前轮自动离合器的原理及材料分析

摘 要 大家都知道分时四轮驱动汽车（以前置后驱为例）在通过困难路段时经分动器接通前桥。在平时路况良好的情况下，则没有必要挂前桥；一般情况下，汽车挂前桥行驶里程一般只占到总行驶里程的10%左右。但由于结构上的原因，如果缺少前轮离合器，在车辆不挂前桥的情况下，前轮驱动系统的各零部件，仍然随着前轮一起转动，这就增加了一系列的机械损耗，降低了机械效率和汽车性能，也增加了燃油的消耗。

本文阐述的是一款自动离合器的原理及选材工艺特点；自动离合器可在驾驶室内完成前桥分离和结合操作，具有手动离合器不可比拟的优点。我们利用了汽车厂丰富的供应商资源，在材料和工艺结构上面和相关合作厂家合作开发，经过半年努力，这款离合器先后通过了台架实验、吉林工业大学汽车实验室的十万次不间断啮合分离疲劳试验以及7500公里的不同路况的测试，在达到良好经济效益的同时具备批量生产的条件。

关键词 气动离合器；负压；两驱四驱的转换；不锈钢粉末多孔烧结材料

中图分类号U46 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）119-0110-02

1 简介

这款自动离合器装在前轮与半轴之间（图2），它通过发动机的进气负压抽真空，使离合器内部齿轮元件动作，从而使车轮与半轴结合或分离。实现四轮驱动和两轮驱动的转换；它的直径为105mm，高度仅为55mm，结构紧凑，同时原车不需要做太大的改动（换装一个内孔不带花键的转向节，图2），因为它的安装孔位置相同，将原车的前轮突缘取下，装上气动离合器，用螺栓固定好便可以了。

2 自动离合器的原理、特点

离合器壳体1的底部开有三个孔洞，作为外界空气的进入通道；外界空气由此进入，通过透气板的过滤进入壳体内部；透气板的作用是将外界带有粉尘的空气过滤干净，以免进入内部加剧磨损；弹性囊8通过塑料压紧挡圈11压紧在壳体上将壳体内部与外界大气隔离，它的作用是以空气负压作为动力推动外啮合齿轮5部件动作。

外啮合齿轮5可以沿离合器壳体1内部的键槽滑动，但不能转动，为从动件；内啮合齿轮6内花键与汽车半轴外花键啮合，与汽车半轴保持静止状态，为动力输入件。

转向节上加工出孔道（通向转向节内部），利用发动机进气岐管负压抽真空，这样转向节的内部（转向节与半轴之间的空隙）便也产生了负压；因为转向节、气动离合器总成、半轴、刹车盘通过油封、端面密封、弹性囊8（通过塑料压紧挡圈11压紧在壳体上将壳体内部与外界大气隔离）等措施形成密闭空间，与外界大气保持隔绝，同时因为发动机保持连续运转，整个转向节内部、气动离合器内部便保持了一定的负压。

由于内外界空气存在压力差，外界空气便通过透气板7进入壳体内部使弹性囊8膨胀，推动尼龙垫9移动，尼龙垫9移动进一步推动外啮合齿轮5，外啮合齿轮5压缩波形簧4向前移动，从而与内啮合齿轮6啮合；在没有负压时，波形弹簧4释放弹力使外啮合齿轮6复位；通过以上的动作，使半轴与车轮啮合或分离，使车辆在两驱与四驱之间自由转换。

3 材料分析

由于篇幅所限，只对气动离合器几个重要部件的材料作简要的概括分析。

3粉末冶金在气动离合器中的应用

3.1 自作用的铜基粉末冶金轴承

在两驱状态时，内啮合齿轮与壳体之间有相对转动，所以在这个位置需要一款轴承来满足要求；

具有自作用的铜基粉末冶金轴承经过对比选择，作为最终的方案被采用； 铜基粉末冶金系粉末冶金多孔材料之一，这种制品是在零件压制成型过程中，粉末颗粒之间形成均匀分布的孔隙，并利用其孔隙浸渍油及其它性材料，组成良好的自减磨材料；当滑动时产生热量，油受热膨胀便会从中渗出，起到减磨作用，当滑动停止，由于粉末冶金内部微小孔洞的毛细现象，将油会吸入内部，从而不需要加油。

使用时，不可用汽油或煤油等有机溶剂进行清洗，以防洗去轴衬内部浸渍的剂；另外此种零件不可进行磨削加工，以免使轴衬孔隙被磨屑微粒所堵塞 ，以至造成磨屑损伤对偶件的表面。建议在使用时，最好用机油浸渍一天，或在120℃机油内煮2小时，冷却后装机。

经过7500km路试后拆解，情况良好，没有出现烧蚀或划伤对偶件的现象出现；同时经过三座标测量仪精确测定，其最大磨损量仅为0.008mm，满足使用要求。

3.2 不锈钢粉末多孔烧结材料的透气板

透气板安装于离合器总成的最外处，离合器壳体外侧装有轮毂罩，轮毂罩起到一定的防护作用，透气板虽然不直接接触外界，但在越野等某些情况下污水、小的石子都有可能通过三个环形孔接触到透气板；而透气板的作用就是保证离合器总成内部环境的干净，将粉尘、砂石、油污等隔绝在外，保证弹性囊8的正常工作，可以允许有少量的水渗入。

所以经过研究我们对透气板的技术要求如下

1）具有较高的机械强度，能承受车轮飞溅起的石子的冲击；

2）具有防锈功能，能耐酸碱的腐蚀；

3）透气性能可以根据负压大小调整，同时能有效地隔绝外界粉尘的侵入；

4）由于透气板直接和弹性囊接触，要求其外观光滑平整，以免划伤弹性囊；

5）价格低廉。

我们在开发过程中对透气板的材质经过层层的筛选，最终选择了一种叫做不锈钢粉末多孔烧结材料，这种材料具有透气性好、强度高、成本低、易于清洗的特点。它的原理是将一定直径的不锈钢颗粒通过模具压紧，再通过真空烧结（以防止氧化），使不锈钢的颗粒之间粘连，达到一定的强度，它的优点是间隙可以根据颗粒的大小、烧结时间、烧结温度等调整；它的形状也可以利用模具来保证，以适用离合器壳体的大小。

通过计算分析及试验，将不锈钢粉末烧结后形成的孔隙大小设在一定的范围，即能保证透气性，又能有效隔绝粉尘的进入，并且在外表面有污物时，可以用水或毛刷进行清洁，而不用担心生锈的问题，维护方式方便高效。

3.3 硅胶材质的弹性囊

弹性囊的材质原来选用氯丁橡胶，这种材质的特点是弹性、曲挠性比较好，同时耐油性，耐臭氧性，那服饰及耐老化性较好，但最主要的是其低温特性较差，在达到零下-40℃时，氯丁橡胶材质已经变硬，不能实现扩张、收缩的功能；

我们与厂家经过试验，选用了添加了某种成分硅胶材质作为弹性囊的材料，经过试验它最大可以耐受-50℃的低温，在这种低温下仍可以保证很好的伸张动作，所以使用硅胶作为弹性囊的材料是较为合适的。

4 结论

最后，经过7500公里砂石、涉水、爬坡、越野等各种路况的路试，通过模拟实际情况进行两驱、四驱以及两驱四驱的转换；路试结果相关使用要求。

本离合器同时顺利通过了吉林工业大学汽车实验室的验证，验证的规范按照国家相关的要求并参照产品的具体特性来制定，从另一方面说明了该产品的可靠性。

参考文献

[1]赵荫午.BJ-212轻型越野车节能装置-前轮离合器[J].汽车技术，1981（7）.

[2]GB2688-81粉末冶金自轴承、化学成分和物理性能 [S].