CN110608238A - 紧凑型离合器和离合器总成 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高离合器内部空间利用率的紧凑型离合器和包括该离合器的离合器总成。该离合器包括离合器盖、杠杆系统、压盘和弹性件，杠杆系统设置在离合器盖与压盘之间，其中，弹性件设置于杠杆系统的远离离合器盖的盖端面的那侧，弹性件的固定端固定于离合器盖，弹性件具有远离固定端的自由端，自由端能与杠杆系统接触，自由端与杠杆系统的接触区域位于压盘与杠杆系统的接触区域的径向外侧，在包括离合器的离合器总成的分离过程中，弹性件始终与杠杆系统互相挤压而对杠杆系统施加朝向盖端面的作用力。弹性件的设置使离合器结构更紧凑、分离杠杆的杠杆比增加、且能在离合器发生磨损后有效降低分离力。

Description

紧凑型离合器和离合器总成

技术领域

本发明涉及离合器领域，尤其涉及以膜片弹簧离合器为代表的摩擦式离合器。

背景技术

在膜片弹簧离合器及包括该膜片弹簧离合器的离合器总成中，膜片弹簧的状态包括以下三种：

(1)初始状态

离合器未与飞轮和从动盘装配，膜片弹簧能在一定范围内相对自由地活动，定义此时膜片弹簧的变形量为零。

(2)结合状态

离合器与飞轮和从动盘装配在一起，离合器盖或设置于离合器盖的内表面的接触部件对膜片弹簧施加压紧力，膜片弹簧发生变形，膜片弹簧的大端与压盘接触处受到来自压盘的反向压力。离合器总成处于结合位置，摩擦片被压紧在飞轮和压盘之间。

(3)分离状态

分离轴承逐渐接近飞轮，膜片弹簧在分离力作用下，继续受压变形，压盘从摩擦片上升起，离合器总成完成分离。

在离合器总成的结合状态，膜片弹簧的变形起到挤压压盘传递转矩的作用；在离合器总成的分离状态，膜片弹簧的变形起到分离杠杆的作用允许压盘与摩擦片分离。为了实现膜片弹簧用作分离杠杆的功能，现有技术中普遍采用的做法如图1所示。

图1示意性地示出了离合器剖面结构的一半，在离合器盖1的盖端面1.2上设置向离合器内部凸出的盖凸台1.1，并在离合器内部靠近盖凸台1.1的位置设置弹性支撑件5。弹性支撑件5的一端固定于离合器盖1上，弹性支撑件5的另一端为悬出端，其向靠近盖凸台1.1的方向延伸。膜片弹簧2被夹持在盖凸台1.1和弹性支撑件5之间，理想状态下，膜片弹簧2、盖凸台1.1和弹性支撑件5的接触点共点于枢转点O₁。在离合器总成分离过程中，枢转点O₁构成分离杠杆的支点。

然而，上述技术方案中弹性支撑件5的设置占据了离合器内部的部分空间，而相应的空间往往还需要安装从动盘上的减振装置等其他结构，这给离合器的内部空间优化带来很大困难；尤其对于安装离心摆式减振装置的离合器总成，为了使减振装置不与弹性支撑件5发生干涉，需要在离合器内部预留更多的空间，这使得离合器体积庞大、内部空间利用率不高。

发明内容

鉴于上述现有技术的状态而做出本发明。

一种紧凑型离合器，其包括离合器盖、杠杆系统、压盘和弹性件，所述杠杆系统设置在所述离合器盖与所述压盘之间，其中，所述弹性件设置于所述杠杆系统的远离所述离合器盖的盖端面的那侧，所述弹性件的固定端固定于所述离合器盖，所述弹性件具有远离所述固定端的自由端，所述自由端能与所述杠杆系统接触，所述自由端与所述杠杆系统的接触区域位于所述压盘与所述杠杆系统的接触区域的径向外侧，在包括所述离合器的离合器总成的分离过程中，所述弹性件始终与所述杠杆系统互相挤压而对所述杠杆系统施加朝向所述盖端面的作用力。

在至少一个实施方式中，所述弹性件的固定端固定到所述离合器盖的外周壁。

在至少一个实施方式中，在所述离合器总成的分离过程的至少部分阶段，所述弹性件为所述杠杆系统提供支撑力使所述杠杆系统与所述离合器盖保持接触。

在至少一个实施方式中，在所述离合器与飞轮和从动盘装配后，所述弹性件受所述杠杆系统的挤压而被加载预紧力。

在至少一个实施方式中，在所述离合器未与飞轮和从动盘装配而处于初始状态时，所述弹性件受所述杠杆系统的挤压而被加载预紧力。

在至少一个实施方式中，在载荷-变形曲线中，所述膜片弹簧的最大可承受载荷对应的变形量与所述弹性件的最大可承受载荷对应的变形量大致相同，在载荷-变形曲线中，在所述膜片弹簧处于预定工作位置时，所述弹性件实际承受的荷载小于所述弹性件的最大可承受载荷。

在至少一个实施方式中，在所述离合器总成完成分离动作后，所述弹性件仍与所述杠杆系统互相挤压而对所述杠杆系统施加作用力。

在至少一个实施方式中，所述弹性件为中空的碟型，所述固定端位于所述弹性件的外周缘，所述自由端位于所述弹性件的内周缘。

在至少一个实施方式中，所述杠杆系统包括碟型膜片弹簧。

一种离合器总成，其包括：根据本发明的紧凑型离合器；飞轮；以及从动盘。

本发明提供了一种提高离合器内部空间利用率的紧凑型离合器。通过在离合器盖内部设置弹性件，弹性件的自由端与杠杆系统的接触区域位于压盘与杠杆系统的接触区域的径向外侧，可以在离合器盖的径向内侧区域留下足够的空间来容纳从动盘的对应结构。

附图说明

图1是一种现有技术的离合器剖面结构的一半的示意图。

图2是根据本发明的一个实施方式的离合器剖面结构的一半的示意图。

图3是根据本发明的一个实施方式中的膜片弹簧2、弹性件6和板簧4所受的载荷与对应变形量的关系的曲线图。

图4是根据本发明的一个实施方式的离合器总成分离过程中某一瞬间膜片弹簧2的受力分析图。

图5是现有技术中离合器总成分离过程中某一瞬间膜片弹簧2的受力分析图。

附图标记说明

1 离合器盖

1.1 盖凸台

1.2 盖端面

1.3 外周壁

2 膜片弹簧

3 压盘

3.1 压盘凸台

4 板簧

5 弹性支撑件

6 弹性件

6.1 固定端

6.2 自由端

O₁、O₂ 枢转点

P 压盘3与膜片弹簧2的接触点

D 膜片弹簧2的载荷-变形曲线

S 弹性件6的载荷-变形曲线

L 板簧4的载荷-变形曲线

X₁ 膜片弹簧2处于最大可承受载荷时的变形量

X₂ 膜片弹簧2处于预定工作位置时的变形量

S₀ 弹性件6的初始状态

D₀ 膜片弹簧2的初始状态

S₁ 弹性件6处于最大可承受载荷时的状态

D₁ 膜片弹簧2被处于最大可承受载荷时的状态

S₂ 弹性件6在膜片弹簧2处于预定工作位置时的状态

S₃ 弹性件6与膜片弹簧2分离的临界状态

D_x 膜片弹簧2在分离过程中的某一状态

F₀、F₀’ 分离力

F₁ 盖压力

F₂、F₂’ 压盘压力

F₃ 弹性件压力

M、M’ 膜片弹簧力矩

a 分离力F₀相对于枢转点O₁的力臂长

b 压盘压力F₂相对于枢转点O₁的力臂长

c 枢转点O₂到点P之间沿弹性件压力F₃的力臂方向的距离

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

本发明相比于图1所示的现有技术，主要改进在于：省去在离合器盖1的轴向中心区域设置的弹性支撑件5，而在离合器盖1内、靠近外周壁1.3处设置弹性件6，弹性件6取代原有的弹性支撑件5为膜片弹簧2提供支撑。膜片弹簧2在初始状态下与离合器盖1上的盖凸台1.1的接触区域可以与现有技术中相同。

下面参照图2-4，介绍本发明的具体结构和工作原理。

图2显示了本发明的一个实施方式的离合器剖面结构的一半(与图2左右镜像对称的另一半未示出)。在离合器盖1的外周壁1.3与压盘3上的压盘凸台3.1之间，设置弹性件6。弹性件6呈中空的碟型，弹性件6通过其外周缘的固定端6.1与离合器盖1固定，弹性件6的自由端6.2向离合器的径向内侧区域延伸，弹性件6的自由端6.2的上表面与膜片弹簧2的下表面接触为膜片弹簧2提供支撑。仅为了方便描述的目的，本说明书中所提到的方向“上”和“下”参考附图中的相对方向，并不代表离合器在实际工作环境下的空间方向，在离合器总成中，将离合器侧称为上侧，将飞轮侧称为下侧。随着离合器总成在不同状态之间切换，膜片弹簧2发生不同的变形，膜片弹簧2将不同变形下不同的载荷作用于弹性件6，弹性件6相应具有不同的变形。

图3是反应了膜片弹簧2、弹性件6和板簧4所受的载荷与对应变形量的关系的曲线，以下将该曲线简称“载荷-变形曲线”，图中X轴表示变形量，Y轴表示载荷。结合图3，介绍在膜片弹簧2的三种状态下膜片弹簧2、弹性件6和板簧4上各自不同的载荷和变形。板簧4的作用是将压盘3与离合器盖1连接，并在离合器总成分离过程中给压盘3提供远离飞轮方向的拉力以实现压盘升程，离合器盖1、板簧4和压盘3之间的连接关系在现有技术中被广泛公开，在此不作赘述。

(1)膜片弹簧处于初始状态

此时，离合器未与飞轮和从动盘装配，定义这个状态也是弹性件6的“初始状态”，对应图3中的S₀点。由于弹性件6在不同载荷下会发生不同的变形，为了保证弹性件6在之后的工作状态下具有确定的变形(不会因为微小的力的扰动而突发反向的变形)，在弹性件6的初始状态给弹性件6施加预载荷，该预载荷由弹性件6与膜片弹簧2的接触而产生。应当理解，在弹性件6的“初始状态”，虽然弹性件6与膜片弹簧2各自相对于未加载载荷的自由状态都已发生变形，但定义弹性件6的初始状态为变形量的零点，因此在“载荷-变形曲线”中，当X＝0时，S₀点处弹性件6的变形量为0，载荷为负，对应D₀点处膜片弹簧2的变形量为0，载荷为正(膜片弹簧2与弹性件6上的载荷方向相反)。

应当理解，在以上所称的初始状态下，使弹性件6与膜片弹簧2接触并产生预变形，这是优选的设置但并不是必须的，因为这个状态下离合器并没有与飞轮和从动盘装配，离合器未开始工作。例如，可以在离合器与飞轮和从动盘的装配过程中使弹性件6与膜片弹簧2接触产生各自的预变形。

(2)离合器总成处于结合状态

选择膜片弹簧2在预定工作位置X＝X₂处进行介绍。此时，离合器盖1压紧膜片弹簧2，膜片弹簧2受压变形后将压力传递到压盘3，弹性件6上的载荷与变形特性表现为点S₂。即，与弹性件6的初始状态相比，此时弹性件6受到来自膜片弹簧2的更大压力而承受更大的负载荷。

应当理解，这个状态下，使弹性件6与膜片弹簧2进一步互相挤压变形而承受更大的负载荷也并不是必须的；然而，这个状态下，弹性件6与膜片弹簧2互相挤压变形而使弹性件6承受负载荷，对于启动后续分离过程、使弹性件6具备确定的变形趋势显然具有很大益处。

优选地，在离合器总成的结合状态，弹性件6与膜片弹簧2是接触并产生预变形的。

(3)膜片弹簧处于分离状态

分离过程中各弹性部件的“载荷-变形曲线”对应位于X>X₂的区域。为达到离合器的理想分离状态，压盘3需要远离飞轮升起一定距离，定义该距离为“理想压盘升程”。压盘升程的实现依靠分离轴承向飞轮运动一定的“分离行程”来达到。为追求离合器内部紧凑的结构，期望达到“理想压盘升程”所需的分离行程尽量小，这意味着在分离过程中，不希望膜片弹簧2除了绕枢转点O₁旋转之外、还发生向靠近飞轮方向的平动。即，理想的分离过程中，膜片弹簧2始终与离合器盖1的盖凸台1.1接触于枢转点O₁。

参照图4，对分离过程中某一瞬间膜片弹簧2上所受的力和力矩进行分析。

膜片弹簧2受到来自分离轴承的向下的(即指向飞轮方向)分离力F₀，受到来自盖凸台1.1的向下的盖压力F₁，由于自身变形后挤压压盘3而受到的压盘压力F₂，与弹性件6互相挤压而受到的弹性件压力F₃。

力平衡方程：

F₀+F₁＝F₂+F₃ (1)

膜片弹簧2在确定的变形下具有确定的趋向于恢复原形的膜片弹簧力矩M，以枢转点O₁为矩心列出力矩平衡方程：

M＝a*F₀+b*F₂+(b+c)*F₃ (2)

其中，a为分离力F₀相对于枢转点O₁的力臂长，b为压盘压力F₂相对于枢转点O₁的力臂长，c为枢转点O₂到点P之间沿弹性件压力F₃的力臂方向的距离。

为保证膜片弹簧2与盖凸台1.1接触，需有F₁≥0，优选地，F₁大于0。因此，式(1)变形为：

F₃＞F₀-F₂ (3)

将式(2)代入式(3)，得到：F₃＞[M-(a+b)*F₂]/(a+b+c)。

值得注意的是，虽然在设计弹性件6时希望其在一定变形下承受的载荷能大于某一安全值以实现尽量小的分离行程，但F₃并不是越大越好。这是因为，F₃的增大会导致F₂的减小，而在离合器总成未实现完全分离时，传递转矩仍是它的主要功能，而F₂的减小将不利于转矩的传递。

由此，考虑一定的安全系数η(可以由本领域技术人员结合有限的试验而确定)，可以设计确定弹性件6在一定变形下对应的弹性件安全压力F_op，F_op＝[M-(a+b)*F₂]/(a+b+c)+η。

最优地，该瞬间弹性件6相应变形下的对应载荷等于弹性件安全压力F_op。

应当理解，以上讨论的离合器总成分离过程中膜片弹簧2始终与盖凸台1.1接触并不是必须的，即，允许在分离过程的后期，膜片弹簧2与盖凸台1.1分离而发生向飞轮的平动；应当理解，上述平动的距离不宜过大，否则离合器的分离行程增大，造成了离合器内部空间利用率的下降。

在设计弹性件6时，还需注意的是，弹性件6的“载荷-变形曲线”S上的点S₃将被设计成尽量远离点S₂。即，在离合器总成分离过程中，弹性件6将给膜片弹簧2提供较大的支撑力；且优选地，在离合器总成完全分离后，弹性件6仍给膜片弹簧2一定的支撑力。这一设计也是为了实现在一定的离合器分离行程下，压盘3能够有足够大的压盘升程。若离合器总成分离过程中，弹性件6的载荷迅速降为0，则此时压盘3受板簧4的牵引上升，而在板簧4劲度系数一定的情况下，在膜片弹簧2施加给压盘3的作用力下降的过程中，板簧4需要的变形量将较大，这不利于在有限空间内实现压盘3的理想压盘升程。

综上，设计时优化弹性件6的载荷-变形曲线，理想的动态平衡关系是：在离合器总成分离的整个过程中，膜片弹簧2与离合器盖凸台1.1接触于枢转点O₁、膜片弹簧2与压盘3接触于点P、膜片弹簧2与弹性件6接触于枢转点O₂。当然，由于膜片弹簧2与弹性件6在这个过程中是有变形的，因此枢转点O₂在膜片弹簧2和弹性件6的位置并不是固定的。

通常情况下，离合器总成中的摩擦片发生磨损后(以下简称离合器磨损)压盘3向飞轮侧偏移，使得离合器的分离特性发生变化，分离力增加(通常情况下磨损后的离合器，其分离力增加15％-35％)。这在图3中的膜片弹簧2的载荷-变形曲线D上表现为分离过程中的某点D_x将沿x减小的方向在曲线D上向左偏移，导致膜片弹簧2上的载荷增大。而此时弹性件6上的负载荷会以反作用力的形式作用到膜片弹簧2上，因此，在设计优化弹性件6的载荷-变形曲线时，优选将弹性件6的载荷-变形曲线S设计成与膜片弹簧2的载荷-变形曲线D的走势相反，即随着变形量的增加，当膜片弹簧2上正载荷增加时弹性件6上的负载荷增加，当膜片弹簧2上正载荷减小时弹性件6上的负载荷减小；优选地，当X＝X₁时，曲线S的最小值点与曲线D的最大值点同时出现。

本发明的上述实施方式可以实现下述优点中的一个或多个优点：

(1)提高了离合器内部空间利用率，使得离合器/离合器总成的结构更紧凑，整体体积可以相对减小。

在离合器盖内部沿离合器盖的外周壁1.3设置的弹性件6，取代了现有技术中的弹性支撑件5，为离合器盖内的径向内侧区域空出足够的空间，便于安装离合器总成的从动盘上的减振装置等其他结构。以上设置尤其适用于安装了离心摆式减振装置的离合器总成。

(2)分离杠杆的杠杆比增加。

定义分离力F₀(F₀’)相对于分离杠杆的支点的力臂与压盘压力F₂(F₂’)相对于分离杠杆的支点的力臂的比值为膜片弹簧2充当分离杠杆功能的“杠杆比”。使用弹性件6，使离合器总成分离过程中分离杠杆的支点转移到枢转点O₂，其相比于现有技术(如图1所示)中将枢转点O₁作为支点的设置，分离杠杆的杠杆比增加。

参照图5，现有技术中的杠杆比i’＝a/b。

参照图4，使用弹性件6后，杠杆比i＝(a+b+c)/c。

由于在离合器内，压盘3与膜片弹簧2的接触点P与离合器盖1的外周壁1.3之间的距离相对狭小，使得距离c相对距离a和b都很小，尤其距离a远大于距离c，这使得i>i’。于是使用弹性件6后，在离合器内有限的空间里，实现了杠杆比的增加。

(3)对于发生磨损的离合器，降低分离力。

(4)使离合器盖的设计更具有灵活性。

现有技术中离合器盖1上的盖凸台1.1需与弹性支撑件5对应设置，盖凸台1.1的位置受设计过程中计划作为分离杠杆支点的枢转点O₁的位置的制约。而根据本发明，枢转点O₁不再作为分离杠杆的支点，因此盖凸台1.1的具体设置位置可以具有更大的调整柔性。

应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。

此外，需要说明：上述实施方式中，摩擦离合器的杠杆系统使用了膜片弹簧结构，在其他实施方式中，也可以使用其他形式的分离杠杆结构。例如将膜片弹簧用的分离指部分用与膜片弹簧的碟型外圈相连的多个杠杆结构件代替。

Claims (10)

1.一种紧凑型离合器，其包括离合器盖、杠杆系统、压盘和弹性件，所述杠杆系统设置在所述离合器盖与所述压盘之间，其中，

所述弹性件设置于所述杠杆系统的远离所述离合器盖的盖端面的那侧，所述弹性件的固定端固定于所述离合器盖，所述弹性件具有远离所述固定端的自由端，所述自由端能与所述杠杆系统接触，所述自由端与所述杠杆系统的接触区域位于所述压盘与所述杠杆系统的接触区域的径向外侧，

在包括所述离合器的离合器总成的分离过程中，所述弹性件始终与所述杠杆系统互相挤压而对所述杠杆系统施加朝向所述盖端面的作用力。

2.根据权利要求1所述的紧凑型离合器，其特征在于：所述弹性件的固定端固定到所述离合器盖的外周壁。

3.根据权利要求1所述的紧凑型离合器，其特征在于：在所述离合器总成的分离过程的至少部分阶段，所述弹性件为所述杠杆系统提供支撑力使所述杠杆系统与所述离合器盖保持接触。

4.根据权利要求1所述的紧凑型离合器，其特征在于：在所述离合器与飞轮和从动盘装配后，所述弹性件受所述杠杆系统的挤压而被加载预紧力。

5.根据权利要求1所述的紧凑型离合器，其特征在于：在所述离合器未与飞轮和从动盘装配而处于初始状态时，所述弹性件受所述杠杆系统的挤压而被加载预紧力。

6.根据权利要求1所述的紧凑型离合器，其特征在于：在所述离合器总成完成分离动作后，所述弹性件仍与所述杠杆系统互相挤压而对所述杠杆系统施加作用力。

7.根据权利要求1所述的紧凑型离合器，其特征在于：所述弹性件为中空的碟型，所述固定端位于所述弹性件的外周缘，所述自由端位于所述弹性件的内周缘。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的紧凑型离合器，其特征在于：所述杠杆系统包括碟型的膜片弹簧。

9.根据权利要求8所述的紧凑型离合器，其特征在于：在载荷-变形曲线中，所述膜片弹簧的最大可承受载荷对应的变形量与所述弹性件的最大可承受载荷对应的变形量大致相同，

在载荷-变形曲线中，在所述膜片弹簧处于预定工作位置时，所述弹性件实际承受的荷载小于所述弹性件的最大可承受载荷。

10.一种离合器总成，其包括：

根据权利要求1至9中任一项所述的紧凑型离合器；

飞轮；以及

从动盘。