轿车离合器膜片弹簧的优化设计

一篇小论文

ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ

垫塑丛Ｑ：！；

Ｈｅｒ８Ｉｄ

工业技术

轿车离合器膜片弹簧的优化设计

李涛王晓广刘玉红

（郑州宇通重工有限公司河南郑州

４５００００）

摘要：膜片弹簧鼻舍嚣在轿车和汽车上的应用日益增多，如何优化设计ｔ片弹簧，提高鼻合器的性匏，变得尤为重要。文章首先介绍了

虞片弹簧鼻合器的蛄构，随后概递了优化设计的理论，曩后以莱轿车的ｔ片弹簧鼻合器为饲．介绍了其晨片弹簧的优化设计过程。

关键词：轿车鼻合嚣羹片弹簧中图分类号：ｕ４６３．２

优化设计

文献标识码＃Ａ

文章编号：１６７４一０９８ｘ（２００９）０８（ｂ）一００５３一ｏｌ

１膜片弹簧离合器的结构

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

泊松比，钢材料时取“＝Ｏ．３，Ｈ为碟簧部分内截锥高（ｍｍ）Ｉ入，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）ｌｒ．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

数的偏导以及各参数偏导数与相应标准差乘积的平方，得出Ｈ、ｈ、ｒ和接合状态时大端变形量入ｂ，等四个参数的扰动对函数的影

响最大，敝最后的主要设计变量确定为：

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：①膜片弹簧离合器的主动部分由离合器盖、飞轮、压盘等机件组成。②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。③膜片弹簧：它是压

ｚ＝［五屯毛五ｒ＝［Ⅳ｜Ｉｌ，无】ｒ。

２．２．２约束条件的确定

约束条件包括以下几个：①高厚比Ｈ／ｈ与初始的锥底角应在一定的范围内，即：１．７＜ｘ．／ｘ，＜２．２，②离合器装配误差范围内引起的弹簧压紧力相对偏差限制，即有：ｌ△Ｐ．ｂ／Ｐ。ｂＩ≤ｏ．０５ｌ③离合器彻底分离时膜片

弹簧压紧力Ｆｃ应小于工作压紧力，Ｐ，ｃ＜Ｐ１ｂｌ

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一变形特性。通过考虑外支撑半径Ｌ、内半径ｒ、弹簧板厚度ｈ，内截锥高度Ｈ等参数对载荷一变形特性的影响，改变上述参数的值，对比前后的特性曲线，发现弹簧的内截锥高度Ｈ与

厚度ｈ影响极大，且对与该型轿车离合器膜

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

④考虑疲劳断裂时的许用应力作为约束条

件，ｏⅡ≤【ｏ】；⑤根据结构应力与压紧力

的要求，膜片弹簧外半径和内半径之比Ｒ／

ｒ应取：１．１７≤Ｒ／ｘ，≤１．４，７０≤２Ｒ／】【，≤１００Ｉ

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。

２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

片弹簧，非常适合修正这两个值。对上述公式的反复修正，对比修正前后的载荷一变形特性与实际特性曲线之间的吻合度，最后得出修正后的膜片弹簧大端载荷一变形计算公式：

⑥膜片弹簧结合时的工作压紧力Ｐ，ｂ大小应满足：６１１０≤Ｐ，ｂ≤６９００。⑦设计变量非负

性要求及弹簧的工作点的要求，有ｘ．＞Ｏ，】【２＞Ｏ，ｘ３＞０，３≤ｘ４≤５。

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

数学模型一约束优化问题的表达式和最优

纠川ｘ搿卜…＿执。勃

ｌ磅ｈ等）＋０８拍２Ｉ：（２）

（日’１．１

２．２．３编写优化程序，用Ｍａｔｌａｂ优化工具箱得出优化结果

利用Ｍａｔｌａｂ中ｓＱＰ法，调用ｆｍｉｎｃｏｎ函数。使用时需要建立目标函数和调用函数ｆｍｉｎｃｏｎ的．ｍ文件，输入初始点ｘ０，线性不等式约束条件的系数矩阵Ａ和常数向量ｂ，线性等式约束条件的系数矩阵Ａｅｑ和常数

向量Ｂｅｑ，设计变量ｘ的下界向量Ｌｂ和上界向量Ｕｂ等已知参数。优化设计结果表明，弹

解一选择建立优化的方法，编写计算机程序一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，确定优化变量

某型轿车使用的离合器是拉式膜片弹

对膜片弹簧优化设计，选用的优化设计目标函数可以是以下几种：①在分离行程中，驾驶员作用在分离轴承装置上的分

离操纵力的平均值或操纵功为最小。②在

簧的最危险点的最大应力值降低了３４％，达

到了优化目的。

磨损片磨损极限范围内从＝九一＾。，弹簧

压紧力变化的平均值ｆＦｌｉ—ＦＩｂｆ最小。③从动盘磨擦片磨损前后弹簧压紧力差值的绝对值为ＩＦｌｂ—Ｆ１ａ｝最小。④弹簧工作时的最大应力为最小，参考文献【２堰口采用此方法。经过仔细计算分析得知，若单独追求优化目标①，会影响其他性能；优化目标②虽然可以实现，但是优化过程较为复杂，把④作为优化目标也不可取，还应当用最大应力小于许用应力的约束条件来保证。最后考虑选择优化目标⑦作为目标函数来优化。

在膜片弹簧的优化设计变量的选取

上，考虑公式（１）和（２），得出：

３结语

轿车离合器膜片弹簧作为离合器的重

要组成部分，其优化设计对于提高轿车离合器的使用性能是显而易见的。优化设计

只有结合轿车离合器的原理，建立合理的

簧离合器。它的小端载荷一变形特性曲线理论计算公式为Ａｌｍｅｎ—Ｌａｓｚｌｏ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。公式表达如下：

数学模型，选择优化目标函数，建立合理的约束条件，才能真正达到优化目的。参考文献

【ｌ】刘军．平面多杆停歇机构优化设计研究

【Ｄ】．西安电子科技大学硕士学位论文，

２００７：２３—２４．

弓＝葡戮卜＾尝≯一手．兰Ｍ２ｊ

（１）

小端载荷Ｐ２与大端载荷Ｐｌ的关系为：

【２】司传胜．汽车膜片弹簧离合器的优化设

计【Ｊ】．林业机械与木工设备，２００４，３２

（１２）：３３—３４．

最２鸶最，故可以由①式得出大端载荷

一变形特性曲线理论计算公式。（１）式中相关参数的意义为：Ｅ为弹性模数，钢材料时取Ｅ＝２．０×１０ …… 此处隐藏：4395字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……