打印机取纸弹簧的优化设计
摘要：分析打印机取纸机构中的弹簧设计特点，以弹簧的体积最小和疲劳安全系数最大为优化目标，利用转换目标法和构造惩罚函数法建立多目标优化设计数学模型。结合实例采用模拟退火优化设计方法求解，得到满足实际需要的最优化参数，对弹簧的设计具有理论指导意义。
关键词：弹簧转换目标法多目标优化模拟退火
1.引言
打印机已经不仅仅是办公设备，还可用在装潢，广告等领域，有些家庭也配有打印机；它不但可以在纸上打印文件，照片，发票，还可以打印在瓷砖，大理石，木板等装修的材料上提供丰富多彩的内容和创意；从针式，黑白喷墨，彩色喷墨到激光打印机，现在也已经有3D 打印机打印模型等。
取纸机构是办公打印机不可缺少的部分，如图（1）所示。弹簧作为重要元件，其主要作用为根据纸盘里纸张厚度的变化，通过弹簧拉伸力的变化，给取纸轮一个稳定范围的摩擦力，进而能保证稳定的取纸工序。一般的取纸机构存在着弹簧拉力不稳定，寿命短和不良率高等问题。因此研究弹簧的K值、疲劳安全性，对打印机取纸机构的稳定性是非常有必要的，从而降低成本。
2.弹簧优化模型的建立
2.1 设计变量的确定
影响弹簧的K值和疲劳安全系数的设计变量主要有弹簧簧丝的直径d，有效圈数n及旋绕比C，即：
2.2 体积和疲劳安全系数目标函数的确定
K值和疲劳安全系数是取纸机构弹簧的重要性能指标，因此合理地优化设计取纸机构中的拉伸弹簧，需要把弹簧体积最小和疲劳安全系数最大作为目标函数。
1）令F1（X）表示弹簧体积的目标函数，有：
2）令F2（X）表示疲劳安全系数的目标函数，有：
C为旋绕比；
F1，F2——弹簧所受的最小、最大的交变载荷，利用牛顿力学计算出弹簧的受力
伊兰特1.6标准型离合器设计 目录 第1章概述 (2) 第2章离合器的结构和基本参数的确定 (3) 2.1离合器结构型式的确定 (4) 2.2离合器基本参数的确定 (4) 第3章离合器的设计 (7) 3.1从动盘总成 (7) 3.1.1 从动盘毂 (7) 3.1.2 从动片设计 (8) 3.1.3 从动盘摩擦片 (8) 3.1.4 波形片和减振弹簧 (9) 3.2膜片弹簧设计 (9) 3.2.1膜片弹簧设计计算的基本公式 (9) 3.2.2膜片弹簧基本参数的确定 (10) 3.2.3 强度校核 (13) 3.3离合器盖及压盘总成的设计 (13) 3.3.1离合器盖设计 (13) 3.4压盘结构设计 (14) 3.4.1压盘结构设计 (14) 3.4.2压盘几何尺寸的确定 (14) 3.4.3传力方式的选择 (15) 3.5分离轴承总成 (15) 3.6操纵机构设计 (15) 参考文献 (16)
伊兰特1.6标准型离合器设计 第1章概述 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。目前，各种汽车广泛采用的摩擦离合器是一种依靠主从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构、和操纵机构等四部分。 离合器的功用主要的功用是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；在换档时将发动机与传动系分离，减少变速器中换档齿轮之间的冲击；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系各零件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型汽车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，高速是平衡性好、结构简单且较紧凑、散热通风性能好、使用寿命长，也能大量生产。此设计说明书详细的说明了轿车膜片弹簧离合器的结构形式，参数选择以及计算过程。
文章编号: 1009-3818(2000)03-0059-03 汽车离合器拉式膜片弹簧结构 参数多目标优化设计 郭惠昕 何哲明 唐黔湘 (常德师范学院机械工程系 湖南常德 415003) 摘 要: 通过对拉式膜片弹簧载荷-变形特性和应力-变形特性的综合分析,考虑各种约束条件,提出了一种新的多目标优化设计数学模型,该模型可以使摩擦片磨损前后离合器后备系数和离合器分离力的变化较小。模型的求解采用多目标优化设计的理想点法。设计实例表明,模型建立合理,具有实用意义。 关键词: 汽车离合器;拉式膜片弹簧;结构参数;多目标优化设计 中图分类号: TH 135:TH122 文献标识码: A 1 拉式膜片弹簧的载荷-变形特性 目前通用的拉式膜片弹簧载荷-变形特性仍采 用1936年J.O.Almen 与https://www.doczj.com/doc/1c4191927.html,slo 提出的近似公式 [1][2] ,在结合位置,载荷P 1作用在支承半径L 与 加载半径e 处(图1),在L 或e 处产生的大端变形量为 1,则 : 图1 拉式膜片弹簧结构尺寸简图 P 1= Eh 1 ln R r 6(1- 2)(L -e) 2 (H - 1 R -r L -e )(H - 12 R -r L -e )+h 2(1) 收稿日期:2000-06-14第一作者:男 38岁 副教授 在分离位置时,小端分离载荷P 2作用在小端半径r P 处,小端总变形量为 2(不包括分离指弯曲变形),则: P 2= Eh 2 ln R r 6(1- 2)(L -r p ) 2 (H - 2 R -r L -r p )(H - 22 R -r L -r p )+h 2(2) 2 多目标优化设计目标函数和设计变 量 2.1 第一子目标函数 如图2(a)所示,离合器结合时工作点为b,摩擦片磨损到极限位置时工作点变为a ,由于膜片弹簧的非线性特性,压紧力将随着磨损量不同而变化。为了使离合器后备系数稳定,结合可靠不打滑,应使离合器在使用过程中压紧力随摩擦片磨损的变化最小。为此,在bsa 范围内取包括端点a 和凸点s 的10点,取各点压紧力对b 点压紧力变化量的平均值为目标函数: F 1(x )=1 10 10 k=1|P 1k -P 1b |(3)式中: 1a = 1b -i !s 0,其中i 为摩擦面对数,单摩擦片离合器其值为2,!s 0为每对摩擦面的最大容 许磨损量,取0.5~1.0mm ; 1s =L -e R -r [H -1/3(H 2-2h 2)]。2.2 第二子目标函数 膜片弹簧离合器具有分离轻便的特点,若再追 求分离力最小,将导致asb 段曲线上拱,离合器后备系数稳定性变差。但计算和实际使用发现,分离力随摩擦片的磨损而变化,且分离力增加幅度较大。如图2(b ),新离合器彻底分离点为c ,磨损到极限位置时为c ,与! 1 对应的小端变形变化量为! 2 。第12卷第3期常德师范学院学报(自然科学版) Vol.12No.3 2000年9月 Journal of Changde Teachers University(Natural Science Edition) Sep.2000
汽车设计课程设计说明书题目：乘用车膜片弹簧离合器设计（3） 系别：机电工程系 专业：车辆工程 班级：本汽设091 姓名：祥君 学号：24 指导教师：胡春平、谭滔 日期：2012年7月
乘用车膜片弹簧离合器设计 摘要 汽车离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳，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。其功用为：（1）使汽车平稳起步；（2）中断给传动系的动力，配合换档；（3）防止传动系过载。 膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型汽车上广泛采用的一种离合器，膜片弹簧离合器本身兼压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器结构大大简化并缩短了离合器的轴间尺寸；再者，膜片弹簧具有良好的非线性特性，设计合适可使摩擦片磨损到极限，压紧力仍能维持很少改变，且减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便。由于膜片弹簧与压盘的整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀；膜片弹簧是一种旋转对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很小；易于实现良好的通风散热。因此对于它的研究已经变得越来越重要，此设计说明书对乘用车膜片弹簧离合器的结构形式、参数选择与及计算过程进行了详细说明。 本文主要是对乘用车的膜片式弹簧离合器进行设计。根据车辆使用条件和车辆参数，按照离合器系统的设计步骤和要求，进行了相关参数的选择与计算并进行了总成设计等。 关键词:离合器；膜片弹簧；从动盘；压盘；摩擦片
目录 1离合器概述 (1) 1.1离合器的组成 (1) 1.2离合器的功用 (1) 1.3离合器的要求 (1) 1.4离合器的工作原理 (2) 1.5膜片弹簧离合器 (2) 1.5.1膜片弹簧离合器的优点 (3) 1.5.2拉式膜片弹簧离合器的优点 (4) 2离合器结构方案选取 (6) 2.1离合器的结构设计 (6) 2.1.1从动盘数的选择 (6) 2.1.2膜片弹簧布置形式的选择 (6) 2.1.3膜片弹簧的支承形式选择 (6) 2.1.4压盘的驱动方式选择 (7) 2.1.5分离杠杆、分离轴承 (8) 2.1.6离合器的散热通风 (8) 3离合器主要参数的选择 (9) 3.1后备系数β的取值 (9) 3.2单位压力 P的选择 (9) 3.3摩擦因数f、摩擦面数z和离合器间隙t?的选取 (10) 3.4摩擦片外径D、径d和厚度b的选择 (11) 3.5离合器参数的约束条件的计算 (12) 4膜片弹簧的设计 (15) 4.1膜片弹簧基本参数的选择 (15) 4.1.1比值h H/和h的选择 (16) R/的比值和R、r的选择 (16) 4.1.2r
膜片弹簧离合器的设计与分析 第一章离合器概述 1.1离合器的简介： 联轴器、离合器和制动器是机械传动系统中重要的组成部分，共同被称为机械传动中的三大器。它们涉与到了机械行业的各个领域。广泛用于矿山、冶金、航空、兵器、水电、化工、轻纺和交通运输各部门。 离合器是一种可以通过各种操作方式，在机器运行过程中，根据工作的需要使两轴分离或结合的装置。 对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动系中是作为一个独立的总成而存在的，它是汽车传动系中直接与发动机相连的总成。目前，各种汽车广泛采用的摩擦离合器是一种依靠主从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构、和操纵机构等四部分。 离合器作为一个独立的部件而存在。它实际上是一种依靠其主、从动件之间的摩擦来传递动力且能分离的机构，见图1-1离合器工作原理图 图1-1离合器工作原理图 1—飞轮；2—从动盘；3—离合器踏板；4—压紧弹簧；5—变速器第一轴；6—从动盘毂
1.2汽车离合器的主要的功用： 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动磨擦的现象，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动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。由于离合器是靠摩擦力来传递转矩的，所以当传动系内载荷超过摩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。 膜片弹簧离合器的优点： （1）、弹簧压紧力均匀，受离心力影响小 （2）、即使摩擦片磨损，压紧负荷也不减小 （3）、离合器结构简单，轴向尺寸小，动平衡性能好
中南林业科技大学 拉式膜片弹簧离合器设计 课程设计说明书 （比亚迪9500） 指导教师： 学院： 专业班级： 学号： 学生姓名： 2011年4月16日
目录 摘要 (4) 1 绪论 (5) 1.1 离合器概论 (5) 1.2 离合器的功用 (5) 1.3 离合器的工作原理 (6) 1.4 膜片弹簧离合器的概论 (7) 1.5 拉式膜片弹簧离合器的优点 (8) 2 离合器结构方案选取 (8) 2.1 离合器车型的选定 (8) 2.2 离合器设计的基本要求 (8) 3 离合器基本参数及尺寸的确定 (9) 4 离合器后备系数β的确定 (10) 5 单位压力P的确定 (11) 6 离合器膜片弹簧设计 (11) 6.1 膜片弹簧的结构特点 (11) 6.2 膜片弹簧的变形特性和加载方式 (11) 6.3 膜片弹簧的弹性变形特性 (12) 6.4 膜片弹簧的参数尺寸确定 (13) 6.4.1 H/h比值的选取 (14) 6.4.2 R及R/r确定 (14)
6.4.3 膜片弹簧起始圆锥底角α (15) 6.4.4 膜片弹簧小端半径r f及分离轴承的作用半径r p (15) 6.4.5 分离指数目n、切槽宽1δ、窗孔槽宽2δ、及半径r e (15) 7 离合器压盘设计 (16) 7.1 压盘的传力方式选择 (16) 7.2 压盘的几何尺寸的确定 (16) 7.3 压盘传动片的材料选择 (16) 8 离合器盖的设计 (17) 9 离合器从动盘设计 (17) 9.1 从动盘结构介绍 (17) 9.2 从动盘设计 (18) 9.2.1 从动片的选择和设计 (18) 9.2.2 从动盘毂的设计 (19) 9.2.3 摩擦片的材料选取及与从动片的固紧方式 (19) 结论 (21) 参考文献 (22)
目录 1 结构方案设计 (1) 1.1从动盘数选择 (1) 1.2压紧弹簧选择 (1) 1.3膜片弹簧支撑形式选择 (1) 2 离合器设计及计算 (2) 2.1摩擦片主要参数的选择 (2) 2.2摩擦片基本参数的优化 (4) 3 膜片弹簧设计与计算 (5) 3.1膜片弹簧主要参数的选择 (5) 3.2膜片弹簧的优化设计 (6) 4 扭转减振器设计 (7) 4.1减振弹簧的设计 (7) 5 从动盘总成的设计 (10) 5.1从动盘毂 (10) 5.2 从动片 (10) 5.3 波形片和减振弹簧 (11) 6压盘设计 (11) 6.1离合器盖 (11) 6.2 压盘 (11) 6.3 传动片 (11) 6.4分离轴承 (11) 7 小结 (12) 8 参考文献 (13)
1结构方案设计 1.1从动盘数选择 选择单片离合器。 本车型为宝马，汽车总质量为1335kg，发动机最大转矩为200N·m。对于乘用车，发动机的最大转矩一般不大，在布置尺寸允许条件下，通常离合器只设有一片从动盘。盘片离合器结构简单，轴向尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底，采用轴向有弹性的从动盘可保证结合平顺。 1.2压紧弹簧选择 选择拉式膜片弹簧离合器 选择膜片弹簧的原因： 1）膜片弹簧的轴向尺寸小而径向尺寸很大，有利于提高离合器传递转矩能力的情况下减小离合器轴向尺寸。 2）不需要专门的分离杠杆，使离合器结构简化，零件数目少，质量轻。 3）可适当增加压盘厚度提高热容量；还可以在压盘上增设散热筋及离合器盖上开设较大的通风孔来改善散热条件。 4）主要部件形状简单，大批量生产可降低生产成本。 选择拉式膜片弹簧的原因： 1）由于拉式膜片弹簧是以其中部压紧压盘，在压盘大小相同的条件下课使用直径相对较大的膜片弹簧，从而实现在不增加分离时的操纵力的前提 下，提高压盘的压紧力和传递转矩的能力；或在传递转矩相同的条件， 减小压盘的尺寸。 2）零件数目少，其结构简单、紧凑、质量轻。 3）拉式膜片弹簧的杠杆比大于推式膜片弹簧的杠杆比，且中间支承少，减小了摩擦损失，传动效率高，使分离的踏板力更小。 4）无论在接合或分离状态下，拉式结构的膜片弹簧的大端始终与离合器盖支承保持接触，在支承环磨损后，不会产生冲击和噪声。 5）在接合或分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，使分离效率更高。 6）使用寿命长。 1.3膜片弹簧支撑形式选择 选择单支承环式中的DT/DTP型，如图1.1，将膜片弹簧的大端支承在冲压
推式膜片弹簧离合器的设计
目录 1 论述 (4) 1.1离合器概述................................... 错误！未定义书签。 1.2离合器的功用......................................................................错误！未定义书签。 1.3离合器的工作原理 ....................................................................错误！未定义书签。 1.4 膜片弹簧离合器概述 0 2离合器结构方案选取 (2) 2.1 离合器车型的选定 (2) 2.2 离合器设计的基本要求 (2) 2.3 离合器结构设计 (2) 2.3.1 摩擦片的选择 (2) 2.3.2 压紧弹簧布置形式的选择 (3) 2.3.3 压盘的驱动方式 (3) 2.3.4 分离杠杆、分离轴承 (3) 2.3.5 离合器的散热通风 (4) 3 离合器基本结构参数的确定 (4) 3.1摩擦片主要参数的选择 (4) 3.1.1摩擦片的校核 (5) (6) 3.1.2离合器单位摩擦面积滑磨功 3.2离合器后备系数β的确定 (6) 3.3单位压力P的确定 (7) 4 离合器从动盘设计 (7) 4.1从动盘结构介绍 (7) 4.2 从动盘设计 (8) 4.2.1 从动片的选择和设计 (9) 4.2.2 从动盘毂的设计 (9) 4.2.3摩檫片的材料选取及与从动片的固紧方式 (10) 5 离合器压盘设计 (11) 5.1压盘的传力方式的选择 (11) 5.2压盘的几何尺寸的确定 (11) 5.3压盘传动片的材料选择 (12) 5.4离合器盖的设计 (12) 6离合器分离装置设计 (13) 6.1分离杆的设计 (13) 6.2离合器分离套筒和分离轴承的设计 (13) 7 离合器膜片弹簧设计 (14) 7.1 膜片弹簧的结构特点 (14) 7.3 膜片弹簧的弹性变形特性 (15) 7.4 膜片弹簧的参数尺寸确定 (16) 7.4.1 H/h比值的选取 (17) 7.4.2 R及R/r确定 (17)
汽车离合器膜片弹簧的优化设计 发表时间：2018-03-14T14:47:21.667Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第30期作者：张文广 [导读] 在生产汽车的过程中，汽车的燃油经济性、舒适性和动力性是汽车生产者必须考虑的问题。 摘要：用来切断和传递汽车传动系统关键装置的汽车离合器，它作为汽车传动器中不可或缺的一部分，对汽车的整车性具有十分重要的影响。虽然膜片弹簧离合器也是一种普通的汽车离合器，但它与其它的汽车离合器相比，具有一些不可比拟的优点。 关键词：汽车离合器；膜片弹簧；优化设计 1 前言 在生产汽车的过程中，汽车的燃油经济性、舒适性和动力性是汽车生产者必须考虑的问题。而作为汽车重要组成部件的离合器，对汽车的生产者和汽车购买者必须考虑的汽车的三性能具有重大的影响。 2 膜片弹簧离合器的工作特点 设计产品需要很多种类的信息，不仅包括使用产品必需的几何实体信息，同时还包括使用工程的分析、生产制造、检测信息等多方面的信息。因而，产品模型的创建是将与关于产品的多种信息一同编辑到一个统一的模型中。这些被同时涵盖的信息包括产品的几何模型的信息、文件导入的信息、有限的网格划分、制造、检测以及加工信息；还包括产品的制造信息、检测流程的信息和计划信息等。这个统一的模型是一个覆盖了相当宽广的领域的产品，它具有其自身的自适应性，这种自适应性主要表现为将几个不同却有关联的组成部分进行有机的结合，用来满足不同时期、不同工程的应用。传统的汽车离合器使用的离合器是由周置旋转弹簧所构成的，由于它设计上被其推式结构的限制，使它对于现今汽车离合器扭转传递的要求已经不能满足。而为了让汽车的驾驶员在使用汽车的过程中更省力，以拉式结构创造的膜片弹簧离合器与之相比显然是一个十分正确的选择。因而这种拉式的膜片弹簧离合器被广泛应用于国内外的重型卡车中。它具有以下优点： 2.1膜片弹簧具有其它用来制造离合器的材料不可比拟的特点，即它的非线性特性，这种特性可以保证摩擦片有一个大致不变的磨损范围内的弹簧压力，同时，与圆柱螺旋弹簧在分离时压力升高相反，膜片弹簧在分离时弹簧压力会降低，这就相当于降低了离合器的踏板力。 2.2近年来，传动片式结构成为最广泛采用的压盘驱动方式，它具有许多对于汽车离合器的制造来说十分优良的特性，如：它在传动时没噪声、相当高的效率和定心精确度以及其良好的平衡性等。由于传动片使用时没有摩擦并且弹性好，使得它可以呈轴向运动。这相对于其他材料制造出来的离合器来说，也是一个很大的优势。 2.3膜片弹簧在其安装位置上也十分有优势。由于它与离合器轴的中心线呈对称的安装位置，使得它即使在离合器高度旋转式，它所受的压力也不会由于受到离心力的影响而降低离合器的压紧力。 2.4膜片弹簧是一个起着双重作用的工具，它对离合器起着同时分离和压紧杠杆的作用。这样的一种构造，简化了离合器的结构，减少了零件的数量以及零件质量，使得离合器在轴向尺寸上大大地缩短了。它还具有提高热容量的作用，这是由于它的相当小的膜片弹簧离合器的尺寸所造成的。此外，还可以利用其腾出的空间来改变汽车的散热条件。 2.5由于弹簧膜片接触的事压盘的整个圆面，因此它对于压盘的压力分布得十分均匀，与摩擦片的接触也相当良好。这样一来，它对摩擦片形成的磨损是较为均匀的，因此可以将摩擦片的使用期限延长。 2.6从其生产出发，膜片弹簧拥有结构十分简单的主要零件，这种零件方便大规模地生产，这不失为一个降低汽车生产成本的好办法。 3 膜片弹簧基本参数的选择 3.1 H/h比值和h的选择 比值H/h对膜片弹簧的弹性特性影响极大。为保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的H/h一般为1.5~2.0,板厚2~4mm。本次设计H/h=1.75，h=2mm。 3.2 R/r比值和R、r的选择 研究表明，R/r越大，弹簧材料利用率越低，弹簧越硬，弹性特性曲线受直径误差的影响越大，且应力越高。根据结构布置和压紧力的要求，R/r一般为1.20~1.35。为使摩擦片上的压力分布较均匀，推式膜片弹簧的R值应取为大于或等于摩擦片的平均半径Rc，拉式膜片弹簧的r值应取为大于或等于Rc。而且，对于同样的摩擦片尺寸，拉式的R值比推式的大。这里R=90mm,r=70mm,R/r=1.286 3.3 α的选择 膜片弹簧自由状态下圆锥底角α与内截锥高度H关系密切，α=arctanH/(R-r),一般在9°~15°范围内。本次α=10°。 3.4分离指数目n的选取分离指数目n常取18，大尺寸膜片弹簧可取24，小尺寸膜片弹簧可取12。本次分离指数目n=18 3.5膜片弹簧小端内径r0及分离轴承作用半径rf的确定 r0由离合器的结构决定，其最小值应大于变速器第一轴花键的外径。rf应大于r0。本次设计r0=18mm，rf=20mm。 4 拉式膜片离合器关键零件的材料和制造工艺 国内膜片弹簧一般采用50CrVA，或是进口相应牌号的优质高精度钢板。为了保证其硬度、几何形状、金相组织、载荷特性和表面质量等要求，需进行一系列热处理。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行强压处理：即沿其分离状态的工作方向，超过彻底分离点后继续施加过量的位移，通过3～8次的过分离，便可使其高应力区发生塑性变形以产生残余反向应力。一般来说，经强压处理后，在同样的工作条件下，可提高膜片弹簧的疲劳寿命5％～30％。另外，还可以通过对膜片弹簧的凹面或双面进行喷丸处理，即以高速弹丸流喷射到膜片弹簧表面，使表层产生塑性变形，形成一定厚度的表面强化层，以增强弹簧疲劳强度。此外，为提高分离指的耐磨性，可对其端部进行高频感应加热淬火。为了防止膜片弹簧与压盘接触圆形处由于拉应力的作用产生裂纹，一般对该处进行挤压处理，以消除应力源。 膜片弹簧表面不得有毛刺、裂纹、划痕等缺陷，碟簧部分硬度为45～50HRC，分离指端硬度为55～62HRC，膜片弹簧的内、外半径公差一般为H11和h11，厚度公差偏差±0.025mm，上、下表面的表面粗糙度为1.6μm，底面的平面度一般要求小于0.1mm。膜片弹簧处于
拉式膜片弹簧离合器课程设计 汽车设计课程设计说明书 设计题目:拉式膜片弹簧离合器设计 姓名高阳周龙辉程续朝褚帅 院系交通学院 专业交通运输 年级交通本1401 学号 20142803331 20142803330 20142803329 20142803325 2017年06月30日 目录 摘要………………………………………………………………………………………… 1 1 绪论…………………………………………………………………………………………2 1.1离合器概论……………………………………………………………………………… 2 1.2 离合器的功用……………………………………………………………………………2 1.3 离合器的工作原理………………………………………………………………………3 1.4 膜片弹簧离合器的概论…………………………………………………………………4 1.5 拉式膜片弹簧离合器的优点……………………………………………………………5 2 离合器结构方案选取………………………………………………………………………5 2.1 离合器车型的选定
………………………………………………………………………5 2.2 离合器设计的基本要求…………………………………………………………………5 2.3 离合器结构设计…………………………………………………………………………6 2.3.1 摩擦片的选择…………………………………………………………………………6 2.3.2 压紧弹簧布置形式的选择……………………………………………………………6 2.3.3 压盘的驱动方式………………………………………………………………………6 2.3.4 分离杠杆、分离轴承…………………………………………………………………7 2.3.5 离合器的散热通风……………………………………………………………………7 3 离合器基本结构参数的确定………………………………………………………………7 3.1 摩擦片主要参数的选择…………………………………………………………………7 3.2 离合器后备系数β的确定………………………………………………………………8 3.3 单位压力P的确定………………………………………………………………………9 3.4单位压力P0的确定………………………………………………………………………9 4 离合器压盘设计…………………………………………………………………………10 4.1 压盘的传力方式选择……………………………………………………………………10 4.2 压盘的几何尺寸的确定…………………………………………………………………10 .3 压盘传动片的材料选择…………………………………………………………………10 4 5离合器膜片弹簧设计.................................................................................11 5.1 膜片弹簧的结构特点..............................................................................11 5.2 膜片弹簧的变形特性和加载方式...............................................................11 5.3 膜片弹簧的弹性变形特性........................................................................11 5.4 膜片弹簧的参数尺寸确定........................................................................13 5.4.1 H/h比值的选取.................................................................................14 5.4.2 R及R/r确定 (14)
目录 第1章绪论 (1) 1.1 引言 (1) 1.2 离合器的发展 (2) 1.3 膜片弹簧离合器的结构及其优点 (2) 1.4 设计内容 (4) 1.5 Pro/E软件的特点 (4) 第2章方案论证 (5) 2.1 离合器车型的选定 (5) 2.2 方案选择 (5) 第3章设计计算及参数的选择 (6) 3.1 离合器主要参数的选择 (6) 3.2 膜片弹簧设计 (9) 3.3 离合器盖总成设计 (13) 3.4 离合器主要零件的设计计算 (15) 致谢 (19) 参考文献 (20)
第1章绪论 1.1引言 以内燃机在作为动力的机械传动汽车中，离合器是作为一个独立的总成而存在的。离合器通常装在发动机与变速器之间，其主动部分与发动机飞轮相连，从动部分与变速器相连。为各类型汽车所广泛采用的摩擦离合器，实际上是一种依靠其主、从动部分间的摩擦来传递动力且能分离的机构。离合器的主要功用是切断和实现发动机与传动系平顺的接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换档齿轮间的冲击；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系个零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪音。 1.2离合器的发展 在早期研发的离合器结构中，锥形离合器最为成功。它的原型设计曾装在1889年德国戴姆勒公司生产的钢制车轮的小汽车上。它是将发动机飞轮的内孔做成锥体作为离合器的主动件。采用锥形离合器的方案一直延续到20世纪20年代中叶，对当时来说，锥形离合器的制造比较简单，摩擦面容易修复。它的摩擦材料曾用过骆毛带、皮革带等。那时曾出现过蹄-鼓式离合器，其结构有利于在离心力作用下使蹄紧贴鼓面。蹄-鼓式离合器用的摩擦元件是木块、皮革带等，蹄-鼓式离合器的重量较锥形离合器轻。无论锥形离合器或蹄-鼓式离合器，都容易造成分离不彻底甚至出现主、从动件根本无法分离的自锁现象。 现今所用的盘式离合器的先驱是多片盘式离合器，它是直到1925年以后才出现的。多片离合器最主要的优点是，汽车起步时离合器的接合比较平顺，无冲击。早期的设计中，多片按成对布置设计，一个钢盘片对着一青铜盘片。采用纯粹的金属的摩擦副，把它们浸在油中工作，能达到更为满意的性能。 浸在油中的盘片式离合器，盘子直径不能太大，以避免在高速时把油甩掉。此外，油也容易把金属盘片粘住，不易分离。但毕竟还是优点大于缺点。因为在当时，许多其他离合器还在原创阶段，性能很不稳定。 石棉基摩擦材料的引入和改进，使得盘片式离合器可以传递更大的转矩，能耐受更高的温度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用较小的摩擦面积，因而可以减少摩擦片数，这是由多片离合器向单片离合器转变的关键。20世纪20年代末，直到进入30年代时，只有工程车辆、赛车和大功率的轿车上才使用多片离合器。
汽车离合器膜片弹簧的优化设计 摘要：用来切断和传递汽车传动系统关键装置的汽车离合器，它作为汽车传动 器中不可或缺的一部分，对汽车的整车性具有十分重要的影响。虽然膜片弹簧离 合器也是一种普通的汽车离合器，但它与其它的汽车离合器相比，具有一些不可 比拟的优点。 关键词：汽车离合器；膜片弹簧；优化设计 1 前言 在生产汽车的过程中，汽车的燃油经济性、舒适性和动力性是汽车生产者必 须考虑的问题。而作为汽车重要组成部件的离合器，对汽车的生产者和汽车购买 者必须考虑的汽车的三性能具有重大的影响。 2 膜片弹簧离合器的工作特点 设计产品需要很多种类的信息，不仅包括使用产品必需的几何实体信息，同 时还包括使用工程的分析、生产制造、检测信息等多方面的信息。因而，产品模 型的创建是将与关于产品的多种信息一同编辑到一个统一的模型中。这些被同时 涵盖的信息包括产品的几何模型的信息、文件导入的信息、有限的网格划分、制造、检测以及加工信息；还包括产品的制造信息、检测流程的信息和计划信息等。这个统一的模型是一个覆盖了相当宽广的领域的产品，它具有其自身的自适应性，这种自适应性主要表现为将几个不同却有关联的组成部分进行有机的结合，用来 满足不同时期、不同工程的应用。传统的汽车离合器使用的离合器是由周置旋转 弹簧所构成的，由于它设计上被其推式结构的限制，使它对于现今汽车离合器扭 转传递的要求已经不能满足。而为了让汽车的驾驶员在使用汽车的过程中更省力，以拉式结构创造的膜片弹簧离合器与之相比显然是一个十分正确的选择。因而这 种拉式的膜片弹簧离合器被广泛应用于国内外的重型卡车中。它具有以下优点： 2.1膜片弹簧具有其它用来制造离合器的材料不可比拟的特点，即它的非线 性特性，这种特性可以保证摩擦片有一个大致不变的磨损范围内的弹簧压力，同时，与圆柱螺旋弹簧在分离时压力升高相反，膜片弹簧在分离时弹簧压力会降低，这就相当于降低了离合器的踏板力。 2.2近年来，传动片式结构成为最广泛采用的压盘驱动方式，它具有许多对 于汽车离合器的制造来说十分优良的特性，如：它在传动时没噪声、相当高的效 率和定心精确度以及其良好的平衡性等。由于传动片使用时没有摩擦并且弹性好，使得它可以呈轴向运动。这相对于其他材料制造出来的离合器来说，也是一个很 大的优势。 2.3膜片弹簧在其安装位置上也十分有优势。由于它与离合器轴的中心线呈 对称的安装位置，使得它即使在离合器高度旋转式，它所受的压力也不会由于受 到离心力的影响而降低离合器的压紧力。 2.4膜片弹簧是一个起着双重作用的工具，它对离合器起着同时分离和压紧 杠杆的作用。这样的一种构造，简化了离合器的结构，减少了零件的数量以及零 件质量，使得离合器在轴向尺寸上大大地缩短了。它还具有提高热容量的作用， 这是由于它的相当小的膜片弹簧离合器的尺寸所造成的。此外，还可以利用其腾 出的空间来改变汽车的散热条件。 2.5由于弹簧膜片接触的事压盘的整个圆面，因此它对于压盘的压力分布得
1.毕业设计选题的目的和意义。 此次设计通过把离合器设计系统化，保证离合器在满足1.保证汽车起步平稳，2.保证传动系统换挡时工作平顺，3.防止传动系统过载等基本功用。同时，让离合器在所有行驶条件下，都具备可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备。其从动部分转动惯量要小，减轻换挡时变速器齿轮间的冲击减少同步器磨损。具备足够的吸热能力和良好的通风能力，保证工作温度不过高，增长使用寿命。具备减震缓冲和降低噪音能力。保证操宗轻便准确的性能，减轻驾驶员疲劳。具有足够的强度和良好的动平衡。使得离合器的结构简单化，小质量。为汽车提供比现有离合器更安全可靠，结构更简单，操作更舒适的离合器。 2.毕业设计方案选型 目前，汽车广泛采用的摩擦离合器是一种依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。离合器主要由主动部分、从动部分、压紧机构、操纵机构等四部分组成。 2.1从动盘数的选择 2.1.1单片离合（见表1 ） 表1 单片离合器 如右图所示：单片离合器只有一个从动 盘，结构简单，轴向尺寸紧凑，散热良好， 维修调整方便，从动部分转动惯量小，使用 时能保证分离彻底，采用轴向有弹性的从动 盘可保证接合平顺。 2.1.2双片离合器（见表2）
表2 双片离合器如右图所示，双片离合器的摩擦面是单 片离合器的两倍，其传递转矩的能力较大； 接合更为平顺和柔和；在传递相同转矩的情 况下，径向尺寸较小，踏板力较小；中间压 盘通风散热性差，容易引起摩擦片过热，加 快其磨损甚至烧坏；分离行程较大，不易彻 底分离，因此，在设计时在结构上必须采取 相应的措施；轴向尺寸大，结构复杂；从动 部分的转动惯量较大。这种结构一般用在传 递转矩且径向尺寸受到限制的场合。 2.1.3多片离合器（见表3） 表3 多片离合器特点及图形 如右图所示，多片离合器多为湿式，具 有接合更加平顺、柔和，摩擦表面温度较低， 磨损小，使用寿命长，但分离行程大，分离 不彻底，轴向尺寸和从动部分转动惯量大， 主要在总质量大于14t的商用车的行星齿 轮变速器换挡机构中。
离合器设计指导书 一、设计的目的、任务及要求 1.目的 1）通过选型能了解不同型式离合器之间的差异及优缺点； 2）根据给定车型要求选择合适结构形式的离合器； 3）熟悉离合器设计的一般过程； 4）对离合器选材、设计和制造工艺有一定了解。 2.任务和要求 任务：设计给定车型离合器总成（不包括操纵机构）。 要求：在组长的领导下，各小组成员分工开展设计工作。设计完成后，每组要提交离合器设计说明书一份，从动盘总成装配图一张（1号）和零件图X张（3号）（每位成员需绘制一张图）。以组长为主进行设计工作，每位小组成员都要参方案论证，承担部分设计计算工作。 3.基本参数：按总体设计时给出的，缺少的参数上网查找（类似车型的即可）。 4.参考资料 1）《汽车工程手册》第二分册，机械工业出版社； 2）《离合器》，徐石安等编，人民交通出版社。 二、离合器结构方案选择 离合器结构方案很多，本设计采用盘形摩擦式离合器，主要结构选择如下： 1.从动盘数：单片； 2.压紧弹簧形式：膜片弹簧； 3.分离时离合器受力形式：推式； 4.压盘驱动形式：传力片式； 1）扭转减振器：有； 2）离合器操纵机构：机械式。 一、离合器设计的目的及离合器概述 了解轿车离合器的构造，掌握轿车离合器的工作原理。了解从动盘总成的结构，掌握从动盘总成的设计方法，了解压盘和膜片弹簧的结构，掌握压盘和膜片弹簧的设计方法，通过对以上几方面的了解，从而熟悉轿车离合器的工作原理。学会如何查找文献资料、相关书籍，培养学生动手设计项目、自学的能力，掌握单独设计课题和项目的方法，设计出满足整车要求并符合相关标准、具有良好的制造工艺性且结构简单、便于维护的轿车离合器，为以后从事汽车方面的工作或工作中设计其它项目奠定良好的基础。通过这次课程设计，使学生充分地认识到设计一个工程项目所需经历的步骤，以及身为一个工程技术人员所需具备的素质和所应当完成的工作，为即将进入社会提供了一个良好的学习机会，对于由学生
第5章膜片弹簧设计 5.1膜片弹簧的概念 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。 5.2膜片弹簧的弹性特性 膜片弹簧的弹性特性是由其碟簧部分所决定，是非线性的，与自由状态下碟簧部分的内锥高H及弹簧的钢板厚h有关。不同的H/h值有不同的弹性特性(见图5.1)。当(H/h)<2时，P为增函数，这种弹簧的刚度大适于承受大载荷并用作缓冲装置中的行程限制。当(H/h)=2，特性曲线上有一拐点，若(H/h)=1.5≈2，则特性曲线中段平直，即变形增加但载荷P几乎不变，故这种弹簧称零刚度弹簧。当2
此设计为矿用自卸车离合器上的膜片弹簧。在下面的第一部分中，分别对该车的最大起步坡度和最大爬坡度进行计算和比较。后面的部分是对该车膜片弹簧的设计及校核。 1、滑磨功与温升校核 1.1用矿用自卸车的行驶阻力系数表示滑磨功L（N·m） L= 式中，：发动机最大转矩时转速，取1400； ：汽车总质量换算后得到的相对转动惯量，==3.687kg·； ：发动机旋转部件及离合器主动部分的转动惯量，取2.983kg·； ：汽车阻力矩，=·,N·m； :发动机最大转矩，取1400N·m； ：离合器最大静摩擦力矩，取2100N·m； ：离合器后备系数，=； ：汽车总质量，取65t； ：传动系效率，取0.8； :车轮滚动半径，取0.536m； :主传动比，取5.73； ：变速器一档速比，取12.42； g：重力加速度，取9.8；
f：滚动阻力系数，取0.01； ：汽车行驶阻力系数，取=·f+； 得：L= 1.2压盘温升T及矿用自卸车最大起步坡度 T= 式中，T：压盘温升，20； ：传到压盘的热量所占的比例，单盘离合器=0.5； L：滑磨功，L=N·m； m：单盘离合器压盘质量，取30kg； c：压盘的比热容，铸铁取481.4； 因为在一次离合器接合过程中产生的温升不允许超过20，所以估计一辆矿用自卸车的最大起步坡度=。 1.3矿用自卸车最大爬坡度 = 式中，：汽车的驱动力，N； ：作用于驱动轮上的转矩，==79.707N·m； ：车轮半径，0.536m； ：发动机最大转矩，取1400N·m；
：变速器一档速比，取12.42； :主传动比，取5.73； ：传动系效率，取0.8； 在计算矿用自卸车最大爬坡度时，只考虑滚动阻力和坡度阻力所引起的阻力，则有下式： = 式中，：矿用自卸车的行驶阻力N； ：汽车总质量，取65t； g：重力加速度，取9.8； f：滚动阻力系数，取0.01； 令与相等，可以计算出矿用自卸车的最大爬坡度=。 2、膜片弹簧基本参数的选择 选取60Si2MnA高精度钢板材料为膜片弹簧材料。 2.1比值的选择 为了保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽 车离合器用膜片弹簧的一般为1.5～2.0，板厚h 为2～4mm。 故初选h=4mm，=2.0，则H=2.0h=8.0mm。图1 2.2 R、r的选择 对于气和离合器膜片弹簧，设计上并不要求储存大量的弹性能，而是根据结构布置
乘用车膜片弹簧离合器设计方案(DOC 43页)
乘用车膜片弹簧离合器设计 第一章绪论 1.1 论文设计的目的及意义 通过了解乘用车离合器的构造，掌握乘用车离合器的工作原理，了解从动盘总成、压盘和膜片弹簧的结构，掌握从动盘总成、压盘和膜片弹簧的设计方法，通过对以上几方面的了解，从而深入的了解离合器。学会如何查找文献资料、相关书藉，培养学生动手设计项目、自主学习的能力，掌握单独设计课题和项目的方法，设计出满足整车要求并符合相关标准、具有良好的制造工艺性且结构简单、便于维护的乘用车离合器，为以后从事汽车方面的工作或工作中设计其它项目奠定扎实的基础。通过这次的毕业设计，使学生充分地认识到设计一个工程项目所需经历的步骤和方法，以及身为一个工程技术人员所需具备的素质和所应当完成的工作，为即将进入社会提供了一个良好的学习机会，对于由学生向工程技术人员转变有着重大的实际意义。 1.2 论文选题的背景 对于以内燃机为动力的汽车，离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，保证汽车起步时将发动机与传动系平稳平顺地接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；在工作中受到大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。 随着汽车发动机转速、功率的不断提高和汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离合器传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。 汽车传动系的设计对汽车的动力学和燃油经济性有着重大影响，而离合器又是汽车传动系中的重要部件。在离合器设计中，合理地选择离合器的结构型式和设计参数不仅保证了其在任何情况下都能可靠地传递发动机转矩，还使其有足