（机械设计及理论专业论文）捷达轿车离合器膜片弹簧的设计与研究.pdf

摘要 本文针对国产一汽大众捷达轿车离合器d s p 2 1 0 j 型号的膜片弹簧在生产中存在的 实际问题，修正了目前国际上流行的膜片弹簧理论计算公式a l m e n - - l a s z l o 公式( 简称 卜- l 公式) ，并对d s p 2 1 0 j 型号的膜片弹簧进行了结构参数的优化设计。 从一东离合器有限公司采集了大量的d s p 2 1 0 j 膜片弹簧相关数据进行弹簧特性曲 线拟合，将拟合后的实际大端载荷一变形特性瞌线与理论大端载荷一变形特性曲线对 比，分析影响弹簧特性曲线的各个因素，确定了在原始理论计算公式( a - l 公式) 中 需要加入修正系数的位置以及修正系数的数量，并且经过大量的研究与分析得到了较 为准确的修正系数。为国产捷达轿车离合器的膜片弹簧设计提供了更科学合理的理论 计算公式。 。 对d s p 2 1 0 j 膜片弹簧进行了结构参数的优化设计，分析了优化设计结果，通过对 优化后的膜片弹簧试制件做抽样疲劳寿命试验及特性实验，试验表明试制件的寿命有 所提高，而且弹性衰减在国家标准要求的1 0 范围内。成功实现了国产捷达轿车离合器 膜片弹簧的设计、生产国产化。 进一步研究了修正公式中修正系数与膜片弹簧结构参数之间的关系，对于其他型 号的离合器膜片弹簧设计计算，只需要输入弹簧的结构参数，计算出对应的修正系数 便可以得到此种型号膜片弹簧的理论计算公式，大大简化了各种型号离合器膜片弹簧 的计算过程。真正实现了厂内标准化，使d s p 系列膜片弹簧的生产摆脱了经验、试制 的方法，通过对优化设计后的试制件进行试验可知，在定程度上提高了生产效率同 时减少了试制次数。 综上所述，修正后的国产捷达轿车膜片弹簧理论计算公式是合理、可行的，对中 国离合器膜片弹簧制造业有重要意义。 关键词：捷达轿车膜片弹簧a _ 一l 公式优化设计 a b s t r a c t t h i sa r t i c l ea i m sa tt h ea c t u a lp r o b l e mw h i c he x i s t si nt h ep r o d u c t i o no ft h ed so ft h e l a w - v o l k s w a g e nj e t r a sd sc l u t c hw h i c hh a v eb e e nm a d ei n o u rc o u n t r y r e v i s et h e i n t e r n a t i o n a lp o p u l a ra l m e n l a s z l of o r m u l a ( i e a - lf o r m u l a ) f o rt h ed sa tp r e s e n ti nt h i s a r t i c l e t h em e a nw h i l e ，o p t i m i z ea n dd e s i g nt h es t r u c t u r a lp a r a m e t e ro ft h et y p ed s p 2 1 0 j s d s g a t h e r e dag r e a td e a lo fc o r r e l a t i v ed a t ao fd so ft h ed s p 2 1 0 jt oc a r r yo nt h es p r i n g c h a r a c t e r i s t i c c u r v e f i t t i n g f r o my i d o n gc o 1 t d c o n t r a s tt h ec u r v c o ft h el o a d - - d e f o r m a t i o nb e t w e e nt h ea c t u a la n dt h e o r ya to u t e rf u l c r u m a n a l y s ea n yf a c t o rw h ow o r k s o nt h ec h a r a c t e r i s t i cc u r v e ，t h e nm a k es u r ew h e r ec a l lt h ec o e f f i c i e n tp u ti nt h er e v i s e d f o r m u l aa n dh o w m a n yw o u l da c c e d et oi nt h eo r i g i n a lt h e r o r yf o r m u l a ( a - lf o r m u l a ) a n d o b t a i n e dt h em o r ea c c u r a t ec o r r e c t i o nc o e f f i c i e n tp a s s e dt h r o v 【g ham a s s i v eo fr e s e a r c ha n d a n a l y s i s p o v i d et h em o r es c i e n t i f i cr e a s o n a b l et h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o nf o r m u l af o rd e s i g n i n g o ft h ej e t t a sd sc l u t c hw h i c hh a v eb e e nm a d ei no u rc o u n t r y o p t i m i z ea n dd e s i g ns t r u c t u r a lp a r a m e t e ro ft h ed s p 2 1 0 j sd s a n a l y s i st h er e s u l t so f t h eo p t i m i z a t i o nd e s i g n ，t h r o u 曲t h ef a t i g u el i f ee x p r i m e n ta n dc h a r a c t e r i s t i ce x p r i m e n tf o r d s st r i a l - m a n u f a c t u r i n ga f t e ro p t i m i z a t i o n ，s h o wt h a tt h el i f eo ft h et r a i l m a n u f a c t u r i n g h a v eb e e ni m p r o v e d m o r e o v e rt h ee l a s t i c i t yw e a k e n si nt h er e q u e s ts c o p e 一1 0 t h e y h a v er e a l i z e dt h a tt h ed s p 2 1 0 j sd sd e s i g na n dp r o d u c ei no u r c o u n t r y f u r t h e rs t u d yt h er e l a t i o n sb e t w e e nt h er e v i s e dc o e f f i c i e n ta n dt h ed s ss t r u c t u r e p a r a m e t e ri nt h er e v i s e df o r m u l a f o ro t h e rt y p ec l u t c hd s sd e s i g na n dc a l u c a t i o n ，o n l yt o i n p u ts p r i n g ss t r u c t u r ep a r a m e t e r , t h e nc a l c u l a t eo u tt h er e l a t i v er e v i s e dc o e f f i c i e n t ，w ec a n o b t a i nt h i st y p ed s st h e o r yc a l c u l a t i o nf o r m u l a s oi tc a ne n o r m o u s l ys i m p l i f yt h e c a l c u l a t i o no fe v e r yt y p ec l u t c hd s i t st r u l yt h a tr e a l i z et h es t a n d a r d i z a t i o ni nt h ec o m p a n y , m a k et h es e r i e so fd s pi nd sg e tr i do fo n l yd e p e n do ne x p e r i e n c ea n dt r a i l m a n u f a c t u r i n g t h r o u g he x p e r i m e n to nt h et r a i l m a n u f a c u t u r i n ga f t e rt h eo p t i m i z a t i o nd e s i g ns h o w st h a ti t c a ni m p r o v et h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dr e d u c et h en u m b e r so ft r a i l m a n u f a c t u r i n g s u m m a r i l y , t h er e v i s e dt h e o r yc a l c u l a t i o nf o r m a t uo ft h ej e t t a sd sc l u t c hw h i c hh a v e b e e nm a d ei no u rc o u n t r yi si nr e a s o na n df e a s i b l e ，s oi t sg r e a ts i g n i f i c a n c ef o rt h ec l u t c h d s sm a n u f a c t u j r ei nc h i n a k e yw o r d s ：j e t t a sc l u c hd i a p h r a g ms p r i n go p t i m i z a t i o nd e s i g n 长春理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文捷达轿车离合器膜片弹簧的设计与 研究是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已 经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作 品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：越聱近牲一纽三江 长春理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版 权使用规定”，同意长春理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名 幽蕉童竺墨生3 旦玛旦 指导导师签名多豸每笔之曼生 掣 第一章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 离合器是传动系中切断和传递动力的部件，是汽车传动系中的重要组成部分。安 装在发动机和变速器之间，根据要求控制离合器来分离或接合发动机至驱动轮的动力 传递。捷达轿车离合器的构造与众不同，其离合器反装于飞轮前面而与曲轴直接相连， 飞轮置于压盘和摩擦片后面，变速器输入轴是中空结构，离合器分离压杆从其中间通 过，分离轴承位于变速器内部分离压杆后端。捷达轿车离合器的这种结构型式在世界 上也是独一无二的。根据多年的市场调查，捷达轿车一直都是市场销量第一，是顾客 认为的性价比最高的车型，客户对于捷达轿车的适驾性与舒适性要求就越来越高。所 以捷达轿车的离合器就需要不断的改进以适应不断提升的顾客的要求，这样捷达轿车 才可以在这个市场上保持自己的地位，而离合器中膜片弹簧特性对于离合器工作状况 的影响是非常大的，改进离合器膜片弹簧就显得尤为重要了。目前一东离合器公司生 产捷达轿车离合器的膜片弹簧还处在依靠经验、多次试制阶段，没有合适的理论计算 公式，这样既增加了生产成本，又拉长了生产周期，影响公司的经济效益。希望通过 对d s p 2 1 0 j 型号的捷达轿车膜片弹簧优化设计、研究能够解决这些问题，使d s p 2 1 0 j 膜片弹簧的生产可以实现厂内标准化、国产化，为实际生产提供坚实的理论依据。 图1 1 捷迭轿车膜片弹簧离台器 膜片弹簧离合器已经广泛的使用，技术人员结合国外膜片弹簧离合器制造的技术 对国内各种车型的膜片弹簧制造工艺作了更进一步的研究，并取得了优异的成果。使 得中国离合器制造产业又上一层楼。但是由于我国膜片弹簧离合器技术起步比较晚， 故技术还比较不成熟，还存在着很多不足之处。膜片弹簧离合器是用膜片弹簧代替了 一般螺旋弹簧及分离杆机构而做成的离合器，因为它布置在中央，所以也可以算作中 央弹簧离合器，其结构如图1 1 所示。 图1 2 膜片弹簧离合器 膜片弹簧离合器中的关键零件一膜片弹簧( 图1 2 所示) ，虽然它有很多优点， 但是膜片弹簧离合器的设计、制造技术要比周置螺旋弹簧高，如设计、制造不当，其 使用性能可能还不如普通螺旋弹簧离合器。它的疲劳寿命的高低，将影响到汽车的安 全行驶以及可靠性，具有压紧弹簧和分离杠杆的作用。膜片弹簧离合器依靠膜片弹簧 的变形和复原来实现接合或分离功能。 留翁 a )b ) 图1 3a ) 普通膜片弹簧b ) 捷达轿乍膜片弹簧d s p 2 1 0 j 普通膜片群簧的形状类似一个碟了，它由薄优质弹簧例板冲居i 叮成，不 受j 时自由彤状为一锥形。它的中心部分有许多纤向u ，形成弹性札 杆。链让轿卞的膜j 1 弹簧竹二个人的分离指分布打碟茭部分，卜j 川h 爿的 小指址卡，岛度差。 要使膜片弹簧有好的特性，可以从以下两个方面着手进行： ( 1 ) 优选膜片弹簧的有关几何尺寸参数； ( 2 ) 改善膜片弹簧与压盘支撑表面接触状态。 国内离合器行业虽然已经有了长足进步，但与国际同行比较，差距仍很明显。企 业经营规模小，抗风险能力低。缺乏技术含量高、前瞻性、可持续发展的产品。品牌 意识不强，标准化程度低。国内企业缺乏高水平的研究开发人员，企业自主开发能力 低：企业内部管理水平不高，没有系统的人才培训，人才流失等现象相当严重。离合 器企业规模小，数量众多，技术、质量参差不齐。国内原材料供应商的质量、技术水 平较低，一些关键部件只能依赖进口，增加了零部件企业的生产成本。 技术方面；缺乏创新能力，缺少自主的专项、专利技术；新产品、新技术、新工 艺落后，将受制于跨国公司；生产工艺先进程度、可靠性较差，自动化程度和生产率 相差甚远；研发的人力、物力、财力严重不足。研发手段落后；实车试验及主观评价 极少实行。装备及工艺方面：主要离合器企业的装备及工艺基本与国际同行相似，然 而行业的装备水平低一档次；成套碳氮共渗设备应用不广，机加工c n c 设备采用不普 遍，工艺装备对产品的保证能力不强：试验、检测设备的精度不够，可靠性和再生性 差。材料及成本方面：一些主要零部件( 膜片弹簧、减振弹簧、摩擦片) 的国产材料性 能仍然达不到国外水平。目前为国内轿车配套或高要求出口的离合器膜片弹簧材料仍 从德、韩等国进口。成本优势不明显、劳动生产率低下。 综上所述，膜片弹簧离合器的标准化、系列化发展就显得尤为重要了，而其中最 主要的零件就是膜片弹簧，所以通过本文对d s p 2 1 0 j 膜片弹簧大量的实验数据研究分 析，并对a l 公式进行修正。本文研究的意义在于：实现一东离合器厂的膜片弹簧生 产厂内标准化，减少了试制周期及其过程中可能会产生的浪费，提高了生产效率，降 低了生产成本，对于一东离合器厂有重要的经济意义，同时也为中国的离合器生产行 业发展做了一点贡献，实现了国产捷达轿车离合器膜片弹簧生产的国产化。 1 2 国内外汽车离合器的发展现状 1 2 1 国内汽车离合器与膜片弹簧技术的发展 我国汽车离合器制造起源于上世纪3 0 年代。当时在仅有的几家小作坊式汽车修配 厂里制造离合器零件。上世纪5 0 年代中期开始，一汽、南汽、上汽、“二汽”等相继 成立，离合器在其内部的专业化生产工段、车间或工厂也开始批量生产，从此有了真 j 下意义上的离合器制造。上世纪7 0 年代，我国离合器研究、教育、设计、制造的专业 队伍也初步形成。此后由于汽车产量和保有量的逐年增加，各地有建立了一批离合器 专业制造厂、逐渐形成了行业的雏形并仞具规模。改革丌放以后，围绕“六车一机” 国产化，国家重点支持一东离合器、上海离合器厂、南汽离合器厂、黄石离合器厂等。 各企业通过发展，均取得较大进步。其中黄石离合器厂分别从英国a p 公司、德国f s 公司、美国b w 公司、法国v a l e o 公司引进具有当代承平的膜片弹簧离合器产品及制造 技术，带动了离合器行业的快速发展。通过产、学、研相结合，消化吸收，实现了楼 选弹簧离合器向膜片弹簧离合器的换代，行业的规模和水平都获得了提高。我国汽车 离合器行业在经历了改革改造、引进消化、改制重组，在激烈的市场竞争中在行业规 模、产品技术、经营管理等方面取得了较好的发展。技术进步所带来的替代品( 如a t 、 c v t 、o c t 所引发传动产品概念的改变) 对部分汽车离合器行业带来根本性的改变。从 企业内部能力分析，总体上看，我国汽车离合器企业与国外企业相比处于明显劣势。 由于膜片弹簧离合器的膜片弹簧特性的离散性较大，就产品的加工管理来说，没有 螺旋弹簧那么容易。对于一个单独的离合器来说，是不能调整修理的。由于离合器与压 盘高度的变化对载荷的影响较大，所以对这两个高度尺寸值有较高的要求。国内还未在 这个领域形成标准化的设计。在产品技术方面，国内离合器企业经过不断地产品结构 调整，国产膜片弹簧离合器的品种已经能全面覆盖国内重、中、轻、轿、微及农用等 车型的需求，跟踪国外动力传动系统技术，研发新一代产品也取得了可喜成果，如双质 量飞轮、液力变矩器、适用于3 0 0 马力以上动力配套的由4 3 0 拉式膜片弹簧离合器都 获得了成功。设计的应用范围己遍及民用机械产品设计、土木建筑工程、汽车工业、 航空、航天等领域。在国内，将优化方法应用于膜片弹簧离合器的设计是目前一个比 较令入关注的热点。国内汽车行业对国产离合器使用性能要求大大提高，迫切需要发 展新的优化设计方法( 基本理论、建模) ，以提高设计效率和精度，降低分析成本。近 几年出版的专著及发表的文献都对现有的膜片弹簧离合器优化设计有定的研究。 目前，膜片弹簧优化设计主要是围绕单目标优化进行。如江苏理工大学的夏长高 和朱茂桃在其汽车离合器膜片弹簧优化设计的数学模型分析”1 中、彭书志在其重 载机械膜片弹簧离合器的优化设计。”中、赵晋敏，杨万福等人在汽车离合器膜片 弹簧的模糊可靠性优化设计中都是采用对单目标函数进行优化。多目标优化设计方 法也得到了使用，如廖林清、陈益的基于灵敏度分析的工程稳健优化设计方法及其 应用“、许和变、巍巍的汽车离合器膜片弹簧的稳健优化设计等都取得了较好 的结果。 1 2 2 国外离合器与膜片弹簧技术的发展 德国z 户s a c h s ( z f 萨克斯) 公司是著名的跨国车用传动系统生产企业，已有7 0 年 生产汽车离合器的历史。同时生产离合器分离系统元件。近年来，z fs a c h s 公司致力 于行星式双质量飞轮( d m f ) 离合器和磨损自动补偿离合器( xt e n d ) 功能和结构的创 新。目前，这两种新型离合器已经用于商业化生产，并供应市场。 自本世纪初以米各国学者对膜片弹簧的力学计算进行过不少研究。1 9 3 0 年，美国 斯坦福大学的铁摩幸柯提出了著名的铁摩幸柯假设，丌始了对膜片弹簧的研究。1 9 3 6 4 年，美国通用汽车公司研究实验部工程师阿尔曼和拉斯路根据铁摩幸柯假设，推导出 了著名的阿尔曼一拉斯路公式，简称a l 公式，奠定了膜片弹簧的计算基础此后 各国学者又在对a l 法进行了进一步研究的基础上，提出了更加完善的计算公式。 优化设计是在现代计算机广泛应用的基础上发展起来的，而多目标优化问题正式作为 个数学分支进行系统地研究，是二十世纪七十年代以后的事情。1 9 7 5 年，m z e i e n y 写了第一本关于多目标最优化问题的论文集。从1 9 7 2 年开始，以多目标决策命名的国 际学术会议已召开了许多次。到现在为止，多目标最优化不仅在理论上取得很多重要 成果，而且已经形成了一套平行于单目标最优化的理论。多目标优化在解决工程技术、 经济、管理和系统工程等众多方面的问题时也越来越显示其强大生命力。近十年来， 多目标优化技术在国际工程设计领域得到了广泛的重视。1 9 7 8 年、1 9 8 8 年、1 9 9 0 年波 兰学者o s y c z k a ，美国旧金山大学s t a d l e r 教授，德国施根大学e s c h n a u e r 教授等人分 别以“工程中的多准则优化”，“工程与科学领域中的多准则优化”，“多准则设计优化” 为标题出版了专著，对多目标优化方法基本理论、前期研究与应用成果，如太阳能接 受器、卫星部件结构设计、大型地面抛物形天象发射器的力学强度和抛物反射面精度 及热膨胀变形设计进行了系统的总结。1 9 9 8 年在美国圣一路易斯由 。 a i a a u s a f i s s m o ( a m e r i e a ni n s t i t u t eo fa e r o n a u t i e sa n da s t r o n a u t i e s 美国 航天航空局u n i t e ds t a t e sa i rf o r c e 美国空军i n t e r n a t i o n a ls o c i e t yf o r s t r c t u r a la n dm u l t i d i s c i p l i n g a r yo p t i m i z a t i o n 。国际结构多准则优化协会几个机 构联合组织了以多学科分析与优化设计为主题的第七届国际会议，将多目标优化设计 专题提高到了一个新的认识高度。可以说多目标优化在发展过程中，多目标优化设计 的应用范围己遍及民用机械产品设计、土木建筑工程、汽车工业、航空、航天等领域。 ( 1 ) 行墨式双质量飞轮( d m f ) 离合器 发动机产生的不均匀转动会引起车辆的扭转振动，出现最大振幅时，可能引起变 速器和车体的异响。扭转减振器的衰减作用就是把转矩的波动限制在允许的范围里， 从而降低噪声。一般认为，扭转减振器的弹簧刚度越小，变速器一侧的转动惯量越大， 减振效果越好。在传统离合器中，扭转减振器大多集成在从动盘中，由于减振性能不 够理想。变速器转速的波动仍然很高，共振转速仍在发动机工作范围里，在许多情况 下，这种减振方式不能完垒消除扭转振动引起的噪声。 图1 4 行星式双质量飞轮( d m f ) 离合器结构 1 一弹簧套2 一塑料滑块3 一减震弹簧 把扭转减振器装在飞轮内，为此，飞轮分为主飞轮和副飞轮。主飞轮装有启动齿 圈，通过减振器连接主、副飞轮( 图1 5 ) ，因而称为双质量飞轮。 图1 5主、剐飞轮的转动惯量波形 d m f 的安装空间等于安装普通双片离合器所需的空间。双飞轮结构可以安装刚度小 的减振弹簧，并显著增加附加在变速器- - n 的转动惯量。d m f 的减振性能使共振转速远 低于发动机的怠速。虽然启动和停车时还要经过共振转速，但毕竟共振只发生在很短 暂的时间内( 图1 6 ) 使 建 嚣 铀 八 的 最 丈 摇 动 太 八一 图1 6 双质量b 轮振动与转速的关系 d m f 具有下列优点： ( 1 ) 抑制启动和停车时发动机产生的噪声。 ( 2 ) 没有迫使驾驶员提前换挡的振动噪声。 ( 3 ) 发动机全部转速范围早具有优良的减振性能。 ( 4 ) 从动盘没有扭转减振器，转动惯量小，换挡容易。 d m f 综合了质量惯性和弹簧减振的原理，使用d m f 可有效消除振力，并使7 5 t 以下的中轻型汽车减小怠速。 ( 2 ) 磨损自动补偿离合器( x t e n d ) 磨损自动补偿离合器( x t e n d ) 就是为消除磨损不稳定的缺陷而开发的磨损稳定离 合器( 图1 7 ) 。 图1 7磨损自动补偿离合器 其基本原理是在摩擦片磨损时，保持膜片的安装位置稳定。补偿机构根据逐渐 磨薄的摩擦片厚度连续起作用，这种机构适用于拉式和推式的离合器。这种补偿机构 的结构并不复杂，它由两只调整环、一只保持弹簧、一只楔形滑块、一只装在离合器 盖上的止动器和两只弹簧组成，调整环由带针面的上、下环组成。调整原理如图1 8 所示。 图1 8x t t e n d 调整原理 自动补偿机构的工作原理如图1 9 所示。图a 为摩擦片未磨损的状态，摩擦片磨 损后，压盘和调整环一起移向飞轮，如图b ，此时止动器抬起，保持簧片使其与制动器 接触处保持磨损前的位置，楔形滑块在拉簧韵拉动下移动，直至与保持簧片接触，此 时保持簧片的自由端已经不能再返回到初始位置，见图c ，分离离合器时，压紧力被解 除，下调整环受弹簧的拉力而移动，顶起上环，直至上环到达磨损前的位置，离合器 再次结合，膜片返回到出厂时设定的位置，x t e n d 完成了补偿调整，见图d 、图e 、图 f 。 图1 9x t e n d 自动补偿机构的工作原理 x t e n d 具有以下优点； ( 1 ) 分离踏板力不因摩擦片的磨损而增加，减轻了驾驶员的劳动强度。 ( 2 ) 由于分离力稳定和助力缸无需磨损行程，分离系统只需要有效空间。x t e n d 能 使轿车和轻型商用车离合器的操纵更为舒适和轻便，并且使该离合器更经久耐用。 1 3 本文主要研究的内容 本文主要针对国产一汽大众捷达轿车离合器的d s p 2 1 0 j 膜片弹簧进行优化设计与 研究，其主要研究内容包括： ( 1 ) 由大量的数据拟合实际载荷一变形曲线，将其与理论大端载荷一变形曲线做 比较，研究影响特性曲线的因素。 ( 2 ) 通过在原理论计算公式中的适当位置加入多个修正系数对a l 公式进行修 正，为d s p 2 1 0 j 膜片弹簧提供设计与生产理论依据。 ( 3 ) 研究修正后理论计算公式中修正系数与膜片弹簧结构参数之间的关系。 ( 4 ) 基于m a t l a b 软件对捷达轿车离合器d s p 2 1 0 j 膜片弹簧的结构参数进行优化 设计。 ( 5 ) 对优化设计后的d s p 2 1 0 j 膜片弹簧试制件进行疲劳寿命、特性实验，并对实 验数掘进行分析，验证修正公式的合理性。 第二章膜片弹簧离合器的结构及工作原理 2 1 膜片弹簧离合器的结构和功用 2 1 1 膜片弹簧离合器的总成结构 膜片弹簧离合器总成由膜片弹簧、离合器盖、压盘、传动片和分离轴承总成等部 分组成，主动部分包括飞轮、离合器盖、压盘等机件组成。这部分与发动机曲轴连在 一起。离合器盖与飞轮靠螺栓连接，压盘与离合器盖之间是靠3 4 个传动片传递转矩 的。( 如图2 1 所示) 图2 ，l 离合器主动部分 从动部分( 如图2 2 所示) 是由单片、双片或多片从动盘所组成，它将主动部分 通过摩擦传来的动力传给变速器的输入轴。从动盘由从动盘本体，摩擦片和从动盘毂 三个基本部分组成。为了避免转动方向的共振，缓和传动系受到的冲击载荷，大多数 汽车都在离合器的从动盘上附装有扭转减震器。为了使汽车能平稳起步，离合器应能 柔和接合，这就需要从动盘在轴向具有一定弹性。为此，往往在动盘本体园周部分， 沿径向和周向切槽。再将分割形成的扇形部分沿周向翘曲成波浪形，两侧的两片摩擦 片分别与其对应的凸起部分相铆接，这样从动盘被压缩时，压紧力随翘曲的扇形部分 被压平而逐渐增大，从而达到接合柔和的效果。 幽22 离合器从动部分 1 ) 离合器盏 离合器盖一般为1 2 0 度或9 0 度旋转对称的板壳冲压结构，通过螺栓与飞轮联结在 一起。离合器盖是离合器中结构形状比较复杂的承载构件，压紧弹簧的压紧力最终都 要由它来承受。 i 一 幽2 4 膜片弹簧 膜片弹簧是离合器中重要的压紧元件，在其内孔圆周表面上开有许多均布的长径 向槽，在槽的根部制成较大的长圆形或矩形窗孑l ，可以穿过支承铆钉，这部分称之为 分离指：从窗孔底都至弹簧外圆周的部分形状像一个无底宽边碟子，其截面为截圆锥 形，称之为碟簧部分。 3 ) 压盘 。 压盘的结构一般是环形盘状铸件，离合器通过压盘与发动机紧密相连。压盘靠近 外圆周处有断续的环状支承凸台，最外缘均布有三个或四个传力凸耳。 4 ) 传动片 离合器接合时，飞轮驱动离合器盖带动压盘一起转动，并通过压盘与从动盘摩擦 片之间的摩擦力使从动盘转动：在离合器分离时，压盘相对于离合器盖作自由轴向移 动，使从动盘松开。这些动作均由传动片完成。传动片的两端分别与离合器盖和压盘 以铆钉或螺栓联接，一般采用周向布置。在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压 盘共同旋转：在离含器分离时，可利用它的弹性恢复力来牵动压盘轴向分离并使操纵力 减小。 5 ) 分离轴承总成 分离轴承总成由分离轴承、分离套筒等组成。分离轴承在工作时主要承受轴向分 离力，同时还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。目前国产的汽车中多使用角 接触推力球轴承，采用全密封结构和高温铿基润滑脂，其端面形状与分离指舌尖部形 状相配合，舌尖部为平面时采用球形端面，舌尖部为弧形面时采用平端面或凹弧形端 面。离合器处于接合状态时，膜片弹簧的碟簧部分与压盘接触点l ( 即外支承半径处) 和上内支承环处承受轴向载荷，使碟簧部分产生轴向变形兄，离合器处于分离状态时， 碟簧部分下内支承环处和膜片弹簧受载半径r 两处承受轴向载荷，使膜片弹簧分离指 部分产生轴向变形凡。离合器由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组 成。 幽2 5 手h 转减鹿器 从动盘中扭转减震器( 如图2 5 ) 的工作原理是：离合器接合时，发动机发出的转 矩经飞轮和压盘传给从动盘两侧的摩擦片，带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一 起的减振器盘转动。动盘本体和减振器盘又通过六个减振器弹簧把转矩传给了从动盘 毅。因为有弹性环节的作用，所以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。传动系中 的扭转振动会使从动盘毂相对于动盘本体和减振器盘来回转动，夹在它们之间的阻尼 片靠摩擦消耗扭转振动的能量，将扭转振动衰减下来。 操纵机构是为驾驶员控制离合器分离与接合程度的一套专设机构，它是由位于离 合器壳内的分离杠杆( 在膜片弹簧离合器中，膜片弹簧兼起分离杠杆的作用) 、分离轴 承、分离套筒、分离叉、回位弹簧等机件组成的分离机构和位于离合器壳外的离合器 踏板及传动机构、助力机构等组成。在大多数离合器中都设有分离叉机构。分离叉一 般支承在离合器壳上，分离叉臂通过传动机构与离合器踏板相连。在分离离合器时， 由分离叉拨动分离套筒沿离合器轴线移动，使分离套筒压向分离杠杆内端或膜片弹簧 小端。由于分离套筒是不转动的，而分离杠杆内端或膜片弹簧小端却是随离合器的主 动部分转动的，所以在分离套筒上设置有推力式或径向推力式分离轴承。分离杠杆绕 离合器盖上的支点转动，带动压盘后移，使离合器分离。分离杠杆外端要围绕支点作 圆弧运动，这样就会发生运动干涉。为解决这一问题，把分离杠杆支点作成浮动式的。 分离杠杆的孔做的比连接销轴大一些，在销轴一侧铣出平面，并在此平面与孔之间放 一滚柱，使分离杠杆可相对支点沿离合器径向作少量移动，从而避免了运动干涉。因 为膜片弹簧与压盘之间可以相对滑动，自然就可以消除上面这种分离机构的干涉问题。 2 1 2 汽车离合器的分类 汽车离合器有摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种。摩擦式离合器又 分为湿式和干式两种。目前，与手动变速器相配合的绝大多数离合器为干式摩擦式离 合器，按其从动盘的数目，又分为单盘式、双盘式和多盘式等几种。湿式摩擦式离合 器一般为多盘式的，浸在油中以便于散热。 膜片弹簧离合器主要用作干式常离合器( 不花操纵力时经常处于结合状态) 的压 紧弹簧。根据传动系中的作用不同离合器可分为单作用式与双作用式两类： ( 1 ) 单作用离合器这种离合器的作用只是将发动机动力直接传给传动系，然后 在分流，一部分传给车轮，另一部分传给动力输出轴。它只有一套从动盘( 一个或两 个) 和一个从动轴，用于非独立式动力输出( 也可不用动力输出) ，器传动方式框图为 图2 6 。 幽26 这种离合器有单片式和双片式单片式离合器具有结构简单、尺寸紧凑、重量轻、 从动部分传动惯量小、散热性好、分离迅速、彻底、调整方便等优点、因此目前应用 最广泛。 ( 2 ) 双作用离合器这种离合器主要用于拖拉机与工程机械，它的作用是将发动 机动力的传递分流，一部分传给传动系以驱动车轮行驶，另一部分传给动力输出轴以 驱动作业机具。 根据膜片弹簧离合器分离轴承运动的方向离合器分为拉式( 如图2 7 所示) 和推 式( 2 8 所示) 两种。 图2 7 拉式膜片弹簧离合器 图2 8 推式膜片弹簧离合器 1 飞轮2 螺栓3 从动需总成4 接合环5 分离环6 铆钉7 分离轴承8 分离套筒9 膜片弹簧 1 0 离合器蔫1 i 分离钩1 2 螺栓1 3 压龠1 4 分离义1 5 分离拉= 阡1 6 同伊弹簧l7 锁紧螺母 1 8 调整螺母 ( 1 ) 推式膜片弹簧离合器的结构与应用 j3 根据支撑环的数目不同，可以分为以下三种型式： 双支撑环型式 这是目前采用的主要型式，又可分为三种： 1 ) m f 型它是用台肩式铆钉将膜片弹簧，两个支撑环与离合器盖定位并铆接在 一起，结构较简单。 2 ) d s 型在标准铆钉杆上套一硬化衬套，并在铆钉头处加一刚性挡环，使前支 撑环不与铆钉头直接接触，这样就提高了耐磨性和使用寿命，但结构较复杂。 3 ) d s t 型在离合器盖内边缘上伸出许多舌头，将膜片弹簧，两个支撑环与离合 器盖弯合在一起，使结构紧凑、简化、耐久性能优良、应用广泛。 单支撑环型式 1 ) d b v 型它在冲压成形的离合器盖上冲出一个环形凸台来替代m f 型的后支承 环，进一步简化了结构。 2 ) g m f 型与d b v 型相似，是在铸铁离合器盖上铸出一个环形凸台以代替后支承 环。它用在中、重型货车上。 3 ) d b d b p 型在铆钉前端以弹性挡环代替前支承环，这样可以消除膜片弹簧与 支承环之间的轴向间隙。它用于中、重型货车上。 无支撑环型式 1 ) d b r 型利用斜头铆钉的头部与冲压离合器盖上冲出来的环形凸台，将膜片 弹簧铆合在一起而取消前、后支承环。它用于轻、中型货车上。 2 ) d d r 型d b d b p 型相似，但以离合器盖上冲出的环形凸台代替后支承环， 使结构更简单。用于中型货车。 3 ) c p 型将d d r 型中的铆钉取消，在离合器盖内边缘上伸出许多舌片( 与d s t 相似) ，将膜片弹簧与弹性挡环和离合器盖上冲出的环形凸台弯合在一起，结 构最简单。广泛用于轿车上。 图2 9 推式膜片弹簧离合器的结构型式 a ) 一c ) 双支撑环式d ) 一f ) 单支撑环式 g ) 一i ) 无支撑环式 ( 2 ) 推式膜片弹簧离合器的优点与缺点 形状优点：结构简单、紧凑、散热通风性能好、高速性能好、摩擦片使用寿 命长、便于采用压盘的传动片驱动、有利于大量生产、降低制造成本。 性能优点：转矩容量较大且较稳定、踏板操纵轻便、可对压盘向前后双方向 压紧、以满足特殊需要。 缺点：制造上有一定难度、不太适合小批量生产、结构性能尚不够完善。 ( 3 ) 拉式膜片弹簧离合器的结构特点 幽2 1 0 拉式膜片弹簧离合器的结构型式 支撑点移到大端拉式膜片弹簧的安装方向与推式相反，在结合位置时，膜 片弹簧的大端支撑在离合器盖上，而以中部压紧在压盘上。 需用专门分离轴承离合器分离时是将分离轴承向外拉高飞轮，因此膜片弹 簧分离指的小端需要嵌装在专门的拉式用分离轴承总成中。 ( 4 ) 拉式膜片弹簧离合器的优点与缺点 拉式膜片弹簧离含器的优点( 与推式相比) ： 1 ) 拉式膜片弹簧是以其中部压紧压盘，在压盘大小相同的条件下可使用童径 相对较大的膜片弹簧，从而实现在不增加分离时的操纵力的前提下，提高压盘 的压紧力和传递转矩的能力；或在传递转矩相同的条件下，减小压盘的尺寸。 2 ) 由于减少或取消了中间支承，零件数目少，使其结构更加简单、紧凑，质量 更轻。 3 ) 拉式膜片弹簧的杠杆比大于推式膜片弹簧的杠杆比，中间支承少，减小了摩 擦损失。传动效率高，使分离时的踏板力更小。 4 ) 无论在接合状态或分离状态，拉式结构的膜片弹簧的大端始终与离合器盖支 承保持接触，在支承环磨损后，不会产生冲击和噪声。 5 ) 在接合状态或分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，使分离效率更高。 6 ) 由于拉式膜片弹簧的支点的外移，使膜片弹簧的最大应力有所降低，使用寿 命更长。 表2 1推式与拉式膜片弹簧离合器转矩容量的比较 制造公司 y a l e o ( 法) a p ( 美) 型号 2 0 02 15 2 3 54 3 0 4 3 0 尺寸c pd tc pd tc pd td b d t d sd s ( 推)( 拉)( 推)( 扭)( 推)( 拉)( 推)i 拉)( 推)( 拉) ( f i l m ) 转矩 1 8 52 1 02 0 52 6 52 4 03 4 01 4 5 0 l9 0 0 1 4 0 01 8 0 0 容量 制遗公司f & s ( 德) 型号 2 152 2 82 4 0 2 8 0 3 l0 尺寸m f ( m f z ( m f (m f z ( m f (g m f z (m f im f z (m f (g m f z ( ( f i l m推)拉)推)拉)推)拉)推)拉)推)拉) ) 转矩 1 8 02 0 023 02 5 02 8 04 0 03 4 03 9 04 2 05 0 0 容量 拉式膜片弹簧离合器的缺点( 与推式相比) ：拉式膜片弹簧的分离指与分离轴 承套总成嵌装在一起，需要使用专门的分离轴承，使结构较复杂，安装和拆卸较困难， 分离行程也比推式要求略大些。由于拉式膜片弹簧离合器的综合性能优越，膜片弹簧 离合器的推式结构正逐渐被拉式结构所取代。 2 1 3 捷达轿车离合器的结构特点 捷达轿车采用单片干摩擦式膜片弹簧器，由主动部分、从动部分和操纵机构组成 主动部分由带有弹簧的压盘、飞轮、中间盘及分离盘组成，见图2 1 1 。压盘固定在曲 轴上，压紧弹簧是用薄弹簧钢板压制的碟形膜片弹簧，靠中心部分开有2 4 个径向切口， 形成弹性杠杆。飞轮固定到离合器压盘上时，膜片弹簧产生压紧力，将从动盘压紧在 压盘和飞轮之间，保证离合器接合时从动盘、压盘及飞轮同步运转。图2 1 1 所示为捷 达轿车的离合器结构情况。 图2 1 1 捷达轿车离合器结构图 1 膜片弹簧2 飞轮3 从动盘4 推杆5 分离盘6 变速器从动轴6 曲轴8 ，螺栓9 亚盘l o 中 间板1 1 导套1 2 分离臂1 3 离合器杠杆1 4 卡环1 5 离合器亚盘总成1 6 螺栓 1 7 分离轴承培回位背弹簧1 9 变速器端盖2 0 档圈2 1 变速器壳体 从动部分由摩擦片、从动盘本体、波形弹簧片和扭转减振器组成，见图2 1 2 。摩 擦片具有较大的摩擦系数、良好的热稳定性、耐磨性和足够的机械强度；从动盘本体 采用薄钢板制成，可减少从动盘的转动惯量；波形弹簧片可增加从动盘的轴向弹性， 保证离合器接合柔和：扭转减振器装在从动盘本体和盖板的窗口中，从动盘本体和盖 板有翻边，保证减振器弹簧不致脱出。由发动机传来的扭转振动冲击被减振器弹簧缓 冲，而不会传到变速器以后的总成部件。同样，来自路面的动载荷，也不会影响到发 动机，从而降低了传动系中的扭转振动载荷和冲击载荷，减少了振动噪声，提高了传 动系零部件的使用寿命和乘座舒适性。 图2 1 2 从动盘零件 1 波形弹簧片2 摩擦片3 扭转减震器4 本体 捷达轿车离合器操纵机构采用了自动调整拉索，具有离合器踏板自由行程自调功 能当离合器摩擦衬片磨损后，普通的离合器操纵机构会因此使离合器分离行程减小， 为使离合器摩擦衬片在磨损后可靠地传递发动机扭矩，普通的离合器在使用一段时间 后必须调整自由行程。当采用离合器自动调整拉索后，可省去此项工作，自动调整拉 索功能见图2 1 3 囝2 1 3 离合器自调拉索功能图 l 拉索2 止点3 螺旋弹簧4 棘爪5 齿扇6 扭转弹簧7 偏心弹簧 采用手动变速器的捷达车，离合器轴上有一个螺旋弹簧，保证齿扇使离合器拉索 有一定的张力，使操作零件无间隙，止推轴承始终随其转动。离合器拉索上端连在踏 板上方的齿扇上，下端固定在变速器下方的杆上，齿扇在离合器踏板内可以转动。如 果踩动离合器踏板，棘爪即离开挡铁，由于弹簧的扭力，在踏板行程约为1 5 c m 后， 棘爪即卡入齿扇。齿扇被带动并通过离合器拉索使离合器分离，在此过程中，偏心弹 簧支持踏板力。松开踏板，压板弹簧使离合器处于接合状态，此时棘爪碰到挡铁并从 齿扇上升起，齿扇上弹簧受力拉住离合器拉索。衬片磨损会使齿扇向右摆动，带有螺 旋弹簧的齿扇在轻轻的压力作用下，即可拉住离合器拉索，衬片磨损和位移由拉索向 下伸出一定量柬调整，起到自由行程的补偿作用。如图2 7 所示是捷达轿车离合器的 助力机构。 趣 。 1 离合器踩板轴2 回位弹簧3 齿扇4 离合器拉索5 棘爪6 偏心弹簧7 离合器踏板8 固定轴9 活动销轴 图2 1 4 一捷达轿车离合器助力结构 膜片弹簧是近些年来广泛采用的离合器压紧元件。膜片弹簧为碟形，其上开有若 干个径向开口，形