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工學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)材料
題 目
膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
學(xué)生姓名
材 料 目 錄
序號
附 件 名 稱
數(shù)量
備注
1
任務(wù)書
1
2
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
1
3
設(shè)計(jì)圖紙
8
4
設(shè)計(jì)幻燈片
1
沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
目 錄
第1章 緒論…………………………………………………..1
1.1 引言…………………………………..……………….1
1.2 離合器的發(fā)展…………………………………………..2
1.3 膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn)…………………………..2
1.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容………………………………………………4
1.5 Pro/E軟件的特點(diǎn)……………………………………….4
第2章 方案論證……………………………………………..5
2.1 離合器車型的選定…………………………………….5
2.2 方案選擇……………………………............................5
第3章 設(shè)計(jì)計(jì)算及參數(shù)的選擇……………………………..…... 6
3.1 離合器主要參數(shù)的選擇……………………….……….....6
3.2 膜片彈簧設(shè)計(jì)………………………………………….9
3.3 離合器蓋總成設(shè)計(jì)……………………………………..13
3.4 離合器主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………..15
致謝…………………………………………………………..19
參考文獻(xiàn)……………………………………………………....20
第1章 緒論
1.1引言
以內(nèi)燃機(jī)在作為動力的機(jī)械傳動汽車中，離合器是作為一個獨(dú)立的總成而存在的。離合器通常裝在發(fā)動機(jī)與變速器之間，其主動部分與發(fā)動機(jī)飛輪相連，從動部分與變速器相連。為各類型汽車所廣泛采用的摩擦離合器，實(shí)際上是一種依靠其主、從動部分間的摩擦來傳遞動力且能分離的機(jī)構(gòu)。離合器的主要功用是切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)與傳動系平順的接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換擋時將發(fā)動機(jī)與傳動系分離，減少變速器中換檔齒輪間的沖擊；在工作中受到較大的動載荷時，能限制傳動系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，以防止傳動系個零部件因過載而損壞；有效地降低傳動系中的振動和噪音。
1.2離合器的發(fā)展
在早期研發(fā)的離合器結(jié)構(gòu)中，錐形離合器最為成功。它的原型設(shè)計(jì)曾裝在1889年德國戴姆勒公司生產(chǎn)的鋼制車輪的小汽車上。它是將發(fā)動機(jī)飛輪的內(nèi)孔做成錐體作為離合器的主動件。采用錐形離合器的方案一直延續(xù)到20世紀(jì)20年代中葉，對當(dāng)時來說，錐形離合器的制造比較簡單，摩擦面容易修復(fù)。它的摩擦材料曾用過駱毛帶、皮革帶等。那時曾出現(xiàn)過蹄-鼓式離合器，其結(jié)構(gòu)有利于在離心力作用下使蹄緊貼鼓面。蹄-鼓式離合器用的摩擦元件是木塊、皮革帶等，蹄-鼓式離合器的重量較錐形離合器輕。無論錐形離合器或蹄-鼓式離合器，都容易造成分離不徹底甚至出現(xiàn)主、從動件根本無法分離的自鎖現(xiàn)象。
現(xiàn)今所用的盤式離合器的先驅(qū)是多片盤式離合器，它是直到1925年以后才出現(xiàn)的。多片離合器最主要的優(yōu)點(diǎn)是，汽車起步時離合器的接合比較平順，無沖擊。早期的設(shè)計(jì)中，多片按成對布置設(shè)計(jì)，一個鋼盤片對著一青銅盤片。采用純粹的金屬的摩擦副，把它們浸在油中工作，能達(dá)到更為滿意的性能。
浸在油中的盤片式離合器，盤子直徑不能太大，以避免在高速時把油甩掉。此外，油也容易把金屬盤片粘住，不易分離。但畢竟還是優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)。因?yàn)樵诋?dāng)時，許多其他離合器還在原創(chuàng)階段，性能很不穩(wěn)定。
石棉基摩擦材料的引入和改進(jìn)，使得盤片式離合器可以傳遞更大的轉(zhuǎn)矩，能耐受更高的溫度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用較小的摩擦面積，因而可以減少摩擦片數(shù)，這是由多片離合器向單片離合器轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。20世紀(jì)20年代末，直到進(jìn)入30年代時，只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才使用多片離合器。
早期的單片干式離合器由與錐形離合器相似的問題，即離合器接合時不夠平順。但是，由于單片干式離合器結(jié)構(gòu)緊湊，散熱良好，轉(zhuǎn)動慣量小，所以以內(nèi)燃機(jī)為動力的汽車經(jīng)常采用它，尤其是成功地開發(fā)了價格便宜的沖壓件離合器蓋以后更是如此。
實(shí)際上早在1920年就出現(xiàn)了單片干式離合器，這和前面提到的發(fā)明了石棉基的摩擦面片有關(guān)。但在那時相當(dāng)一段時間內(nèi)，由于技術(shù)設(shè)計(jì)上的缺陷，造成了單片離合器在接合時不夠平順的問題。第一次世界大戰(zhàn)后初期，單片離合器的從動盤金屬片上是沒有摩擦面片的，摩擦面片是貼附在主動件飛輪和壓盤上的，彈簧布置在中央，通過杠桿放大后作用在壓盤上。后來改用多個直徑較小的彈簧，沿著圓周布置直接壓在壓盤上，成為現(xiàn)今最為通用的螺旋彈簧布置方法。這種布置在設(shè)計(jì)上帶來了實(shí)實(shí)在在的好處，使壓盤上的彈簧的工作壓力分布更均勻，并減小了軸向尺寸。
多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨向于首選單片干式摩擦離合器，因?yàn)樗哂袕膭硬糠洲D(zhuǎn)動慣量小、散熱性好、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點(diǎn)，而且由于在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，已能做到接合盤式平順，因此現(xiàn)在廣泛采用于大、中、小各類車型中。
如今單片干式離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面相當(dāng)完善。采用具有軸向彈性的從動盤，提高了離合器的接合平順性。離合器從動盤總成中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振，減小了傳動系統(tǒng)噪聲和載荷。
隨著人們對汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎(chǔ)上得到不斷改進(jìn)，乘用車上愈來愈多地采用具有雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減振器，能更好地降低傳動系的噪聲。
對于重型離合器，由于商用車趨于大型化，發(fā)動機(jī)功率不斷加大，但離合器允許加大尺寸的空間有限，離合器的使用條件日酷一日，增加離合器傳扭能力，提高使用壽命，簡化操作，已成為重型離合器當(dāng)前的發(fā)展趨勢。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上可采用雙片干式離合器。從理論上講，在相同的徑向尺寸下，雙片離合器的傳扭能力和使用壽命是單片的2倍。但受到其他客觀因素的影響，實(shí)際的效果要比理論值低一些。
近年來濕式離合器在技術(shù)上不斷改進(jìn)，在國外某些重型車上又開始采用多片濕式離合器。與干式離合器相比，由于用油泵進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的結(jié)果，摩擦表面溫度較低(不超過93℃)，因此，起步時長時間打滑也不致燒損摩擦片。查閱國內(nèi)外資料獲知，這種離合器的使用壽命可達(dá)干式離合器的5-6倍，但濕式離合器優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮是一定要在某溫度范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)的，超過這一溫度范圍將起負(fù)面效應(yīng)。目前此技術(shù)尚不夠完善。
1.3膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn)
1.3.1膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)
膜片彈簧離合總成由膜片彈簧、離合器蓋、壓盤、傳動片和分離軸承總成等部分組成。
1、離合器蓋
離合器蓋一般為120°或90°旋轉(zhuǎn)對稱的板殼沖壓結(jié)構(gòu)，通過螺栓與飛輪聯(lián)結(jié)在一起。離合器蓋是離合器中結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜的承載構(gòu)件，壓緊彈簧的壓緊力最終都要由它來承受。
2、膜片彈簧
膜片彈簧是離合器中重要的壓緊元件，在其內(nèi)孔圓周表面上開有許多均布的長徑向槽，在槽的根部制成較大的長圓形或矩形窗孔，可以穿過支承鉚釘，這部分稱之為分離指；從窗孔底部至彈簧外圓周的部分形狀像一個無底寬邊碟子，其截面為截圓錐形，稱之為碟簧部分。
3、壓盤
壓盤的結(jié)構(gòu)一般是環(huán)形盤狀鑄件，離合器通過壓盤與發(fā)動機(jī)緊密相連。壓盤靠近外圓周處有斷續(xù)的環(huán)狀支承凸臺，最外緣均布有三個或四個傳力凸耳。
4、傳動片
離合器接合時，飛輪驅(qū)動離合器蓋帶動壓盤一起轉(zhuǎn)動，并通過壓盤與從動盤摩擦片之間的摩擦力使從動盤轉(zhuǎn)動；在離合器分離時，壓盤相對于離合器蓋作自由軸向移動，使從動盤松開。這些動作均由傳動片完成。傳動片的兩端分別與離合器蓋和壓盤以鉚釘或螺栓聯(lián)接，一般采用周向布置。在離合器接合時，離合器蓋通過它來驅(qū)動壓盤共同旋轉(zhuǎn)；在離合器分離時，可利用它的彈性恢復(fù)力來牽動壓盤軸向分離并使操縱力減小。
5、分離軸承總成
分離軸承總成由分離軸承、分離套筒等組成。分離軸承在工作時主要承受軸向分離力，同時還承受在高速旋轉(zhuǎn)時離心力作用下的徑向力。目前國產(chǎn)的汽車中多使用角接觸推力球軸承，采用全密封結(jié)構(gòu)和高溫鏗基潤滑脂，其端面形狀與分離指舌尖部形狀相配合，舌尖部為平面時采用球形端面，舌尖部為弧形面時采用平端面或凹弧形端面。
1.3.2膜片彈簧離合器的工作原理
由圖1.1可知，離合器蓋1與發(fā)動機(jī)飛輪用螺栓緊固在一起，當(dāng)膜片彈簧3被預(yù)加壓緊，離合器處于接合位置時，由于膜片彈簧大端對壓盤5的壓緊力，使得壓盤與從動盤6摩擦片之間產(chǎn)生摩擦力。當(dāng)離合器蓋總成隨飛輪轉(zhuǎn)動時(構(gòu)成離合器主動部分)，就通過摩擦片上的摩擦轉(zhuǎn)矩帶動從動盤總成和變速器一起轉(zhuǎn)動以傳遞發(fā)動機(jī)動力
（1）接合位置 （2）分離位置
1-離合器蓋 2-鉚釘 3-膜片彈簧 4-支撐環(huán) 5-壓盤
6-摩擦片 7-分離軸承總成 8-離合器踏板 9-輸出軸
圖1.1膜片彈簧離合器的工作原理圖
要分離離合器時，將離合器踏板8踏下，通過操縱機(jī)構(gòu)，使分離軸承總成7前移推動膜片彈簧分離指，使膜片彈簧呈反錐形變形，其大端離開壓盤，壓盤在傳動片的彈力作用下離開摩擦片，使從動盤總成處于分離位置，切斷了發(fā)動機(jī)動力的傳遞。
1.3.3膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn)
膜片彈簧離合器與其他形式離合器相比，具有一系列優(yōu)點(diǎn)：
1、膜片彈簧離合器具有較理想的非線性彈性特性；
2、膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量?。?
3、高速旋轉(zhuǎn)時，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；
4、膜片彈簧以整個圓周與壓盤接觸，使壓力分布均勻，摩擦片接觸良好，磨損均勻；
5、易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長；
6、膜片彈簧中心與離合器中心線重合，平衡性好。
1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容
1、壓盤設(shè)計(jì)。
2、離合器蓋設(shè)計(jì)。
3、從動盤總成設(shè)計(jì)。
4、膜片彈簧設(shè)計(jì)。
1.5 Pro/E軟件的特點(diǎn)
Pro/Engineer是美國PTC公司開發(fā)的一套機(jī)械CAD/CAE/CAM集成軟件，其技術(shù)領(lǐng)先，在機(jī)械、電子、航空、郵電、兵工、仿真等各行各業(yè)都有應(yīng)用，在CAD/CAE/CAM領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位。它集零件設(shè)計(jì)、大型組件設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、模具開發(fā)、數(shù)控加工、運(yùn)動分析、有限元分析、數(shù)據(jù)庫管理等功能于一身，具有參數(shù)化設(shè)計(jì)，特征驅(qū)動，單一數(shù)據(jù)庫等特點(diǎn)，大大加快了產(chǎn)品開發(fā)速度。
本設(shè)計(jì)使用的Pro/Engineer Wildfire3.0是Pro/Engineer的最新版本，其功能較以前的版本有了很大的提高，而且操作界面也更為好用，可以大大提高技術(shù)人員的工作效率。
第2章 方案論證
2.1 離合器車型的選定
該車主要參數(shù)如下表：
表2-1 離合器設(shè)計(jì)主要參數(shù)
使用工況
鄉(xiāng)間
總質(zhì)量（kg）
9550
發(fā)動機(jī)型號
Ca6102
發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N·m/(r/min)）
373/1300
變速器一檔傳動比
7.640
主減速器傳動比
5.77
驅(qū)動輪類型與規(guī)格
8.25-20
2.2方案選擇
本車設(shè)計(jì)采用單片膜片彈簧離合器。本車采用的摩擦式離合器是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡單，可靠性強(qiáng)，維修方便，目前大多數(shù)汽車都采用這種形式的離合器。而采用干式離合器是因?yàn)闈袷诫x合器大多是多盤式離合器，用于需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩的離合器，而該車型不在此列。采用膜片彈簧離合器是因?yàn)槟て瑥椈呻x合器具有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此可設(shè)計(jì)成當(dāng)摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎可以保持不變，且可減輕分離離合器時的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對離合器軸的中心線是對的，因此其壓力實(shí)際上不受離心力的影響，性能穩(wěn)定，平衡性也好；再者，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器的結(jié)構(gòu)大為簡化，零件數(shù)目減少，質(zhì)量減小并顯著地縮短了其軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤是以整個圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，磨損均勻，也易于實(shí)現(xiàn)良好的散熱通風(fēng)等。由于膜片彈簧離合器具有上述一系列的優(yōu)點(diǎn)，并且制造膜片彈簧的工藝水平也在不斷地提高，因而這種離合器在轎車及微型、輕型客車上已得到廣泛的采用，而且逐漸擴(kuò)展到載貨汽車上。從動盤選擇單片式從動盤是一位其結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。壓盤驅(qū)動方式采用傳動片式是因?yàn)槠錄]有太明顯的缺點(diǎn)且簡化了結(jié)構(gòu)，降低了裝配要求又有利于壓盤定中。選擇拉式離合器是因?yàn)槠漭^拉式離合器零件數(shù)目更少，結(jié)構(gòu)更簡化，軸向尺寸更小，質(zhì)量更??；并且分離杠桿較大，使其踏板操縱力較輕。
綜上本次設(shè)計(jì)選擇單片拉式膜片彈簧離合器。
第3章 設(shè)計(jì)計(jì)算及參數(shù)的選擇
3.1 離合器主要參數(shù)的選擇
離合器摩擦片在性能上應(yīng)滿足如下要求：
1） 摩擦因數(shù)較高且穩(wěn)定，工作溫度、單位壓力、滑磨速度的變化對其影響要??；
2） 有足夠的機(jī)械強(qiáng)度與耐磨性；
3） 密度小，以減小從動盤的轉(zhuǎn)動慣量；
4） 熱穩(wěn)定性好，在高溫下分離出的粘合劑少，無味，不易燒焦；
5） 磨合性能好不致刮傷飛輪和壓盤表面；
6） 接合時應(yīng)平順，不產(chǎn)生“咬合”或“抖動”現(xiàn)象；
7） 長期停放后，摩擦面不發(fā)生“粘著”現(xiàn)象。
摩擦片的外徑是離合器的重要參數(shù)。它對離合器的輪廓尺寸有決定性的影響，并根據(jù)離合器能全部傳遞發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩來選擇。為了能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)的最大的轉(zhuǎn)矩Temax，離合器的靜摩擦力矩TC應(yīng)大于發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Temax，而離合器傳遞的最大靜摩擦力矩TC又取決于其摩擦面數(shù)Z、摩擦系數(shù)f、作用在摩擦面上的總壓緊力P與摩擦片平均半徑RC，即
=
式中β——離合器的后備系數(shù)
離合器的基本參數(shù)主要有性能參數(shù)有后備系數(shù)β和單位壓力參數(shù)P0，尺寸參數(shù)D和d及摩擦片厚度。
3.1．1后備系數(shù)β
后備系數(shù)β是離合器設(shè)計(jì)時用到的一個重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的可靠程度。在選擇β時應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：
1) 摩擦片在使用中磨損后，離合器還應(yīng)能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩；
2) 要防止離合器滑磨過大；
3) 要能防止傳動系過載。
顯然，為了可靠地傳遞發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和防止離合器滑磨過大，β不宜選取太??；為了使離合器尺寸不致過大，減少傳動系過載，保證操縱輕便，β又不能選取太大；當(dāng)發(fā)動機(jī)后備功率較大，使用條件較好時，β可選擇小些；當(dāng)使用條件惡劣，需要拖帶掛車時，為提高起步能力，減少離合器磨損，β應(yīng)選取大些；貨車總質(zhì)量越大，β也應(yīng)選得越大；采用柴油機(jī)時，由于工作比較粗暴，轉(zhuǎn)矩較不平穩(wěn)，選取的β值應(yīng)比汽油機(jī)大些；發(fā)動機(jī)缸數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩波動越小，β可選取小些；膜片彈簧離合器由于摩擦片磨損后壓力保持較穩(wěn)定，選取的β值可以比螺旋彈簧的小些；雙片離合器的β值應(yīng)大于單片離合器。
各類汽車β值的選取范圍通常為：
轎車和微型車、輕型貨車——β=1.20～1.75
中型和重型貨車——β=1.50～2.25
越野車、帶拖掛的重型汽車和牽引汽車——β=1.80～4.00
根據(jù)上述原因及所選車型，選取β=1.8。
3.1.2摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度h的確定
摩擦片外徑是離合器的重要尺寸之一，它直接影響離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩大小，也關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命。在確定尺寸D時，發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩參數(shù)必須是已知的。
在結(jié)構(gòu)空間允許的情況下，盡量選用比較大的D尺寸，這樣既可保證使用性能，也可提高離合器的使用壽命。初步確定D的方法有兩種。
按發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩(N.m)來初選D,可參考下列公式
D=100
首先確定離合器的基本結(jié)構(gòu)為單片式，系數(shù)K反映了不同結(jié)構(gòu)和使用條件對D的影響，根據(jù)前面的該車基本數(shù)據(jù)可知該車為一般載貨車，所以K=36，且=373 N/m
帶入數(shù)據(jù)可得D=321.88 mm
在結(jié)構(gòu)空間允許的情況下，盡量選用比較大的D尺寸，這樣既可保證使用性能，也可提高離合器的使用壽命。所以D=325 mm
摩擦片尺寸D應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（JB1457-74），的規(guī)定，表3-1給處了離合器摩擦片的尺寸系列和參數(shù)。
表3-1 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)
外徑D（mm）
內(nèi)徑d(mm)
厚度h（mm）
內(nèi)外徑之比d/D
單位面積F（mm2）
325
190
3.5
0.585
546
所以由所計(jì)算的D值去參照表3-1，最后選定摩擦片的尺寸為下表：
表3-2選定的摩擦片的尺寸
外徑D
（mm）
內(nèi)徑d
(mm)
厚度h
(mm)
C=
1-
單位面積F
（mm）
325
190
3.5
0.585
0.800
546
3.1.3單位壓力P0
單位壓力對離合器工作性能和使用壽命有很大的影響，選取時應(yīng)考慮離合器的工作條件，包括發(fā)動機(jī)的后備功率大小，摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。離合器使用頻繁，發(fā)動機(jī)后備系數(shù)較小時，應(yīng)取小些；當(dāng)摩擦片外徑繳大時，為了降低摩擦片外緣處的熱負(fù)荷，應(yīng)取小些；后備系數(shù)較大時，可適當(dāng)增大。
當(dāng)摩擦片采用不同材料時，按下列范圍選?。菏藁牧希?0.10～0.35MPa粉末冶金材料：=0.35～0.60MPa金屬陶瓷材料：=0.70～1.5Mpa
驗(yàn)算單位壓力
1.取R= 時
β=ZμPA
因?yàn)槭菃纹?，所以摩擦盤工作面數(shù)Z=2。初選摩擦材料為石棉基摩擦材料 查表可取摩擦系數(shù)μ=0.3
代入數(shù)據(jù)得p≈0.155(MPa)
2．取R 時
βZμPA
代入數(shù)據(jù)得p≈0.158(MPa)
單位壓力P在容許范圍之內(nèi)，認(rèn)為所選離合器尺寸 參數(shù)合適。
對于小轎車，D=380~480時，P約為0.14mpa
又因小汽車的離合器都采用莫片彈簧離合，在使用過程中其摩擦片的磨損工作壓力幾乎不會變小，轎車的后備功率較小，使用條件較好，所以宜取小值。
根據(jù)上述原因及所選車型，選取=0.14 MPa
3.2 膜片彈簧設(shè)計(jì)
在汽車膜片彈簧離合器中，膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用 它的特性決定了離合器的主要工作性能。因此，在離合器的開發(fā)中，膜片彈簧的設(shè)計(jì)尤為重要。
3.2.1膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
膜片彈簧由彈簧鋼板沖壓而成（如圖3-1所示）。膜片彈簧在結(jié)構(gòu)上分兩部分，在膜片彈簧彈簧大端處為一完整的截面，它的形狀象一個無底的碟子和一般機(jī)械上用的碟形彈簧完全一樣，故稱為碟簧部分（如3-2所示）。膜片彈簧起彈性作用的正是碟簧部分。碟形彈簧的彈性作用是這一面沿其軸線方向加載，碟簧受壓變平，卸載后又恢復(fù)原形。可以說膜片彈簧是碟形彈簧的一種特殊結(jié)構(gòu)形式。所不同的是，在膜片彈簧上還包含有徑向開槽部分，膜片彈簧分離指與碟簧部分交接處的徑向槽較寬呈長方圓孔，這樣一方面可以減少分離指根部應(yīng)力集中，一方面又可用來安置銷釘以固定膜片彈簧。
圖3-1 膜片彈簧 圖3-2 碟形彈簧
3.2.2膜片彈簧的彈性變形特性
膜片彈簧起彈性作用的部分是其碟簧部分。碟簧部分的彈性變形特性和螺旋彈簧的不一樣。它是一種非線性的彈性，其特性和碟簧部分的原始內(nèi)截錐高度H及彈簧厚度h之比值有關(guān)。不同的H/h值可以得到不同的彈簧變形特性。一般可分為四種情況（圖3-1）：
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（1）時曲線1所示。載荷的增加，變形總是不斷增加。這種彈簧的剛度很大，可以承受很大的載荷，適合于作為緩沖裝中的行程限制器。
（2）時如曲線2所示。彈簧的特性曲線在中間是異端平直的線，變形的增加，載荷幾乎維持不變。此種彈簧叫做零剛度彈簧。
圖3-3 H/h對膜片彈簧彈性特性的影響
（3）如曲線3所示。彈簧的特性曲線中有一段負(fù)剛度區(qū)域，即變形增加時，載荷反面減少。具有這種特性的膜片彈簧很適用于作為離合器的壓緊彈簧。因?yàn)榭衫闷湄?fù)剛度區(qū)達(dá)到分離離合器時載荷下降，操縱省力之目的。但負(fù)剛度過大也不適宜，以免彈簧工作位置略微變動造成彈簧壓緊力變化過大。
（4）如曲線4所示。則特性曲線的極小點(diǎn)落在橫坐標(biāo)軸上。
（5）如曲線5所示。該特性曲線具有更大的負(fù)剛度區(qū)且具有載荷為負(fù)值的區(qū)域。這種彈簧適用于汽車液力傳動中的鎖止機(jī)構(gòu)。
3.2.3膜片彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算的基本公式
假設(shè)膜片彈簧在承載過程中，其子午斷面剛性地繞過斷面上的某中性點(diǎn)O轉(zhuǎn)動（圖3-2）。通過支承環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的載荷F1（N）集中在支承點(diǎn)處，加載點(diǎn)間的相對軸向變形為λ1（mm）（圖），則膜片彈簧彈簧特性如下式表示：
（3-2-1）
式中：E為材料的彈性模量（MPa），對于鋼：E=2.1×105 MPa；
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μ為材料的泊松比，對于鋼：μ=0.3；
H為膜片彈簧自由狀態(tài)下碟簧部分的內(nèi)截錐高度（mm）；
h為膜片彈簧鋼板厚度（mm）；
R ，r分別為壓盤加載點(diǎn)和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑（mm）；
R1 ，r1分別為壓盤加載點(diǎn)和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑（mm）。
圖3-4 子午斷面繞中性點(diǎn)的轉(zhuǎn)動
a） b） c)
圖3-5 膜片彈簧在不同工作狀態(tài)時的變形
a）自由狀態(tài)b）壓緊狀態(tài)c)分離狀態(tài)
當(dāng)離合器分離時，膜片彈簧的加載點(diǎn)將發(fā)生變化（圖3-3c）。設(shè)分離軸承對分離指端所加載荷為F2（N），相應(yīng)作用點(diǎn)變形為λ2（mm）；另外，在分離與壓緊狀態(tài)下，只要膜片彈簧變形到相同的位置，其子午端面從自由狀態(tài)也轉(zhuǎn)過相同的轉(zhuǎn)角，則有如下關(guān)系：
（3-2-2）
（3-2-3）
式中，為分離軸承與分離指的接觸半徑（mm）。
將式（3-2-2）和式（3-2-3）代入式（3-2-1），即可得F2與λ2的關(guān)系式為：
（3-2-4）
同樣，將式（3-2-2）和式（3-2-3）分別代入式（3-2-1）同樣可分別得到F1與λ2和F2與λ1的關(guān)系式。
如果不計(jì)分離指在F2作用下的彎曲變形，則分離軸承推分離指的移動行程λ2f（圖3-3c）為：
（3-2-5）
式中，λ1f為?壓盤的分離行程。（圖3-3b、3-3c）。
3.2.4膜片彈簧基本參數(shù)的確定
（1）比值H/h的選擇
該比值對膜片彈簧的彈性特性影響極大，因此，要利用H/h對彈簧特性的影響，正確地選擇該比值，以得到理想的特性曲線及獲得最佳的使用性能。為保證離合器壓緊力變化不大和操縱輕便，汽車的膜片彈簧離合器的H/h一般取系 -3