离合器技术的历史篇章(第四部分)中,现代汽车离合器系统中,膜片弹簧扮演着至关重要的角色。这种膜片弹簧离合器已经几乎完全替代了之前广泛应用的螺旋弹簧离合器。离合器压盘总成,如图1所示,与飞轮及从动盘协同工作,共同构成了一个摩擦系统。压盘借助螺栓固定在飞轮上,借助离合器的从动盘,将发动机的转矩传递至变速器的输入轴。在现代汽车离合器中,膜片弹簧(3)是一个至关重要的部件,而膜片弹簧离合器几乎完全替代了之前广泛应用的螺旋弹簧离合器。压盘总成中至关重要的其他部件有:离合器盖(1),它是膜片弹簧(3)的支撑部件;膜片弹簧(3)则通过定位铆钉(5)以及/或者支承环(4)固定在离合器盖上。此外,膜片弹簧(3)还起到……
2、通过施加压力于压盘,从而紧固离合器从动盘的摩擦片。切向传动簧片(7)或三角形分布传动片(8)充当离合器盖(1)与压盘(2)之间的连接部件。平衡孔(9)用于校正压盘(2)的不平衡状态,而定位销孔(10)则有助于离合器盖(1)与飞轮实现精确对中。膜片弹簧离合器压盘结构中的关键部分为膜片弹簧,其相较于螺旋弹簧,具有更扁平、更轻的形态。尤其是,其特性曲线与螺旋弹簧的线性特性曲线有着显著的区别。膜片弹簧的内外圈直径、厚度、角度以及材料硬度共同决定了其连续变化的特性曲线,如图1左侧的曲线图所示。螺旋弹簧离合器因磨损原因,其压紧力会随着从动盘摩擦片厚度的减少而逐渐减弱;然而,在从动盘磨损的初期阶段,膜片弹簧的压紧力却会先增加。
然后,车辆才开始减速。在这种离合器中,当摩擦达到磨损的临界点之前,离合器便开始出现打滑现象。由于离合器的更换是根据使用时间来确定的,因此可以避免更严重的损坏,比如摩擦片铆钉的磨损。另外,由于膜片弹簧的特性曲线,所需的踏板力相较于螺旋弹簧离合器要低。图1左图展示了一个典型的普通膜片弹簧离合器。膜片弹簧(3)与压盘(2)均位于离合器盖(1)内部,压盘(2)借助切向传动簧片(7)与离合器盖相连,并固定于压盘(2)的三个凸起部位。切向传动簧片(7)具备三项基本功能:在离合器分离过程中,确保压盘(2)能够上升;将发动机的转矩从离合器盖(1)传递至离合器压盘(2);保持压盘(2)的居中位置,防止其倾斜。膜片弹簧被压紧在压盘(2) 和离合器盖 (
在4、1)之间的区域,通过施加所需的压力,用以紧固飞轮与离合器盖(1)之间的从动盘。为了实现这一功能,膜片弹簧被离合器盖(1)上的肋环和支承环(4)所支撑,其膜片的外围直径贴合在离合器压盘(2)之上。当离合器处于工作状态时,分离轴承会压紧膜片弹簧指(3)的末端压盘(2),从而抬起,使得离合器从动盘得以解脱。传动片三角排列式离合器的观察图1右侧展示的部件,其与常规膜片弹簧离合器相比,显著区别在于离合器盖(1)与压盘(2)之间的连接形式各异。由于该离合器结构中使用了碗型飞轮,因此不能将凸缘与压盘(2)直接连接,因此选择了传动片三角排列的布局方式。传动片呈三角排列,其两端通过铆钉固定在离合器盖(1)上,同时压盘则牢固地安装在每一个传动片的相应位置。
该离合器并非以离合器盖的肋环和支承环作为膜片弹簧的支撑,而是采用了另一种钢制支承环来替代离合器盖的肋环。这种带夹紧舌的膜片弹簧离合器具有独特的结构,如图1中间图所示。将定位铆钉(5)紧握并向外牵引,随之而来的是,即便膜片弹簧(3)出现磨损,其位置依然保持准确无误,这种磨损通常发生在膜片弹簧座上。此类设计的优势在于:在整个离合器使用周期内,压盘的升程保持恒定。图1下方所展示的离合器特性曲线与受力图,进一步揭示了离合器的性能特点。这些膜片弹簧离合器与上方展示的结构存在一定差异,不过,其特性曲线和受力情况大体上与此相似。在左侧的图中,力的表现是显而易见的,而横坐标则对应着分离行程的长度。
分离轴承的行程与右侧压盘的升程相对应。在Y轴上,Y轴所指示的左侧图表中连续的曲线描绘了压紧力的波动,该图表所对应的是新装离合器的从动盘。在工作点方面,指的是新的压盘总成。随着从动盘摩擦片的磨损,压紧力逐渐上升,直至达到最大值。离合器从动盘在整个使用寿命中其厚度大约减少了1.52毫米,经过精确计算得到的压紧力确保了,在从动盘摩擦片的铆钉对压盘或飞轮产生反作用力之前,离合器能够迅速打滑,从而有效防止了其他部件的损坏。破折线和带有圆点的线条分别展示了分离力的变化,这包括了使新离合器开始工作的力量,以及(与带点线相比)从动盘摩擦片磨损后的力量。分离力起初呈现上升趋势,直至达到操作极限,随后逐渐减少。经过动盘摩擦片磨损后的分离力曲线发生了左移,这一变化更有效地展现了压紧效果。

在工作点,随着压紧力的增加,分离力也随之增大。破折线所标示的分离轴承行程的压盘升程,可以明确看出离合器的杠杆比例:8毫米的分离行程对应着2毫米的升程,这意味着杠杆比例为4(未考虑离合器的弹性变形),这一比例适用于压紧力与分离力的比值计算。中间以及右侧的图表展示了在是否考虑离合器从动盘波形弹簧片压缩情况下的测量数据对比。在本刊今年第34期“技术与市场”第8期Luk专栏的《离合器技术发展史(二)》一文中,第43页的说明已经提到了波形弹簧片的优势,例如它能够使离合器接合更加平顺,并且具有更优的磨损特性曲线。无波形弹簧片设计下,压紧力(以实线表示)呈现线性递减趋势;当离合器处于分离状态,相应的曲线亦随之变化。
该线段坡度较大,与之相反,当离合器接合时,其压紧力会急剧且显著上升。在图1中,我们可以观察到有效的分离力,其数值大约是左侧图示的两倍。另一方面,离合器在接合过程中,压紧力的增加是渐进的,这是因为波形弹簧片需要先被压缩。由于相应的压紧力曲线(实线部分)呈现出缓和的上升趋势,因此,在达到所需分离力的点上,其高度有所下降。只要离合器压盘与从动盘保持接触,压紧力和波形弹簧片便会相互影响。目前,绝大多数汽车都采用了膜片弹簧离合器。而螺旋弹簧离合器曾在过去被广泛使用,然而,由于其存在一系列缺陷,如安装空间大、质量重等,现在螺旋弹簧离合器已经基本被淘汰。膜片弹簧离合器相比较于螺旋弹簧离合器,
其显著优势包括:不受发动机转速的限制,适用于高速运转的发动机;尽管体积小巧,即便在较低的分离力作用下,仍能提供充足的压紧力;膜片弹簧兼具分离杠杆的功能;零件数量少,整体结构紧凑。对于驾驶者而言,膜片弹簧离合器带来的益处同样显著,因为较低的分离力意味着更轻的踏板力度。依据其构造与运作特点,可分为拉力型膜片弹簧离合器与压缩型膜片弹簧离合器两大类。图2左侧所示的离合器是专为德国大众的Golf和Jetta两款车型量身打造的。对于拉力型膜片弹簧离合器而言,其命名主要依据膜片弹簧与支点之间的相对位置。与常规的膜片弹簧离合器配置不同,此离合器的安装方向相反,因此它只能通过施加压力来激活膜片弹簧的功能。
动力通常由曲轴输出,随后传递至飞轮,再依次传递至离合器和变速器。然而,在此结构中,离合器是通过螺栓固定在曲轴上的。在从动盘安装完毕后,才会安装飞轮,确保飞轮与离合器相连接。这种设计使得离合器的构造受到以下限制:膜片弹簧由压盘(2)支撑。离合器的外围由离合器盖所支撑,与常规离合器不同,此离合器的膜片弹簧是反向安装的。膜片弹簧仅通过分离顶板发挥作用,该顶板位于膜片弹簧之上,并通过分离推杆进行操作。分离推杆安置在空心变速器输入轴的中央,并延伸至变速器的尾部,同时分离轴承和分离杠杆也设置于此处。LuK TS型膜片弹簧离合器,采用精密压制的钢材制成,该离合器具备独特的结构设计。它能够通过多种方式实现高效的动力传递。
离合器与飞轮组合用于识别,该组合的多边形盘毂(15)与V带轮共同通过螺栓固定在曲轴上,并配备有相应的锥形摩擦部件。动力传递路径始于离合器盖(1)之间,随后通过切向传动簧片传递至与之固定的飞轮,压盘(2)和(7)则与压盘(2)相连。离合器盖(1)与从动盘压盘(14)的座孔从离合器外壳(1)的开口处向外突出,膜片弹簧的外围因此得到支撑,并通过定位铆钉(5)和支承环(4)固定于离合器外壳之上。分离轴承能够在多边形盘毂的外径上自由滑动。转矩从从动盘(14)传递至变速器的输入轴,该轴为空心结构,设置在曲轴的末端,介于离合器与发动机之间。因此,变速器仅有不到一半的体积被整合进发动机内部。采用压紧弹簧式膜片弹簧离合器的第二压制钢膜片弹簧离合器,其结构颇为独特。在此过程中,原先的支承环已被离合器盖(1)上的肋环以及弹性的第二压制钢所替代,共同构成了新的支撑结构。因此,所有磨损都能得到相应的补偿,离合器能够实现自动调节功能,而在其他方面,这一结构的设计与图1所示的结构保持一致。



