汽车离合器的组成和工作原理

（1）组成 离合器是自动变速器中最重要的换档执行元件之一，它通常由离合器鼓、离合器活塞、活塞回位弹簧、弹簧座、主动元件钢片组件、从动元件摩擦片组件、调整垫片、缓冲垫片、离合器内转鼓及密封圈等组成，如图3-1所示。

图3-1 离合器各部件的组成

（2）工作原理 离合器活塞安装在离合器鼓内，大部分离合器活塞是一种环状活塞，由活塞内外圆的密封圈保证其密封性能，从而和离合器鼓一起形成一个封闭的环状液压缸，并通过离合器内圆轴颈上的进油孔和控制油道相通，修理时直接更换活塞上面的密封圈即可。还有一些自动变速器的离合器活塞与其密封圈作成一体，修理时只能一起更换。

离合器的钢片和摩擦片交错排列，两者统称为离合器组件。钢片的外花键齿安装在离合器鼓的内花键齿圈上，可沿齿圈键槽轴向移动。摩擦片由其内花键齿与离合器内转鼓的外花键齿连接，也可沿键槽轴向移动。摩擦片的两面均为摩擦系数较大的铜基粉末冶金层、酚醛树脂或合成纤维层，离合器工作过程中主要就是靠钢片和摩擦片之间的摩擦力来完成动力传递过程。

1）离合器鼓或离合器内转鼓分别以一定的方式和变速器输入轴或行星排的某个基本元件相连接，一般离合器鼓为主动件，离合器为从动件。当来自液压控制单元的系统液压油进入离合器液压缸时，作用在离合器活塞上液压油的压力推动活塞，使之克服回位弹簧的弹力而移动，将所有的钢片和摩擦片相互压紧在一起。钢片和摩擦片之间的摩擦力使离合器鼓和离合器内转鼓连接为一个整体，分别与离合器鼓和离合器内转鼓连接的输入轴或行星排的某一元件也因此被连接在一起，此时离合器处于接合状态，其工作过程如图3-2所示。

2）当液压控制系统将作用在离合器液压缸内的液压油的压力解除后，离合器活塞在回位弹簧的作用下压回液压缸的底部，并将液压缸内的液压油从进油孔排出，同时在传统型离合器活塞上或离合器鼓上装有单向球，以在离合器释放过程中消除因转动而造成残余动态离心油液（离合器加压时单向球起到密封作用后面详细说明）。此时钢片和摩擦片相互分离两者之间无压力，离合器鼓和离合器内转鼓可以朝不同的方向或以不同的转速旋转，此时离合器处于释放分离状态，其工作过程如图3-3所示。

图3-2 传统型离合器接合过程

图3-3 传统型离合器的释放工程

离合器活塞和离合器钢片或离合器钢片和离合器鼓上的卡环之间有一定的轴向间隙（此间隙为离合器活塞的可移动工作距离），以保证钢片和摩擦片之间无任何轴向压力，这一间隙称为离合器的自由间隙。其大小可以用调整垫片或钢片的厚度来调整。一般离合器自由间隙的标准为0.5～2.0mm，间隙的大小主要决定于其控制油路的形式是开关油路还是可调节油路。离合器自由间隙标准的大小取决于离合器的片数和工作条件。通常，离合器片数越多或该离合器的交替工作越频繁，其自由间隙就会越大。

（3）新式离合器 新式离合器结构和控制上有所改变，一些新款车型自动变速器离合器结构上有了改进，如图3-4所示。

图3-4 新式离合器的结构及部件组成

在新的离合器主活塞设计中，加入了一个静态不可移动的活塞（称为副活塞，也有的称为挡板，或封油板），用一油封封住其外边缘。这个活塞在离合器的工作侧与回位侧（弹簧力）形成一个压力平衡腔（主、副活塞之间）。工作腔的离心力与平衡腔的离心力一样，两种离心力抵消，活塞在弹簧力的作用下与离合器片分离，主动片和从动片之间有足够的间隙，就不会产生不必要的摩擦。工作活塞（主活塞）从静态平衡活塞的油封移动滑过。注意：副活塞没有内油封，因为只有离心力，所以不需内油封，从两侧进油冲击离合器主活塞通过副活塞实现副活塞为动态压力均衡与主活塞形成一个密闭的空间，只能用润滑油通道对压力均衡空间产生很小的压力。像在离合器液压缸中一样，封闭在压力均衡空间的油受到同样的力（动态压力建立），因此离合器活塞的表面压力得到均衡。传统的离合器活塞上或离合器鼓上都设有一个单向球，其作用就是消除因离合器旋转而产生的动态离心压力，防止离合器活塞在释放时离合器的摩擦片和钢片之间形成不必要的摩擦而烧损离合器片。这种新式结构的离合器最大特点是：①离合器在未工作前因旋转而在主活塞和副活塞之间形成动态离心压力，但此时不会影响离合器片的工作间隙，当主活塞进油侧建立主油压时，离合器开始工作，这样两种压力（主活塞进油侧系统油压和两个活塞间的离心压力）会相互抵消减小换档时的冲击。②当离合器停止工作时，两活塞间的离心压力还会协助主活塞的回位弹簧使主活塞迅速回到原始位置，保证离合器的主动片和从动片产生足够的间隙。传统离合器和新式离合器结构及工作过程对比如图3-5所示。(www.xing528.com)

图3-5 传统离合器和新式离合器结构及工作过程对比

图3-6为2003年后奥迪A8轿车09E型6档自动变速器离合器的工作原理图。

从图3-6可以看出，离合器主活塞两侧都可以进油（一侧进入的是润滑油，另一侧进入的是系统主油路油压），同时冲击离合器主活塞（离合器工作压力远远大于从润滑油道进入后所实现的动态离心压力），通过静态副活塞（图中挡板）实现。静态副活塞为动态压力均衡与活塞形成一个密闭的空间。只能用润滑油通道对压力均衡空间充装很小的压力。当离合器主活塞侧没有进油同时离合器又没有旋转时，进来多少润滑油都会从副活塞中间流出。但一旦离合器旋转起来，像在离合器油缸中一样，封闭在压力均衡空间（两个活塞中间的油腔）的油受到同样的力（动态压力建立），因此离合器主活塞的表面压力得到均衡。

根据新式离合器工作原理便可总结出新式离合器由于结构的改变。它可实现两方面的作用：一是像传统离合器活塞上的单向球一样，当离合器在释放压力时协助离合器活塞迅速回到原始位置；二是离合器在未工作前，静态活塞和工作活塞之间的工作腔已形成少量的压力油，由于离合器旋转，在这个工作腔内就形成了动态的离心压力。当离合器需要工作时，从工作活塞进来的主油压与动态的离心压力就会相互抵消一部分压力，这样离合器的压力得到了均衡即起到了减缓作用。

离合器的工作过程分为以下几个阶段：

1）充油开始阶段（图3-7中1-2过程）。根据图3-7明显看出，这是变速器的换档开始阶段，此时液压系统快速向离合器液压缸充油并迅速消除油道和离合器液压缸的自由空间。离合器由于分离弹簧的作用，离合器活塞并没有移动，不产生摩擦力矩，因此可以理解为离合器处于接合前的临界点。

图3-6 奥迪09E型变速器新式离合器的工作原理

2）升压阶段（图3-7中2-3过程）。明显看出这是离合器开始升压阶段，离合器的自由空间充满油后，油压陡然上升，直到压力能够推动离合器液压缸活塞克服回位弹簧的预压力，使其开始移动。此时由于无流量的变化时间极短，通常忽略不计。

3）活塞移动消除离合器自由形成阶段（图3-7中3-4过程）。液压缸中的离合器活塞克服回位弹簧的预压力而开始移动，直到消除摩擦片之间的间隙为止，此时摩擦片刚刚开始产生摩擦力矩，这段时间也较短。

4）升压接合阶段（图3-7中的4-5过程）。摩擦片产生滑磨。随充油压力升高，摩擦片压紧程度增加，摩擦力矩增加，离合器主、被动侧的转速差减小，直到达到同步。该阶段只有充油压力的变化无流量变化，如不进行控制升压过程将极其急促，产生转矩冲击，换档平稳性变差。但若这段时间过长，又会因滑磨而导致发热，动力损失增加。因此一般这段时间控制在0.5～1.5s左右。

5）充油结束（图3-7中5-6过程）。当离合器的主、被动侧转速达到同步完成结合时，急剧升压不会影响换档平稳性。此该阶段以极短的时间升压，直至主压力值完成整个充油过程。

图3-7 离合器的初始充油