重型载货汽车离合器设计.doc

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1、毕 业 设 计 题 目 名 称 重型载货汽车离合器设计 题 目 类 别 毕业设计 学 院（系） 机械系 专 业 班 级 学 生 姓 名 指 导 教 师 辅 导 教 师 时 间 2007年11月至2008年6月 一、 概 述 离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，以保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；在工作中受到大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。 为了保证离合器具有良好的工作性能，对汽车离合

2、器设计提出如下基本要求： 1)在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备。 2)接合时要平顺柔和，以保证汽车起步时没有抖动和冲击。 3)分离时要迅速、彻底。 4)离合器从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。 5)应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命。 6)应使传动系避免扭转共振，并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。 7)操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。 8)作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小，以保 9)应有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作

3、可靠、寿命长。 10)结构应简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。 摩擦离合器主要由主动部分(发动机飞轮、离合器盖和压盘等)、从动部分(从动盘)、压紧机构(压紧弹簧)和操纵机构(分离叉、分离轴承、离合器踏板及传动部件等)四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传递动力的基本结构，操纵机构是使离合器主、从动部分分离的装置。 随着汽车发动机转速和功率的不断提高、汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步地向拉式结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。因此，提高离合器的可靠性

4、和使用寿命，适应高转速，增加传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。 本次设计的原始数据为：1）发动机的最大功率 P=1500 r/min2）发动机的最大扭矩 T=1086 N.m3）摩擦片外径 D420 mm 设计方向：双盘式摩擦离合器二、离合器的结构方案分析汽车离合器有摩擦式、电磁式和液力式三种类型，其中摩擦式的应用最广。盘形摩擦离合器，按其从动盘的数目可分为单片、双片和多片三类；根据压紧弹簧布置形式不同，可分为圆周布置、中央布置和斜向布置等形式；根据使用的压紧弹簧不同，可分为圆柱螺旋弹簧、圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧离合器；根据分离时所受作用力的方向不同，又可分为拉式和推式两种形式。

5、 2.1 从动盘数的选择 对轿车和轻型、微型货车而言，发动机的最大转矩一般不大。在布置尺寸允许的条件下，离合器通常只设有一片从动盘。单片离合器(图21)结构简单，尺寸紧凑，散热良好，用时能保证分离彻底、接合平顺。因此，广泛用与各级轿车及微、轻、中型客车与货车上，在发动机转矩不大于1000 N.m的大型客车和货车上也有所推广。 双片离合器(图22)与单片离合器相比， 图2-1 单片离合器由于摩擦面数增加一倍，因而传递转矩的能 力较大；在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力较小，另外接合较为平顺但中间压盘通风散热不良，两片起步负载不均，因而容易烧坏摩擦片，分离也不够彻底。设计时在结构上必须采

6、取相应的措施。这种结构一般用在传递转矩较大且径向尺寸受到限制的场合。 多片离合器多为湿式，它有分离不彻底、轴向尺寸和质量大等缺点，以往主要用于行星齿轮变速器换挡机构中。但它具有接合平顺柔和、摩擦表面温度较低、磨损较小、使用寿命长等优点，主要应用于重型牵引车和自卸车上。本次设计为重型载货汽车离合器的设计，设计原始数据为：发动机的最大转矩 T=1086 N.m，其大于1000 N.m，故选用双片磨擦离合器作为本次设计对象。它由从动盘、压盘驱动装置、压紧弹簧、离合器盖、分离杠杆、分离轴承等构成。图2-2 双片离合器2.2压紧弹簧和布置形式的选择 周置弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧(图21)，

7、其特点是结构简单、制造容易，因此应用较为广泛。此结构中弹簧压力直接作用于压盘上。为了保证摩擦片上压力均匀，压紧弹簧的数目不应太少，要随摩擦片直径的增大而增多，而且应当是分离杠杆的倍数。在某些重型汽车上，由于发动机最大转矩较大，所需压紧弹簧数目较多，可将压紧弹簧布置在两个同心圆周上。压紧弹簧直接与压盘接触，易受热退火，且当发动机最大转速很高时，周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲，使弹簧压紧力下降，离合器传递转矩的能力随之降低。此外，弹簧靠到它的定位面上，造成接触部位严重磨损，甚至会出现弹簧断裂现象。中央弹簧离合器采用一至两个圆柱螺旋弹簧或用一个圆锥弹簧作为压紧弹簧，并且布置在离合器的中心，此结构

8、轴向尺寸较大。由于可选较大的杠杆比，因此可得到足够的压紧力，且有利于减小踏板力，使操纵轻便。此外，压紧弹簧不与压盘直接接触，不会使弹簧受热退火，通过调整垫片或螺纹容易实现对压紧力的调整。这种结构多用于重型汽车上。斜置弹簧离合器的弹簧压力斜向作用在传力盘上，并通过压杆作用在压盘上。这种结构的显著优点是在摩擦片磨损或分离离合器时，压盘所受的压紧力几乎保持不变。与上述两种离合器相比，具有工作性能稳定、踏板力较小的突出优点。此结构在重型汽车上已有采用。 膜片弹簧离合器(图44)中的膜片弹簧是一种具有特殊结构的碟形弹簧，主要由碟簧部分和分离指组成，它与其它形式的离合器相比具有如下一系列优点：1)膜片弹簧

9、具有较理想的非线性特性如图212所示，弹簧压力在摩擦片允许磨损范围内基本不变(从安装时工作点B变化到A点)，因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；对于圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降(从月点变化到A，点)。离合器分离时，弹簧压力有所下降 (从B点变化到C点)，从而降低了踏板力；对于圆柱螺旋弹簧，压力则大大增加(从月点变化到C，点)。 2)膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小。 3)高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱螺旋弹簧压紧力则明显下降。4)由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，可提高使用寿命。 5

10、)易于实现良好的通风散热，使用寿命长。 6)平衡性好。 7)有利于大批量生产，降低制造成本。 图2-3 膜片弹簧离合器 图2-4 拉式膜片弹簧离合器但膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材质和尺寸精度要求高，其非线性特性在生产中不易控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。近年来，由于材料性能的提高，制造工艺和设计方法的逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。因此，膜片弹簧离合器不仅在轿车上被大量采用，而且在轻、中、重型货车以及客车上也被广泛采用。 拉式膜片弹簧离合器(图24)中，其膜片弹簧的安装方向与推式相反。在接合时，膜片弹簧的大端支承在离合器盖上，而以中部压紧在压盘上。将分离轴承向外拉离飞轮，即可实现

11、分离。与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有如下优点： 1)由于取消了中间支承各零件，并只用一个或不用支承环，使其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更小。 2)由于拉式膜片弹簧是以中部与压盘相压，因此在同样压盘尺寸条件下可采用直径较大的膜片弹簧，从而提高了压紧力与传递转矩的能力，而并不增大踏板力；或在传递相同转矩时，可采用尺寸较小的结构。 3)在接合或分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，故分离效率更高。4)拉式的杠杆比大于推式杠杆比，且中间支承少，减少了摩擦损失，传动效率较高，使踏板操纵更轻便。拉式踏板力比推式一般约可减少2530。5)拉式无论在接合状态或分离状态，膜片弹簧大端与离合器盖支承

12、始终保持接触，在支承环磨损后不会产生冲击和噪声。6)使用寿命更长。 但是，拉式膜片弹簧的分离指是与分离轴承套筒总成嵌装在一起的，需专门的分离轴承(参见图219)，结构较复杂，安装和拆卸较困难，且分离行程略比推式大些。由于拉式膜片弹簧离合器综合性能优越，它已在一些汽车中得以应用。2.3 膜片弹簧支承形式 推式膜片弹簧支承结构按支承环数目不同分为三种。图25为双支承环形式，其中图25a用台肩式铆钉将膜片弹簧、两个支承 图2-4 拉式膜片弹簧离合器环与离合器盖定位铆合在一起，结构简单，是早已采用的传统形式；图25b在铆钉上装硬化衬套和刚性挡环，可提高耐磨性和使用寿命，但结构较复杂；图25c取消了铆钉

13、，在离合器盖内边缘上伸出许多舌片，将膜片弹簧、两个支承环与离合器盖弯合在一起，使结构紧凑、简化、耐久性良好，因此其应用日益广泛。图2-5 推式膜片弹簧双支承环形式 图2-6 推式膜片弹簧单支承环形式图26为单支承环形式。在冲压离合器盖上冲出一个环形凸台来代替后支承环(图26a)使结构简化，或在铆钉前侧以弹性挡环代替前支承环(图26b)，以消除膜片弹簧与支承环之间的轴向间隙。图27为无支承环形式，利用斜头铆钉的头部与冲压离合器盖上冲出的环形凸台将膜片弹簧铆合在一起而取消前、后支承环(图27a)；或在铆钉前侧以弹性挡环代替前支承环，离合器盖上环形凸台代替后支承环(图27b)，使结构更简化；或取消铆

14、钉，离合器盖内边缘处伸出的许多舌片将膜片弹簧与弹性挡环和离合器盖上的环形凸台弯合在一起(图27c)，结构最为简单。 图28为拉式膜片弹簧支承结构形式，其中图28a为无支承环形式，将膜片弹簧的大端直接支承在离合器盖冲出的环形凸台上；图28b为单支承环形式，将膜片弹簧大端支承在离合器盖中的支承环上。这两种支承形式常用于轿车和货车上。图2-7 推式膜片弹簧无支承环形式 图2-8 拉式膜片弹簧支承形式 由于膜片弹簧结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小，广泛用于中、重型货车上，固本次设计采用膜片弹簧的布置形式。2.4 压盘的驱动方式 压盘的驱动方式主要有凸块一窗孔式、销钉式、键块式和传动片式多种

15、。前三种的共同缺点是在联接件之间都有间隙，在驱动中将产生冲击和噪声，而且在零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低了离合器传动效率。传动片式是近年来广泛采用的结构，沿周向布置的三组或四组钢带传动片两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联接(图22)，传动片的弹性允许其作轴向移动。当发动机驱动时，钢带受拉；当拖动发动机时，钢带受压。此结构中压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，使用可靠，寿命长。但反向承载能力差，汽车反拖时易折断传动片，故对材料要求较高，一般采用高碳钢。使用弹性传动片的方式不仅消除了前三种的缺点，而且简化了结构，降低了对装配精度的要求且有利于压盘的定中，固选用弹性传动片式驱动压盘。三、离合器

16、主要参数的选择摩擦离合器是靠摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为 （3-1）式中，为静摩擦力矩；为摩擦面间的静摩擦因数，计算时一般取025030；F为压盘施加在摩擦面上的工作压力；为摩擦片的平均摩擦半径；Z为摩擦面数，是从动盘数的两倍；为离合器的后备系数；为发动机的最大转矩。 假设摩擦片上工作压力均匀，则有 （3-2）式中，为摩擦面单位压力，A为一个摩擦面的面积；D为摩擦片外径，D=2R；d为摩擦片内径，d=2r。摩擦片的平均摩擦半径R，根据压力均匀的假设，可表示为 （3-3）当dD06时，可相当准确地由下式计算将式(32)与式(33)代人式(31)得

17、 (3-4)式中，C为摩擦片内外径之比，C=dD，一般在055065之间。 为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时应大于发动机最大转矩，即 (3-5)式中，为发动机最大转矩；为离合器的后备系数，定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，必须大于1。 离合器的基本参数主要有性能参数和，尺寸参数D和d及摩擦片厚度b。 3.1 后备系数 后备系数是离合器设计时用到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择夕时，应考虑以下几点： 1)摩擦片在使用中磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩。 2)要防止离合器滑磨过大。 3)要能防止传

18、动系过载。 显然，为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，不宜选取太小；为使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜选取太大；当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可选取小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力、减少离合器滑磨，应选取大些；货车总质量越大，也应选得越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取的值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的值应大于单片离合器。 各类汽车口值的取值范围通常为： 轿车和微型、轻型货车 =130175 中

19、型和重型货车 =160225越野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽车 =2.03.5本次设计为中型货车离合器，工作条件较恶劣，货车质量较大，采用汽油发动机，采用周置的螺旋弹簧离合器。综合以上因数，选取后备系数的值为2.0。3.2 单位压力 单位压力对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件，发动机后备功率大小，摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。离合器使用频繁，发动机后备系数较小时，加应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处的热负荷，应取小些；后备系数较大时，可适当增大。 当摩擦片采用不同材料时，按下列范围选取： 石棉基材料 =010035MPa 粉末冶金材料

20、 =035060MPa金属陶瓷材料 =070150MPa本次设计选用石棉基材料作为摩擦片，发动机的最大功率P=157 KW。综合以上因数，选取单位压力的值为0.20MPa。 3.3 摩擦片外径D、内径d和厚度b 当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩已知，结合式(3-1)和式(3-5)，适当选取后备系数和单位压力，即可估算出摩擦片尺寸。 摩擦片外径D(mm)也可根据发动机最大转矩 (Nm)按如下经验公式选用 (3-6)式中，为直径系数，轿车： =145；轻、中型货车：单片=160185，双片=135150；重型货车： =225240。 在同样外径D时，选用较小的内径d虽可增大摩擦面

21、积，提高传递转矩的能力，但会使摩擦面上的压力分布不均匀，使内外缘圆周的相对滑磨速度差别太大而造成摩擦面磨损不均匀，且不利于散热和扭转减振器的安装。摩擦片尺寸应符合尺寸系列标准JB576486汽车用离合器面片，所选的D应使摩擦片最大圆周速度不超过6570ms，以免摩擦片发生飞离。由（3-6）式和的范围=160185得， 16.0D18.5D420，选用D=410mm。取C=0.589，则d的值为 d=D*c=410*0.589=240mm确定了D、d后，可以计算摩擦片的单面面积A，得 A=由D、可以确定摩擦片的最大圆周速度为，的值小于50，固以上选用的值符合要求。由A、可以确定压盘施加在摩擦面上

22、的工作压力F,得 N摩擦片的厚度主要有32mm、35mm和40mm三种。由摩擦片的内外径查表得，摩擦片的厚度为h=3.5mm。四、 离合器的设计与计算一、离合器基本参数的优化 设计离合器要确定离合器的性能参数和尺寸参数，这些参数的变化影响离合器的结构尺寸和工作性能。 1设计变量 后备系数夕可由式(3-1)和式(3-5)确定，可以看出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。可由式(22)确定，也取决于F和D及d。因此，离合器基本参数的优化设计变量选为2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条件下，使其结构尺寸尽可能小，即目标函数为3约束条件1)摩擦

23、片的外径D(mm)的选取应使最大圆周速度不超过6570ms，即 (3-7)式中，为摩擦片最大圆周速度(ms)；为发动机最高转速(rmin)。 2)摩擦片的内外径比c应在055065范围内，即 055c065 3)为保证离合器可靠传递转矩，并防止传动系过载，不同车型的值应在一定范围内，最大范围为1240，即 1240 4)为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器弹簧位置直径2Ro约50mm(图215)，即 d2Ro+50 5)为反映离合器传递转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即 （3-8）式中，为单位摩擦面积传递的转矩(Nm)；为其允许值(Nm)，按表41选

24、取。 表21 单位摩擦面积传递转矩的许用值 (Nm) 离合器规格Dmm 210-250 250325 325 X109 028 030 035 0406)为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，单位压力p。对于不同车型，根据所用的摩擦材料在一定范围内选取，最大范围为010150MPa，即 010MPa150MPa 7)为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值，即 (3-9)式中，为单位摩擦面积滑磨功(Jmm2)； 为其许用值(Jmm2)，对于轿车： =040Jmm2，对于轻型货车： =033Jmm2，对于重型货车：

25、=025Jmm2; W为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功(J)，可根据下式计算 (3-10)式中，ma为汽车总质量(kg)；为轮胎滚动半径(m)；为起步时所用变速器挡位的传动比；i0为主减速器传动比；为发动机转速(rmin)，计算时轿车取2000rmin，货车取1500rmin。4.优化计算与检练通过前面主要参数的确定和优化计算得,F=8040N,D=280mm,d=165mm.检练以上约束条件得,1. 65m/S 2. 0.55C=0.5890.653. 1.2=2.04.0 4. 010MPa=020MPa h2时，A点的切向拉应力最大；当(2) h/2时，A点的切向拉应力-最大。

26、 分析表明，月点的应力值最高，通常只计算月点的应力来校核碟簧的强度。将月点坐标x (r)和y=h2代人式(215)，可得月点的应力B (2-17)令d d=0，可求出达到极大值时的转角p。 (2-18)式(218)表明，B点最大压应力发生在比碟簧压平位置再多转动一个角度arctanh2(er) h2(er)的位置处。 当离合器彻底分离时，膜片弹簧子午断面的实际转角f，计算时，应取p,如果fp，则取f。在分离轴承推力F2作用下，B点还受弯曲应力，其值为 (2-19)式中，n为分离指数目；为一个分离指根部宽度。 考虑到弯曲应力是与切向压应力相互垂直的拉应力，根据最大切应力强度理论，B点的当量应力为

27、 (2-20)试验表明，裂纹首先在碟簧压应力最大的月点产生，但此裂纹并不发展到损坏，且不明显影响碟簧的承载能力。继后，在A点由于拉应力产生裂纹，这种裂纹是发展性的，一直发展到使碟簧破坏。在实际设计中，当膜片弹簧材料采用60Si2MnA时，通常应使15001700MPa。 四、膜片弹簧主要参数的选择 1比值Hh和h的选择 比值Hh对膜片弹簧的弹性特性影响极大。分析式(211)可知，当Hh时，Fl= f(1)有一极大值和一极小值；当Hh=2时，Fl= f(1)的极小值落在横坐标上。为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Hh一般为1622，板厚丸为24mm。 2比值Rr和R、r

28、的选择 研究表明，Rr越大，弹簧材料利用率越低，弹簧刚度越大，弹性特性曲线受直径误差影响越大，且应力越高。根据结构布置和压紧力的要求，Rr一般为120135。为使摩擦片上压力分布较均匀，推式膜片弹簧的R值应取为大于或等于摩擦片的平均半径RC，拉式膜片弹簧的r值宜取为大于或等于Rc。而且，对于同样的摩擦片尺寸，拉式的R值比推式大。 3的选择 膜片弹簧自由状态下圆锥底角。与内截锥高度H关系密切，=arctanH(Rr) H(Rr)，一般在9O15O范围内。 4膜片弹簧工作点位置的选择膜片弹簧的弹性特性曲线，如图212所示。该曲线的拐点H对应着膜片弹簧的压平位置，而且1H=(1M+1N)2。新离合器

29、在接合状态时，膜片弹簧工作点B一般取在凸点M和拐点H之间，且靠近或在H点处，一般1B=(0810)且lH，以保证摩擦片在最大磨损限度入范围内压紧力从F1B到F1A变化不大。当分离时，膜片弹簧工作点从B变到C，为最大限度地减小踏板力，C点心尽量靠近N点。 44 膜片弹簧的弹性特性曲线 5n的选取 分离指数目n常取为18，大尺寸膜片弹簧有些取24，小尺寸膜片弹簧有些取12。五、膜片弹簧材料及制造工艺 国内膜片弹簧一般采用60Si2MnA或50CrVA等优质高精度钢板材料。为了保证其硬度、几何形状、金相组织、载荷特性和表面质量等要求，需进行一系列热处理。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行强

30、压处理，即沿其分离状态的工作方向，超过彻底分离点后继续施加过量的位移，使其过分离38次，并使其高应力区发生塑性变形以产生残余反向应力。一般来说，经强压处理后，在同样的工作条件下，可提高膜片弹簧的疲劳寿命530。另外，对膜片弹簧的凹面或双面进行喷丸处理，即以高速弹丸流喷射到膜片弹簧表面，使表层产生塑性变形，形成一定厚度的表面强化层，起到冷作硬化的作用，同样也可提高疲劳寿命。 为提高分离指的耐磨性，可对其端部进行高频感应加热淬火或镀铬。为了防止膜片弹簧与压盘接触圆形处由于拉应力的作用产生裂纹，可对该处进行挤压处理，以消除应力源。 膜片弹簧表面不得有毛刺、裂纹、划痕等缺陷。碟簧部分的硬度一般为455

31、0HRC，分离指端硬度为5562HRC，在同一片上同一范围内的硬度差不大于3个单位。碟簧部分应为均匀的回火托氏体和少量的索氏体。单面脱碳层的深度一般不得超过厚度的3。膜片弹簧的内外半径公差一般为H1l和h11，厚度公差为0025mm，初始底锥角公差为10度。上、下表面的表面粗糙度为16m，底面的平面度一般要求小于01mm。膜片弹簧处于接合状态时，其分离指端的相互高度差一般要求小于0810mm。 六、膜片弹簧的优化设计 膜片弹簧的优化设计就是通过确定一组弹簧的基本参数，使其载荷变形特性满足离合器的使用性能要求，而且弹簧强度也满足设计要求，以达到最佳的综合效果。 1目标函数 目前，国内关于膜片弹簧

32、优化设计的目标函数主要有以下几种： 1)弹簧工作时的最大应力为最小。 2)从动盘摩擦片磨损前后弹簧压紧力之差的绝对值为最小。 3)在分离行程中，驾驶员作用在分离轴承装置上的分离操纵力平均值为最小。 4)在摩擦片磨损极限范围内，弹簧压紧力变化的绝对值的平均值为最小。 5)选3)和4)两个目标函数为双目标。 为了既保证离合器使用过程中传递转矩的稳定性，又不致严重过载，且能保证操纵省力，选取5)作为目标函数，通过两个目标函数分配不同权重来协调它们之间的矛盾，并用转换函数将两个目标合成一个目标，构成统一的总目标函数 （2-21）式中，l和2分别为两个目标函数和的加权因子，视设计要求选定。 2设计变量

33、从膜片弹簧载荷变形特性公式(211)可以看出，应选取H、h、R、r、Rl、r1这六个尺寸参数以及在接合工作点相应于弹簧工作压紧力F1B的大端变形量1B(图212)为优化设计变量，即 (2-22)3约束条件1)应保证所设计的弹簧工作压紧力F1B与要求压紧力Fy相等，即 F1B=Fy 2)为了保证各工作点A、月、C有较合适的位置(A点在凸点M左边，B点在拐点H附近，C点在凹点N附近，如图212所示)，应正确选择1B相对于拐点1H的位置，一般1B1H：0810，即 (2-23)3)为了保证摩擦片磨损后离合器仍能可靠地传递转矩，并考虑到摩擦因数的下降，摩擦片磨损后弹簧工作压紧力F1A应大于或等于新摩擦

34、片时的压紧力FIB，即 F1AFIB 4)为了满足离合器使用性能的要求，弹簧的Hh与初始底锥角H(Rr)应在一定范围内，即 16Hh22 9oH(Rr)15o 5)弹簧各部分有关尺寸比值应符合一定的范围，即 (2-24)式中，为膜片弹簧小端内半径，如图213所示。6)为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，推式膜片弹簧的压盘加载点半径R1(或拉式膜片弹簧的压盘加载点半径r1)应位于摩擦片的平均半径与外半径之间，即推式：(D十d)4R1D2 拉式：(D十d)4r1D2 7)根据弹簧结构布置的要求，R1与R、r1与r、与r0之差应在一定范围内，即 1RR17。 0r1r6 04 8)膜片弹簧的分离指起

35、分离杠杆作用，因此其杠杆比应在一定范围内选取，即 推式：2345 拉式：3590 图45 膜片弹簧的尺寸简图9)为了保证避免弹力衰减要求，弹簧在工作过程中 a)推式 b)拉式 c)俯视图B点的最大压应力。应不超过其许用值，即 10)为了保证疲劳强度要求，弹簧在工作过程中A点(或A点)的最大拉应力 (或)应不超过其相应许用值，即 或 11)由于弹簧在制造过程中，其主要尺寸参数H、h、R和r都存在加工误差，对弹簧的压紧力有一定的影响。因此，为了保证在加工精度范围内弹簧的工作性能，必须使由制造误差引起的弹簧压紧力的相对偏差不超过某一范围，即 (2-25)式中，FH、Fh、FR、Fr分别为由于H、h、

36、R、r的制造误差引起的弹簧压紧力的偏差值。 12)在离合器装配误差范围内引起的弹簧压紧力的相对偏差也不得超过某一范围，即 (2-26)式中，为离合器装配误差引起的弹簧压紧力的偏差值。五、 扭转减振器的设计计算 扭转减振器主要由弹性元件(减振弹簧或橡胶)和阻尼元件(阻尼片)等组成。弹性元件的主要作用是降低传动系的首端扭转刚度，从而降低传动系扭转系统的某阶(通常为三阶)固有频率，改变系统的固有振型，使之尽可能避开由发动机转矩主谐量激励引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地耗散振动能量。所以，扭转减振器具有如下功能： 1)降低发动机曲轴与传，动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率。 2)增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的瞬态扭振。 3)控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器轴系的扭振，消减变速器怠速噪声和主减速器与变速器的扭振与噪声。4)缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷和改善离合器的接合平顺性。扭转减振器具有线性和非线性特性两种。单级线性减振器的扭转特性如图6-1所示，其弹