而不会产生间隙。但其缺点是膜片弹簧的分离指与分离轴承套总成嵌装在一起,结构较复杂,安装与拆卸较困难,分离行程也比推式要求略大些。
3)膜片弹簧离合器的特点
(1)膜片弹簧兼有压紧弹簧和分离杠杆的双重作用,与周布弹簧离合器相比,膜片弹簧离合器结构简单紧凑、轴向尺寸小、零件少、质量轻、容易平衡。
(2)膜片弹簧与压盘的整个圆周方向接触,压紧力分布均匀、摩擦片接触良好、磨损均匀、压盘不易变形、接合柔和、分离彻底。
(3)膜片弹簧由制造保证其内端处于同一平面,不存在分离杠杆工作高度的调整。
(4)在离合器分离和接合过程中,膜片弹簧与分离钩及支承环之间为接触传力,不存在分离杠杆的运动干涉。
(5)膜片弹簧具有非线性的弹性特征,能随摩擦片的磨损自动调节压紧力,传动可靠,不易打滑,且离合器分离时操纵轻便。
(6)膜片弹簧中心位于旋转轴线上,压紧力几乎不受离心力的影响,具有高速时压紧力稳定的特点。
由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点,因此,这种离合器在轿车、轻型及中型货车上用得越来越广泛,甚至在重型货车上也得到应用。
4.离合器主要部件结构
1)从动盘
离合器从动盘有带扭转减振器和不带扭转减振器两种形式。其结构都是由从动盘本体、摩擦片和从动盘毂3个基本部分组成的,从动盘本体也称从动盘钢片。不带扭转减振器的多用在双片离合器中,从动盘本体直接与从动盘毂相连;带扭转减振器的则多用在单片离合器中。从动盘本体和从动盘毂之间是通过减振器弹性的连接在一起。
(1)不带扭转减振器的从动盘。不带扭转减振器的从动盘,如图2.9所示。从动盘本体3直接铆接在从动盘毂5上。从动盘本体通常是用薄弹簧钢板制成,其上开有辐射状的槽,可防止热变形。前摩擦片1和后摩擦片应有较大的摩擦系数、良好的耐磨性和耐热性。摩擦片和从动盘本体之间一般用铜或铝铆钉铆合,也有的用树脂粘接的。为了使离合器接合柔和、启动平稳,单片离合器从动盘本体均具有轴向弹性。图2.9中从动盘本体3与后摩擦片6之间的6块波浪形弹簧钢片4就起这个作用。这样,从动盘在自由状态时,后摩擦片与从动盘本体之间有一定间隙。在离合器接合时,弹性形变使压紧力逐渐增加,产生轴向弹性,接合柔和。
图2.9 不带扭转减振器的从动盘
1—前摩擦片;2—压片;3—从动盘本体;4—波浪形弹簧钢片;5—从动盘毂;6—后摩擦片
(2)带扭转减振器的从动盘。发动机传到汽车传动系中的转矩是周期性地不断变化着的,这就使得传动系中产生扭转振动。如这一振动频率与传动系的固有频率相等或成倍数关系,系统将发生剧烈的共振。此外,当汽车进行紧急制动而未使离合器分离或离合器接合过猛时,瞬间内将给传动系造成极大的冲击载荷。共振和冲击载荷都会降低汽车的乘坐舒适性,缩短零件的使用寿命。为了缓冲减振,在不少汽车离合器从动盘上设置了扭转减振器。如奥迪100型、上海桑塔纳、神龙富康等轿车离合器都采用了这种从动盘。
带扭转减振器的从动盘,其结构如图2.10(a)所示。从动盘钢片3和从动盘毂6通过减振弹簧8弹性地连接在一起,构成减振器的缓冲机构。从动盘毂6夹在从动盘钢片3和减振器盘9之间。在从动盘毂与从动盘钢片和减振器盘之间还夹有环状摩擦片4,摩擦片是减振器的阻尼耗能元件。从动盘毂、从动盘钢片和减振器盘上都开有4~6个沿圆周均布的窗孔,减振弹簧装在窗孔中。特种铆钉5将从动盘钢片和减振器盘铆接成一体,但铆钉中部和从动盘毂上的缺口存在一定的距离,从动盘毂可相对钢片和减振器盘作一定量的转动。
从动盘不工作时,从动盘钢片3、从动盘毂6及减振器盘9者的窗孔是相互重叠的,如图2.10(b)所示。
从动盘工作时,由摩擦衬片1和10传来的转矩首先传到从动盘钢片3和减振器盘9,再经过减振弹簧8传给从动盘毂6,这时减振弹簧被压缩,如图2.10(c)所示。因而,由发动机曲轴传来的扭转振动所产生的冲击即被弹簧所缓和,而不会传到传动系部件上。传动系中的扭转振动会使从动盘毂6相对于从动盘钢片3和减振器盘9来回转动,夹在它们之间的摩擦片4靠摩擦消耗扭转振动的能量,将扭转振动衰减下来。
图2.10 扭转减振器结构与工作原理示意图
1、10—摩擦衬片;2—波浪形弹性钢片;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—减振弹簧;9—减振器盘
离合器从动盘在安装时,应具有方向性,以避免连接长度不足、摩擦片悬空、顶分离轴承等现象的发生。
有些汽车离合器从动盘上采用两组或两组以上不同刚度的减振器弹簧,并将装弹簧的窗孔长度做成尺寸不一的,使弹簧起作用的时间不一致以获得变刚度特性,从而使其振动频率不断变化,避免了传动系的共振。另外,少数减振器中采用橡胶弹性元件,可同时起缓冲和减振作用。
2)分离杠杆与分离轴承
分离杠杆是随离合器主动部分一起绕其中心转动的元件,而分离套筒则沿其轴线移动,因此两者之间装有分离轴承。分离轴承广泛采用轴向或径向推力轴承,其中多数在轴承装配之前一次加足润滑脂,即预润滑轴承。
在小尺寸的离合器中也采用结构简单的石墨滑动轴承,为降低滑动接触面的单位压力,减小磨损,在分离杠杆内端用卡簧浮动地安装一个与之一起转动的分离环,利用其环形平面与石墨分离轴承接触传动。
分离杠杆与分离轴承间有周向滑动,也有径向滑动,当两者在旋转中不同心时,径向滑动加剧。为了消除因不同心引起的磨损,在膜片弹簧离合器中广泛采用自动调心式分离轴承,如图2.11所示。轴承内圈转动,轴承外圈4与外罩3之间以及轴承内圈1与分离套筒5之间都留有径向间隙。在外圈与外罩间有波纹形弹簧片2使轴承在不工作时不能发生旷动。工作时,内圈便会自动地径向浮动到与膜片弹簧分离旋转轴线同心的位置,消除径向滑动。
图2.11 自动调心式分离轴承
1—轴承内圈;2—波纹形弹簧片;3—外罩;4—轴承外圈;5—分离套筒
3)离合器壳
离合器在发动机与变速器之间,用离合器壳将它们连接起来。
大多数离合器壳是单独用铸铁或铝合金制成的。前端面与气缸体的后端面间用定位套定位,并用螺栓紧固。变速器用螺栓紧固于离合器壳后端面,并用变速器第一轴的轴承盖凸缘与离合器壳后孔定心。为了保证变速器第一轴与曲轴的同轴度,离合器壳安装在气缸体上,其后端应与曲轴轴线垂直,其后孔应与曲轴轴线同轴。
4)离合器的操纵机构
离合器操纵机构能使离合器分离又能使离合器柔和接合。它起始于离合器踏板,终止于离合器壳内的分离轴承。
按离合器分离时所需的操纵能源不同,离合器操纵机构分为人力式和助力式两类。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。
人力式操纵机构按传动装置的形式又可分为机械式和液压式两种。机械式操纵机构又分为杆式和绳索式两种。虽然离合器操纵机构类型较多,但位于离合器壳内的分离操纵机构基本相同。
杆式操纵机构由一组杆系组成,其特点是结构简单、工作可靠,但机构中杆件间铰接点多,摩擦损失大,车架或车身的变形会影响其工作。当后置发动机,离合器需要远距离操纵时,杆系布置比较困难。
绳索式离合器操纵机构可消除上述缺点,并可以采用便于驾驶员操纵的吊挂式踏板,结构简单、布置灵活。但操纵绳索寿命较短,拉伸刚度较小,故多用于轻型和微型汽车上。
有的汽车上离合器压紧弹簧弹力很大,为了减小所需踏板力,减轻驾驶员的劳动强度,又不致因传动机构杠杆比值过大而加大踏板行程,可在机械式或液压式操纵机械基础上加设各种助力装置,而成为助力式操纵机构。常用的有弹簧助力式操纵机构和气压助力式操纵机构。气压助力式操纵机构是以发动机驱动的空气压缩机作为主要操纵能源,以人体作为辅助和后备的操纵能源,主要用于一些重型汽车上。
(1)拉索式离合器操纵机构。上海桑塔纳2000GLI轿车离合器操纵机构属于拉索式操纵机构,如图2.12所示。由分离轴承、分离套筒、分离叉轴、拉索组件、分离叉臂、回位弹簧、轴承衬套、踏板轴、踏板组件等零部件组成。踩下离合器踏板时,踏板上端拉动离合器拉索,使分离轴承传动杆顺时针转动,同时带动分离轴顺时针转动,使分离叉推动分离轴承,压迫膜片弹簧,使离合器分离。
图2.12 上海桑塔纳2000GLI轿车离合器拉索式操纵机构
1—从动盘;2—离合器压盘总成;3—分离轴承;4—分离套筒;5—分离叉轴;6—拉索组件;7—分离叉臂;8—回位弹簧;9—卡环;10—轴承衬套;11—踏板轴;12—踏板组件
(2)液压式离合器操纵机构。液压式离合器操纵机构以油液作为传力介质,主要由主缸、工作缸及管路系统组成。液压式离合器操纵机构具有摩擦阻力小、布置方便、接合柔和等特点,并且不受车身或车架变形的影响,因而应用日趋广泛。北京BJ2020、一汽奥迪100和桑塔纳2000GSi等汽车离合器均采用液压式操纵机构。
下面以北京BJ2020型汽车离合器液压式操纵机构为例介绍其组成与结构,如图2.13所示。它主要由主缸、工作缸、推杆、储液室和油管等组成。该车离合器主缸与液压制动系中的制动主缸和储液室铸为一体,储液室与制动主缸共用。
图2.13 北京BJ2020型汽车离合器液压式操纵机构
1—主缸体;2—储液室螺塞;3—活塞回位弹簧;4—皮碗;5—活塞垫片;6—主缸活塞;7—密封圈;8—推杆;9—踏板支承销;10—踏板回位弹簧;11—限位块;12—偏心螺栓;13—踏板;14—踏板臂;15—分离套筒;16—分离叉;17—分离叉回位弹簧;18—挡环;19—分离叉推杆;20—工作缸活塞;21—工作缸皮碗;22—工作缸体;23—活塞限位块;24—进油管接头;25—放气螺钉;26—油管;Ⅰ—主缸;Ⅱ—工作缸;A—补偿孔;B—进油孔;C—出油口
当离合器处于接合状态时,离合器踏板13处于最高位置,主缸活塞6在其回位弹簧3的作用下处于最右端位置,此时主缸皮碗4刚好位于补偿孔A和进油孔B之间,活塞6与推杆8之间保持0.5~1mm的间隙,以保证活塞彻底回位。该间隙与离合器自由间隙之和,反映到踏板上的行程即为离合器踏板的自由行程。
当驾驶员踩下离合器踏板时,主缸推杆8推动活塞6左移至皮碗4,关闭补偿孔A后,主缸工作腔内的油压开始升高,并经油管26传至工作缸Ⅱ的工作腔,推动工作缸活塞20连同分离叉推杆19右移,使离合器分离。
当驾驶员放松离合器踏板时,主缸活塞在其回位弹簧3的作用下右移回到原位,工作缸内的油液回到主缸,油压下降,工作缸活塞20及分离叉推杆19在分离叉回位弹簧17作用下回位。
若迅速放松离合器踏板,主缸活塞回位速度快,但由于油液在管路中流动有一定阻力,回油较慢,使主缸活塞左腔,即主缸工作腔形成一定的真空度,此时,储液室中的部分油液便经进油孔B、主缸活塞头部轴向小孔推开皮碗4进入工作腔弥补真空。待主缸活塞完全回位后,多余的油液便经补偿孔A流回储液室。
离合器踏板的自由行程可通过偏心螺栓12和分离叉推杆19上的调整螺母来调整。当管路内进入空气而影响离合器操纵时,可拧出放气螺钉25进行放气。
离合器主缸的外形结构各式各样,但其内部结构基本相同,除了补偿孔、旁通孔位置上有些变化外,其基本构造大体相同。
桑塔纳2000GSi型轿车离合器液压式操纵机构如图2.14所示。它主要由离合器踏板、储液室、进油软管、主缸、工作缸、油管总成、分离叉、分离轴承等组成。其储液室有两个出油孔,分别把制动液供给制动主缸和离合器主缸。
图2.14 桑塔纳2000GSi型轿车液压式离合器操纵机构
1—变速器壳体;2—分离叉;3—工作缸;4—储液室;5—进油软管;6—助力弹簧;7—推杆接头;8—离合器踏板;9—油管总成;10—主缸;11—分离轴承
离合器主缸的主缸体借补偿孔、进油孔通过进油软管与储液室相通。主缸内装有活塞,活塞中部较细,且为“十”字形断面,使活塞右方的主缸内腔形成油室。活塞两端装有皮碗,活塞左端中部装有单向阀,经小孔与活塞右方主缸内腔的油室相通。当离合器踏板处于初始位置时,活塞左端皮碗位于补偿孔与进油孔之间,两孔均开放。
离合器工作缸的结构如图2.15所示,工作缸内装有活塞、皮碗、推杆等,缸体上还设有放气螺塞。当管路内有空气而影响操纵时,可拧出放气螺塞进行放气。工作缸活塞直径略大于主缸活塞直径,故液压系统稍有增力作用,以补偿液流通道的压力损失。
图2.15 离合器工作缸的结构
1—壳体;2—活塞;3—皮碗;4—管接头;5—挡圈;6—保护套;7—推杆;A—放气孔;B—进油孔
(3)弹簧助力式离合器操纵机构。弹簧助力式离合器操纵机构如图2.16所示,其组成与杆式机械操纵机构相同,只是在踏板与车架之间挂装了助力弹簧2。
图2.16 解放CA1092型汽车弹簧助力操纵装置
(a)接合状态;(b)分离状态1—踏板;2—助力弹簧;3—拉臂;4—拉杆;5—分离叉臂;6—调整螺母
离合器处于接合状态时,如图2.16(a)所示,助力弹簧2的拉力对踏板产生一个顺时针方向的力矩帮助踏板回位。
当踩下踏板使离合器分离时,最初助力弹簧拉力所产生的力矩成为踏板的阻力矩。但由于此时力臂L较小,且踏下踏板所需力矩也不大,处于自由行程位置,所以踏板并不沉重。只有当助力弹簧中心线转过踏板的铰接中心O时,如图2.16(b)所示,助力弹簧拉力产生的力矩才与踏板力F产生的力矩方向相同,即起到助力作用。并随着踏板行程的增大,助力弹簧中心到踏板铰接点O的距离L增大,助力作用也增大。
放松踏板时,离合器压紧弹簧所产生的力矩较助力弹簧产生的力矩大,踏板仍能逐渐抬高,当助力弹簧中心转回到踏板铰接中心点O的上方时,即可帮助踏板回位。
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可以允许的,因为在踏板的前一段行程中要消除自由间隙,而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,压紧弹簧的压缩及其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,由此导致驾驶员疲劳,此时最需要助力作用。
(4)气压助力式离合器操纵机构。弹簧助力式操纵机构结构简单、工作可靠,但助力效果有限,一般只有踏板力的20%~30%,且主要在踏板后段行程时助力作用才较明显。因此,这种助力机构只应用在载质量较小的汽车上,重型汽车多采用气压助力式操纵机构。
红岩CQ2160重型越野汽车离合器操纵机构就是采用气压助力式,如图2.17所示。其中气压助力装置主要由控制阀4、助力气缸8及气压管路11、12组成。控制阀4连接在第一拉杆3与第二拉杆5之间,并能随拉杆一起移动。助力气缸8固定在车架上,其前端伸出部分与中间轴外臂6下端铰接,其后端通过通气软管11与控制阀4连通。控制阀4通过进气管12与压缩空气源相连。
图2.17 气压助力式离合器操纵机构
1—离合器踏板;2—踏板回位弹簧;3—第一拉杆;4—控制阀;5—第二拉杆;6—中间轴外臂;7—中间轴内臂;8—助力气缸;9—第三拉杆;10—分离叉臂;11—控制阀至工作气缸的连接软管;12—进气管
驾驶员施于踏板上的力通过踏板机构的放大,经第一拉杆3控制气压助力系统的控制阀4后,一部分力作为分离离合器的作用力直接由第二拉杆5输出,经中间轴外、内臂6和7、第三拉杆9传给离合器分离叉臂10;另一部分力则作为对控制阀作用的控制力,使气源中的压缩空气经进气管口输入控制阀4,并将其压力调节到一定值,然后由管道控制阀至助力气缸的连接软管11输送给助力气缸8。助力气缸的输出力也作用在中间轴外臂上,对中间轴造成的力矩与第二拉杆5加于中间轴的力矩同向,因而起到助力作用。踏板力撤除后,助力气缸的压缩空气通过控制阀4排入大气,于是助力作用消失。
为了使驾驶员能随时感知并控制离合器分离或接合的程度,气压助力装置的输出力必须与踏板力和踏板行程有一定的关系。此外,当气压助力系统失效后,应保证仍能靠人力操纵离合器,但相应踏板行程增大,所需踏板力增加。