双膜片离合器结构形式及其力矩传递性能单片机及接口控制试验平台设计

1、双膜片离合器结构形式及其力矩传递性能摘 要膜片弹簧离合器在轿车和汽车上的应用日益增多,如何优化设计膜片弹簧,提高离合器的性能,变得尤为重要。文章首先介绍了膜片弹簧离合器的结构,随后概述了优化设计的理论,最后以某轿车的膜片弹簧离合器为例,介绍了其膜片弹簧的优化设计过程。 关键字：双膜片 离合器 AbstractDiaphragm spring clutch in vehicle and the application on the automobile is increasing, how to optimize the design of diaphragm spring clutch, im

2、prove performance, has become particularly important. This article first introduces.Diaphragm spring clutch structure, then outlines the optimization design theory, taking a car clutch diaphragm spring as an example, introduces its optimization design for the diaphragm spring process.Keywords: doubl

3、e diaphragm clutch序言科学技术的发展和人们观念的改变使节能与环保成为汽车技术进步的主要推动力之一，而经过几十年的发展，汽车发动机的节能潜力，已经得到了充分的开发利用，而变速传动系统的节能技术，还有待进一步的提升和挖掘。随着中国大量非职业司机的出现以及交通的日渐拥挤，市场对装有机械式自动变速器Automated Mechanical Transmission(AMT)国产汽车的呼声一浪高过一浪。这是因为AMT是一种高效率的自动变速系统，可减轻驾驶员的劳动强度，增加汽车的安全性。试验表明：装有AMT系统的自动档车型，比装有液力自动变速器(AT)的自动档车型节油将近20，比手动档车

4、型也要省油9H朝，故AMT成为当今世界汽车发展的主要方向和趋势。AMT变速器由于效率高、成本低、易于制造等优点得到了越来越广泛的应用，但是其难点在于起步和换挡过程中对离合器的控制要求平稳，同时又能延长离合器的寿命，减小发动机转速的波动。所以对AMT离合器的控制不但要提高换挡过程中离合器接合的平稳性，减少离合器滑摩，延长离合器使用寿命，而且要保证发动机稳定运转，减小发动机转速的波动。如果离合器接合过猛，将大大增加传动系统的动载荷，造成换挡冲击，引起发动机转速较大的波动。反之，为了改善换挡品质而过分降低离合器的接合速度，滑摩功将大大增加，从而降低了其使用寿命H3。而采用控制离合器的接合行程和接合速

5、度的方法控制离合器传递扭矩的大小及扭矩的增长速度无法实现动力传动系统的扭矩控制，必然给AMT的批量化生产带来困难；并且AMT变速器在运行过程中，离合器会出现磨损，膜片弹簧也会产生疲劳变形，这些因素也将导致离合器接合特性偏移，使AMT变速器的控制性能变差。这种情况下，离合器工作特性的研究就对离合器传递扭矩的精确控制显得至关重要。近年来，随着世界汽车工业和我国轿车工业的发展，以及中轻型汽车的更新换代和扩大规模，我国相继引进了欧美几家膜片弹簧离合器厂商的制造技术，如以一汽、上海大众、南汽为依托的长春东光离合器厂、上海离合器厂以及南京VALEO股份有限公司等，均引进了国外先进的膜片弹簧离合器系列生产技

6、术。为了节能和提高市场竞争能力，传动扭矩大、质量轻、性能优的膜片弹簧离合器越来越受到人们的青睐。北京交通大学硕士学位论文汽车膜片弹簧离合器较典型的非线性曲线如载荷一变形特性曲线，仍然采用国内外最普遍的阿尔曼一拉斯路法，简称A_L法(美国J0Almen、ALaszlo提出的近似计算法)。目前，世界上的一些膜片弹簧制造公司，所采用的膜片弹簧计算方法也都是建立在A-L法的基础之上，再根据材料、制造工艺等适当加以修正得到的比较接近实际的J法。东南大学的林世裕教授比较系统地总结了碟形弹簧和膜片弹簧的机构、工作原理：展望了其各自的发展趋势；在一定的假设条件下，得到了膜片弹簧的载荷一变形特性和应力一变形特性

7、；并提出了较新的计算理念和相关的分析计算方法，为膜片弹簧离合器以后的发展和研究有着不可磨灭的贡献哺1。南京理工大学的张铁山根据试验、计算与分析推知，根据AlmenLaszlo公式设计的膜片弹簧大端载荷、升程和分离行程等均不能符合设计要求，计算结果与试验结果的误差在10左右，这是因为A_L公式推导时认为“膜片弹簧受外载荷后，其碟形部分只有刚体转动而没有弯曲变形”的假设与实际不符，而膜片弹簧的板厚度较薄，属于薄壳范畴，其受载后截面上内力中弯矩起着重要作用。因而，他得出用板壳理论来推导膜片弹簧受载后的变形、应力和应变关系是基本正确的，但其精度还有待于提高口1。苏州大学的曹勇提出了更为接近实际情况的新

8、假设，考虑了弹簧变形过程中的径向应变，对A-L公式进行了修正，但在所有应用或修正的公式中，均是提前假设了离合器的工作状态或忽略了膜片弹簧的某些工作性能，如膜片受载变形时，设两个支承面的接触点位置保持不变，没有考虑碟簧部分与上下支承面之间的滑动摩擦，也没有考虑易损件摩擦片的磨损变形量，但这些却和离合器的工作性能和寿命有着直接的联系。上海离合器总厂的赵永彬，对膜片弹簧离合器的分离载荷特性和接合压力特性进行了分析，定性地研究了离合器盖、从动盘变形对离合器特性的影响隅3。江苏理工大学的朱茂桃等人，用试验的方法研究了离合器盖变形和分离指弯曲变形对离合器分离载荷特性的影响，同时也研究了大端载荷一变形特性、

9、小端载荷一变形特性，分析了结构参数与误差之间的关系，提出了适合工程应用的修正公式。吉林大学的金伦等人系统地分析了换挡过程中离合器接合特性及其对换挡品质评价指标的影响，以冲击度最大值为约束条件，以减少离合器的滑摩功为原则，提出了离合器接合的控制策略H1。但是在做AMT换挡过程中离合器的控制研究时，将离合器的扭矩传递特性近似为直线，而没有考虑离合器面片摩擦系数随温度、滑动速度变化的影响。对于离合器的扭矩传递特性，有两个比较重要的影响因素，除了压紧力之外，另一个则是摩擦系数。离合器工作过程中，面片摩擦系数是随着压盘压紧力、滑磨速度、滑磨温度和滑磨时间不断变化的，清华大学科研人员通过摩擦特性试验和回归

10、分析，提出了摩擦特性的指数函数模型和幂函数乘积模型阳H103。膜片弹簧离合器的前景之广阔，促使国内学者对膜片弹簧载荷变形特性的研究也较多，并且也取得了令人瞩目的成绩，而对于膜片弹簧离合器的工况特性研究较少，没有真正解决AMT系统控制所需要的以分离轴承行程为输入量，以离合器传递扭矩为输出量的扭矩传递特性的计算与预测问题，而至于扭矩传递特性，大多数研究将其线性化。本论文的研究方法有两种：一是以膜片弹簧离合器及其零部件力学分析为基础的机理分析和建模方法；二是以实验研究和回归分析为主要手段的实验优化技术和方法。由于离合器各个零部件存在弹性变形，以及零部件之间的摩擦、间隙的影响，离合器分离行程与压盘压紧

11、力之间呈现出死区、滞后等非线性特性。由于滑摩温升、滑动速度的影响，离合器面片摩擦系数表现出准静态的非线性变化特性，使压盘压紧力与传递的摩擦转矩之间呈现非线性关系。这些非线性特性本身也是时变的，在离合器面片的使用寿命期间，随着面片磨损量和从动盘刚度的变化而发生改变。因此，对膜片弹簧离合器的扭矩传递特性进行精确建模是十分困难的。到目前为止，还没有一种比较成熟的理论和方法，能够解决膜片弹簧离合器扭矩传递特性的精确建模问题，本论文拟进行以下几个方面的具体研究。(1)考虑弹性变形的离合器分离载荷特性计算方法研究，对膜片弹簧离合器零部件的弹性特性进行分析，以奇瑞QQ轿车膜片弹簧离合器为研究对象，建立其尽力

12、学计算模型，并分析膜片弹簧离合器从动盘轴向弹性特性、面片磨损、离合器盖的弹性变形和传动片弹性对分离轴承分离载荷特性和压盘压紧力的影响。(2)考虑摩擦特性的离合器分离载荷特性计算方法研究，考虑加载卸载过程中膜片弹簧大端与压盘、分离指与分离轴承端面的滑动摩擦，建立膜片弹簧离合器分离载荷特性、压盘升程特性等计算流程和方法，完成matlabsimulink格式的计算程序设计和结果分析说明。(3)离合器摩擦特性的试验研究与回归分析，建立以滑摩速度、温度为试验因素，以面片摩擦系数为试验指标的试验思想，利用XP一5型销一盘式摩擦试验机，研究摩擦系数与温度、滑摩速度之间的关系，接着通过对测试数据进行正交多项式

13、回归设计，建立了面片摩擦系数的计算模型，并对其显著性进行检验。(4)离合器扭矩传递特性综合计算模型分析与验证，对离合器面片摩擦特性的回归模型和分离接合载荷特性进行接合，建立离合器扭矩传递特性的计算模型。在离合器性能试验台上进行分离、接合过程的扭矩特性测试，通过模型计算和台架试验结果的对比分析，研究计算模型的有效性。目录1绪论111研究背景和意义112研究目的313研究方法和主要内容32膜片弹簧离合器结构与工作特性521汽车膜片弹簧离合器简介522膜片弹簧离合器结构和工作原理7221膜片弹簧离合器结构7222膜片弹簧离合器的工作原理923奇瑞QQ轿车膜片弹簧离合器参数。1024膜片弹簧大端载荷变

14、形特性1225本章小结。13l绪论11研究背景和意义科学技术的发展和人们观念的改变使节能与环保成为汽车技术进步的主要推动力之一，而经过几十年的发展，汽车发动机的节能潜力，已经得到了充分的开发利用，而变速传动系统的节能技术，还有待进一步的提升和挖掘。随着中国大量非职业司机的出现以及交通的日渐拥挤，市场对装有机械式自动变速器Automated Mechanical Transmission(AMT)国产汽车的呼声一浪高过一浪。这是因为AMT是一种高效率的自动变速系统，可减轻驾驶员的劳动强度，增加汽车的安全性。试验表明：装有AMT系统的自动档车型，比装有液力自动变速器(AT)的自动档车型节油将近20

15、，比手动档车型也要省油9H朝，故AMT成为当今世界汽车发展的主要方向和趋势。AMT变速器由于效率高、成本低、易于制造等优点得到了越来越广泛的应用，但是其难点在于起步和换挡过程中对离合器的控制要求平稳，同时又能延长离合器的寿命，减小发动机转速的波动。所以对AMT离合器的控制不但要提高换挡过程中离合器接合的平稳性，减少离合器滑摩，延长离合器使用寿命，而且要保证发动机稳定运转，减小发动机转速的波动。如果离合器接合过猛，将大大增加传动系统的动载荷，造成换挡冲击，引起发动机转速较大的波动。反之，为了改善换挡品质而过分降低离合器的接合速度，滑摩功将大大增加，从而降低了其使用寿命。而采用控制离合器的接合行程

16、和接合速度的方法控制离合器传递扭矩的大小及扭矩的增长速度无法实现动力传动系统的扭矩控制，必然给AMT的批量化生产带来困难；并且AMT变速器在运行过程中，离合器会出现磨损，膜片弹簧也会产生疲劳变形，这些因素也将导致离合器接合特性偏移，使AMT变速器的控制性能变差嘲。这种情况下，离合器工作特性的研究就对离合器传递扭矩的精确控制显得至关重要。近年来，随着世界汽车工业和我国轿车工业的发展，以及中轻型汽车的更新换代和扩大规模，我国相继引进了欧美几家膜片弹簧离合器厂商的制造技术，如以一汽、上海大众、南汽为依托的长春东光离合器厂、上海离合器厂以及南京VALEO股份有限公司等，均引进了国外先进的膜片弹簧离合器

17、系列生产技术。为了节能和提高市场竞争能力，传动扭矩大、质量轻、性能优的膜片弹簧离合器越来越受到人们的青睐。汽车膜片弹簧离合器较典型的非线性曲线如载荷一变形特性曲线，仍然采用国内外最普遍的阿尔曼一拉斯路法，简称A_L法(美国J0Almen、ALaszlo提出的近似计算法)。目前，世界上的一些膜片弹簧制造公司，所采用的膜片弹簧计算方法也都是建立在A-L法的基础之上，再根据材料、制造工艺等适当加以修正得到的比较接近实际的J法。东南大学的林世裕教授比较系统地总结了碟形弹簧和膜片弹簧的机构、工作原理：展望了其各自的发展趋势；在一定的假设条件下，得到了膜片弹簧的载荷一变形特性和应力一变形特性；并提出了较新

18、的计算理念和相关的分析计算方法，为膜片弹簧离合器以后的发展和研究有着不可磨灭的贡献哺1。南京理工大学的张铁山根据试验、计算与分析推知，根据AlmenLaszlo公式设计的膜片弹簧大端载荷、升程和分离行程等均不能符合设计要求，计算结果与试验结果的误差在10左右，这是因为A_L公式推导时认为“膜片弹簧受外载荷后，其碟形部分只有刚体转动而没有弯曲变形”的假设与实际不符，而膜片弹簧的板厚度较薄，属于薄壳范畴，其受载后截面上内力中弯矩起着重要作用。因而，他得出用板壳理论来推导膜片弹簧受载后的变形、应力和应变关系是基本正确的，但其精度还有待于提高口1。苏州大学的曹勇提出了更为接近实际情况的新假设，考虑了弹

19、簧变形过程中的径向应变，对A-L公式进行了修正，但在所有应用或修正的公式中，均是提前假设了离合器的工作状态或忽略了膜片弹簧的某些工作性能，如膜片受载变形时，设两个支承面的接触点位置保持不变，没有考虑碟簧部分与上下支承面之间的滑动摩擦，也没有考虑易损件摩擦片的磨损变形量，但这些却和离合器的工作性能和寿命有着直接的联系。对于离合器的扭矩传递特性，有两个比较重要的影响因素，除一个则是摩擦系数。离合器工作过程中，面片摩擦系数是随着度、滑磨温度和滑磨时间不断变化的，清华大学科研人员通归分析，提出了摩擦特性的指数函数模型和幂函数乘积模型膜片弹簧离合器的前景之广阔，促使国内学者对膜片弹簧载荷变形特性的研究也

20、较多，并且也取得了令人瞩目的成绩，而对于膜片弹簧离合器的工况特性研究较少，没有真正解决AMT系统控制所需要的以分离轴承行程为输入量，以离合器传递扭矩为输出量的扭矩传递特性的计算与预测问题，而至于扭矩传递特性，大多数研究将其线性化。 第一章 膜片弹簧离合器结构与工作特性21汽车膜片弹簧离合器简介离合器作为汽车传动系中的重要部件,安装在变速器和发动机之间,用于分离或接合发动机与驱动轮的动力传递。某轿车使用的离合器为膜片弹簧离合器,它是用膜片弹簧代替了一般的螺旋弹簧及分离杆机构而做成的离合器。它的结构分主动部分、从动部分和膜片弹簧三个方面介绍膜片弹簧离合器的结构:膜片弹簧离合器的主动部分由离合器盖、

21、飞轮、压盘等机件组成。从动部分是由单片、双片或多片从动盘组成,它将主动部分通过摩擦传来的动力传给变速器的输入轴。膜片弹簧:它是压紧分离部分,既是分力杠杆又是压紧弹簧。在其内孔圆周表面上开有许多均布的径向切槽,在槽的根部制成较大的长圆形或矩形窗孔;从窗孔底部至弹簧外圆周的部分截面为截圆锥形,称之为碟簧部分。离合器的结构形式虽然各不相同，但在使用中对它们的基本要求却是一致的：(1)能可靠地传递发动机的最大扭矩；(2)接合要平顺、柔和，使汽车起步时没有抖动和冲击；(3)分离要迅速且彻底；(4)离合器从动部分的转动惯量要小，以减轻汽车起步和换档时变速器齿轮轮齿间的冲击，方便换档；(5)离合器的通风散热

22、应良好；(6)高速回转时要具有可靠的强度，应注意平衡问题和离心力的影响；(7)应使汽车传动系统避免共振，并具有吸收振动、缓和冲击和减少噪音的能力；(8)操纵轻便(9)离合器的工作性能应保持稳定，这就要求作用在摩擦片上的总压力要不因摩擦表面的磨损而变化，或者变化较小；(10)要求使用寿命长。此外，离合器也要集合结构简单、紧凑，制造工艺性好，维修方便，重量轻等优点。基于上述要求，离合器的压紧弹簧从普遍采用的圆柱螺旋弹簧改为膜片弹簧，其利甚多n¨。推式膜片弹簧离合器是由美国通用汽车公司于1938年开始应用于轿车产品，20世纪60年代以来已应用于各种汽车。20世纪60年代末，西德F&

23、S公司首先研制成功拉式膜片弹簧离合器，1980年以来在国外大、中、小型汽车上开始使用。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，构造示意图如图21所示。图2-1膜片弹簧离合器构造示相对于一般离合器，膜片弹簧离合器具有以下长处(1)膜片弹簧的轴向尺寸较小而径向尺寸很大，这有利于在提高离合器传递矩能力的情况下减小离合器的轴向尺寸；(2)膜片弹簧本身兼有压紧弹簧和分离杆的作用，故不需要专门的分离杠杆使离合器结构大大简化、零件数目减少、重量减轻；(3)离合器结构的简化显著地缩短了离合器的轴间尺寸，所以可以适当增加盘的厚度，提高热容量，而且还可以在压盘上增设散热筋以及可以在

24、离合器盖开设较大不的通风口来改善散热条件 此外，离合器也要集合结构简单、紧凑，制造工艺性好，维修方便，重量轻等优点。基于上述要求，离合器的压紧弹簧从普遍采用的圆柱螺旋弹簧改为膜片弹簧，其利甚多n¨。推式膜片弹簧离合器是由美国通用汽车公司于1938年开始应用于轿车产品，20世纪60年代以来已应用于各种汽车。20世纪60年代末，西德F&S公司首先研制成功拉式膜片弹簧离合器，1980年以来在国外大、中、小型汽车上开始使用。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1.5 膜片弹簧离合器结构和工作原理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

25、成等部分组成，如图23所示。1)离合器盖一般为120度或90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。2)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孔，可以穿过支承铆钉，这部分被称为分离指；从窗孔底部到弹簧外圆周的部分形状像一个无底宽边碟子，其截圆锥形，被称为碟簧部分，如图24所示。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，处承受轴向载荷只，使碟簧部分产生轴向变形丑；离合器处于分离状态

26、时，碟簧部分下内支承环Z处和膜片弹簧受载半径处承受轴向载荷只，使膜片弹簧分离指部分产生轴向变形。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；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。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。离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转；离合器分离时，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

27、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锂基润滑脂，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n副。膜片弹簧离合器的主要特点是用一个膜片弹簧代替传统的螺旋弹簧和分离杠杆，因为它布置在中央，所以也算中央离合器，因其具有许多优点而被现代乘用车广泛采用，其工作原理如图25所示。从图中可知，离合器盖1与发动机飞轮用螺栓紧固在一起，当膜片弹簧3被预加压紧，离合器处于接合位置时，由于膜片弹簧大端对压盘5

28、的压紧力，使得压盘与从动盘6摩擦片之间产生摩擦力。当离合器盖总成随飞轮转动时(构成离合器主动部分)，就通过摩擦片上的摩擦转矩带动从动盘总成和变速器一起传递发动机动力。分离离合器时，将离合器踏板8踏下，通过操纵机构，使分离轴承总成7前移推动膜片弹簧分离指，使膜片弹簧呈反锥形变形，其大端离开压盘，压盘在传动片的弹力作用下离开摩擦片，使从动盘总成处于分离位置，切断了发动机动力的传递。1.2膜片弹簧离合器的工作过程离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时

29、分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。 离合器接合状态离合器切断状态 离合器的功用主要有： 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，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磨的现象，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

30、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

31、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。由于离合器是靠磨擦力来传递转矩的，所以当传动系内载荷超过磨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。接合状态：弹簧将压盘、飞轮及从动盘互相压紧，发动机的转矩经飞轮及压盘通过摩擦面的摩擦力矩传至从动盘。分离过程：踩下踏板，套在从动盘毂滑槽中的拨叉，便推动从动盘克服压紧弹簧的压力右移而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力传动。接合过程：缓慢地抬起离合器踏板，使从动盘在压紧弹簧压力作用下左移与飞轮恢复接触，二者接触面间的压力逐渐增加，相应的摩擦力矩逐渐增加，离合器从完全

32、打滑、部分打滑，直至完全接合。离合器在接合状态，离合器的主、从动件作为整体一起旋转，直接传递发动机转矩。此状态下，离合器的主、从动件没有相对运动，摩擦副表面就没有磨损，也不发热，也没有能量损耗。但是，在汽车起步过程中需要利用离合器主、从动件间的相对滑动，也就是说，离合器在接合过程中让其从动件的转速增长有一过程，使汽车平稳起步。因此，离合器接合过程的滑磨是其重要特性。离合器滑磨结果，一方面使摩擦片磨损，另一方面会引起压盘、飞轮等零件的温度升高，而摩擦表面温度的过分升高，将加剧摩擦片的磨损，并将严重影响离合器的正常工作和使用寿命。为此，必须充分了解离合器在接合过程中滑磨的特性及评价和分析计算方法、

33、压盘等零件的热负荷状况，以正确设计和使用离合器。1.3膜片离合器的优缺点1膜片弹簧离合器的优点（1）传递的转矩大且较稳定；（2）分离指刚度低；（3）结构简单且紧凑；（4）高速时平衡性好；（5）散热通风性能好；（6）摩擦片的使用寿命长。2膜片弹簧离合器的缺点（1）制造难度大；（2）分离指刚度低，分离效率低；（3）分离指根易出现应力集中；（4）分离指舌尖易磨损。24膜片弹簧大端载荷变形特性自膜片弹簧离合器广泛应用开始，出现了许多关于膜片弹簧计算的近似分析方法，其中最有代表性的一种AL法。而在A-L法中采用了诸多假设：(1)膜片弹簧受载时，其载荷和支承反力都是均匀地分布在内圆周和外圆周上；(2)膜片

34、弹簧初始锥底角较小，受载变形时，膜片弹簧的转角与变形量之间呈线性关系；(3)膜片弹簧受载后没有产生塑性变形，分离指弯曲变形不予以考虑；(4)受载变形时，膜片弹簧与压盘和分离轴承端面间的滑动摩擦未加考虑阳1。根据上述假设，通过支承环和压盘加在膜片弹簧上的载荷F集中在支承点处，加载点间的相对轴向变形，则可以得出膜片弹簧大端载荷结合表2-1中的离合器参数，利用matlab软件对上式进行编程计算，计算结果如图29所示：25本章小结本章首先介绍了膜片弹簧离合器的结构和工作原理，根据某轿车膜片弹簧离合器的相关图纸分析，获得了奇瑞QQ轿车膜片弹簧离合器的结构参数，计算了膜片弹簧离合器大端载荷变形特性，为后续

35、各章的建模计算分析提供数据基础。扭矩传递特性的综合模型分析61扭矩传递特性综合计算模型膜片弹簧工作压紧力是在设计离合器时根据汽车负载需要和发动机转矩的大小而确定的，如果工作压紧力太小，可能会导致离合器打滑；如果工作压紧力太大，则对防止传动系过载(过载会使传动系零件寿命降低)不利，所以膜片弹工作压紧力的大小是保证离合器正常工作的重要指标。由于离合器的摩擦片会离合器工作循环过程中不断磨损，所以工作压紧力是在不断增大的，而这也会致分离轴承的分离力不断增大，从而降低离合器操纵的舒适性。但是在离合器实际工作过程中考虑到膜片弹簧离合器的结构和工作工况的影响，其压盘压紧力特性也会发生相应的变化。离合器分离过

36、程中，若考虑分离指弯曲变形和从动盘轴向弹性特性，分离轴承的分离行程为：根据以上分析，建立以分离轴承行程为输入，压盘压紧力为输出的matiab模型，可以得到压盘压紧力特性如图61所示。综合以上各式，即可计算不同离合器分离接合行程、不同温度、转速差下的离合器传递扭矩。63扭矩传递特性台架试验与计算分析采用离合器性能试验台，对奇瑞QQ轿车的膜片弹簧离合器进行试验研究，分别在不同工况下测量离合器的分离载荷特性和扭矩传递特性，并与模型的计算结果进行对比分析。631离合器分离载荷特性试验与计算分析离合器的分离载荷特性是离合器自动操纵机构的负载特性，对于各种工况下的分离载荷特性的测试、计算和分析，可为离合器

37、执行机构的开发提供重要的设计依据。综合考虑从动盘轴向弹性特性、离合器盖变形、分离指弯曲变形、传动片弹性恢复力、分离轴承端面与分离指的摩擦力的影响，利用所建立的计算模型计算出的分离载荷特性和在离合器性能试验台上测量了所安装的离合器总成的分离荷特性对比如图6-5可以看出，由于考虑了端面摩擦的作用，模型计算的分离载荷特性能够反映出分离和接合过程的回环特性，对于奇瑞QQ轿车膜片弹簧离合器，在分离力上升的过程中，模型的计算结果与试验结果吻合较好，而在分离力达到最大值以后，二者存在一定的误差。奇瑞QQ离合器分离力最大值对应的分离行程，从25mm(图4-5所示)增大到4mm左右，增加的分离行程是由离合器从动

38、盘的轴向弹性引起的。在分离行程小于4mm时，压盘压紧力从安装压紧力减小到零，离合器是传递摩擦扭矩的；分离行程大于4m时，压盘与从动盘脱离接触，开始出现压盘升程，而这部分的分离行程对扭矩的传递没有影响，因此计算模型的误差，对计算摩擦扭矩的影响应该是较小的。在离合器性能试验台上，可以直接测量传递的摩擦扭矩，但压盘升程和压盘压紧力，是无法测量的。通过理论分析可知，压盘压紧力与摩擦扭矩之间，存在单值的对应关系，因此在试验研究中，可直接测量离合器分离行程与离合器摩擦扭矩之间的关系。65本章小结本章主要完成以下工作：1-综合考虑了离合器分离过程中分离指弯曲变形、从动盘轴向弹性特性、合器盖变形和传动片弹性，

39、建立了以分离轴承行程为输入、压盘压紧力输出的综合计算模型，再结合面片摩擦系数的回归模型，得到了以离合分离接合行程、温度、转速差为计算参数的的离合器传递扭矩综合计算模型。2采用离合器性能试验台，对轿车的膜片弹簧离合器进行试验研究，分别在不同工况下测量了离合器的分离载荷特性和扭矩传递特性，并与模型的计算结果进行对比分析，得出测试与模型计算得到的传递扭矩的变化趋势基本吻合，验证了所建立的离合器扭矩综合计算模型的有效性。3基于离合器扭矩综合计算模型，利用AMESim软件对轿车的起步过程进行了仿真计算和预测分析，得到了离合器接合行程、转速差、离合器片表面温升和滑磨转矩随离合器起步时间的变化关系。计算结果

40、说明该计算模型能较精确性地反映汽车起步时离合器所传递的扭矩特性。 第二章 某型轿车膜片弹簧的优化设计2.1 优化设计的理论概述优化设计是建立在数学规划理论和计算机数值计算基础之上,从大量的可行性设计方案中寻找出一种最优的设计方案,从而实现由理论设计代替经验设计用精确。计算代替近似计算,用优化方法代替一般的安全寿命校核的可行性设计。优化设计的流程是:选择目标函数,建立优化设计的数学模型约束优化问题的表达式和最优解选择建立优化的方法,编写计算机程序对计算的结果进行分析处理。其中,建立优化设计的数学模型尤为重要,数学模型能否严密而准确地反映优化问题的实质,是优化设计成败的关键。2 . 2 某型轿车膜

41、片弹簧的优化设计过程2.2.1 建立数学模型,选择目标函数1.确定优化变量某型轿车使用的离合器是拉式膜片弹簧离合器。它的小端载荷变形特性曲。理论计算公式为AlmenLaszlo公式,该公式是目前国际流行的计算膜片弹簧特性曲线的理论公式。 故可以得出大端载荷变形特性曲线理论计算公式。式中相关参数的意义为:E为弹性模数,钢材料时取E=2.0×105MPa;h为弹簧片厚(mm);为泊松比,钢材料时取=0.3;H为碟簧部分内截锥高(mm);为大端变形(mm);R为碟簧部分外半径(大端半径),(mm);r为碟簧部分内半径(mm);L为支撑环平均半径(mm);e为膜片弹簧与压盘接触半径(mm);rp为分离轴承作用半径(mm)。应当指出,理论计算变形特性曲线与实际特性曲线之间存在较大的误差,原因从公式(1)中可以观察出来:该公式在碟形弹簧的基础上提出,直接应用于膜片弹簧而没有考虑其他结构参数的影响。故上述公式有不合理的地方。实际上,高后比H/h、支撑半径L、内外径比R/r等因素都会在一定程度上影响膜片弹簧的载荷变