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1、7. 离合器膜片弹簧设计7.1 膜片弹簧的结构特点膜片弹簧在结构形状上分为两部分。在膜片弹簧的大端处为一完整的截锥体，它的形状像一个无底的碟子，和一般机械上 用的碟形弹簧类似，故称作碟簧部分，实际起到弹性作用。其工作原理为：沿轴线方向加载， 碟簧受压变平，卸载后又恢复原形。另一部分是径向开槽部分，像一圈伸出的手指，其作用是作为分离杆，又称分离指。 分离爪与碟簧部分交界处的径向槽较宽，呈长方圆形孔，一方面可以减少分离指根部的应力 集中，另一方面又可用来安置销钉固定膜片弹簧。分离指根部的过渡圆角R4.5。7.2膜片弹簧的加载方式和变形由于膜片弹簧采用推式结构，故其正装。离合器在分离和接合时，膜片弹
2、簧的加载情况 不一样，相应的有两种加载方式和变形情况（如图7-1）：(a)(b)(C)图 7-1 膜片弹簧在不同工作状态时的变形（a ）自由状态（b）压紧状态（c）分离状态1自由状态当离合器盖总成未与飞轮装合以前，膜片弹簧近似处于自由状态，膜片弹簧对压盘无 压紧作用。2接合状态 当离合器盖总成与飞轮装合时，离合器盖前端面向飞轮前端面靠拢。此时，离合器盖通过支点o对膜片弹簧施加载荷P，膜片弹簧逐渐变形直到离合器盖和飞轮完全贴合为止,1此时为接合状态。同时在压盘处也作用有一载荷P，把P称作压紧力。支点o和压盘接触处之间的高度11变化称作大端变形九，膜片弹簧分离轴承相对于压盘高度的变化称之为小端变形
3、九。123分离状态分离轴承以P2力作用在膜片弹簧的小端，当力达到一定值时，膜片弹簧被压翻。分离时在膜片弹簧的大端处及小端处将进一步产生附加变形九和九。此时膜片弹簧大端处的1f2 f变形九=九+九。11b1 f7.3膜片弹簧的弹性变形特性如前所述，膜片弹簧起弹性作用的部分是其碟簧部分。碟簧部分的弹性变形特性和螺旋 弹簧是不一样的，它是一种非线性的弹簧，其特性和碟簧的原始内截锥高H及弹簧片厚度h 的比值H/h有关。不同的H/h值可以得到不同的弹性变形特性。一般可以分成下列四中情况 （如图7-2）：图7-2膜片弹簧的弹性特性曲线1. H 、迂 h这种弹簧的刚度大，可以承受很大的载荷，适合于作为缓冲装
4、置中的行P为增函数，程限制弹簧。2. H *2 h特性曲线中间一段很平直，变形增加时，载荷P几乎不变，这种弹簧称零刚度弹簧。3.迈 H 22 h特性曲线具有更大的负刚度不稳定工况区，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。7.4膜片弹簧基本参数的选择在设计膜片弹簧时，一般初步选定其全部尺寸，然后进行一系列的验算，最后优选出最 合适的尺寸。其尺寸符号示意图见图7-3：7.4.1膜片弹簧外形几何尺寸参数1. H/h比值的选择设计膜片弹簧时，要利用其非线性的弹性变形规律，因此要正确选择其特性曲线的形 状，以获得最佳的使用性能。一般的汽车汽车膜片弹簧：H/h=1.52.0。取：
5、 H/h=1.8, H=4.5mm, h=2.5mm。2. R及R/r的确定比值R/r对弹簧的载荷及应力特性都有影响。从材料利用率的角度，比值在1.82.0时，碟形弹簧储存弹性的能力为最大，就是说 弹簧重量的利用率好。因此在设计用来缓和冲击、吸收振动等需要储存大量弹性能时的碟簧 时选用。对于汽车离合器的膜片弹簧，设计上并不需要储存大量的弹性能，而是根据结构布置 与分离的需要来决定，一般R/r取值为1.21.3。对于R，膜片弹簧大端外径2R应满足结构上的要求而和摩擦片的外径相适应，大于摩 擦片内径d,近于摩擦片外径D。此外，当H, h及R/r等不变时，增加R有利于膜片弹簧 应力的下降。初步确定：
6、R=115mm, r=92mm, R/r=1.25。3. 膜片弹簧起始圆锥底角一般在1014之间， uH/ (R r )(7-1)代入数值计算，可得： =11.24. 膜片弹簧小端半径rf及分离轴承的作用半径厂fprf的值主要由结构决定，最小值应大于变速器第一轴花键外径。分离轴承作用半径厂fp大于r。花键外径D=35mm,满足2 r D,所以取r =25mm, r =27mm.ffp5.分离指数目n、切槽宽8、窗孔槽宽及半径r12e汽车离合器膜片弹簧的分离指数目n12, 般在18左右，采用偶数，便于制造时模具分度；切槽宽8 =3.23.5mm, 8宀910mm,窗孔半径r 一般情况下由12er
7、 一 re (0.81.4)82(7-2)计算。取得：n=18, 8 =3.2mm, 8 =10mm, r =80mm。12e6.膜片弹簧与压盘接触半径l和支承环作用半径L的确定L和1的取值将影响膜片弹簧的刚度。一般，1应尽量接近r而略大于r, L应接近R而 略小于 R。取 L=110, 1=95。7.4.2 膜片弹簧工作点位置的选择假设膜片弹簧在承载过程中，其子午截面刚性地绕该截面上的某中性点o转动。工作 压力P与轴向变形九的关系式:11P =-16兀 EhX In(R/r) I 2)(L l L+ h27-3)式中：E弹性模量，对于钢：E= 2.1 x 105MPa； 卩一泊松比，对于钢：
8、卩=0.3；代入数据,得：P = 352九 3 3099.1九 2 + 7934.9 九(7-4)1 1 1 111.5 2 亦 厂 3 厂 4 匚6.55189.96120.5256293.65973.1255423.14907.5254690.45035.7256207.58469.72512086.417321.52由式(7-4)可绘制出膜片弹簧的P-九特性曲线，如图7-4所示:1 1图7-4膜片弹簧的P -九特性曲线1 15由图可得：九 =1.8mm，九=4.0mm，1M1N九二(九 + 九)/2(7-5)1H1M 1N得:九=2.9mm1H弹簧工作点B 一般取在凸点M和拐点H之间，且
9、靠近或在H点处，一般九二(0.8-1.0)九(7-6)1B1H取九二0.96九二2.8mm，同时：膜片弹簧小端分离轴承处作用有分离力1B1H2(7-7)得：P 二 77.65九3 683.62九2 +1750.35九2 1 1 17.4.3膜片弹簧强度计算由前述假设可知，子午截面在中性点o点处沿圆周方向的切向应变为零，故该点的切 向应力也为零，o点以外的点均存在切向应变和切向应力。建立如图7-5所示的坐标系xoy.则截面上任意点(x,y)的切向应力b t (MPa)为:(7-8)/2 )-舛e + x式中：9 从自由状态起，碟簧部分子午截面的转角，rad；Q 碟簧自由状态时的圆锥底角，rad；
10、中性点o的半径，mm.R rln(R / r)fl图7-5中性点o为坐标原点在子午截面处建立x-y坐标系分析表明,B点的应力值最高，通常只计算B点的应力来校核碟簧的强度。卩当x=-(e-r),y=h/2, 9 = a +r) = 0-31 时，b t 取得最大值,(7-9)得: tB一1363MPa在分离轴承推力P作用下，B点还受弯曲应力，26 C r )Pb =f(7-10)rBnb h2亠、,2n r式中：b为分离指根部的宽度，mm, b =rr n当彻底分离时，九-2.4mm ,九=九+九=5.2mm，此时P = 1525N，代入数1 f11b1 f2据得：b = 32.1mm， c = 166MParrB考虑到弯曲应力c是与切向应力c相互垂直的拉应力，根据最大切应力强度理论, rBtBB 点的当量应力为7-10)c =c -cjB rB tB代入数据得：c = 1529MPa c =15O077OOMPa，满足强度要求。jB jB膜片弹簧所有的尺寸：H=4.5mm, h=2.5mm, R=115mm, r=92mm, L=110mm, l=95mm, a =11.2r =25mm, r =27mm, n=18, =3.2mm, =10mm, r =80mm。f p 1 2 e膜片弹簧零件图如下：图 7-6 膜片弹簧零件图
