CN102452317A - 离合器踏板行程及踏板力的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种离合器踏板行程及踏板力的确定方法，其特征在于：通过分析离合器操纵中间结构与踏板力及踏板行程之间的关系，确定离合器踏板行程及离合器踏板力；所述确定离合器踏板行程包括四个步骤，即：离合器助力缸中心线的确定、离合器助力缸行程的确定、离合器总泵行程的确定以及离合器踏板行程的确定；所述确定离合器踏板力包括两个步骤，即：分离行程终点的踏板力的确定以及离合器助力缸换向阀打开之前的踏板力确定。本发明能够很好地确定液压操纵气助力装置的离合器踏板行程及踏板力，能保证离合器踏板行程及踏板力在合理范围内，符合实际应用的情况。

Description

离合器踏板行程及踏板力的确定方法

技术领域

本发明涉及一种离合器，具体地说，涉及的是一种离合器踏板行程及踏板力的确定方法。

背景技术

目前，重型汽车上应用的离合器操纵装置主要有机械操纵气助力和液压操纵气助力两种结构形式。其中，液压操纵气助力结构具有摩擦阻力小、布置方便、接合柔和、效率高和工作可靠等优点，因此，得到广泛应用。

离合器液压操纵气助力装置主要由离合器踏板、油罐、液压总泵、高低压油管、离合器助力缸、分离摇臂和拨叉等构件组成。其操纵结构的设计主要包括离合器踏板行程和踏板力确定，要求踏板力小，踏板总行程也不宜过大，一般为80～150mm，最大不超过180mm。踏板行程和踏板力的大小由中间助力机构及杠杆机构决定，离合器操纵机构中间机构设计中应保证离合器踏板行程及踏板力在合理范围内。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供一种离合器踏板行程及踏板力的确定方法，能够很好地确定液压操纵气助力装置的离合器踏板行程及踏板力。

为实现上述的目的，本发明所述的离合器踏板行程及踏板力的确定方法，通过分析离合器操纵中间结构与踏板力及踏板行程之间的关系，确定离合器踏板行程及离合器踏板力；

所述确定离合器踏板行程包括四个步骤，即：离合器助力缸中心线的确定、离合器助力缸行程的确定、离合器总泵行程的确定以及离合器踏板行程的确定；

所述确定离合器踏板力包括两个步骤，即：分离行程终点的踏板力的确定以及离合器助力缸换向阀打开之前的踏板力确定。

进一步的，所述离合器踏板行程的确定，最终由离合器分离行程及中间机构决定。因此，离合器踏板的确定应遵循从后向前的确定过程，即先确定离合器分离行程。

进一步的，所述确定离合器助力缸中心线的原则：找出分离摇臂摆角的中间位置，保证离合器助力缸推杆与分离摇臂垂直，从而保证离合器助力缸推杆在整个行程中与离合器助力缸中心线的摆动角度尽可能小，以减小摩擦阻力和总行程。

进一步的，所述离合器助力缸行程的确定，其中离合器助力缸的行程由离合器分离行程、分离轴承间隙、离合器最大磨损量及杠杆比b/a确定，确定基准是分离摇臂的中间位置。

离合器在正常压紧状态时，离合器助力缸分离行程(包括分离轴承间隙)为l1，其中克服离合器分离轴承间隙所用行程为l0，在离合器最大磨损量时，离合器助力缸推杆顶点行程为l2，因此，离合器助力缸的总行程为l1+l2。

进一步的，所述离合器总泵行程的确定，根据离合器总泵与离合器助力缸的结构形式，离合器总泵的行程由离合器助力缸的行程和空程、控制离合器助力缸进气换向阀的行程组成。

进一步的，所述离合器踏板行程的确定，其中离合器踏板沿着踏板大臂作圆周运动，踏板大臂与踏板小臂围绕踏板轴同步旋转，是个连杆结构。因此，确定踏板行程的关键是求踏板小臂的摆角及确定离合器总泵的安装位置(总泵中心线)。总泵安装位置与离合器助力缸位置的确定方法相似。

进一步的，所述离合器助力缸换向阀打开之前，踏板力与踏板回位弹簧力、总泵缸径及打开离合器助力缸换向阀所需液压有关，踏板回位弹簧力可调整的空间较小，因此，踏板力的调整可通过改变总泵缸径或离合器助力缸回位弹簧力来实现。

踏板力设计的最终目的是使最大踏板力在容许范围内，同时还应保证2个踏板力极点相近，避免踏板力大幅波动；气助力起作用后仍然要有踏板力，以保证“路感”。

采用本发明上述的设计方法，能够很好地确定液压操纵气助力装置的离合器踏板行程及踏板力，离合器操纵机构中间机构设计中能保证离合器踏板行程及踏板力在合理范围内，符合实际应用的情况。

附图说明

图1为离合器助力缸行程示意图。

图2为离合器总泵与离合器助力缸的结构原理图。

图3为离合器踏板行程示意图。

图4为液压气助力的离合器操纵装置结构形式图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的解释，但是以下的内容不用于限定本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例提供一种离合器踏板行程及踏板力的确定方法，通过分析离合器操纵中间结构与踏板力及踏板行程之间的关系，确定离合器踏板行程及离合器踏板力。具体包括如下具体操作过程：

1离合器踏板行程的确定

离合器踏板行程最终由离合器分离行程及中间机构决定。因此，离合器踏板的确定应遵循从后向前的确定过程，即先确定离合器分离行程。

1.1离合器助力缸中心线的确定

离合器助力缸中心线决定离合器助力缸的安装位置以及离合器助力缸推杆的受力情况。确定离合器助力缸中心线的原则：找出分离摇臂摆角的中间位置，保证离合器助力缸推杆与分离摇臂垂直，从而保证离合器助力缸推杆在整个行程中与离合器助力缸中心线的摆动角度尽可能小，以减小摩擦阻力和总行程。

根据离合器分离行程z、分离轴承间隙Δ及离合器磨损量y可得出离合器分离拨叉的摆角β，即分离摇臂的摆角，从而确定离合器助力缸的中心线位置(见图1)。

1.2离合器助力缸行程的确定

离合器助力缸的行程由离合器分离行程、分离轴承间隙、离合器最大磨损量及杠杆比b/a确定，确定基准是分离摇臂的中间位置。确定公式如下：

l₁＝l-[lcosθ₁-bsin(β/2)]＝bsin(β/2)-

l(1-cosθ₁)                                    (1)

l₂＝bsin(β/2)+lcosθ₂-l＝bsin(β/2)-

l(1-cosθ₂)                                    (2)

${\mathrm{\θ}}_1={\mathrm{\θ}}_2=\arcsin \left\{\frac{b[1-\cos (\mathrm{\β}/2)]}{l}\right\}---\left(3\right)$

$\mathrm{\β}=\arcsin \frac{x}{a}+\arcsin \frac{y}{a}+\arcsin \frac{\mathrm{\Δ}}{a}---\left(4\right)$

l_D＝l-(lcosθ₀-bsinγ)＝bsinγ+

l(1-cosθ₀)                                    (5)

${\mathrm{\θ}}_0=\arcsin \left[\frac{b(1-\cos \mathrm{\γ})}{l}\right]---\left(6\right)$

$\mathrm{\γ}=\frac{\mathrm{\β}}{2}-\arcsin \frac{y}{a}---\left(7\right)$

式中：l为助力缸推杆长度；l₀、l₁、l₂分别为离合器正常压紧状态、分离状态、最大磨损量时，离合器助力缸推杆顶点相对于基准位置的行程；θ₀、θ₁、θ₂分别为离合器正常压紧状态、分离状态、最大磨损量时，离合器助力缸推杆与离合器助力缸中心线的夹角；α、β、γ分别为分离拨叉与分离摇臂之间的夹角、离合器正常压紧状态时分离摇臂与基准位置分离摇臂的夹角、离合器分离拨叉的摆角。

由上述确定可以看出，离合器在正常压紧状态时，离合器助力缸分离行程(包括分离轴承间隙)为l₁，其中克服离合器分离轴承间隙所用行程为l₀，在离合器最大磨损量时，离合器助力缸推杆顶点行程为l₂，因此，离合器助力缸的总行程为l₁+l₂。

1.3离合器总泵行程的确定

根据离合器总泵与离合器助力缸的结构形式(见图2)，离合器总泵的行程由离合器助力缸的行程和空程、控制离合器助力缸进气换向阀的行程组成。确定公式如下：

$D_1=(s_3+l_1)d_2^2/d_1^2---\left(8\right)$

$D_2=s_4{d}_4^2/d_1^2---\left(9\right)$

$s_1=(s_3+l_1)d_2^2/d_1^2+s_4{d}_4^2/d_1^2---\left(10\right)$

式中：D₁为由离合器助力缸行程与空程决定的总泵行程；D₂为打开离合器助力缸换向阀的总泵行程；S₁为离合器总泵的总行程；S₃为离合器助力缸的空程；S₄为离合器助力缸换向阀的行程；d₁、d₂、d₄分别为离合器总泵活塞直径、离合器助力缸活塞直径、换向阀活塞直径。

1.4离合器踏板行程的确定

由图3可以看出，离合器踏板沿着踏板大臂作圆周运动，踏板大臂与踏板小臂围绕踏板轴同步旋转，是个连杆结构。因此，确定踏板行程的关键是求踏板小臂的摆角及确定离合器总泵的安装位置(总泵中心线)。总泵安装位置与离合器助力缸位置的确定方法相似，这里不再赘述。

图3中分别画出了踏板小臂摆角的中间位置(基准位置)、最前点和最后点。离合器踏板行程确定公式如下：

踏板小臂摆角

$\mathrm{\δ}=2\arcsin \frac{s_0+s_1}{2c}---\left(11\right)$

踏板总行程(含自由行程)

s＝fδ                                (12)

踏板自由行程

$s^o=\frac{s_0+(\mathrm{\Δb}/a+s_3)d_2^2/d_1^2+s_4{d}_4^2/d_1^2}{c}---\left(13\right)$

式中：s₀为离合器总泵的空程；c为踏板小臂的长度；f为踏板大臂的长度。

2离合器踏板力的确定

踏板力为操纵系统提供液压控制力，克服离合器助力缸换向阀回位弹簧力而将气阀打开，控制压缩空气由气阀进入，液压与气压共同作用推动离合器助力缸活塞及推杆，实现离合器的分离。

从行程确定中可看出，踏板力在分离行程终点时达到一个极点，此时不仅要克服离合器的分离力，系统中的回位弹簧力也达到最大，踏板小臂与离合器助力缸推杆及总泵推杆与分离摇臂的夹角偏离垂直位置最远，处于受力最恶劣的情况；踏板力的另一个极点出现在离合器助力缸换向阀打开前，这时踏板力克服踏板回位弹簧力，关闭总泵进油口，使油压升高，另外还要克服换向阀回位弹簧力，打开气阀使助力起作用。下面对这两种情况分别进行确定。

2.1分离行程终点的踏板力确定

离合器踏板力

$F=\frac{F_{5}c\cos (\mathrm{\ω}-\mathrm{\π}/2)}{f}---\left(14\right)$

踏板小臂的推力

$F_5=\frac{F_3}{\cos (\mathrm{\δ}/2)}---\left(15\right)$

离合器助力缸推杆推力

$F_2=\frac{F_1}{\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\β}/2-\mathrm{\π})}---\left(17\right)$

分离摇臂所受的力

$F_1=\frac{T}{\cos (\mathrm{\β}/2)}\·\frac{a}{b}---\left(18\right)$

离合器总泵推杆推力

式中：F₄为回位弹簧的弹力；T为分离拨叉的推力；P_气为离合器助力缸内大气压力；P_液为离合器助力缸内高压油压力。

由式(14)～(20)可以看出，分离行程终点的踏板力与多个参数有关，可以通过调整部分参数使踏板力在合适的范围内。

2.2离合器助力缸换向阀打开之前的踏板力确定

离合器踏板力

式中：P_液为打开离合器助力缸换向阀所需要的液压；F₆为踏板回位弹簧力。

离合器助力缸换向阀打开之前，踏板力与踏板回位弹簧力、总泵缸径及打开离合器助力缸换向阀所需液压有关，踏板回位弹簧力可调整的空间较小，因此，踏板力的调整可通过改变总泵缸径或离合器助力缸回位弹簧力来实现。

踏板力的最终目的是使最大踏板力在范围内，同时还要保证2个踏板力极点相近，避免踏板力大幅波动；气助力起作用后仍然要有踏板力，以保证“路感”。

3实例验证

某公司生产的车型大部分采用液压气助力的离合器操纵装置，结构如图4所示。表1对现用操纵的踏板力及踏板行程与采用前述理论确定所得到的结果进行对比。从表1可以看出，现用操纵与理论分析结果基本一致，从而验证了理论确定方法的有效性。

表1实例验证对比结果

Claims (8)

1.一种离合器踏板行程及踏板力的确定方法，其特征在于：通过分析离合器操纵中间结构与踏板力及踏板行程之间的关系，确定离合器踏板行程及离合器踏板力；

所述确定离合器踏板行程包括四个步骤，即：离合器助力缸中心线的确定、离合器助力缸行程的确定、离合器总泵行程的确定以及离合器踏板行程的确定；

所述确定离合器踏板力包括两个步骤，即：分离行程终点的踏板力的确定以及离合器助力缸换向阀打开之前的踏板力确定。

2.根据权利要求1所述的离合器踏板行程及踏板力的确定方法，其特征在于：所述离合器踏板行程的确定，最终由离合器分离行程及中间机构决定，离合器踏板的确定遵循从后向前的确定过程，即先确定离合器分离行程。

3.根据权利要求1所述的离合器踏板行程及踏板力的确定方法，其特征在于：所述确定离合器助力缸中心线的原则：找出分离摇臂摆角的中间位置，保证离合器助力缸推杆与分离摇臂垂直，从而保证离合器助力缸推杆在整个行程中与离合器助力缸中心线的摆动角度尽可能小，以减小摩擦阻力和总行程。

4.根据权利要求1所述的离合器踏板行程及踏板力的确定方法，其特征在于：所述离合器助力缸行程的确定，其中离合器助力缸的行程由离合器分离行程、分离轴承间隙、离合器最大磨损量及杠杆比确定，确定基准是分离摇臂的中间位置。

5.根据权利要求1所述的离合器踏板行程及踏板力的确定方法，其特征在于：所述离合器在正常压紧状态时，离合器助力缸分离行程为l₁，其中克服离合器分离轴承间隙所用行程为l₀，在离合器最大磨损量时，离合器助力缸推杆顶点行程为l₂，则，离合器助力缸的总行程为l₁+l₂。

6.根据权利要求1所述的离合器踏板行程及踏板力的确定方法，其特征在于：所述离合器总泵行程的确定，根据离合器总泵与离合器助力缸的结构形式，离合器总泵的行程由离合器助力缸的行程和空程、控制离合器助力缸进气换向阀的行程组成。

7.根据权利要求1所述的离合器踏板行程及踏板力的确定方法，其特征在于：所述离合器踏板行程的确定，其中离合器踏板沿着踏板大臂作圆周运动，踏板大臂与踏板小臂围绕踏板轴同步旋转，是个连杆结构，因此，确定踏板行程的关键是求踏板小臂的摆角及确定离合器总泵的安装位置即总泵中心线，总泵安装位置与离合器助力缸位置的确定方法相似。

8.根据权利要求1所述的离合器踏板行程及踏板力的确定方法，其特征在于：所述离合器助力缸换向阀打开之前，踏板力与踏板回位弹簧力、总泵缸径及打开离合器助力缸换向阀所需液压有关，踏板回位弹簧力可调整的空间较小，因此，踏板力的调整可通过改变总泵缸径或离合器助力缸回位弹簧力来实现。

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