汽車離合器的案例
CAE仿真對汽車零部件的仿真分析（一）離合器拉力強度分析
汽車行業是一個高速發展的行業，其競爭也日趨激烈，在這種情況下，新產品推出的速度也越來越快，這也對行業的CAE應用提出了越來越高的要求。CAE技術為汽車行業的高速發展提供了具有中心價值地位的技術保障，可以為企業帶來巨大的技術經濟效益。
本月有限元科技將與大家一起分享CAE仿真對汽車離合器、喇叭、空調出風口、儀表盤、汽車座椅等各個零部件的仿真分析案例。
汽車離合器的熱應力和熱變形是汽車行業在可靠性設計中所關心的最基本的問題，通過CAE仿真指出汽車在高溫和相互作用力的條件下產生的集中應力和變形等。仿真數據為汽車離合器產品的全生命周期設計和評估提供重要的參考依據，在汽車產品設計過程中提高可靠性、降低產品的損壞率、壓縮成本方面起到了顯著的作用。下面我們通過一個案例對汽車離合器拉力強度進行分析。
案例分析：
飛輪完全固定，飛輪和摩擦片之間間隙0.35mm，為簡化計算，案例中不考慮盤轂的扭矩以及所有接觸面之間的摩擦，飛輪設置為剛體。
將所有螺絲連接簡化成耦合，將所有接觸面設定為通用接觸，固定住離合器蓋，然后在膜片彈簧局部施加約1200N向外的推力，壓盤將推動摩擦片和從動輪向飛輪方向移動，移動超過0.35mm之后，摩擦片將和飛輪擠壓在一起，計算此時膜片彈簧以及其他零部件的應力以及變形狀況。
展開 汽車離合器殼體破裂成因的數字仿真研究
汽車離合器殼體破裂成因的數字仿真研究
汽車離合器殼體破裂成因數字仿真研究.part1.rar
汽車離合器殼體破裂成因數字仿真研究.part2.rar
CAE仿真對汽車零部件的仿真分析（二）離合器熱應力分析
離合器是車輛傳動系統的重要組成部分，作為傳動系統重要組成部分的離臺器擔負著傳力、減振和防止系統過載等十分重要的作用。最近聽到一些朋友說在駕駛汽車時經常會遇到離合器分離不徹底、打滑、異響、發抖、喪失傳動能力等問題。近年來，隨著車輛技術的進步和汽車行駛速度的提高，對離合器技術的要求也越來越高。
汽車離合器的熱應力和熱變形是汽車行業在可靠性設計中所關心的最基本的問題，通過CAE仿真指出汽車在高溫和相互作用力的條件下產生的集中應力和變形等。仿真數據為汽車離合器產品的全生命周期設計和評估提供重要的參考依據，在汽車產品設計過程中提高可靠性、降低產品的損壞率、壓縮成本方面起到了顯著的作用。下面我們通過一個案例對汽車離合器熱應力進行分析。
案例分析工況：
將壓盤和摩擦片之間連接簡化成綁定，兩個摩擦片的金屬部分螺栓連接簡化為耦合連接，摩擦片金屬部分和從動軸之間的螺栓連接簡化成耦合連接，固定住耦合點。將整個模型由初始溫度20℃升溫到120℃，計算升溫后模型各部件的熱應力和變形情況。
分析結果—應力云圖：
從結果云圖上看，受熱之后，壓盤熱應力最大位置位于壓盤前表面，摩擦片最大熱應力位于兩摩擦片之間的面。
分析結果—變形量云圖：
從結果云圖上看，位移變形量較大的地方發生在壓盤邊緣，最大變形量為0.04595mm。
展開 汽車離合器熱力耦合CAE仿真實例(一)
汽車離合器熱力耦合CAE仿真實例(一)
前言：
汽車離合器的熱應力和熱變形是汽車行業在可靠性設計中所關心的最基本的問題，通過CAE仿真指出汽車在高溫和相互作用力的條件下產生的集中應力和變形等。仿真數據為汽車離合器產品的全生命周期設計和評估提供重要的參考依據，在汽車產品設計過程中提高可靠性、降低產品的損壞率、壓縮成本方面起到了顯著的作用。
案例背景：
客戶委托，需要分析汽車離合器在工作情況下，部分零部件在高溫和相互作用力的條件下，集中產生的應力以及變形情況，分析這些應力和變形是否會導致產品不可靠甚至失效。為簡化分析情況，小編將熱應力和拉力強度分析分別單獨進行分析，并將結果直觀地展示出來，讓您對產品有更深的了解。
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汽車離合器知識2
診斷與排除：檢查汽車離合器踏板自由行程，如果自由行程過大則進行調整，對于液壓操縱機構檢查是否貯液罐油量不足或管路中有空氣并進行必要的排除；檢查分離杠桿內端高度，如果分離杠桿太低或不在同一平面，則進行調整，否則檢查從動盤裝反，如果都沒問題則繼續檢查；檢查從動盤是否翹曲變形鉚釘脫落，從動盤是否軸向運動卡帶如果是則進行更換或修理。
市場前景
前瞻產業研究院發布的《中國離合器制造行業市場需求預測與投資戰略規劃分析報告》顯示，到了2013年末，我國車輛和駕駛人依然保持快速增長，至2013年底，全國機動車數量突破2.5億輛，機動車駕駛人近2.8億人。其中，汽車達1.37億輛，扣除報廢量，增加1651萬輛，增長了13.7%；汽車駕駛人2.19億人，扣除注銷量，增加1844萬人，增長了9.2%。
從汽車駕駛新手來看，2013年增加了近2000萬人的規模。而在汽車駕駛新手上，“先離后剎”的現象非常普遍，這樣使得汽車或者機動車的離合器損耗加快，壽命縮短。前瞻發布的離合器制造行業報告顯示，我國離合器行業除了在汽車制造行業中擁有較大的市場的外，汽車后市場也是離合器的重要市場領域。
在汽車維修行業，汽車維修成本主要有人、機、料三方面。人是指人工方面的成本；機是指設備等固定資產；料即維修中使用的工具、備件等消耗品。汽車維修行業成本支出主要組成由原材料成本、人力成本、能源成本以及其他成本（主要是固定設備成本），其中原材料成本和人力成本占據了大頭，累計占比約在90%左右。其中原材料成本占整個維修過程成本的50%以上。作為汽車維修中最經常需要替換的原材料之一，離合器的更換需求將隨著駕駛新手的增多而迅速增長。
保養
盡量1檔起步，并在開車過程中減少半離合狀態出現。使用時應將離合器踏板踩到底，使用后完全松開，以保證離合器分離徹底和結合可靠。減少離合器盤和片不必要的摩擦。
展開 1600 噸汽車空調電磁離合器帶輪板鍛成形線
圖6 冷擠皮帶輪坯
圖7 熱鍛和板鍛生產的鍛件金相圖及金屬流線
圖8 板鍛皮帶輪試驗結果
圖9 熱鍛皮帶輪試驗結果
皮帶輪的高張力試驗
汽車空調電磁離合器的功能是控制發動機與壓縮機之間的動力聯系，是一個動力傳遞裝置，其采用通電結合的方式，力矩從主動側傳到被動側，實現機械傳動系統的功能傳遞，是汽車關鍵零部件之一。其工作原理是：電磁線圈固定在壓縮機外殼上，驅動盤與壓縮機的主軸相連接，皮帶輪通過軸承安裝在壓縮機的外殼上，可以自由轉動。當電源接通時，電磁離合器將發動機的動力傳遞給壓縮機主軸，使壓縮機處于工作狀態；當電源斷開時，電磁離合器便切斷壓縮機與發動機的聯系，使壓縮機停止工作。從汽車空調電磁離合器的工作原理中可以看出，皮帶輪主要是受轉速和摩擦力的影響。因此為充分驗證熱鍛皮帶輪和板鍛皮帶輪的強度，現將熱鍛皮帶輪和板鍛皮帶輪在同一工況下進行張力試驗。
試驗工況：加載載荷3578N，轉速6000rpm，運轉次數1000 萬次，測試件數量為熱鍛皮帶輪2 件，板鍛皮帶輪2 件。
經張力試驗后的板鍛皮帶輪和熱鍛皮帶輪如圖8、圖9 所示，經過1000 萬次運轉后，在顯微鏡下觀察，發現2 件熱鍛皮帶輪(3# 和4#) 的橋部出現微小的細微裂紋，而在對2件板鍛皮帶輪(1#和2#)的橋部進行觀察時未發現任何裂紋。由板鍛皮帶輪和熱鍛皮帶輪的張力試驗可知：板鍛皮帶輪橋部的強度遠遠要高于熱鍛皮帶輪橋部的強度，因此可以斷定板鍛皮帶輪的強度要高于熱鍛皮帶輪的強度。
結束語
依據客戶產品工藝升級以及提高生產效率的需求，我司將冷鍛技術作為汽車電磁空調離合器帶輪生產的首選，并實現了汽車電磁空調離合器帶輪的自動化生產，取得了良好的效果。
——來源：《鍛造與沖壓》2021年第9期
展開 汽車離合器熱力耦合CAE仿真實例(二)
汽車離合器熱力耦合CAE仿真實例(二)
模型建立：
去除其他零件，僅保留壓盤/摩擦片，然后對整個模型施加一個溫度場變化；
將壓盤和摩擦片之間連接簡化成綁定，兩個摩擦片的金屬部分螺栓連接簡化為耦合連接，摩擦片金屬部分和從動軸之間的螺栓連接簡化成耦合連接，固定住耦合點；
將整個模型由初始溫度20℃升溫到120℃，計算升溫后模型各部件的熱應力和變形情況。
分析結果：
應力云圖：
從結果云圖上看，受熱之后，壓盤熱應力最大位置位于壓盤前表面，摩擦片最大熱應力位于兩摩擦片之間的面。
變形量云圖
從結果云圖上看，位移變形量較大的地方發生在壓盤邊緣，最大變形量為0.04595mm。
位移變形云圖-X方向：
位移變形云圖-Y方向：
位移變形云圖-Z方向：
結果匯總：
摩擦片和壓盤最大熱應力以及熱變形總結如下表：
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展開 汽車上的離合器有什么作用？它是如何工作的？
現在更多人考慮自動擋的汽車，是不希望在上下班擁堵道路上不停的踩離合器。其實，汽車都是有離合器的，只是存在形式不同而已，這次我們就說說汽車離合器。
離合器位于發動機和變速箱之間的飛輪殼內，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平面上，離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。
在汽車行駛過程中，駕駛員可根據需要踩下或松開離合器踏板，使發動機與變速箱暫時分離和逐漸接合，以切斷或傳遞發動機向變速器輸入的動力。
它的作用是使發動機與變速器之間能逐漸接合，從而保證汽車平穩起步；暫時切斷發動機與變速器之間的聯系，以便于換檔和減少換檔時的沖擊；當汽車緊急制動時能起分離作用，防止變速器等傳動系統過載，從而起到一定的保護作用。
離合器分為三個工作狀態，即踩下離合器的不連動，不踩下離合器的全連動，以及部分踩下離合器的半連動。
當車輛起步時，司機踩下離合器，離合器踏板的運動拉動壓盤向后靠，也就是壓盤與摩擦片分離，此時壓盤與飛輪完全不接觸，也就不存在相對摩擦。
當車輛在正常行駛時，壓盤是緊緊擠靠在飛輪的摩擦片上的，此時壓盤與摩擦片之間的摩擦力最大，輸入軸和輸出軸之間保持相對靜摩擦，二者轉速相同。
最后一種是離合器的半連動狀態，壓盤與摩擦片的摩擦力小于全連動狀態。此時，離合器壓盤與飛輪上的摩擦片之間是滑動摩擦狀態，飛輪的轉速大于輸出軸的轉速，從飛輪傳輸出來的動力部分傳遞給變速箱。
展開 通用汽車申"線控離合器"系統專利 簡化換擋操作
核心提示：手動變速箱內的離合器系統是很少會被創新的系統之一。有時制造商們會對它進行徹底改造，但此類情況很少見。但據外媒報道，近日，通用汽車（GM）申請了一項專利技術，名為“線控離合器”系統，該系統基本上使用一個伺服和一個電位計（現代發動機中的電位計）來操作車輛的離合器。
蓋世汽車訊 手動變速箱內的離合器系統是很少會被創新的系統之一。有時制造商們會對它進行徹底改造，但此類情況很少見。但據外媒報道，近日，通用汽車（GM）申請了一項專利技術，名為“線控離合器”系統，該系統基本上使用一個伺服和一個電位計（現代發動機中的電位計）來操作車輛的離合器。
離合器通常用于將汽車發動機與其手動變速箱聯接或分離，以便駕駛員可以換擋。在傳統的離合器系統中，離合器踏板通過兩種方法之一連接到離合器。一些較舊的車型會使用電纜將離合器踏板連接到離合器。大多數其他汽車會使用一個連接到液壓主缸的離合器踏板，然后將利用流體壓力來驅動變速箱本身自帶的從動缸。
兩種系統都有缺點。電纜離合器通常需要駕駛員出許多力才能將其啟動，并且電纜使用時間長的話就需要不斷調整。雖然液壓離合器無需調整，但是隨著元件和制動液使系統中的橡膠密封件退化，液壓離合器會發生泄漏。而此類通用汽車提出的電力離合器（electronic clutch）就可解決上述問題。
由于通用汽車提出的電力離合器系統只需將幾根連接到踏板電線連接到從動缸，工程師就可將離合器放置到駕駛員希望放置的位置，因此，此系統將為汽車帶來很多益處，也簡化了駕駛員的換擋操作。
展開 一個小小的離合器，沒想到結構會如此復雜
我們之前談到了雙離合、雙片離合器、雙質量飛輪離合器的區別。但是在評論區里，我看到有幾位卡友依然會把這幾個概念搞混。恰巧，我本科畢業設計做得就是重卡離合器設計（雖然我做得非常水），但多少了解過一些東西，所以這一期咱們就來單獨聊一聊離合器。
離合器的發展
早期的汽車離合器其實是來自其它的機械設備。有資料表示，第一代的離合器是一種平面皮帶（個人推斷應該是小摩托車上的那種離心式離合器）。但是皮帶的傳動效率太低、磨損非常嚴重，尤其到了雨天，動力傳遞更是容易出現問題。隨著變速箱擋位增加，離合器還要不斷承受更大的扭矩，于是人們就發明了各種各樣的離合器，其中就包括現代離合器的先驅——基于摩擦原理的離合器。
由于離合器需要在分離和結合之間進行切換，因此彈簧肯定是必不可少的原件。駕齡較長的卡友都知道，以前的卡車離合器采用的都是螺旋彈簧，有的放在中間，有的分布在外圈。而現在的離合器里邊并沒有這些彈簧，而是換成了一組帶有爪子的盤子。
其實，這些爪子也是一種彈簧，它叫做“膜片彈簧”。
膜片彈簧離合器誕生于1936年通用汽車的研究室里，并在1930年代后期在美國大批量生產。1950年代中期開始應用在一些單一的歐洲車型上。保時捷356，寶馬700和DKW Munga是第一批配備了膜片彈簧離合器的德國制造的汽車。膜片彈簧離合器大批量生產始于1965年的歐寶Rekrod車型。
在過去的幾年中，膜片彈簧離合器的品種已經能全面覆蓋國內重、中、輕、轎、微及農用等車型需求。那么，為什么不用螺旋彈簧而用膜片彈簧呢？
膜片彈簧——更舒服更可靠
大家都知道，螺旋彈簧壓得越緊，彈力就越大——也就是說，離合器踏板踩得越深越費勁。
展開 汽車離合器知識1
離合器位于發動機和變速箱之間的飛輪殼內，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平面上，離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。在汽車行駛過程中，駕駛員可根據需要踩下或松開離合器踏板，使發動機與變速箱暫時分離和逐漸接合，以切斷或傳遞發動機向變速器輸入的動力。離合器是機械傳動中的常用部件，可將傳動系統隨時分離或接合。對其基本要求有:接合平穩，分離迅速而徹底;調節和修理方便;外廓尺寸小;質量小;耐磨性好和有足夠的散熱能力;操作方便省力，常用的分為牙嵌式與摩擦式兩類。
定義
離合器安裝在發動機與變速器之間，是汽車傳動系中直接與發動機相聯系的總成件。通常離合器與發動機曲軸的飛輪組安裝在一起，是發動機與汽車傳動系之間切斷和傳遞動力的部件。汽車從起步到正常行駛的整個過程中，駕駛員可根據需要操縱離合器，使發動機和傳動系暫時分離或逐漸接合，以切斷或傳遞發動機向傳動系輸出的動力。它的作用是使發動機與變速器之間能逐漸接合，從而保證汽車平穩起步；暫時切斷發動機與變速器之間的聯系，以便于換檔和減少換檔時的沖擊；當汽車緊急制動時能起分離作用，防止變速器等傳動系統過載，從而起到一定的保護作用。
離合器類似于開關，接合或斷離動力傳遞作用，因此，任何形式的汽車都有離合裝置，只是形式不同而已。
原理
對于手動擋的車型而言，離合器是汽車動力系統的重要部件，它擔負著將動力與發動機之間進行切斷與連接的工作。在城市道路或者復雜路段駕駛時，離合器成了我們使用最頻繁的部件之一，而離合器運用的好壞，直接體現了駕駛水平的高低，也起到了保護車輛的效果。如何正確使用離合器，掌握離合器的原理以在特殊情況下利用離合器來解決問題，是每個駕駛手動擋車型的車友都應該掌握的。
所謂離合器，顧名思義就是說利用“離”與“合”來傳遞適量的動力。
展開 
離合器片，也稱為摩擦盤，是車輛離合器系統中的關鍵部件
離合器片，也稱為摩擦盤，是車輛離合器系統中的關鍵部件，用于將動力從發動機傳輸到變速箱。它旨在平穩地將發動機動力與傳動系統接合和斷開，從而實現換擋，并防止車輛靜止時發動機熄火。
基于電控超越離合器的AMT起步過程研究
通過比較，無論是仿真結果還是實測結果，楔合時間均小于同等工況下超越離合器的楔合時間，說明該電控超越離合器可以達到對楔合時間的設計要求。
圖3 電控超越離合器楔合時間和解楔時間與轉速的對應關系圖
2 汽車起步過程離合器模糊控制研究
2.1 起步過程離合器動力特性分析
汽車的起步過程就是主離合器接合的過程，可以分為消除空行程、傳遞摩擦扭矩和接合后穩定運行3 個階段。消除空行程階段即無扭矩傳遞階段，主要用于消除摩擦副之間的間隙，本研究重點考慮后2 個階段，從離合器產生摩擦扭矩到離合器主被動端同步，終止滑摩。起步過程的控制目標主要包含起步平順性和離合器滑摩功。
1）平順性指起步過程平穩、沖擊小、舒適感良好，通常用沖擊度j 度量：
其中：k=r/（igi0）
式中：a——汽車加速度，m/s2；
r——車輪行駛半徑，m；
ig——變速箱總傳動比；
i0——差速器傳動比；
Tc——離合器傳遞扭矩，N·m；
Tr——阻力矩，N·m；
J——發動機曲軸、飛輪及離合器主動片系統的當量轉動慣量，kg·m2。
2）滑摩功（W/J）：離合器主從動片接合過程中有相對轉動和摩擦，從而導致摩擦片溫度升高，滑摩功的大小通常能體現出溫度的高低、摩擦片磨損程度的大小。
式中：t0——離合器接合過程所用時間，s；
we——離合器輸入軸轉速，rad/s；
wc——離合器輸出軸轉速，rad/s。
將離合器主、從動部分簡化為阻尼與慣性環節，得到離合器主、從動部分結合過程的動力學方程，如式（3）和式（4）所示。
展開 基于MSC.Marc的中厚板拉深成型過程的數值模擬
圖4為三維造型模具圖和離合器蓋標實際生產裝配后的離合器產品。從結果中看出，有限元數值模擬技術指導模具設計的作用得到了很好的發揮，大大縮短了模具設計周期，減少了試模次數和試模時間，降低了模具設計成本。
6 結論
(1)采用Von-Mises材料屈服準則準確分析了中厚板料的拉深數值模擬；
(2)利用逐級更新的Lagrangian彈塑性材料模型，適合于求解中厚板料沖壓成形這類大變形問題；
(3)有限元模擬方法可以很好地再現板材成型過程。通過與生產實際結果進行對比，采用上述的關鍵技術MSC.Marc軟件能有效模擬中厚板材沖壓成形中的變形及卸載過程。（轉）
展開 汽車行業書籍推薦（機械工業出版社汽車系列叢書）
汽車行業書籍推薦（機械工業出版社汽車系列叢書）：
1.AMT控制技術，作者:劉貽樟出版社:機械工業出版社出版時間:2017年02月
2.現代缸內直噴式汽油機開發（上） 基礎理論、子系統和整機開發，作者:范明強出版社:機械工業出版社出版時間:2019年02月
3.現代缸內直噴式汽油機開發（下） 新技術的開發與應用，作者:范明強出版社:機械工業出版社出版時間:2019年02月
4.汽車變速器理論、設計及應用，作者:陳勇出版社:機械工業出版社出版時間:2018年08月
5.汽車離合器設計與制造，作者:嚴正峰出版社:機械工業出版社出版時間:2018年05月
6.自動變速器行星變速機構方案優選理論與方法，作者:徐向陽出版社:機械工業出版社出版時間:2018年09月
7.汽車靜態感知質量設計與評價，作者:曹渡 著出版社:機械工業出版社出版時間:2019年02月
8.汽車內外飾設計，作者:邱國華出版社:機械工業出版社出版時間:2018年12月
9.自動變速器電控系統及其應用軟件開發技術，作者:徐向陽出版社:機械工業出版社出版時間:2018年10月
10.汽車尺寸工程技術，作者:曹渡 劉永清出版社:機械工業出版社出版時間:2017年06月
11.汽車內外飾設計與實戰手冊，作者:曹渡出版社:機械工業出版社出版時間:2017年09月
12.汽車車身噪聲與振動控制，作者:龐劍 著出版社:機械工業出版社出版時間:2015年04月
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