基于ProE的离合器的三维实体建模(5)

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(1) 刚度问题

离合器分离杆支承在离合器盖上，如果盖的刚度不够，则当离合器分离时，可能会使盖产生较大变形，这样就会降低离合器的操纵部分的传递效率。为了减轻重量和增加刚度，小轿车和一般载货车的离合器盖常用厚度约为3～5mm的低碳钢板冲压成比较复杂的形状。重型汽车由于批量少，为了降低成本增加刚度则常采用铸铁的离合器盖。本次设计初选08钢板，厚度为4mm。

(2）通风散热问题

离合器盖上须开许多通风窗口来加强离合器的冷却。 (3）对中问题

离合器盖内装有压盘、膜片弹簧、从动盘等零件，因此，它必须要与发动机飞轮曲轴中心线有良好的定心对中，否则会破坏系统整体的平衡，严重影响离合器的正常工作。

3.4 膜片弹簧的设计

3.4.1 膜片弹簧的概念

膜片弹簧的第一部分大端是一完整的截锥，类似无底的碟子，和一般机械上用的碟形弹簧一样，故称作碟簧部分。碟簧部分是膜片弹簧起弹性作用的部分。膜片弹簧的第二部分是径向开槽部分，开槽像一圈分离的手指称为分离指，其作用是作为分离杆。分离指与碟簧部分小端交接处的径向槽较宽且呈长方孔，分离指根部的过渡圆角半径应大于4.5mm，以减少分离指根部的应力集中，长方孔可用来安置销钉固定膜片弹簧。综合起来说，膜片弹簧是由碟簧和分离指组合成一体的一种特殊的蝶形弹簧。

3.4.2 膜片弹簧的弹性变形特征

膜片弹簧的弹性特性是由其碟簧部分所决定，是非线性的，与碟簧原始内锥高H及弹簧片厚度h有关。不同的H/h值可得到不同的弹性特性见图3.4。一般分成下列四种情况。

（1）H/h<2 当H/h<2时，载荷P为增函数，变形?随载荷P的增加而增加。这种弹簧的刚度大适于承受大载荷并用作缓冲装置中的行程限制。

（2）H/h=2 当H/h=2，特性曲线上有一拐点，若(H/h)=1.5≈2，则特性曲线中间有一段很平，即变形增加但载荷P几乎不变，此种弹簧称作零刚度弹簧。

（3）2

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就引起弹簧压紧力过大的变化。为兼顾操纵轻便及压紧力变化不大，汽车离合器膜片弹簧通常取1.5

（4）H/h>22 当H/h>22，特性曲线中具有更大的负刚度不稳定工况区，而且具有载荷为负值的区域。这种弹簧适于汽车液力传动中的锁止机构。

图3.4不同H/h时的膜片弹簧弹性特性曲线

3.4.3膜片弹簧基本参数的选择 1比值H/h的选择

H/h对膜片弹簧的弹性特性影响极大，因此要利用膜片弹簧非线性对我弹性变形

规律，正确地选择该比值，以得到理想的特性曲线及获得最佳的使用性能。为保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车的膜片弹簧离合器的H/h一般取1.5

板厚一般为2～4mm，本设计取h=2.5mm

则取H/h=1.68，代入h=2.5mm，得到H=4.2mm。 2R及R/r的选择

比值R/r对弹簧的载荷及应力特征都有影响。膜片弹簧的大端半径R应根据结构要求和摩擦片的尺寸来确定。考虑到到材料的利用效率。比值R/r越小，弹簧材料的利用效率越高。碟形弹簧储存弹簧性能的能力在R/r=1.8～2.0时为最大，因此在设计时用来缓冲冲击、吸收振动等需要储存大量弹性能的碟簧时选用。但对汽车离合器膜片弹簧来说，并不要求储存大量的弹性能，应根据结构布置及压紧力的需要，通常

R/r=1.2～1.3。

表3.5一些车型膜片弹簧的R和R/r的值 车型 外径（mm） 丰田 225 R/r 内径（mm） 膜片弹簧大端半径2R（mm） 160 206 103/81=1.27 150 165 210 252 105/8.5=1.25 126/103.5=1.21 北京BJ751 228 上海SH771 280 根据本设计所选车型，结合表

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3.5。选取R/r=1.31。根据

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R?Rc=(D?d)/4=92.25mm（Rc为膜片弹簧的平均半径），取R=108mm，则r=82.5mm。

3膜片弹簧在自由状态下的圆锥底角?

膜片弹簧在自由状态下的圆锥底角?与内截锥高度H关系密切，??H/(R?r)，一般在10°～14°范围内选择。

本设计的锥角为：??4.2/(108-82.5)?11°。落在10°～14°的范围内，因此设计合理。

4膜片弹簧小端半径rf及分离轴承作用半径rp

rf主要由离合器的结构决定，其最小值应大于变速器第一轴的花键外径。rp应大于rf。rp与rf之差应在一定的范围内，既0?rp?rf?4。因为花键的外径前面已经确定

为D=34mm，并要满足2rf>D，所以rf=25mm，rp=28mm。 5分离指的数目n和切槽宽?1、窗孔槽宽?2及半径rc的确定

汽车离合器膜片弹簧的分离指数目n＞12，一般在18左右，采用偶数，便于制造时模具分度；切槽宽?1约为4mm，窗孔槽宽?2≈（2.5～4.5）?1≈12mm，窗孔半径rc一般情况下由（r?rc）≈(0.8～1.4)?2,所以取r?rc=1?2=12mm。

根据本设计要求，取n=18，?1=4mm，?2=12mm，rc=70.5mm。 6支承圈半径l和和膜片弹簧与压盘的接触半径L

l和L的大小将影响膜片弹簧的刚度。本离合器采用推式膜片弹簧设计，支撑环作用半径l应尽可能接近r而略大于r，L应接近R而略小于R。接合之前的设计，本离合器的支撑圈半径和膜片弹簧与压盘的接触半径确定为：l=84mm，L=108mm。 3.4.4膜片弹簧的计算 1 膜片弹簧的计算公式与P1—?1曲线

由前面已知数据：Temax=179N?m , D=225mm, d=150mm，

?=1.4，

H/h=1.68，R/r=1.31，?=11°，R=108mm，r=82.5mm，H=4.2mm，h=2.5mm，l=84mm，L=108mm，rf=25mm， rp=28mm，n=18，?1=4mm，?2=12mm，rc=70.5mm。 （1）根据式（3-12）画出P1??1曲线

R?Eh?1lnr??R?r??1R?r?2?P?)?H?()??h? (3-12) ??(H??11?26(1??)(L?l)??L?l?2L?l??式中，；

?1—大端变形,mm；

r—碟簧部分内半径，mm；

L—膜片弹簧与压盘接触半径，mm；

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l—支承环平均半径，mm；

E—弹性模数，对于钢材料取E=2.0?105MPa； ?—波桑比，钢材料取?=0. 3； h—弹簧钢板厚度，mm； H—碟簧的内截锥高，mm； R—碟簧大端半径，mm。

6(1??2)(L?l)设 P 1?P14?Eh ?1??1h

因此公式(3-12)就成为：

R??HR?r??H?1R?r??P?1? (3-13) ????11??1ln????r??hL?l??h2L?l??把有关数值代入上述各式，得：

PP1=1450.781

?1=2.5?122?P??=0.166－0.696+0.8831111 由不同的?1值,计算P1及P1和?1,计算结果列表如表3.6：

表3.6由不同的?1值,计算P1及P1和?1

0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1.206 1.2 1.4 1.6 1.8 1.896 2.0 2.4 ?1 P1 0.0815 0.25 1180 0.1501 0.5 2190 0.2524 1 3602 0.3149 1.5 4569 0.3454 2 5011 0.3515 2.57 5100 0.3425 0.3428 3.5 4712 0.2969 4 4307 0.2967 4.5 4305 0.2968 4.74 4308 0.302 5 4381 0.391 6 5676 ?1 P1 3 4969 依据上表3.6的数据画出P1—?1曲线如下图3.5。

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图3.5

工作压力F1/N膜片弹簧弹性特性35003000250020001500100050000123变形λ1/mm456P1—?1曲线

2膜片弹簧工作点位置的选择

汽车离合器膜片弹簧特性曲线的形状如图3.6所示。曲线上有几个特定的工作点，合理的选择这些工作点很重要。拐点T对应着膜片弹簧的压平位置，而?1为曲线凸点M和凹点N的横坐标平均值。B点为新离合器(摩擦片无磨损情况)

图3.6膜片弹簧工作位置图

摩擦片在压紧状态时的工作点，该店要保持膜片弹簧有足够大的压紧力。通常取其轴向变形量为?1b=(0.8～1.0)H，B应保证摩擦片在最大磨损??后的工作点A处压紧力变

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