第二章 离合器

第一节 离合器的构造原理与分类

离合器位于发动机和变速器之间，是汽车传动系中直接与发动机相联系的总成件。通常离合器与发动机曲轴飞轮组的飞轮安装在一起，是发动机与汽车传动系之间切断和传递动力的部件。在汽车从起步到正常行驶直至停车的整个过程中，驾驶人可根据需要操纵离合器，使发动机与传动系暂时分离或逐渐接合，以切断或传递发动机向传动系输出的动力。

一、离合器的功用

离合器是用来分离或接合发动机与变速之间的动力传递。

（1）保证汽车平稳起步 汽车起步前，发动机应在无载荷的情况下起动。若没有离合器，发动机与传动系刚性连接，一旦变速器挂上档，正常运转的曲轴将与传动系在极短的时间内发生接触，曲轴将受到很大的冲击，发动机转速会急剧下降到最低稳定转速（一般为300～500r/min）以下，直至熄火。设置离合器后，驾驶人就可柔和地接合离合器，逐渐加大对传动系的作用力矩，避免了对曲轴造成的反向冲击。同时，逐渐踩下加速板能增加对发动机的燃油供给量，使发动机始终维持不熄火，到驱动力足以克服起步阻力时，汽车便开始逐渐加速。

（2）保证传动系换档时工作平顺 在汽车行驶过程中，为了适应不断变化的行驶条件，需要经常换用不同的档位。换档时，需先踩下离合器踏板，切断发动机与变速器的动力传递，使变速器内相啮合的齿轮间或其他啮合副间不再传递动力，并使原档位啮合副退出传动；待变速器挂入新档位后，再逐渐抬起离合器踏板，踩下加速踏板，使新档位啮合副啮合部位的速度趋于同步，这样可减轻进入啮合的齿轮的冲击，保证了换档平顺。

（3）防止传动系过载 当车速急剧变化时，传动系内各转动件将产生很大的惯性力矩，该力矩有可能大大超出发动机正常工作时所输出的转矩，从而超过传动系能承受的载荷，易使机件损坏。有了离合器后，由于离合器所能传递的转矩有限，当出现过大转矩时，其主动部分与从动部分之间将相互打滑，从而避免了传动系出现过大载荷的可能。

二、离合器的分类

离合器可分为液力式变矩器、电磁式离合器和摩擦式离合器。摩擦式离合器有干式和湿式两种。

1.液力式变矩器

液力式变矩器靠液压油传递转矩，其结构如图2-1所示。泵轮是主动件，涡轮为从动件，涡轮与泵轮相对安装。当泵轮转速较低时，涡轮不能转动，主动件与从动件之间处于分离状态；随着泵轮转速的提高，涡轮在液压油的冲击下开始转动，主动件与从动件处于接合状态，发动机转矩便传到变速器轴上。

2.电磁式离合器

电磁式离合器通过线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。为了增加主、从动件之间的动力传递，可在两者之间放置磁粉。磁粉式电磁式离合器如图2-2所示。

图2-1 液力变矩器

图2-2 磁粉式电磁式离合器

3.摩擦式离合器

目前与手动变速器相匹配的离合器绝大多数为干式离合器。根据所用压紧弹簧布置位置的不同，可分为周布式弹簧离合器（图2-3）和膜片弹簧离合器（图2-4）等。

图2-3 周布式弹簧离合器

图2-4 膜片弹簧离合器

三、离合器的工作原理

（1）接合状态 离合器处于接合状态时，压紧弹簧使压盘、飞轮及从动盘互相压紧。发动机转矩经飞轮及压盘通过摩擦面的摩擦力矩传递到从动盘，再经变速器输入轴向传动系输入，如图2-5a所示。

（2）分离过程 踏下离合器踏板时，离合器分泵向前移动带动分离叉向前移动；分离叉内端则通过分离轴承推动分离杠杆内端向前移动；分离杠杆外端依靠安装在离合器盖上的支点拉动压盘向后移动，使其在进一步压缩压紧弹簧的同时解除对从动盘的压力。这样离合器的主动部分处于分离状态而中断动力的传递，如图2-5b所示。

图2-5 摩擦式离合器的工作原理

（3）接合过程 若要接合离合器，驾驶人应松开离合器踏板，控制操纵机构使分离轴承和分离叉向后移，压盘弹簧的张力迫使压盘和从动盘压向飞轮。发动机转矩再次作用在离合器从动盘摩擦面和带花键的毂上，从而驱动变速器的输入轴。

离合器的要求应满足以下要求：

1）保证离合器能传递发动机的最大转矩，其所能传递的最大转矩Mc应大于发动机输出的最大转矩Memax，其关系式为：Mc=βMemax式中，Β为离合器的后备系数。

对于小客车：β=1.25～1.75；对于载重车：β=1.60～2.25；后备系数β不宜过大，否则将失去离合器对传动系过载的保护作用。

2）分离彻底、接合柔和、散热良好、工作稳定。

3）从动部分转动惯量要尽可能小，以便在换档时，减轻齿轮间的冲击。

4）操纵省力、轻便，维修保养容易。

四、离合器的结构

离合器主要是由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。现以摩擦式离合器为例进行介绍。

1.主动部分

离合器的主动部分包括飞轮、离合器盖、压盘等。离合器盖与压盘的总成分解如图2-6所示。它们与发动机曲轴连在一起，并始终与曲轴一起转动。离合器盖与飞轮用螺栓连接，压盘与离合器间靠3个或4个传动片传动转矩。离合器盖及压盘总成结构如图2-7所示。传动片用弹簧钢片制成，沿压盘周边均匀分布，切线方向安装，其两端分别被铆钉铆在离合器盖和压盘上。离合器分离时，传动片发生弯曲变形。

2.从动部分

从动部分即离合器从动盘，它由从动盘本体、摩擦片和从动盘毂三个基本部分组成。离合器从动盘的结构如图2-8所示。

图2-6 离合器盖和压盘的总成分解图

图2-7 离合器盖及压盘总成结构

图2-8 离合器从动盘结构

a）从动盘的分解 b）从动盘本体

离合器从动盘本体、从动盘毂和减振器盘都开有6个长方孔，每个孔中装有一个减振器弹簧。从动盘本体和减振器盘上圆周方向的长方孔边处设有翻边，将减振器弹簧卡在长方孔中。减振器盘与从动盘本体用铆钉铆接在一起，并将从动盘毂及其两侧的减振器阻尼片夹在中间。从动盘毂与从动盘本体间可转动一个角度。

图2-9 捷达离合器从动盘

图2-10 膜片弹簧的工作原理

a）离合器自由状态 b）离合器接合状态 c）离合器分离状态

离合器接合时，发动机输出的转矩经飞轮和压盘传到了从动盘两侧的摩擦片，继而带动从动盘本体和减振器盘转动，然后通过6个减振器弹簧把转矩传给了从动盘毂。因为有减振弹簧作用，所以传动系受的冲击在此得到了缓冲。

捷达轿车离合器的从动盘有两级减振装置，如图2-9所示：第一级为预减振装置；第二级为减振弹簧。

第一级预减振装置很软，主要是在发动机怠速工况下起作用，能消除怠速时变速器的噪声；第二级减振器刚度很大，它可降低曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，缓和汽车改变行驶状态时对传动系产生的扭转冲击，并改善离合器的接合柔和性。

3.压紧机构

压紧机构主要部件是螺旋弹簧或膜片弹簧。它们以离合器盖为依托，将压盘压向飞轮，从而将从动盘压紧。膜片弹簧是近年来广泛采用的离合器压紧元件。膜片弹簧制作成碟形弹簧，其上有若干个径向开口，形成若干个弹性杠杆。弹簧中部两侧有钢丝支承圈，用支承铆钉将其安装在离合器盖上。

膜片弹簧的工作原理如图2-10所示。在离合器盖未固定到飞轮上时，膜片弹簧处于自由状态，离合器盖与飞轮接合面间有一距离L。用螺栓将离合器盖固定到飞轮上时，离合盖通过后钢丝支承圈把膜片弹簧中部向前移动一段距离。由于膜片弹簧外端位置没有变化，所以膜片弹簧被压缩变形，其外缘通过压盘把从动盘压靠在飞轮后端面上，这时离合器为接合状态。离合器分离时，分离轴承前移，膜片弹簧将以前钢丝支承圈为支点，其外缘向后移动，在分离钩的作用下，压盘离开从动盘后移，使离合器处于分离状态。

4.分离机构

离合器的分离机构主要由分离杠杆、带分离轴承的分离套筒和分离叉组成。

（1）分离叉 分离叉用来传递离合器操纵系统的控制力，与其转轴制成一体，通过轴的两端衬套支承在离合器壳上。分离叉前端装有分离轴承，该分离轴承松套在变速器第一轴轴承盖的分离轴承导套的外圆面上，如图2-4所示，并在分离轴承回位卡的作用下，以其两侧的凸台平面，抵靠在分离叉两股的圆弧表面上。分离叉以其中段分离叉座支承在飞轮壳中的球头螺栓上，其外侧拨叉的延伸端伸出飞轮壳与离合器操纵机构相连。分离叉以球头螺栓为支点向前移动，推动分离轴承向飞轮方面移动，而对分离杠杆内端施加推力。由于离合器工作时分离轴承外壳并不转动，而分离杠杆则是随离合器壳和压盘转动的，故为了避免二者之间的直接摩擦，设置分离轴承结构形式为推力式或径向推力式。

（2）分离杠杆 如图2-3所示，分离杠杆一般有3～6个，用薄钢板冲压制成，随离合器主动部分一起旋转，其内端与分离轴承相连，外端与压盘相连，中间由支承柱支承，采用支点移动、重点摆动的综合式防干涉机构。其支承柱的前端插入压盘相应的孔中，中部有方孔，通过浮动销支承在方孔的平面上，并用扭簧使它们靠紧，后端用调整螺母的球面支承在离合器盖相应的孔上。这种方式结构简单，且分离杠杆的高度是通过螺母调整支点高度来调整的。

（3）分离轴承 离合器分离时，分离套筒沿其轴线移动，推动分离轴承向前移动，推动分离叉内端向前摆动，分离叉外端使压盘后移，实现离合器分离（在正常情况下分离轴分离叉的间隙为1～3mm）。分离轴承广泛采用轴向或径向推力轴承，在轴承装配之前一次加足润滑脂，是封闭式预润滑轴承。在小尺寸的离合器上也采用结构简单的石墨滑动轴承。有的离合器在分离叉内端用卡簧浮动地安装一个分离环，一起转动，利用其环形平面与分离轴承接触传动，降低了滑动接触面的单位压力，减小了磨损。分离杠杆随离合器主动部分一起旋转，与分离轴承间存在周向滑动和径向滑动，当二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，在膜片弹簧式离合器中广泛采用自动调心式分离轴承。

5.操纵机构

驾驶人通过操纵机构使离合器分离与接合。操纵机构由分离机构、离合器踏板及传动机构等组成。

按传动方式划分，离合器操纵机构有机械式、液压助力式和气压助力式三种。下面主要介绍机械式离合器操纵机构和液压助力式离合器操纵机构。

（1）机械式离合器操纵机构 捷达轿车离合器的操纵机构不仅颇具特色，而且和离合器一样，是国产轿车中独一无二的能够自动调节离合器踏板自由行程的新型机构。它由外部操纵机构和内部操纵机构两大部分组成。

1）外部操纵机构采用的是一种新型拉索式机构，它具有自动调整离合器踏板自由行程的功能，如图2-11所示。拉索护套上端固定在驾驶室的底板上，拉索护套的下端固定在拉索下端固定架上。在拉索护套的下端安装有波顿拉索弹簧，拉索护套的末端固连有锁止锥块。锁止锥块外面包着滚子保持架及滚子。在滚子保持架的下部是夹持块。拉索的上端固联在踏板臂上，拉索下端固定在离合器分离臂口上。分离杠杆轴安装在变速器壳体内。

离合踏板自由行程（驾驶人在踩下离合器踏板后，先要消除定间隙，然后才能开始分离离合器，为消除这一间隙所需要的离合器踏板行程，称为离合器踏板自由行程，自由行程为30～40mm）自动调整接索机构的工作原理是：

①静止时，锁止锥块在外壳体上端波顿拉索弹簧张力的作用下固定在滚子保持架内，锁止锥块和滚子不接触。

②当踏下离合器踏板时，拉索被踏板臂拉出。拉索试图在上下固定点之间沿直线运动，而拉索护套的弧度（拉索在任何情况下都不应是一条直线，它应是在上下固定点之间的一条自由曲线，否则就无法补偿离合器踏板自由行程的变化）则阻碍了这种运动趋势。此外，随着离合器踏板的踏下及拉索的拉出，拉索上下固点之间的弧长势必要缩短，若忽略拉索护套的微量变形，拉索护套下端及固定在护套下端的锁止锥块一同下移，直到锁止锥块将滚子保持架上的滚子楔紧在外壳的内壁上。此时，离合器踏板自由行程自调机构被锁死。此拉索机构的工作情况和普通拉索机构一样，即拉索机构将离合器分离臂拉起一定的角位移，分离杠杆轴随之转动一定角度，进而通过安装在变速器内的内部操纵机构使离合器分离。

③当松开离合器踏板时，在内部操纵机构回位弹簧的作用下，离合器分离臂带动拉索下端下移，夹持块在拉索摩擦力的作用下被拉到滚子保持架的底部。同时，拉索护套的下部在波顿拉索弹簧张力的作用下，带动固联在护套末端的锁止锥块上移，并脱离与滚子的接触，锁止机构被松开，滚子保持架在夹持块和拉索弹簧的共同作用下，保持一个适当的位置上。

离合器踏板自由行程的大小与滚子保持架在外壳体内的位置有关，而滚子保持架在壳体内的位置，是在锁止机构松开状态下由波顿拉索弹簧、拉索弹簧及夹持块与拉索之间的摩擦力决定的。离合器踏板处在自由状态时，离合器分离臂活动端不断下移，在回位弹簧的作用下，拉索及拉索护套下部克服波顿拉索弹簧张力，随离合器分离臂的活动端一起下移；同时，夹持块在拉索摩擦力的作用下，带动滚子保持架向下移动与拉索护套相同的距离，该距离便是摩擦片磨损所需要的修正量，从而起到了自动调整离合器踏板自由行程的作用。

2）内部操纵机构如图2-12所示，离合器内部操纵机构主要由分离盘、轴中心的推杆、分离轴承、分离杠杆、回位弹簧及一端固定在离合器分离臂上的分离杠杆轴等组成。当踏下离合器踏板时，拉索机构拉动离合器分离臂，并带动分离杠杆轴转动，分离杠杆压向分离轴承，进而推动推杆和分离盘使离合器分离。

图2-11 离合器拉索调整机构

1—离合器踏板 2—拉索上固定点 3—拉索 4—拉索护套 5—波顿拉索弹簧 6—锁止锥块 7—滚子 8—滚子保持架 9—夹持块 10—外壳体 11—拉索下端固定架 12—离合器分离臂 13—分离杠杆轴 14—拉索弹簧

图2-12 捷达离合器内部操纵机构

1—压盘 2—中间盘 3—螺栓 4—分离盘 5—卡簧 6—从动盘 7—离合器推杆 8—飞轮 9—螺栓 10—离合器盖 11—传动片 12—膜片弹簧

（2）液压式离合器操纵机构 其结构如图2-13所示，主要由主缸、工作缸以及管路系统组成。

图2-13 离合器液压操纵机构

1—变速器壳体 2—分离板 3—工作缸 4—储液罐 5—进油软管 6—回位弹簧 7—推杆接头 8—离合器踏板 9—油管总成 10—主缸 11—分离轴承

液压式操纵机构具有摩擦阻力小、传动效率高、质量轻、接合柔及布置方便等优点，并且不受车身车架变形的影响，因此应用广泛。例如桑塔纳2000GSI型轿车、一汽红旗CA7220型轿车、宝来、奥迪100型轻型越野车等的离合器均采用液压式操纵机构。

桑塔纳2000GSI型汽车离合器液压操纵机构主要由离合器踏板、储液罐、进油软管、主缸、工作缸、油管总成、分离板、分离轴承等组成。储液罐有两个出油孔，分别把制动液输送到制动总泵和离合器液压操纵系统。

主缸结构如图2-14所示。主缸补偿孔A、进油孔B通过进油软管与储液罐相通。主缸体内装有活塞，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。活塞两端有皮碗。活塞左端中部装有止回阀，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A与进油孔B之间，两孔均开放。

踩下离合器踏板时，通过主缸推杆使活塞向左移动，止回阀关闭。当皮碗将补偿孔A关闭后，管路中油液压力升高。在油压作用下，工作缸活塞被推向右移，工作缸推杆顶头直接推动分离板，从而带动分离轴承，使离合器分离。工作缸的结构如图2-15所示。

图2-14 主缸结构

1—皮碗 2—保护塞 3—壳体 4—保护套 5—管接头 6—阀芯7—固定螺栓 8—卡簧 9—挡圈 10—护套 11—推杆A—补偿孔 B—进油孔

图2-15 工作缸结构

1—壳体 2—活塞 3—管接头 4—皮碗 5—挡圈 6—护套 7—推杆 A—放气孔 B—进油孔

工作缸活塞直径为22.2mm，主缸活塞直径为19.05mm。由于前者略大于后者，故液压系统稍有增力作用，以补偿液流通道的压力损失。当迅速放松离合器踏板时，踏板复位弹簧通过主缸推杆使主缸活塞较快右移，而由于油液在管路中流动有一定阻力，流动较慢，使活塞左面形成一定的真空度。在左、右压力差的作用下，少量油液通过进油孔经过主缸活塞的止回阀流到左面。当原先已由主缸压到工作缸去的油液又流回到主缸时，由于已有少量补偿油液经止回阀流入，故总油量过多。这多余的油液即从补偿孔A流回储液罐。当液压系统中因漏油或因温度变化引起油液的容积变化时，就会借补偿孔A适时地使整个油路中油量得到适当的增减，以保证正常油压和液压系统工作的可靠性。

目前，欧洲开始流行将离合器的分泵直接和分离轴承集成在一起，成为同心式分缸（Concentric Slave Cylinder，CSC），如图2-16所示。同心式分缸的主要优点是，简化了离合器操纵传动的组装，可在一个紧凑的分缸单元里集成多种功能，如尖峰转矩限制功能（即在分缸内有一开闭式流道，能随时改变流道大小，在离合器分离时可使液流变慢增加接合时间，而分离时却毫无阻力）和踏板阻尼功能（减小操纵系统工作时踏板的振动）等。

把CSC通过轴承直接安装在离合器盖上，如图2-17和图2-18所示，这不仅可使发动机曲轴在离合器分离时免受轴向力作用，还可减轻曲轴发生轴向运动时引发的转矩波动，以免造成离合器接合时的抖动。

图2-16 同心式分缸布置图

1—离合器总成 2—同心式液压分缸（和分离轴承集成一体） 3—主缸储液罐 4—离合器踏板 5—液压主缸 6—变速器输入轴 7—管路

图2-17 离合器和CSC组合模件

1—供油管（保障定向阻尼）力矩 2—轴向定位器 3—从离合器盖延伸出的座体

6.气压助力式操纵机构

气压助力式离合器操纵机构一般是利用由发动机带动的空气压缩机作为主要的操纵能源，驾驶人的肌体则作为辅助的和后备的操纵能源。由于包括空气压缩机、储气罐在内的一整套压缩空气源，结构复杂，所以单为离合器操纵机构设置整套能源系统是不适宜的，一般都是与汽车的气压制动系及其他气动设备共用一套压缩空气源。

（1）结构 东风系列载货车多采用液压操纵、气压助力形式，它主要由储液罐、离合器主缸、离合器助力器组成，如图2-19所示。

图2-18 CSC组合模件剖开图

1—轴承（无需自动定心） 2—轴承座 3—防尘罩

图2-19 离合器

1—储油罐 2—飞轮 3—从动盘 4—压盘 5—离合器盖 6—膜片弹簧 7—分离轴承 8—分离套筒 9—储气筒 10—气管 11—助力器 12、18—油管 13—分离臂 14—分离叉轴 15—分离叉 16—踏板 17—主缸

（2）新型离合器助力器 如图2-20所示，进气口连接储气罐，进油口连接离合器主缸，推杆1与离合器相连。

当未踩离合器踏板时，控制活塞腔内的油压较低，在回位弹簧9的作用下控制活塞处于最后端，此时阀门10的进气口关闭，排气口开启。动力缸与大气相通，无压缩空气助力。

当踏下离合器踏板时，主缸的液压油推动活塞6向前移动，同时液压油作用在控制活塞8上，控制活塞向前移动，阀门10的排气口关闭，进气口打开，压缩空气进入动力缸内并作用在动力活塞3上，动力活塞将气压助力传给活塞6。推动推杆1向前移动，离合器分离。

当离合器踏板停在某一位置时，液压缸内产生的油压一定，由于压缩空气同时还作用在控制活塞上，当控制活塞所受的气压作用力与液压作用平衡时，控制活塞将在回位弹簧9的作用下向后移动，阀门10的进气口将关闭，同时排气口仍关闭，因此动力缸的气压稳定，气压助力的大小确定，即助力器推杆输出推力与踏板行程呈线性关系，它具有随动性。

当松开离合器踏板时，液压缸内的油压下降，在回位弹簧的作用下控制活塞向后移动，打开阀门10的排气口，动力缸内的压缩空气经排气口排出，动力活塞和活塞6在回位弹簧2的作用下回位，推杆1回位，离合器接合。

7.离合器操纵系统新进展——变传动比操纵系统

Luk公司近期开发的变传动比操纵系统，能适应发动机转矩达400～500N·m，而踏板力仍能维持在110N·m以下，无需采用任何外源的助力装置，如液压助力。它的基本思路是将离合器分离过程中作用于踏板上的功重新分配：分离开始时分离负荷较小，使系统的传动比减小，增加踏板上的力所做的功；当达到最大分离负荷时，增大系统的传动比，减小了踏板上的最大作用力所做的功。在整个操作中，踏板行程没有变，所做的总功也没有变，但把最大踏板力降下来了，如图2-21所示。

图2-20 新型离合器助力器

1—推杆 2—回位弹簧 3—动力活塞 4—动力缸 5—放气口 6—活塞 7—液压缸 8—控制活塞 9—回位弹簧 10—阀门 11—回位弹簧 12—进气口 13—排气口

改变离合器操纵系统传动比的具体措施有以下两种。

1）用改变主缸直径的办法来改变液压部分的传动比，如图2-22所示。当分缸直径不变时，主缸直径变小，传动比以平方关系变小。这是利用刚性活塞外围橡胶密封圈的压缩变形来适应主缸直径的改变。由于胶圈变形有限，踏板力大约可降7%左右。

2）利用踏板机构实现传动比的变化，其结构如图2-23所示。主缸活塞杆上有两作用点接受来自踏板臂上的作用力，合力最终通过活塞销作用于活塞。踏板臂的支点到合力作用线的垂直距离的变化，反映了传动比的改变。距离大，传动比小，反之则传动比大。这种结构大约可降低30%的踏板力。

图2-21 踏板负荷行程曲线

图2-22 主缸直径变化示意图

图2-23 变传动比的踏板结构

a）外观图 b）小传动比工作 c）大传动比工作

1—滑道 2—滚柱R1 3—滚柱R2 4—合力作用点