某车离合器上膜片弹簧设计1.

1、上海大学高等技术学院毕业（设计）论文膜片弹簧离合器设计任务书膜片弹簧离合器的设计与分析第一章离合器概述1.1离合器的简介:联轴器、离合器和制动器是机械传动系统中重要的组成部分，共同被称为 机械传动中的三大器。它们涉及到了机械行业的各个领域。广泛用于矿山、冶 金、航空、兵器、水电、化工、轻纺和交通运输各部门。离合器是一种可以通过各种操作方式，在机器运行过程中，根据工作的需 要使两轴分离或结合的装置。对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动系中是作为一个独立的总 成而存在的，它是汽车传动系中直接与发动机相连的总成。目前，各种汽车广 泛采用的摩擦离合器是一种依靠主从动部分之间的摩擦来传递动力且能分

2、离的装置。它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构、和操纵机构等四部分。离合器作为一个独立的部件而存在。它实际上是一种依靠其主、从动件之间的摩擦来传递动力且能分离的机构，见图1-1离合器工作原理图图1-1离合器工作原理图A A1飞轮；2从动盘；3离合器踏板；4 压紧弹簧；5变速器第一轴；6从动盘毂1.2汽车离合器的主要的功用：1. 保证汽车平稳起步：起步前汽车处于静止状态，如果发动机与变速箱是刚性连接的，一旦挂上 档，汽车将由于突然接上动力突然前冲，不但会造成机件的损伤，而且驱动力 也不足以克服汽车前冲产生的巨大惯性力，使发动机转速急剧下降而熄火。如 果在起步时利用离合器暂时将发动机和变速箱分离

3、，然后离合器逐渐接合，由 于离合器的主动部分与从动部分之间存在着滑动磨擦的现象，可以使离合器传 出的扭矩由零逐渐增大，而汽车的驱动力也逐渐增大，从而让汽车平稳地起步2. 便于换档：汽车行驶过程中，经常换用不同的变速箱档位，以适应不断变化的行驶条 件。如果没有离合器将发动机与变速箱暂时分离，那么变速箱中啮合的传动力 齿轮会因载荷没有卸除，其啮合齿面间的压力很大而难于分开。另一对待啮合 齿轮会因二者圆周速度不等而难于啮合。即使强行进入啮合也会产生很大的齿 端冲击，容易损坏机件。利用离合器使发动机和变速箱暂时分离后进行换档， 则原来啮合的一对齿轮因载荷卸除，啮合面间的压力大大减小，就容易分开。 而待

4、啮合的另一对齿轮，由于主动齿轮与发动机分开后转动惯量很小，采用合 适的换档动作就能使待啮合的齿轮圆周速度相等或接近相等，从而避免或减轻 齿轮间的冲击。3. 防止传动系过载：汽车紧急制动时，车轮突然急剧降速，而与发动机相连的传动系由于旋转 的惯性，仍保持原有转速，这往往会在传动系统中产生远大于发动机转矩的惯 性矩，使传动系的零件容易损坏。由于离合器是靠摩擦力来传递转矩的，所以 当传动系内载荷超过摩擦力所能传递的转矩时，离合器的主、从动部分就会自 动打滑，因而起到了防止传动系过载的作用。膜片弹簧离合器的优点：（1）、弹簧压紧力均匀，受离心力影响小（2）、即使摩擦片磨损，压紧负荷也不减小（3）、离合

5、器结构简单，轴向尺寸小，动平衡性能好由于离合器上述三方面的功用，使离合器在汽车结构上有着举足轻重的地 位。然而早期的离合器结构尺寸大，从动部分转动惯量大，引起变速器换档困 难，而且这种离合器在结合时也不够柔和，容易卡住，散热性差，操纵也不方便，平衡性能也欠佳。因此为了克服上述困难，可以选择膜片弹簧离合器，它 的转矩容量大且较稳定，操纵轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究 已经变得越来越重要。第二章膜片弹簧离合器结构分析与计算2.1膜片弹簧离合器的结构:冉合器壳分离套筒和分 /務轴承总成从动盘、内）钢丝j 支承圈：作缸总成般片弹簧钢丝北京吉普切诺基汽车膜片弹籌离合器图2-1膜片弹簧离合器（

6、剖视图1）上海大学高等技术学院毕业（设计）论文膜片弹簧离合器设计任务书球头螺栓图2-2膜片弹簧离合器（剖视图2）4)b)c)图2-3膜片弹簧离合器的工作原理图ft(b)拉式操纵(a)自由状态；(b)压紧状态；(c)分离状态(a)一般压式操纵图2-42.2 设计变量:后备系数B取决于离合器工作压力F和离合器的主要尺寸参数D和d。单 位压力P也取决于离合器工作压力 F和离合器的主要尺寸参数 D和d。因此， 离合器基本参数的优化设计变量选为：X =x1x2x3T =FDdT2.3 目标函数：离合器基本参数优化设计追求的目标，是在保证离合器性能要求的条件下 使其结构尺寸尽可能小，即目标函数为：:二 2

7、 2f (x)二 min (D2 -d2)2.4 约束条件1. 最大圆周速度：根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）式（2- 10）知：VDnemaxD 10乞 6570m/S60式中，vD为摩擦片最大圆周速度（m/s） ; nemax为发动机最高转速（r/min ）所以：n3二一n D 10亠 emax u6035800 225 10： 68m/s ： 70m/s60故符合条件。2. 摩擦片内、外径之比cd _ 150 c= D _ 225-0.667满足0.53乞c乞0.70的条件范围3. 后备系数B对于1.8L排量的小轿车，初选后备系数1.34. 扭转减振器的优化对于摩擦片内径取

8、：d=150mm,而减振器弹簧位置半径 Rg (0.60.75)d/2，故15048.75Rg 0.65d/2 = 0.652(mm),取：RO为 48mm所以：d-2R0= 150 2X 48= 54mm50mm故符合d2R0+50m的优化条件5.单位摩擦面积传递的转矩Tc04Tc2 2Tc0=：Z(D -d )-Tc0 根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）式（2-7）知,Tc=3Temax=1.3 X 195=253.5（N m）4x253.5Tco =二 2 (2252 -1502):0.0057(n - m/ m m)根据根据汽车设计(王望予编著，机械工业出版社出版)表(2-

9、5)知, 当摩擦片外径 D210-225mm寸，T c0 =0.30 N- m/ mm2 0.0057 N- m/mm2 , 故符合要求6.单位压力P。为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，选取单位压力F0的最大范围为0.15.35Mpa,由于已确定单位压力R = 0.25Mpa,在规定范围内，故满足要求上海大学高等技术学院毕业(设计)论文膜片弹簧离合器设计任务书第三章膜片弹簧的设计3.1膜片弹簧的基本参数的选择H1.比值h和h的选择:H为了保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便， 汽车离合器用膜片弹簧的h一般为1.5故初：2.0，板厚h为24mmHh=2.6mm, h =1.54 贝U H

10、=1.54h=4.3mm.R2. r比值和R、r的选择：由于摩擦片平均半径：225 150 =93.75(mm)D d Rc= 4对于推式膜片弹簧的R值，应满足关系R-Rc=93.75mm.故取R=105mn再结合实际情况取 R/r=1.257,贝U r=83.5mm。3. a的选择：a= arctanH/(R-r)=arctan43(105-83.5)11.46。，满足 9 15 的范围。4. 分离指数目n的选取取：n=1&5. 膜片弹簧小端内半径0及分离轴承作用半径rf的确定0由离合器的结构决定，其最小值应大于变速器第一轴花键的外径。由机械设计 d=Kd3 Temax公式，可求得d=24.

11、355mm则取0 = 25mm再取分离轴承rf = 30mm.上海大学高等技术学院毕业(设计)论文 膜片弹簧离合器设计任务书6.切槽宽度S 1、取：S 2及半径reS 1 = 3.2mm,故取：S 2=10mm, re满足 r-e=S 2,则 re=r- S 2=83.5-10=73.5mmre = 72mm.7.压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定根据汽车设计(王望予编著，机械工业出版社出版)知， R1和r1需满足下列条件：1 _ R - R1 _ 70乞r1 r乞6故选择 R1= 103mm r1 = 84mm.3.2膜片弹簧的弹性特性曲线假设膜片弹簧在承载过程中，其子午线刚性地

12、绕上地某中性点转动。设通过支承环和压盘加载膜片弹簧上地载荷P1(N)集中在支承点处，加载点间的相对轴向变形为x1(mm),则膜片弹簧的弹性特性如下式表示：P1(H x1 卫丄)(H1R1r1x1 R - r2 R1 -r15式中：E弹性模量，钢材料取 E=2.0 X 10 Mpa b泊松比，钢材料取 b=0.3 ;R 自由状态下碟簧部分大端半径， mm r 自由状态下碟簧部分小端半径， mm R1 压盘加载点半径，mmr1 支承环加载点半径，mmH 自由状态下碟簧部分内截锥高度，mmh膜片弹簧钢板厚度，mm利用Matlab软件进行P1-x1特性曲线的绘制，程序和图形如下:程序如下：x1=0:0

13、.2:7;%x1为膜片弹簧在压盘接触点处的轴向变形E=2.0*10A5;%弹性模量(Mpab=0.3;%泊松比R=1O5;%1由状态下碟簧部分大端半径(mm)r=83.5;%自由状态下碟簧部分小端半径(mm)H=4.3;%自由状态下碟簧部分内截锥高度(mmh=2.6;%膜片弹簧钢板厚度(mmR仁103;%压盘加载点半径(mmr仁84;%支承环加载点半径(mmP仁(pi*E*h*x1/(6*(1-bA2)*log(R/r)/(R1-r1)A2).*(H-x1*(R-r)/(R1-r1).*(H-(x1/2)*(R-r)/(R1-r1)+hA2);以下用于绘图clfplot(x1,P1,-b);a

14、xis(0,7,0,8000);%设置坐标hold onhold off,grid onxlabel(变形 x1/mm)ylabel(工作压力 P1/N)title(P1-x1 特性曲线)图形如下：PX1特性曲践 上海大学高等技术学院毕业(设计)论文膜片弹簧离合器设计任务书确定膜片弹簧的工作点位置：芝 Ld-R5Ie:rd56图3-2 P1 x1特性曲线可以利用Matlab软件寻找P1 x1特性曲线中M,N的位置坐标，具体程序 如下：x1=0:0.2:7;%x1为膜片弹簧在压盘接触点处的轴向变形E=2.0*10A5;%弹性模量(Mp3b=0.3;%泊松比R=105;%!由状态下碟簧部分大端半径

15、(mm)r=83.5;%自由状态下碟簧部分小端半径(mm)H=4.3;%自由状态下碟簧部分内截锥高度(mmh=2.6;%膜片弹簧钢板厚度(mmR仁103;%压盘加载点半径(mmr仁84;%支承环加载点半径(mmP仁(pi*E*h*x1/(6*(1-bA2)*log(R/r)/(R1-r1)A2).*(H-x1*(R-r)/( R1-r1).*(H-(x1/2)*(R-r)/(R1-r1)+hA2);以下用于绘图clfplot(x1,P1,-b);axis(0,7,0,8000);% 设置坐标hold onhold off,grid onxlabel(变形 x1/mm)ylabel(工作压力 P

16、1/N)title(P1-x1 特性曲线)zoom outx,y=gi nput(1)x =2.6694y =5.2515e+003x,y=gi nput(1)x =4.9767y =4.5195e+003上海大学高等技术学院毕业（设计）论文 膜片弹簧离合器设计任务书则可知：人 1M = 2.6694 mm Rm = 5.2515e + 003NJZjN = 4.9767mm, pN =4.5195e + 003N上述曲线的拐点H对应着膜片弹簧的压平位置，而且1H （ 1M1N）/2则：2.6694 4.9767 o “ rr= 3.8230 mm1H 2新离合器在接合状态时，膜片弹簧工作点B

17、一般取在凸点M和拐点M之间,且靠近或在H点处，一般1B =（.81.），1H则取：1B = 0.9 1H = 0.9 3.82 = 3.44mm则此时校核后备系数：:PRc/c 5252 0.25 93.75 2=二=& 1.26Temax195000满足要求离合器彻底分离时，膜片弹簧大端的变形量为：环=1M行（，1f即为压盘的行程计）故：f = 1N - 1M =4.9767-2.6694 = 2.3073mm压盘刚开始分离时，压盘的行程：-f = 1H ；1M = 3.8230 - 2.6694 = 1.1536mm3.3强度校核膜片弹簧大端的最大变形量，14.9767mm， 由公式:R

18、rTrln-r1NRi - 丿R - r1+ h扎讪2r （尺-1）J上海大学高等技术学院毕业（设计）论文 膜片弹簧离合器设计任务书得：cB =1626MPa上海大学高等技术学院毕业（设计）论文膜片弹簧离合器设计任务书参考文献1. 徐石安,江发潮汽车离合器/汽车设计丛书,清华大学出版社，2005.82. 王望予.汽车设计，机械工业出版社，2007.63. 陈家瑞.汽车构造，人民交通出版社，2002.64. 钱大川.新型联轴器、离合器选型设计与制造工艺实用手册，北京工业大学出版社，2006.85. 骆素君，朱诗顺.机械课程设计简明手册，机械工业出版社，2006.86林世裕.膜片弹簧离合器的设计与制造，东南大学出版社，1995.117. 刘惟信.汽车设计.清华大学出版社 第1版 清华大学出版社2002.78. 巩云鹏.机械设计课程设计 第1版 东北大学出版社2000.89. 张金柱,韩玉敏,石美玉.汽车工程专业英语M.化学工业出版社.2005.710. 廖清林.汽车离合器膜片弹簧的稳健优化设计.重庆工学院学报.2002.711. 王志明，胡树根.汽车离合器盖成形工艺和模具设计.实用技术.2005.412.王宝玺.汽车拖拉机制造工艺学.机械工业