Video在线视频

这一节我们讲解

摩擦式离合器的工作原理

那么摩擦式离合器

顾名思义是通过摩擦

来实现传动的

我们在学物理的时候知道

一个物体上面有个压力

压在底下这个圆板上

那么在水平方向有个力的作用下

这个滑块就会相对底下这个板

有一个运动的趋势

在表面会产生摩擦

从另一个角度 从俯视图上看

假如我让这个小方块围绕这个圆心

一个圆圈上连续的去转动

这时候就会通过摩擦

带动底下圆盘产生一个转动

也就相当于通过摩擦

我们把一份力矩传给底下这个圆盘

根据这个 我们很自然就想到

在汽车上我们怎么把发动机

这个转矩传出来

也是通过类似的方式

也就是这个图里头说的

左边这个红颜色 剖面是红色的

代表发动机跟曲轴相连的飞轮

在它的端面有一个摩擦面

右边剖面是绿色的这个

代表的是叫什么 叫从动压紧盘

这个从动压紧盘本身也有个端面

跟飞轮端面可以靠合在一起

产生摩擦

它中间是通过花键

通过花键套在一个外花键轴上

这样可以把摩擦产生的

从动压紧盘产生的这个转矩

传给这个轴往后续

传动系的后端去继续传递

在从动盘的背面有一个压紧弹簧

当这个压紧弹簧

施加压紧作用的时候

就在这个摩擦面上产生摩擦力

这样就可以把发动机的转矩

和动力传递出来

这是很自然的 想到的这样一种方式

所以在这儿 这个过程里头

飞轮就是一个主动件

从动压紧盘就是一个从动件

那么基于这个

很自然想到一个发动机

我们在飞轮端

就搞出类似这样一个摩擦的

离合器的这种装置

就像左下图显示的这种方案

这种方式是可以实现

发动机转矩的传递

但是它有什么问题呢

这里头的问题主要有两方面

第一 产生压紧力的这个弹簧

它一头是靠在从动压紧盘上

它是转动的

而另一头靠在壳体上

它是不转的

所以它必须要解决什么

有相应的结构措施

来解决这个弹簧压靠点的磨损问题

另外还有一个问题是什么

这种摩擦力 摩擦面只有一个

这是（这种）摩擦传动方式的一种缺点

当然它是能够工作的

通过对压紧力的控制可以实现什么

我们前面讲的 离合器逐渐结合

而且还能够进行迅速的分离

在传动过程中也可以通过打滑等

这些都可以实现

但只是说 它实现的方式方面

还是有一些不足

那么真正目前在汽车上广泛使用的

离合器的摩擦传动原理

是一种什么

叫“三明治”的 这种摩擦传动方案

这是我们前面讲的这种方式

三明治的传动方案是什么呢

它是增加了一个从动盘

然后把原来的从动压紧盘改成压盘

注意 它这时候也变成了一个主动件

这个压盘跟飞轮之间

在圆周方向是连在一起的

但是它通过一个离合器盖

把压盘跟飞轮连在一起

同时这个盖上还有相应的结构

允许压盘沿着轴向运动

这样它可以接合 可以分离

那么这两者在弹簧的作用下

就通过压盘把这个从动盘

注意 这时候从动盘变成从动件了

它中间有花键孔

套在花键轴上

把动力往后面去传递

这种方式画成一个

离合器完整的结构简图

就是右边这个图所示的这种方式

也就是一个三明治

飞轮和压盘中间夹着从动盘

动力（也就是）发动机的转矩

通过两个摩擦面传给从动盘

从中间传到传动系的后面去

这种方式更大的好处是什么

它把这个弹簧已经集成在

离合器盖的内部

也就是这个弹簧

一端是支撑在离合器盖上

一端支撑在压盘上

在这种情况下跟前面讲的就不一样

这时候弹簧的压紧力

已经变成了它的内力

所以就不存在什么

弹簧压靠点的磨损问题

而且摩擦面有两个

也就是说 在同样的弹簧压紧力的情况下

它可以多传递一倍的转矩

因此从结构方案上来讲

这种三明治方案是一种非常什么

非常聪明也非常优化的一种解决方案

所以汽车在发展到30年代以后

大部分的离合器

基本上都是基于三明治的这种

摩擦传动的结构方案

那下面我们有几个问题

要跟大家讨论一下

首先前面在介绍中知道

通过三明治这种（离合器）方案

要想离合器接合传递动力

就是要产生压紧力

通过压盘把从动盘给它压紧

那么产生压紧力的方式有哪些

我们知道有弹簧 另外还有液压

通过这个液压 通过活塞

通过多片的离合器片

也可以实现产生压紧力

通过这个活塞在多片的这个（摩擦）片上

产生压紧力（以传递转矩）

这是液压

另外一种是电磁的

通过这个线圈通电产生电磁力

也可以吸附压紧（盘）过来（传递转矩）

这三种方式

那现在我们知道离合器

肯定用的是什么 弹簧方式

那么这有个问题

不知道同学们考虑过没有

为什么用弹簧压紧

它为什么不用液压的

或者电磁方式来进行压紧呢

采用弹簧压紧的主要方式是什么（原因？）

那么汽车在运行过程中

大部分时间需要什么 接合离合器的

也就是说 它属于一种常压式的方式

那么常压式的 用弹簧是最好的（方式）

平时接合的时候

弹簧处于一种预压紧的状态

那么只是在分离的时候

短时间让弹簧

变形相当于更大一些

这样短时间把这个压盘

跟这个从动盘脱离接触

大部分时间处于接合的（状态）

用弹簧最合理

而用这种液压的和电磁方式

只是一些需要什么

需要主动的进行控制的一些地方

才会用到它

你比如我们后面讲到的

这个双离合变速器

它可能就会用什么

用液压的方式来进行控制

因为它那种情况下

它的控制要求跟这个不太一样

下面我们花点时间

把离合器的发展简史简单的回顾一下

那么汽车上

第一代离合器的设计思想

主要来自于早期的工业化

工厂里的机器用的这种平面皮带

当时根本就没有这种

专门的离合器

那它的离合器就相当于是什么

通过平面那种皮带的涨紧轮

我需要接合的时候

我就把涨紧轮涨紧

这样这个动力就通过

涨紧的皮带就传到这个驱动带轮上

那么我把这个涨紧轮松开

皮带在空套（带轮）上打滑

那就相当于离合器分离

但这种方式一定会造成

离合器（皮带）更快的磨损

尽管后来也采取了各种什么

用惰轮的解决方案

但还是不理想

像卡尔本茨

发明的第一辆三轮汽车

就采用了这种方式

这是离合器最早的

车上用的这种离合器

那么在早期研发的各种离合器里头

锥形离合器用得最成功

它的原型设计是在

早期的戴姆勒公司

生产的一些钢制车轮轿车上

而且这种方案很多延续到

20世纪20年代中叶

才被别的离合器取代

这种锥形离合器它的特点是什么

把飞轮做成一个内锥孔

然后把离合器的从动盘

做成一个外锥体

靠锥孔和锥体的这种接触

在弹簧的作用下

因为锥体在压力作用下

它有一个什么

楔紧的作用

通过楔紧的作用

可以在同样的压力下会产生什么

更大的摩擦力

也可以传递更大的转矩

这种方式 结构也比较简单

摩擦面坏了之后容易修复

这是它的一个优点

早期利用的还有一种离合器

用的比较多的是什么

叫蹄－鼓式的

这时候飞轮不是内锥孔了

它是一个内圆柱面

在它的从动件上会有一个

往外涨紧的蹄

跟现在的鼓式制动器有点类似

它通过弹簧这个杠杆机构

可以把蹄涨紧在

这个内圆柱面上

这样通过摩擦来实现转矩的传递

这种方式的重量

要比前面说的锥形离合器轻

前面说的那种锥形离合器比较重

这种重（的从动锥轮）呢 我们后面会讲什么

在换挡的时候

这个重的东西

容易造成

（离合器）不容易彻底分离

而且一旦这个

摩擦材料的系数发生变化

容易引起自锁

这也是锥形离合器

和蹄－鼓式离合器在早期

一个无法克服的毛病吧

（我们）知道有人

在一本技术书籍里这么说过

就是说 直到第一次世界大战爆发前

汽车换挡

从来就不是一件容易的事情

虽然他这说的是换挡

实际上是什么

主要的问题是跟离合器密切相关

主要是离合器 没有好的离合器

那么换挡也不太好换

这是早期的一个学者

对早期的一个（离合器）状况的评价

目前我们广泛用的这种离合器

是一种单片式的

也就是说从动片只有一个

这个离合器的先驱

实际上还是多片式的

这种多盘片（实际指单盘片）的离合器

只有在上世纪20年代中期之后

才逐渐在汽车上得到应用

多盘的离合器的优点是什么

接合比较平顺 没有冲击

它这种多盘一般都是什么

用一个钢盘对这个青铜盘片

而且有很多 交替地排在一起

而且通常是泡在油里

所以它是一个湿式的离合器

但这种多盘离合器直径不能太大

因为大了高速会把油甩掉

早期的离合器因为这些盘片

容易粘（连在一起） 不容易分离

但是毕竟还是优点比缺点多

因为这个时候其它的离合器

还在原创时期 性能也不是很稳定

所以相对来讲

这种多盘片的离合器在早期

特别是发动机的性能

逐渐得到提升之后

在很多车上还是得到广泛的应用

那么目前来看

使用的一种单盘片的离合器

出现了一个最关键的是什么

就是石棉基摩擦材料的引入和改进

也就是说摩擦材料的改进使得什么

这个摩擦系数更大

这样传递同样的转矩

它所需要的摩擦面的面积也更小

而且可以耐受更高的温度

这正是离合器从多片离合器

向单片离合器转变的一个关键（因素）

就是摩擦材料

所以到20世纪30年代之后

基本（上很多）多盘片离合器

都渐渐地被单盘片离合器所取代

但是早期单片干式的这种离合器

注意这种单片的离合器

用石棉基材料做的 干式的

干式的（离合器）结构更简单

因为它没有油的那一套问题了

这种早期的单片干式离合器

也存在很多问题

接合不平顺

工作比较粗暴等这些问题

但是由于它结构紧凑 散热比较好

同时转动惯量也比较小

所以当时的内燃机车

还是愿意经常的去用它

尤其是后来离合器盖

都是用冲压的方式

来生产之后 更是这样

多年的实践经验不断的改进

使得今天这种单片

干式的摩擦离合器

在结构方面相当的完善

预计在目前和未来相当一段时间

还会得到普遍的使用

尽管有人可能在说

现在很多变速器或者传动系

都采用自动的变速器

但是我们讲的这种单盘片的离合器

依然会得到什么 普遍的使用

一个是什么 很多商用车

可能还会用到手动的变速器

这种方式它还用到离合器

另外像很多自动变速器

你比如说双离合的这种变速器

特别是干式的双离合

那么它还会用到什么

（类似）这种单片的离合器

总的来看 就是单盘片离合器

还会在相当长一段时间内

普遍的得到应用

那么整个的离合器系统

我们前面讲的是什么

是它的摩擦传动部分

实际整个离合系统要想让它工作

它必须包括两部分

一个是离合器

还有一个是什么 操纵机构

操纵机构也就是驾驶员

通过这个离合器踏板

操纵离合器进行接合分离的

这一套传动装置

所以这个离合器

总的来讲是分成两个（部分）

一个是离合器

一个是操纵机构

而离合器本身是封装在发动机的

一般把它叫瓢壳或中心壳里

这一部分又有两个大的总成件

一个是什么 离合器的盖总成

一个是从动盘 这两部分组成的

这两部分在车上的安装关系

就是前面说的三明治的方案

把从动盘夹在中间

离合器的盖总成拧到飞轮上

把从动盘夹在中间

形成这样一种工作方式

既然是摩擦传动装置

那么它有一个很重要的性能指标

叫转矩容量

转矩容量它等于什么

等于四个参数（相乘）

一个是摩擦系数

另外是有效的作用半径

另外一个是摩擦面数

另外是一个作用在摩擦面上的

总压紧力

有这四个参数决定了什么

它的转矩容量

这个转矩容量只是反映了什么

这种结构已经决定好的这个离合器

它传递的最大转矩是多大

（所传递转矩）超过这个转矩容量之后它就会打滑

所以这是转矩容量

我们一定要记住它是一个什么

是这么一个概念

有了一个离合器定好之后

那么怎么为它配发动机呢

或者说我定好一个发动机之后

我怎么给它选离合器

那么就要有一个什么

叫离合器的后备系数

所以转矩容量是后备系数

乘以发动机的最大转矩

那么这样 我们有几个问题

需要来跟大家讨论一下

就是第一 转矩容量

是不是离合器实际工作中

传递转矩的大小呢

从前面的介绍 显然不是

它只是一个什么

它的转矩传递能力

一旦传递的转矩超过转矩容量

它就会打滑

所以在选离合器的时候

为了保护传动系统

这个转矩容量

既不能小也不能太大

因为太大之后它的保护作用就没有了

第二个 定好一个离合器之后

我怎么去给它配发动机

也就是说这个β怎么取

那么β主要是根据什么

不同的车型

一般的像轿车和轻型车

这个系数比较小

也就是1.3到1.75

甚至有的轿车可能只选1.2

那么对一些中重型的车呢

往往会大一些

这个1.6到2.25左右

对一些重型的越野车

或者是牵引车来讲

它的载荷最大

往往β达到2到3.5这个范围

这是一个很大的情况

主要就是什么

使用的工况不一样

对离合器的选用要求也不一样

后备系数就不一样了

那么还有一个问题就是

如何提高转矩容量

为什么提这个问题

因为这些年

发动机性能指标的提升非常快

很多发动机升功率指标非常高

带来的问题就是什么

扭矩也非常大

扭矩很大的时候就需要什么

高容量的离合（器）

摩擦离合器来跟它相配合使用

那么从提高离合器转矩容量

这个角度我们看

从它的公式里头看

摩擦系数材料决定的

短时间有大幅度提高很难

尺寸 就是有效作用半径

在一定范围内可以（适当增大）

但是也受到（布置空间的）限制

压紧力 总的压紧力如果做得太大

那么分离的时候就（操纵）困难

驾驶员操纵这个离合器

分离时候就困难

那么实际上就是摩擦系数

半径和压紧力只是在一定范围内

可以有一定（幅度）的提升

这里最大的一个潜力是什么

摩擦面数

平常我们说的单片离合器

单盘片只有两个摩擦面

也就是N等于2

如果这时候采用结构措施

单盘片达不到要求的话

你可以考虑什么

用双盘片的离合器

这样可以提高离合器的转矩容量

就刚刚这个例子里面举的

就是用一个双盘的或者多盘的离合器方案

那么它可以什么

就是显著的

在压紧力不变的情况下

可以增加 提高转矩容量

但是它提高转矩容量

因为散热的问题

主要是中间这个离合器

摩擦盘的散热不好

比如说双盘离合器

从公式上看可以提高一倍

但实际上因为考虑散热（困难）的问题

它大概能提高（转矩容量）60%到70%这个范围

摩擦离合器从结构上看

可以有不同的分类方法

这个按照不同的形式可以分

我们这就不详细展开

就是说单片的干式的摩擦离合器

是目前汽车上应用最广泛的一种形式

那么对摩擦离合器

它的一个性能的要求有这么几个

一个从性能方面来讲

能可靠地传递发动机的最大转矩

接合的时候要平顺柔和

分离时候要迅速彻底

操纵要轻便

另外转动惯量要小

高速的时候要有足够的强度

可靠性要好

另外要来吸收这个发动机

或传动系统带过来的振动冲击

减少这个噪声

从上面这些呢

就是对它的技术或工作性能的要求

实际对用户来讲什么

我们最关注的是什么

你的工作性能要稳定可靠

使用寿命要长 维修方便

成本低 环保

这个是对摩擦离合器不同角度

所提的基本要求

离合器的工作原理

我们就介绍到这里