【導讀】上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文）ESU7160型乘用車離合器及試驗方案設計。各專業(yè)完整優(yōu)秀畢業(yè)論文設計圖紙

　　

【正文】 簧； 7擋環(huán)； 8彈性鎖環(huán) 膜片彈簧設計 膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點 本設計中的壓緊彈簧是膜片彈簧。而膜片彈簧離合器分推式和拉式，在本設計中采用拉式結(jié)構(gòu)。 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） ESU7160型乘用車離合器及試驗方案設計 38 膜片彈簧在結(jié)構(gòu)形狀上分為兩部分。在膜片彈簧的大端處為一完整的截錐體，它的形狀像一個無底的碟子和一般機械上用的碟形彈簧完全一 樣，故稱作碟簧部分。膜片彈簧起彈性作用的正是其碟簧部分。碟形彈簧的彈性作用：沿其軸線方向加載，碟簧受壓變平，卸載后又恢復原形所。膜片彈簧是碟形彈簧的一種特殊結(jié)構(gòu)形式 ,所不同的是，在膜片彈簧上還包括有徑向開槽部分。膜片彈簧上的徑向開槽部分作用是，當離合器分離時作為分離杠桿 ,故它又稱分離爪 ,分離爪與碟簧部分交接處的徑向槽較寬呈長方 圓形孔。這樣做，一方面可以減少分離爪根部應力集中，一方面又可用來安置銷釘固定膜片彈簧，分離爪根部的過渡圓角 R＞ 。 膜片彈簧的變形特性和加載方式 由于膜片彈簧采用拉式結(jié) 構(gòu)，故其正裝。離合器在分離和接合時，膜片彈簧的加載情況不一樣，相應的有兩種加載方式和變形情況： （ 1）接合時：膜片彈簧起壓緊彈簧之用，在壓盤 ,離合器蓋總成未與飛輪裝合以前，膜片彈簧近似處于自由狀態(tài)，膜片彈簧對壓盤無壓緊作用。當壓盤 ,離合器蓋總成與飛輪裝合時，離合器蓋前端面向飛輪前端面靠攏。因此，離合器蓋通過支承環(huán) 4 對膜片彈簧施加載荷P1 ，膜片彈簧幾乎變平。同時在壓盤處也作用有載荷 P1 。把 P1 稱作壓緊力。支承環(huán) 4 和膜片彈簧壓盤接觸處之間的高度變化稱作大端變形 1? ，膜片彈簧分離軸承相對于壓盤高度的變化稱之為小端變形 2? 。 （ 2）分離時：當分離軸承以 P2 力作用在膜片彈簧的小端時，支承環(huán) 4 逐漸不起作用，而支承環(huán) 5 開始起作用。當 P2 力達到一定值上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） ESU7160型乘用車離合器及試驗方案設計 39 時，膜片彈簧被壓翻。分離時在膜片彈簧的大端處及小端處將進一步產(chǎn)生附加變形 f1? 和 f2? 。此時膜片彈簧大端處的變形 1? = f1? + b1? 。 膜片彈簧的彈性變形特性 膜片彈簧起彈性作用的部分是其碟簧部分，碟簧部分的彈性變形特性和螺旋彈簧是不一樣的，它是一中非線性的彈簧，其特性和碟簧部分的原始內(nèi)截錐高 H 及彈簧片厚 h 的比值 H/h 有關。不同的 H/h 值可以得到不同的特性變形特性。一般可以分成下列四 種 情況： （ 1） hH ＜ 2 如下圖 H/h= ,其曲線形狀表現(xiàn)為 :載荷 P的增加 ,變形 ? 總是不斷增加 .這種彈簧的剛度很大 ,可以承受很大的載荷 ,適合與作為緩沖裝置中的行程限制器。 （ 2） hH = 2 如圖 中 H/h=≈ 2 的曲線 ,彈性特性曲線在中間有一段很平直 ,變形的增加 ,載荷 P 幾乎不變 .這種彈簧叫做零剛度彈簧 . （ 3） 2 ＜ hH ＜ 2 2 如圖 中 hH =,彈簧的特性曲線中有一段負剛度區(qū)域 ,即當變形增加時 ,載荷反而減少具有這種特性的膜片彈簧很適合用于作為離合器的壓緊彈簧 ,因為可利用其負剛度區(qū) ,達到分離離合器時載荷下降 ,操縱省力的目的 ,當然負剛度過大也不適宜 ,以免彈簧工作位置略微變動造成彈簧壓緊力過 大 . （ 4） hH ＞ 2 如下圖 所示 ,這種彈簧的的特性曲線中具有更大的負剛度不上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） ESU7160型乘用車離合器及試驗方案設計 40 穩(wěn)定工作區(qū) ,而且有載荷為負值的區(qū)域 .這種彈簧適合于汽車液力傳動中的鎖止機構(gòu)。 圖 三種不同 H/h 值時的無因次特曲線 圖 各種不同 H/h 值時的無因次彈性變形特性 膜片彈簧的參數(shù)尺寸確定 在設計膜片彈簧時，一般初步選定其全部尺寸然后進行一系列的驗算，最后 確定 尺寸。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） ESU7160型乘用車離合器及試驗方案設計 41 圖 膜片彈簧示意簡圖 (1)H/h 比值的選取 為保證離合器壓緊力變化不大和操縱方便，汽車離合器用膜片彈簧的 H/h 通常在 ～ 2范圍內(nèi)選取。常用的膜片彈簧板厚為 2～ 4mm，本設計選用 2?hH ， h=3mm ，則 H=6mm 。 (2)R 及 R/r 確定 通過分析表明， R/r 越小，應力越高，彈簧越硬，彈性曲線受直徑誤差影響越大。汽車離合器膜片彈簧根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求， R/r 常在 ～ 的范圍內(nèi)取值。本設計中取 ?rR ，摩擦片的平均半徑 ??? dDRcmm ， cRr? 取 102?r mm 則?R mm 取整 128?R mm 則 ?rR 。 (3)膜片彈簧起始圓錐底角 ? 汽車膜片彈簧在自由狀態(tài)時 ，圓錐底角α一般在 15~9 176。范圍 內(nèi)，上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） ESU7160型乘用車離合器及試驗方案設計 42 本設計中 ? ? ? ?rRHrRH ???? a r c t a n? 得 ?? 176。在 15~9 176。之間，合格。分離指數(shù)常取為 18，大尺寸膜片彈簧有取 24 的，對于小尺寸膜片彈簧，也有取 12 的，本設計所取分離指數(shù)為 18。 (4)分離指數(shù)目 n、切槽寬 1? 、窗孔槽寬 2? 、及半徑 re 汽車離合器膜片彈簧的分離指數(shù)目 n＞ 12，一般在 18 左 右，采用偶數(shù)，便于制造時模具分度切槽寬 1? ≈ 3 ㎜， 2? ≈ 10 ㎜，窗孔半徑re 一般情況下由（ r－ re ）≈ (～ ) 2? ,所以取 r－ re =12? , 2? =7㎜ ,可取得 n=18, 1? ≈ 3 ㎜， 2? ≈ 7 ㎜ 膜片彈簧的改進 （ 1）為了滿足離合器使用性能的要求，彈簧的 hH 與初始錐角? ?rRH ??? 應在一定范圍內(nèi)，即 ??? hH ?????????????????????? （ ） ? ? ????? rRH? ??????????????? （ ） （ 2）彈簧各部分有關尺 寸的比值應符合一定的范圍，即 ??? rR ???????????????????? （ ） 1 0 ??? hR ?????????????????? （ ） （ 3）為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，推式膜片彈簧的壓盤加載點半徑 1R （或拉式膜片彈簧的壓盤加載點半徑 1r ）應位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，即 推式： 24/)( 1 DRdD ??? ?????????????? （ ） 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） ESU7160型乘用車離合器及試驗方案設計 43 拉式： mmDrdD 1252/)( 1 ?????? （ 4）根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求， 1R 與 R ， fr 與 0r 之差應在一定范圍內(nèi)選取，即 621 1 ???? RR ??????????????????????? （ ） 620 1 ???? rr ??????????????????????? ? （ ） 40 0 ??? rrf ??????????????????????? （ ） （ 5）膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用， 因此杠桿比應在一定范圍內(nèi)選取，即 推式 : 111 ???? rR rr f ??????????????????? （ ） 拉式 : 111 ???? rR rR f ?????????????????? ? (） 由此可得 17?fr mm， 160?r mm。 膜片彈簧強度計算 碟形彈簧的形狀如以錐型墊片，它具有獨特的彈性特征，廣泛應用于機械制造業(yè)中。膜片彈簧是具有特殊結(jié)構(gòu)的碟形彈簧，在碟簧的小端伸出許多由徑向槽隔開的掛狀部分 —— 分離指。膜片彈簧的彈性特性與尺寸如其碟簧部分的碟形彈簧完全相同（當加載點相同時）。因此，碟形彈簧有關設計公式對膜片彈簧也適用。通過支承環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的沿圓周分布的載荷，假象集中在支承點處 ，用 F1表示，加載點間的相對變形（軸向）為λ 1，則壓緊力 F1與變形λ 1之上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） ESU7160型乘用車離合器及試驗方案設計 44 間的關系式為 ? ? ? ?? ? ?????? ????????? ?????????????? ???????? ??? 2111111211211 hrR rR2HrR rRHrR r/RIn16 EhF ??? ?? () 式中： E—— 彈性模量，對于鋼， aMPE ?? μ —— 泊松比，對于鋼，μ = H—— 膜片彈簧在自由狀態(tài)時，其碟簧部分的內(nèi)錐高度 h—— 彈簧鋼板厚度 R—— 彈簧自由狀態(tài)時碟簧部分的大端半徑 r—— 彈簧自由狀態(tài)時碟簧部分的小端半徑 R1—— 壓盤加載點半徑 r1—— 支承環(huán)加載點半徑 如表 所示為膜片彈簧彈性特性 所用到的系數(shù) 表 膜片彈簧彈性特性所用到的系數(shù) R r R1 r1 H h 128 102 126 104 6 3 代入 ()得 ? ? 1213111 ???? ???? fF 對 ()式求一次導數(shù)，可解出λ 1=F1的凹凸點，求二次導數(shù)可得拐點。 凸點： 31 ?? mm 時， ?F N 凹點： ?? mm 時， ?F N 拐點： ?? mm 時， ?F N 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） ESU7160型乘用車離合器及試驗方案設計 45 當離合器分離時，膜片彈簧加載點發(fā)生變化。設分離軸承對膜片彈簧指所加的載荷為 F2，對應此載荷作用點的變形為λ 2。由 0511 112 ????? Frr rRF f ????????????????? ? () 11112 ?? ???? rR rr f??????????????????? ? () 膜片彈簧特性曲線如圖 所示 圖 膜片彈簧特性曲線 膜片彈簧特性曲線 S 點．特性曲線 的峰值點 p 點，特性曲線拐點 t，特性曲線谷值點 a 點，摩擦片磨損后的結(jié)合位置 b 點 .新摩擦片的結(jié)合位置 c 點，離合器完全分離時的位置。 膜片彈簧工作點的數(shù)據(jù) 如表 所示 表 膜片彈簧工作點的數(shù)據(jù) 1? 2? 1F 2F 3 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） ESU7160型乘用車離合器及試驗方案設計 46 應力計算 假定膜片彈簧在承載過程中其子午斷面剛性地繞此斷面上的某中性點 O 轉(zhuǎn)動如圖 所示。斷面在 O 點沿圓周方向的切向應變?yōu)榱悖试擖c的切向應力為零， O 點以外的點均存在切向應變和切向應力。現(xiàn)選定坐標于子午斷面，使坐標原點位于中性點 O。令 X 軸平行于子午斷面的上下邊，其方向如上圖所示，則斷面上任意點的切向應力為 ? ?xe y2/x1 E 2t ? ??????????? ????????????????? ? () 式中 ， φ —— 碟簧部分子午斷面的轉(zhuǎn)角（從自由狀態(tài)算起） α —— 碟簧部分子有狀態(tài)時的圓錐底角 e —— 碟簧部分子午斷面內(nèi)中性點的半徑 為了分析斷面中斷向應力的分布規(guī)律，將式 ()寫成 Y 與 X 軸的 關系式 ? ? ? ????????????????? ?????????? ???? E e1XE12Y t2t2t??????????? ? () 圖 切向應力在子午斷面的分布 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） ESU7160型乘用車離合器及試驗方案設計 47 由上式可知，當膜片彈簧變形位置 φ 一定時，一定的切向應力α t在 XY 坐標系里呈線性分布。 當 0t ?? 時 X)2(Y ???? ，因為 )2( ??? 的值很小，我們可以將 )2( ???看成 )2(tg ??? ，由上式可寫成 X)2(tgY ???? 。此式表明，對于一定的零應力分布在中性點 O 而與 X 軸承 )2( ??? 角的直線上?？梢钥闯霎攅X ?? 時無論取任何值，都有 e)2(Y ????? 。顯然，零應力直線為 K 點與 O 點的連線，在零應力直線內(nèi)側(cè)為壓應力區(qū)，外側(cè)位拉應力區(qū)，等應力直線離應力直線越遠，其應力越高。由此可知，碟簧部分內(nèi)緣點B 處切向壓應力最大， A 處切向拉應力最大，分析表明， B 點的切向應力最大，計算膜片彈簧的應力只需校核 B 處應力就可以了，將 B 點的坐標 X=（ er）和 Y=h/2 代入有 ? ? ? ? }222{1 22 ???? ??????? ???????? hdrereretB ?????????? ? () 令 0d Bd t ???可以求出切向壓應力達極大值的轉(zhuǎn)角 ? ?re2 hP ????? ????????????