推式膜片弹簧概要

湖北文理学院《汽车设计》课程设计

第3章 离合器的设计

3.1从动盘总成

从动盘总成主要由从动盘毂、摩擦片、从动片、扭转减震器等组成。从动盘对离合器工作性能影响很大，设计时应满足如下要求：

1.从动盘的转动惯量应尽可能小，以减小变速器换挡时齿轮间的冲击； 2.从动盘应具有轴向弹性，使离合器接合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，以减少磨损；

3.应安装扭转减震器，以避免传动系共振，并缓和冲击。

3.1.1 从动盘毂

从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的尺寸可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩Temax按国标GB1144－74选取（见表3-1）。

表3-1 离合器从动盘毂花键尺寸系列

摩擦片 外径 D/mm 160 180 200 225 250 280 300 325 350 发动机的 最大转矩 Temax/N·m 50 70 110 150 200 280 310 380 480 齿数 n 10 10 10 10 10 10 10 10 10 外径 D′/mm 23 26 29 32 35 35 40 40 40 花键尺寸 内径 d′/mm 18 21 23 26 28 32 32 32 32 齿厚 b/mm 3 3 4 4 4 4 5 5 5 有效齿长 l/mm 20 20 25 30 35 40 40 45 50 挤压应力 σj/Mpa 10 11.8 11.3 11.5 10.4 12.7 10.7 11.6 13.2 根据摩擦片的外径D=180mm与发动机的最大转矩Temax=139.2 N·m，由表

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推式膜片弹簧离合器

3-1查得n=10，D′=26mm，d′=21mm，b=3mm，l=20mm，σj=11.8Mpa

3.1.2 从动片设计

从动片通常用1.3～2.0mm厚的钢板冲压而成。有时将其外缘的盘形部分磨薄至0.65～1.0mm，以减小其转动惯量。从动片的材料与其结构型式有关，整体式即不带波形弹簧片的从动片，一般用高碳钢(50或85号钢)或65Mn钢板，热处理硬度HRC38～48；采用波形弹簧片的分开式(或组合式)从动片，从动片采用08钢板，氰化表面硬度HRC45，层深0.2～0.3mm；波形弹簧片采用65Mn钢板，热处理硬度 HRC43～51。

3.1.3 从动盘摩擦片

在离合器接合、分离过程中，它将遭到严重的滑磨，在相对很短的时间内产生大量的热，因此，要求摩擦面片应有以下一些综合性能：

1. 在工作时有相对较高且稳定的摩擦系数； 2. 具有小的转动惯量，材料加工性能良好；

3. 在短时间内能吸收相对高的能量，且有良好的热稳定性； 4. 能承受较高的压盘作用载荷； 5. 承受相对较大的离心载荷而不破坏； 6. 具有足够的剪切强度；

7. 摩擦副有高度的容污性能，不影响它们的摩擦特性； 8. 具有优良的性价比，不污染环境。

对于摩擦面片来说，有两个方面要求选择确定，一是结构尺寸，内、外直径已在前面选定，厚度可根据使用寿命确定。二是材料，近年来，摩擦材料的种类增加极快，常用的有石棉基、有机摩擦材料、金属陶瓷摩擦材料等。这里选择粉末冶金材料铜基，单位压力0.35-0.50MPa, 摩擦因数0.25-0.35.

3.1.4 波形片和减振弹簧

波形片一般采用65Mn，厚度小于1mm，硬度为40~46HRC，并经过表面发蓝

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处理。减振弹簧常采用60Si2MnA、50CrVA、65Mn等弹簧钢丝。

3.2膜片弹簧设计

膜片弹簧的大端处为一完整的截锥，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。膜片弹簧起弹性作用的正是其碟簧部分。与碟形弹簧不同的是在膜片弹簧上还有径向开槽部分，形成许多称为分离指、起分离杠杆作用的弹性杠杆。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，长方孔又可用来安置销钉固定膜片弹簧。

3.2.1膜片弹簧设计计算的基本公式

假设膜片弹簧在承载过程中，其子午断面刚性地绕过断面上的某中性点转动。通过支承环和压盘加在膜片弹簧上的载荷F1（N）集中在支承点处，加载点间的相对轴向变形为λ1（mm），则膜片弹簧弹簧特性如下式表示：

??Eh?1?ln?R/r? F1?f??1???2?2?61????R1?r1????1R?r?2?R?r??????H???H??1????h? R?r2R?r11??11??????（3-1）

式中：E为材料的弹性模量（MPa），对于钢：E=2.1×105 Mpa； μ为材料的泊松比，对于钢：μ=0.3；

H为膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度（mm）； h为膜片弹簧钢板厚度（mm）；

R ，r分别为膜片弹簧的大端半径（mm）；

R1 ，r1分别为压盘加载点和支承环加载点半径（mm）。

3.2.2膜片弹簧基本参数的确定

1.比值H/h的选择

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推式膜片弹簧离合器

该比值对膜片弹簧的弹性特性影响极大，因此，要利用H/h对弹簧特性的影响，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：

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板厚一般为2～4mm，本设计取： h=2mm 则取H/h=1.7，代入h=2得到： H=3.4mm 2．R及R/r的选择

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。比值R/r的选定影响到材料的利用效率。R/r越小，则弹簧材料的利用效率越好。碟形弹簧储存弹簧性能的能力在R/r=1.8～2.0为最大，用于缓冲冲击、吸收振动等需要储存大量弹性能的碟簧最佳。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（即1.25左右）。

根据本设计所选车型，选取R/r=1.27。根据R≥RC=(D+d)/4=76.25mm（RC为膜片弹簧的平均半径），取R=90mm，则r=71mm。

3．膜片弹簧起始圆锥底角 ?

膜片弹簧在自由状态下的圆锥底角α与内截锥高度H关系密切，α=arctan[H/(R-r)]≈H/(R-r),一般在10°～15°范围内选择。

本设计之锥角为：α≈3.4/（90-71）≈10.3°。落在10°～15°的范围内，因此设计合理。

4．支承圈平均半径r1和和膜片弹簧与压盘的接触半径R1

r1与R1的取值将影响膜片弹簧的刚度。r1 应略大于r且尽量接近r；R1 应略小于且尽量接近R。

根据以上所述及已知R和r的值，本设计选取r1=75mm，R1=88mm 。 5．膜片弹簧小端半径ri及分离轴承作用半径rf ri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。rf应大于ri 。

rf与ri之差在一定的范围内，0≤rf?ri≤4。 膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用， 因此其杠杆比应在一定范围内选取，即:

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