离合器技术发展史.doc

离合器技术发展史在100多年的汽车发展史中，几乎所有的零部件在技术方面都经历过巨大的发展变化：可靠性、生产成本、维护便利性、节能减排性等，都已经且将一直成为汽车行业的追求目标，这些发展目标要求汽车工程师们不断地开发出更新更好的解决方案。 在技术方面，直到1910年，往复式活塞内燃机汽车才明显地超过汽车和电动汽车。1902年，一辆汽油发动机汽车第一次打破了当时的最高速度记录，而在此之前，最高速度记录则一直是由蒸汽汽车和电动汽车创造的。汽车的这三种不同驱动方式的支持者们在20世纪的头十年里一直为打破最高速度记录而不断地竞争和比赛。 蒸汽和电动汽车相对于“液体燃料驱动汽车”(蒸汽和电动汽车支持者的习惯叫法)有一个非常突出的优点，就是其近乎理想的转矩特性，它们既不需要离合器，也不需要变速器，因此易于操作，也很少出故障，更容易维护。由于往复式活塞内燃机只有在达到一定转速时才能输出转矩，所以在发动机和变速器之间必须要有一个分离接合装置。汽油发动机需要借助离合器的接合功能才能起动汽车，因为只有当发动机达到一定转速时，才能输出转矩。除了离合器的接合功能，离合器的分离功能也同样重要，因为在车辆行驶中要求可以自由换档。鉴于相关问题的复杂性，早期在很多小型车设计结构中并没有离合器的接合功能，车辆是借助人力推动而起动的。离合器的起源 第一代离合器的工作原理来自早期工业化社会使用机械装置的工厂。通过对带式变速器的类推，人们将一种平面皮带引入到汽车中。通过皮带轮的张紧作用，皮带将发动机的输出转矩传递到驱动齿轮上，当通过调节滚轮来使皮带松弛时，皮带打滑，就相当于离合器的分离。由于此过程导致皮带磨损太快，人们便采用了一种新的方法：安装一个与驱动皮带轮同样尺寸的惰轮，通过扳动杠杆，可以将传动带从惰轮转到驱动轮上。 此皮带传动装置的缺点，一方面是效率低下，容易磨损，尤其是在雨天传递动力不足时；另一方面是要求变速器增加档位以应对不断提高的发动机转矩，这就促使工程师们不断地探索更好的方法以取代此离合器。 结果便是人们发明了各种各样的离合器，包括现代离合器先驱基于摩擦原理的离合器。这是一个盘位于曲轴的末端，并与另一个静止的盘相连接。当两个盘接触时，摩擦便产生了，静止的盘便开始转动。随着压紧力的提高，驱动盘带动从动盘使其转速不断提高直到变速器正常工作，这时两个盘转速相同。在两个盘完全接合之前，它们是一边接触，一边打滑，从发动机传递过来的大部分动能都转化成了热能。这种结构满足了以下两个要求：一方面逐渐地柔和地接合，在起动汽车时发动机不会熄火，也不会引起传动系的抖动；另一方面，离合器接合后可以将转矩无损地传递到变速器。 离合器通过脚踏板来工作。踩下离合器踏板，通过分离拨叉拉回锥形座圈，释放弹簧，从而使离合器分离。早期的离合器 在1889年，戴姆勒的钢轮汽车已使用这种设计原理的基本形式：配备了一个锥形/斜面摩擦离合器。这个可以自由移动的锥形盘位于变速器轴上，与曲轴上带锥形凹槽的飞轮可以牢牢地接合。螺旋弹簧将锥形盘压入到飞轮锥形凹槽里，离合器接合；可踩下脚踏板，通过分离套筒、弹簧将此锥形盘拉回，从而分离离合器，中断动力传输。最初使用驼毛做为锥形盘摩擦面的材料，但很快被皮革取代。后者在蓖麻油中浸泡过，可以防潮湿，防油/脂。其优点是：可以自动调节，变速器输入轴上不受应力，但也有缺点，就是太重。一方面，摩擦片磨损太快，更换太复杂，后在皮革摩擦片中设计了压紧弹簧销或传动片以做改进。另一方面，飞轮和离合器锥盘体积太大，因而其惯性力矩较大导致换档时离合器比其要求的分离过程要慢很多(与变速器已不同步了)。 为解决上述问题，大约在1910年代，配备了另一个离合器制动或变速器制动，它通过第二个脚踏板来起作用通常该第二踏板与离合器踏板连接在一起，并都位于踏板轴的后方。 当改变车速时，许多驾车者习惯于让离合器打滑而不是换档，这时飞轮受热程度要比仅受锥形盘摩擦更严重，锥形盘通过皮革制的摩擦层来散热。经过一段时间的长途驾驶后，由于飞轮的热膨胀，锥形盘可能与飞轮接合的更深，但当飞轮温度下降后，却很难让锥形盘从飞轮中分离出来。 直到第一次世界大战末期，金属摩擦片才开始普及起来。而此前，人们还试验了其它不同材料，如NAG公司设计了一种薄钢片压制的驼毛锥盘，并装上像扇子似的刀片用来冷却，其在两部分间接合，皮革线状环用螺栓固定在飞轮上(见图1)。该结构的两部分允许皮革线状环自由移动，从而让离合器维护简化了，并降低了离合器被卡住的次数。 戴姆勒发动机公司开发了一种铝制锥盘的开放式摩擦离合器。为了使分离柔和，要将油定期滴在摩擦层上。 由于结构简单，锥盘离合器在整个1920年代一直占主流地位(见图2)。圆柱形摩擦面的金属离合器由于其操作性能较差，而没有被接受。只有圆柱形离合器的演化版弹簧带离合器，由于其创造性的设计，才由戴姆勒在19世纪末20世纪初装配在奔驰车上，并持续到第一次世界大战(见图3)。传统单盘干式离合器的雏形 在板簧离合器中，有一个坚固耐磨的螺旋状板簧，其与变速器输入轴的鼓形末端相连，安装在飞轮的凹陷处。螺旋板簧的一端与飞轮相连，另一端紧固在弹簧罩壳上。离合器踏板压紧板簧，板簧在鼓形周围绕其自身越来越紧(自动增强)，驱动变速器输入轴接合离合器。只需很小的力即可压缩弹簧，并使离合器接合柔和。 大约在戴姆勒公司开发其板簧离合器的同时，来自英国的Hele-Shaw教授也完成了对多盘离合器的试验，这也被认为是现在的传统单盘干式离合器的先驱。命名为“Weston”离合器，与锥形盘离合器相比能够大规模生产的一个决定性的优点是：在较小的安装空间下，其摩擦面积却很大，并可以持续地接合。 在多盘离合器中，飞轮连在鼓形外罩上，并根据盘的外缘形状在其内部开槽，并允许盘与曲轴或飞轮一起转动，同时纵向移动。与之匹配的同样数量的内凹的盘位于盘毂中央，盘毂连在离合器轴上。这些盘可沿盘毂上的离合器轴纵向移动。在安装时，离合器内和外从动盘交替地接合成一组盘，如主动和从动盘始终相互连接。 这对从动盘是这样工作的：开始青铜盘始终对着钢制盘转动，并在螺旋弹簧的作用下被压盘一起压紧。这样，所有的盘便持续地接合。这个摩擦力逐渐增加的效果能够让离合器非常柔和地接合。随着弹簧压力的下降，从动盘又分离了，传动片支撑部位开始从从动盘平面部发生弯曲。通过改变从动盘对的数量，离合器可调节到适合于每个发动机的输出功率。 多盘离合器可为浸油/汽油式，也可为干式。干式的是比较特殊的，其摩擦层用铆钉铆住(见图4)。多盘式离合器，尤其是油浴式多盘离合器，其最大缺点是有一定程度的迟滞，导致其只能部分分离，从而造成换档困难。 若干年后，单盘离合器就淘汰了锥形盘和多盘离合器。De Dion和Bouton是第一个认识到单盘离合器是离合器未来发展方向的人(见图5)。随着Ferodo石棉摩擦片的出现，离合器技术取得了一大进步。石棉摩擦片大概从1920年代起一直使用到当代，直到其被非石棉摩擦片取代。单盘干式离合器的优点是很明显的：较低的从动盘质量使其分离后可更快地停止转动，从而使换档更容易彻底告别了变速器制动结构。 单盘干式的最初构造相对较复杂。离合器外罩用法兰固定在飞轮上，离合器盖用螺栓固定在离合器外罩里。带弹簧向内侧压缩的分离杠杆的离合器盖从中间盘经由摩擦盘传递压力，将来自飞轮的转矩传到变速器。摩擦盘通过驾驶员将其连接到连接处或变速器输入轴。离合器通过一个可让锥形盘前后移动的滑动环片来实现分离和接合。锥盘的各侧相应地作用于分离杠杆，分离杠杆由螺旋弹簧起作用，受到压紧或分开，即中间盘接合/分离。由于锥盘是转动的，而滑动环片是静止的，故需要定期地润滑。 压紧力由螺旋弹簧提供的螺旋弹簧离合器，获得了人们的认可。起初，是将螺旋弹簧放在中间进行试验，但只有几个较小的螺旋或螺旋弹簧沿离合器外罩外圈排列的结构才得到大批量的生产。分离杠杆通过可在变速器输入轴上自由移动的分离轴承来压缩螺旋弹簧，以分离压盘使离合器分离。压紧力可因使用不同的弹簧组而有变化，但其有一个致命的缺点，即随着发动机转速的增加，位于压盘外圈的螺旋弹簧，因离心力作用对着弹簧外罩方向继续向外压，在弹簧和外罩之间发生了摩擦，使压紧力性能曲线发生改变。 随着发动机转速的不断增加，离合器变得越来越重。除此以外，用来作用于分离杠杆的分离轴承一直处在受压状态下，使其和离合器外罩很容易发生磨损，尤其是在发动机高转速时换档，会很快地磨损。膜片式离合器的诞生 为了解决上述这些系统性的不足，人们便开发出了膜片弹簧离合器，膜片弹簧离合器诞生于1936年通用汽车的研究实验室里，并在1930年代后期在美国大批量生产。在欧洲，是在第二次世界大战之后，人们通过美国通用公司的军用卡车才开始熟悉膜片弹簧离合器，并在1950年代中期应用在一些单一的欧洲车型上。保时捷356，Goggomobil，宝马700和DKW Munga是第一批配备了膜片弹簧离合器的德国制造的汽车。膜片弹簧离合器大批量生产始于1965年的欧宝Rekord车型。 由于膜片弹簧离合器能够均衡、对称地转动，因而不受发动机转速的影响。膜片弹簧离合器在1960年代获得了成功，那时凸轮轴顶置式高转速发动机(Glas，宝马，阿尔法罗密欧)大范围地取代了凸轮轴下置式发动机。到1960年代末，几乎所有的汽车制造商都采用膜片弹簧离合器(见图6)。 这里需要强调的是：LuK公司在让膜片弹簧离合器大批量生产方面，起了至关重要的作用。用膜片弹簧取代螺旋弹簧系统的所有分离杠杆，带来了诸多优点：结构简单，压紧力恒定不变，相对较高的压紧力仅需较小的安装空间(对横置发动机非常重要)和不受发动机转速影响。由于这些特点，当代几乎全部都是用膜片弹簧离合器，而且其在多功能车上的应用也是越来越多以前一直是使用螺旋弹簧离合器。 与此发展相对应的是，离合器从动盘也得到了优化。往复式活塞式内燃机不断变化的转速和波动的转矩所产生的振动从曲轴、离合器、变速器输入轴传递到变速器，导致了噪声和严重的齿轮磨损。现代汽车中不断轻量化的飞轮和整车质量，加剧了这种现象，所以人们开发了带扭矩减振器和波形弹簧片的离合器从动盘。 长时间操纵离合器需要一个强大的大腿，因为踏板力必须通过连接杆/拉线或轴来传递。随着1930年代离合器拉线和1950年代液压分离机构的应用，驾驶舒适性得到了提高。 让离合器自动化的不同尝试使离合器的操作越来越简单：在1918年，Wolseley最先提出了电磁离合器的概念。在1930年代早期，法国Cotal公司生产了一种用在豪华轿车上的带电磁离合器的、有预选择器的变速器。其中最著名的是通过离心力来调节压紧力的离心式离合器和自动离合器，如Saxomat(Fichtel &萨克斯公司)，LuKomat(LuK公司)，Manumatik(Borg & Beck公司)和Ferlec(Ferodo公司)。 但由于来自自动变速器中液力变矩器的强大竞争力，上述离合器都没有获得大规模的应用。（文章来源：盖世汽车社区）