从动盘波形弹簧片对干式离合器扭矩传递的影响分析

离合器是现代汽车传动系统的-个重要组成部分 ，其主要功能为 ：传递发动机的扭矩、起步和换挡时切断动力、防止传动系过载等。离合器工作状态的好坏对汽车的正常行驶以及发动机扭矩传递影响很大。而其中，从动盘作为关键的传动部件结构最为复杂 ，对离合器的动力特性影响最大，同时也是离合器中最为薄弱的环节。

为了保证汽车平稳起步、离合器结合平顺 ，要求从动盘有良好的轴 向弹性 ，从而保证在结合过程 中离合器所传递的扭矩能平缓增长口]。而波形弹簧片(Cushion Spring)是从动盘中关键性的受力部件之-，其非线性载荷-位移”弹性曲线对离合器扭矩基金项 目：国家 自然科学基金资助项目(5l175326)传递有着重要影响，因此对波形弹簧片轴向压缩特性的研究对改善汽车换挡品质等具有重要的实际意义 。

对此，本文建立 了典型汽车从动盘波形弹簧片模型，并考虑到其所受热应力的影响，对不同温度条件下波形弹簧片的非线性载荷-位移特性随温度的变化情况进行了相关仿真分析，并进-步研究了其对干式离合器的结合特性、扭矩传递特性等的影响，为干式离合器的实际应用提供参考。

2 从动盘结构形式与工作特性从动盘对离合器的接合舒适性影响很大，同时也是离合器中的薄弱构件，它通过摩擦转换，把发动机的扭矩传给变速器 ，同时减小传动系的振动和冲- 7 - 姜 彦等：从动盘波形弹簧片对干式离合器扭矩传递的影响分析器完全结合时 -0，反之当离合器完全分离时 -△f；F (z )为压盘压紧力，F ( )为波形弹簧片的轴向反作用力 ，Ff为飞轮反作用力。实际中，分离轴承的位置 。是由TCU通过电液操纵机构来直接控制 ，其决定着压盘的位置及波形弹簧片的位移。

0；0 叫 ， ，- - / 1 r，//- - ，/ - - Ft l lFfc图 4 波形弹簧片轴向位移与受力放大图Fig.4 Cushion spring axial displacement and forceenlareged view，0 m2.3 从动盘的轴向压缩特性从动盘轴向压缩弹性曲线的形状撒于波形弹簧片的载荷-位移特性，而从动盘的轴向弹性变形和磨损量 ，又是影响离合器传递扭矩特性的两个重要因素。从动盘内含有波形弹簧片，其压紧力与从动盘压缩量之间的关系，称之为从动盘的轴 向压缩特性[4]。该特性与离合器 的分离载荷特性、压紧力特性有密切的关系，也将影响到离合器分离接合的冲击度和舒适性。

干式离合器轴 向压缩特性相关变量 F (oZ' 。)，z (z )， (z )和 F ( )之间的关系如图 5所示。

其中， cn 表示摩擦片与飞轮刚结合时分离轴承的位置；z 表示波形弹簧片完全被压缩时(即 z -△，0)分离轴承的位置。粗虚线代表摩擦片出现磨损时的影响结果 ，通过对 比分析可知 ，磨损会导致 △减小， cls增大，从而导致 F cls)增大，即波形弹簧片完全被压平时需更大的压紧力，这也说明，随着离合器操纵循环次数的增加，其压缩弹性会逐渐减弱。

故离合器在传递相同转矩情况下，磨损最终会引起分离轴承更大的位移和压力，从而给驾驶员的操纵舒适性带来不利影响。

0n8f 8f图 5 干式离合器轴向压缩特性变量关系图Fig.5 Dry clutch axial compressed characteristic variable relation diagramVasca et a1.[3对此提出了-种新的于式离合器动态结合过程扭矩传递模型，并给出了波形弹簧片载荷位移特性对离合器扭矩传递的影响关系，二者之间的解析关系如下 ：Tf ( 0)- R qFf ( (zpp( to))) (1)式中， 是摩擦面对数， 是动态摩擦系数 ，R 为接触面等效半径 。经相关典型假设和参数定义，文中给出了摩擦扭矩与压紧力关系的简单表达式：Tf - Ff (2)且 R 可由下式简单得到1R - 寺(R1R2) (3)式中，假设 恒定 ，R 和 R。分别是离合器摩擦面的内外半径。

实际上，离合器转矩传递能力的可控参数是压紧力 F 据以上关系，如能通过对波形弹簧片模型- 9 - o 0 姜 彦等：从动盘波形弹簧片对干式离合器扭矩传递的影响分析(2)和(3)及图 5变量之间的关系，经计算拟合得出离合器摩擦扭矩与结合位移关系曲线如图 9所示。

表 2 离合器相关参数Table 2 Clutch relative prameter摩擦面对数 number of friction facing pair 2对 2 pairs动态摩擦系数 dynamic friction coefficient 0.27R1 摩擦面内径 friction facing inner diameter 72 mmRz 摩擦面外径 friction facing outer diameter 103 mm△ 摩擦片总厚度 friction plate total thickness 5.8 mm波形弹簧片总压缩量△f 1.6 mmcushion spring total compression value分离轴承最大位置zl8a 12.16 mmthrow-out bearing maximal positionx 压盘最大位置 press disk maximal position 8.2 mm离合器完全闭合时分离轴承的位置工 throw-out bearing position during 8.4 mmclutch complete closing梧0 O.1 O.2O.3 0.40.5 O.6O.70.80.9 1.0 1.4位移 u/mmDisplacement图 8 波形弹簧片载荷-位移曲线关系图Fig.8 Cushion spring load-displacement curverelationship diagram曩啦稚寸Ⅱ键1 3 5 7 9 l1 13分离轴承位移x/mmThrow-out bearing displacement图 9 离合器传递转矩与结合位移关系曲线Fig.9 Clutch transmit torque with bording displacemetrelationship curve从图 9中曲线可以看出，随着分离轴承位移的增加 ，离合器传递 的扭矩具有增大的趋势，且传递扭矩的增长率也逐渐增大 ，当达到分离轴承位移最大值时，离合器传递扭矩保持相对稳定，但此时最大扭矩不超过离合器所能传递的最大静摩擦力矩。

此仿真分析结果，对于精确控制离合器接合位移量与压紧力 ，进而控制离合器传递扭矩的大邪扭矩的增长速度提供了理论依据，为有效改善干式离合器的控制性能提供了参考。

3.3.2 载荷～温度特性仿真分析为保证波形弹簧片结构形状的热稳定性 ，防止受热翘曲变形造成摩擦片压力不匀而磨损严重，有必要对波形弹簧片在不同温度影响下 的载荷位移曲线变化情况进行研究。为此 ，本文针对三种不同压缩程度(O.8 Film，1.0 1TI1TI，1.2 ram)下所对应的波形弹簧片载荷随温度变化情况进行了仿真分析，以探究其变化规律，结果如图 1O所示。

0 l00 200 300 400℃图 1O 波形弹簧片载荷-温度变化关系图Fig.1O Cushion spring load-temperature variablerelationship diagram结果表明，在任-给定位移条件下，波形弹簧片的载荷随温度成线性变化，且温度升高，载荷相应降低 ；而在同种温度下，波形弹簧片的载荷与压缩量之间呈非线性变化。这-结果与图 8分析相-致，证明了仿真结果的正确性。

4 结论本文对干式离合器从动盘中的-个关键 冲压零件波形弹簧片进行了研究。在对波形弹簧片三维建模基础上，通过对其受位移载荷时的有限元仿真分析，得到了离合器结合过程 中波形弹簧片载荷-位移特性曲线，并进-步研究了其对离合器扭矩传递特性的影响。经过仿真计算与实际试验结果对比，表明该模型能够比较准确模拟离合器动态接合过程的扭矩位移变化特性。此外，文中还对温度对波形弹簧片特性的影响进行了研究 ，所得研究结果试图为提高干式离合器从动盘性能，实现离合(下接第 37页)- ]1 - II 0： 骞∞ BI三 0葛弓 Huajiang Ouyang等 ：盘式制动器热传导、接触压力和瞬变振动的综合分析(2003) Vibration and squeal of a disc brake：modellingand experimental results ，lMechE Journal of AutomotiveEngineering，Vo1.217，PP.867-875。

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(上接第 11页)器摩擦扭矩的精准控制以及提高传动效率提供理论依据 ，同时对波形弹簧片所受热应力和热变形的进- 步研究具有十分重要的实际意义。