自调式离合器膜片弹簧优化设计及有限元分析

乘用车膜片弹簧离合器设计方案引言随着汽车产业的发展，离合器作为乘用车中的重要部件之一，在车辆的操控性和舒适性方面起着重要作用。

传统的离合器设计方案如钢板弹簧离合器存在着一些问题，例如质量大，减震效果差等。

为了优化离合器的设计方案，提高其性能，膜片弹簧离合器应运而生。

本文将介绍乘用车膜片弹簧离合器的设计方案。

膜片弹簧的特点膜片弹簧是一种特殊的弹簧，由多个膜片组成。

与传统的钢板弹簧相比，膜片弹簧具有以下特点：1.重量轻：膜片弹簧采用薄型结构，相比于钢板弹簧具有较小的质量，可以有效减轻整个离合器系统的重量。

2.弹性好：膜片弹簧在受力时可以均匀分布应力，具有较好的弹性恢复性能，能够提供更好的减震效果。

3.能量传递效率高：膜片弹簧可以通过调整其刚度和形状，使得其在多个工况下具有较好的能量传递效率。

膜片弹簧离合器设计方案膜片弹簧的选材在选择膜片弹簧的材料时，需要考虑到其强度、硬度、耐热性和耐疲劳性等因素。

常见的膜片弹簧材料有合金钢、不锈钢和高强度复合材料等。

根据实际需求和成本考虑，选择合适的材料。

膜片弹簧的结构设计膜片弹簧的结构设计主要包括片数、片厚、片形状和连接方式等。

片数的选择需要考虑到离合器的传动比和负载情况，片数过多会增加制造成本，过少会影响性能。

片厚的选择需要根据实际承受的压力和弯曲挠度进行合理设计。

片形状的选择应与离合器的工作原理相匹配，以保证传递能量的效率。

连接方式的选择需要考虑到装配方便性和持久性。

膜片弹簧离合器的优化设计为了进一步优化膜片弹簧离合器的性能，可以使用计算机辅助设计和仿真技术进行优化设计。

通过建立离合器系统的模型，可以进行参数化设计和性能优化分析，以满足不同工况下的性能需求。

结论乘用车膜片弹簧离合器是传统离合器的优化方案之一。

通过选用合适的膜片弹簧材料和进行结构设计优化，可以提高离合器的性能，包括减轻重量、提高弹性和能量传递效率。

计算机辅助设计和仿真技术为膜片弹簧离合器的优化设计提供了便利工具。

汽车离合器膜片弹簧的有限元分析
杨橙
【期刊名称】《机电技术》
【年(卷),期】2005(028)001
【摘要】膜片弹簧是现代汽车离合器有限元法,分别建立了适宜于膜片弹簧仿真分析的轴对称模型、板壳模型和实体模型,以期能对膜片弹簧的精益设计提供一些参考.
【总页数】2页(P37-38)
【作者】杨橙
【作者单位】福州大学机械工程及自动化学院,福建,福州,350002
【正文语种】中文
【中图分类】U463.211
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1.汽车膜片弹簧离合器中膜片弹簧的仿真分析 [J], 曾环;张晔;秦艳芳
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车辆离合器膜片弹簧的设计与优化摘要: 膜片弹簧是汽车离合器的重要部件，是由弹簧钢板冲压而成，形状呈碟形。

膜片弹簧结构紧凑且具有非线性特性，高速性能好，工作稳定，踏板操作轻便，因此得到广泛使用。

本文通过对膜片弹簧建立数学模型，特别通过引入加权系数同时对两个目标函数进行比例调节，并用MATLAB编程来优化设计参数。

通过举例，结果证明在压紧力稳定性，分离力及结构尺寸上优化结果较为理想。

关键词: 膜片弹簧；优化设计；MATLAB1.引言1.1离合器膜片弹簧弹性特性的数学表达式膜片弹簧是汽车离合器中重要的压紧组件，结构比较复杂，内孔圆周表面上有均布的长径向槽，槽根为较大的长圆形或矩形窗孔，这部分称为分离指；从窗孔底部至弹簧外圆周的部分像一个无底宽边碟子，其截面为呈锥形，称之为碟簧。

膜片弹簧的结构如图1-1所示。

图1-1 膜片弹簧结构示意图图1-2 膜片弹簧结构主要参数、膜片弹簧主要结构参数如图2所示。

R是自由状态下碟簧部分大端半径。

R1r分别是压盘加载点和支承环加载点半径，H是自由状态下碟簧部分的内截锥高1度。

膜片弹簧在自由、压紧和分离状态下的变形如图1-3所示。

图1-3 膜片弹簧在不同工作状态下的变形 膜片弹簧大端的压紧力F 1与大端变形量1λ之间的关系为：()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⋅-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⋅-⋅-⋅-=21111112112112/ln 16E F h r R r R H r R r R H r R r R h λλμλπ（1） 式中，r 为自由状态碟簧部分小端半径(mm)；h 为膜片弹簧钢板厚度(mm)。

显然，膜片弹簧大端的压紧力F 1与大端变形量1λ的函数关系为非线性关系。

由式（1）可以看出膜片弹簧大端的压紧力F 1分别为R 、r 、H 、h 、R 1、r 1等参数有关，故膜片弹簧弹性特性较一般螺旋弹簧要复杂得多。

以某国产小轿车离合器为例，离合器主要性能结构参数为：最大摩擦力矩为700N ·m 。

摘要离合器是汽车传动系统的重要组成部分之一，主要功能是切断和实现发动机对传动系统的动力传递，保证汽车平顺起步，而膜片弹簧是离合器的主要部分，它的特性曲线直接影响了离合器的性能。

本文主要研究了汽车膜片弹簧离合器的结构及特点、膜片弹簧特性曲线A-L计算法以及汽车膜片弹簧的有限元分析方法。

在CATIA建立膜片弹簧的三维模型，并建立膜片弹簧有限元模型，最后，进行有限元求解，得出膜片弹簧的特性曲线，并与用传统的A-L公式得出的膜片弹簧的特性曲线进行对比。

关键词：膜片弹簧；特性曲线；有限元分析;AbstractThe clutch is one of the important components of the automobile transmission system, the main function of which is to engage and detach the engine from the transmission system and to ensure the car start smoothly.The diaphragm spring is one important part of the clutch,the characteristic curve of which directly affect the performance of the clutch.This paper mainly studies the characteristics and structures of the diaphragm spring clutch, the A-L method to calculate the characteristic curve of diaphragm spring, the analysis of the diaphragm spring by using the finite element method.Model 3D entity of the diaphragm spring in CATIA software and build the FEA model.At last,solve it and get the characteristic curve of it and compare it with the curve got by using the traditional A-L method.Key words:Diaphragm spring;Characteristic curve;Finite element analysis;目录第一章膜片弹簧离合器介绍 (6)2.1汽车离合器简介 (6)2.1.1汽车离合器概述 ............................................................. 错误！未定义书签。

汽车离合器膜片弹簧的优化设计分析
朱茂桃;刘雪莱
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2014(000)006
【摘要】针对膜片弹簧的结构特性以及弹性特点,对目前现有的多种膜片弹簧的优化数学模型进行了分析研究,综合考虑了离合器膜片弹簧的两个重要性能指标,并在此基础上提出了以弹簧压紧力变化的平均值最小以及驾驶员操纵分离力平均值最小为共同优化目标的新数学优化函数.用此数学优化模型进行了实例计算,并与已有的优化模型的计算结果进行了比对.结果表明,利用新的数学优化模型计算出的膜片弹簧的性能较以往的优化设计方案有显著的提高.
【总页数】4页(P68-70,74)
【作者】朱茂桃;刘雪莱
【作者单位】江苏大学汽车与交通工程学院,江苏南京212013;江苏大学汽车与交通工程学院,江苏南京212013
【正文语种】中文
【中图分类】TH16;U463.211
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5.浅析汽车离合器膜片弹簧的优化 [J], 缪张芬;潘克强;马海英;
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摘要离合器是汽车传动系统中的重要组成，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。

本文主要是对轿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，主要进行了以下工作：选择相关设计参数主要为：摩擦片外径的确定，离合器后备系数的确定，单位压力的确定。

并进行了总成设计主要为：分离装置的设计，以及从动盘设计和圆柱螺旋弹簧设计等。

并通过有限元软件对设计离合器进行结构分析，根据分析结果对离合器进行改进设计得出合理的设计方案。

关键词：离合器；膜片弹簧；摩擦片；有限元分析；设计ABSTRACTThe clutch is an integral of the automotive transmission system,Clutch in the engine and gearbox between the flywheel shell, with screw will be fixed in the clutch assembly after the plane of the flywheel, clutch gearbox output shaft is the input shaft. In the process of moving vehicle, the driver may need Pedal or release the clutch pedal so that the engine and gearbox temporary separation and progressive joint, to cut off the engine or transmission to the transmission input power.This paper is the saloon car theca spring clutch design. According to traffic conditions and vehicle parameters, in accordance with the clutch system of steps and requirements, mainly for the following work：Select the design for the main parameters: the determination of friction-diameter, the determining factor clutch reserve, the pressure on the units identified. And the design of the main assembly: the separation device design, set design and follower and cylindrical coil spring design.And through the design of finite element software for structural analysis of clutch,Based on analysis results,the improved frictional design.preferred design option,can therefore be attained.Key words：Clutch ;Theca spring;Friction disc;Finite element analysis; Design目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章绪论 (1)1.1课题研究的目的意义 (1)1.2课题的研究现状 (1)1.3膜片弹簧离合器的结构及其优点 (2)1.3.1膜片弹簧离合器的结构 (2)1.3.2膜片弹簧离合器的工作原理 (3)1.3.3膜片弹簧离合器的优点 (4)1.4设计的主要内容与技术路线 (5)第2章有限元基本理论 (6)2.1 有限元法的发展及应用 (6)2.1.1有限单元法的发展历史 (6)2.2.2有限元法的应用 (6)2.2机械结构有限元基本理论 (7)2.2.1机械结构有限元分析的基本理论 (7)2.2.2机械结构分析的有限元法 (7)2.2.3机械结构静态分析有限元法 (8)2.3 ANSYS软件简介 (9)2.4本章小结 (10)第3章方案选择与基本尺寸参数确定 (11)3.1方案选择 (11)3.2后备系数的选择 (11)3.3离合器基本性能关系式 (12)3.4摩擦片外径的确定 (12)3.5摩擦片的有限元分析 (14)3.5.1建立有限元模型 (14)3.5.2摩擦片的计算结果及结果分析 (15)3.6本章小结 (17)第4章主动部分设计 (18)4.1压盘参数的选择和校核 (18)4.2压盘的有限元分析 (18)4.2.1建立压盘有限元模型 (18)4.2.2压盘的有限元计算及结果分析 (19)4.2离合器盖设计 (21)4.3传动片设计 (21)4.4本章小结 (22)第5章从动盘总成设计 (23)5.1摩擦片设计 (23)5.2从动盘毂设计 (23)5.3从动片设计 (25)5.4扭转减振器设计 (25)5.4.1扭转减振器的功能 (25)5.4.2 扭转减振器的结构类型的选择 (25)5.4.3扭转减振器的参数确定 (27)5.4.4减振弹簧的尺寸确定 (28)5.5本章小结 (30)第6章膜片弹簧设计 (31)6.1膜片弹簧的概念 (31)6.2膜片弹簧的弹性特性 (31)6.3膜片弹簧的强度计算 (33)6.4膜片弹簧基本参数的选择 (34)6.5膜片弹簧的有限元分析 (36)6.5.1建立膜片弹簧PRO/E模型 (36)6.5.2膜片弹簧的有限元分析 (38)6.6本章小结 (40)第7章离合器分离装置的设计 (41)7.1分离杆的设计 (41)7.2离合器分离套筒和分离轴承的设计 (41)7.3本章小结 (42)第8章离合器操纵机构设计 (43)8.1操纵机构踏板力和行程 (43)8.2操纵机构结构形式 (43)8.3操纵机构设计计算 (43)8.4本章小结 (45)结论 (46)参考文献 (47)致谢 (48)附录 (49)第1章绪论1.1课题研究的目的意义离合器是汽车传动系统中直接与发动机相连接的部件，其主要作用是：传递和切断发动机传给传动系的动力，以保证汽车的平稳起步、停车和换挡；当传给离合器的转矩超过它所能传递的最大摩擦转矩时，离合器主、从动部分之间产生滑磨，从而对传动系统起到保护作用。

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。

膜片弹簧载荷变形特性有限元分析付建蓉 1,王青春 1,牛浩龙 1,王玉鑫 1(1.北京林业大学工学院,北京 100083摘要:本文通过实验研究、理论计算和有限元方法对膜片弹簧载荷变形进行了研究。

首先进行了膜片弹簧大端加载时的载荷变形实验,然后根据 A-L 理论公式进行了计算,最后根据实验工况利用 MSC.MARC 进行了有限元计算。

将理论计算所得的膜片弹簧大端载荷变形曲线、有限元模拟分析所得的膜片弹簧大端载荷变形曲线与实验所得的膜片弹簧大端载荷变形曲线进行比较,分析膜片弹簧几个关键大端位移处的载荷与实验对应值的误差。

通过对比,得出采用有限元模拟计算所得计算结果与实验值更为接近的结论。

关键词:膜片弹簧;非线性;有限元分析;载荷变形曲线Load Deformation Characteristics of Diaphragm SpringBased on Finite Element AnalysisFU Jian-rong1, WANG Qing-chun1, NIU Hao-long1, WANG Yu-xin1(1.School of Technology, Beijing Forestry University, Beijing 100083, ChinaAbstract: In this article, experimental research 、 theoretical calculation and finite element method have been used to analyze the load deformation characteristics of diaphragm spring. First, an experiment of diaphragm spring load deformation has been done, and then a calculation based on the A-L theoretical formula has been done, finally, according to the experimental conditions by using the finite element methodMSC.MARC to do a calculation. We compare the load deformation cure of A-L and FEA to the one figured out by experiment, analysis the errors which compare to the experiment of several key big end diaphragm spring load and displacement values. Bycontrast, the finite element simulation results are quite closer to the experimental results. Key words: diaphragm spring; nonlinear; finite element analysis; load deformation curve1 引言膜片弹簧离合器采用膜片弹簧为压紧弹簧, 与采用圆柱弹簧为压紧弹簧的离合器相比突出的优越性是膜片弹簧具有更理想的非线性弹性特性。

轿车膜片弹簧离合器的设计一、绪论随着现代汽车工业的飞速发展，轿车作为交通工具已经深入到人们生活的方方面面。

作为轿车核心部件之一的离合器，其性能直接影响到车辆的驾驶舒适性、安全性和经济性。

在众多离合器类型中，膜片弹簧离合器因其结构简单、可靠性高、维护方便等优点，在轿车领域得到了广泛应用。

本文旨在对轿车膜片弹簧离合器的设计进行深入探讨，分析其工作原理、设计要点及优化方向，为我国轿车离合器设计领域提供理论参考和技术支持。

膜片弹簧离合器作为一种典型的轿车离合器，其主要功能是连接和断开发动机与变速器之间的动力传递。

当离合器接合时，发动机的动力通过离合器传递给变速器，进而驱动车轮当离合器分离时，发动机与变速器之间的动力传递中断，使车轮得以自由转动。

膜片弹簧离合器的设计涉及到多个方面，包括弹簧材料的选择、弹簧的形状和尺寸、离合器片的材料及热处理工艺等。

这些设计要素对离合器的性能有着至关重要的影响。

本文将从以下几个方面对轿车膜片弹簧离合器的设计进行论述：介绍膜片弹簧离合器的工作原理和结构特点分析影响离合器性能的关键设计因素探讨如何通过优化设计提高离合器的性能结合实际案例，分析现有膜片弹簧离合器设计的优点和不足，并提出改进方向。

二、轿车离合器设计基础理论离合器是汽车传动系统中的重要组成部分，其性能直接影响到汽车的动力传递和行驶平稳性。

轿车膜片弹簧离合器作为现代轿车的主流选择，其设计理论涉及力学、材料学、摩擦学等多个领域。

力学原理：离合器的主要功能是在发动机与传动系统之间传递或切断动力。

当离合器结合时，膜片弹簧的弹性变形产生的压力使摩擦片紧密结合，从而传递扭矩当离合器分离时，膜片弹簧恢复形变，摩擦片之间的压力减小，实现动力的切断。

离合器的设计必须确保在各种工作条件下，膜片弹簧能够提供稳定且足够的压力。

材料学考虑：膜片弹簧和摩擦片是离合器的关键部件，其材料的选择直接影响到离合器的性能和寿命。

膜片弹簧通常采用高强度、高弹性的合金钢材料，以确保在承受大负荷时仍能保持稳定的弹性变形摩擦片则要求具有良好的摩擦性能、耐磨性和热稳定性，以保证离合器在高速、高温、高负荷条件下仍能正常工作。

（完整版）膜⽚弹簧离合器的设计与分析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。

它们涉及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。

〖汽车理论与设计〗精品课程建设精品课程建设 福州大学机械工程及自动化学院车辆工程系图1 膜片弹簧的基本结构膜片弹簧的基本结构 案例二、离合器膜片弹簧的有限元分析 在工程技术领域，对于许多力学问题和物理问题，人们已经得到了它们应遵循的基本方程和相应的定解条件，程和相应的定解条件，但对于其中的大多数问题，但对于其中的大多数问题，但对于其中的大多数问题，由于方程某些特性的非线性性质，由于方程某些特性的非线性性质，由于方程某些特性的非线性性质，或由于或由于求解区域的几何形状比较复杂，求解区域的几何形状比较复杂，不能求得解析解。

不能求得解析解。

不能求得解析解。

对于这类问题，对于这类问题，对于这类问题，以前常常通过引入简化条以前常常通过引入简化条件，进行简化状态下的解答，进行简化状态下的解答，但过多的简化可能导致误差很大甚至是错误。

但过多的简化可能导致误差很大甚至是错误。

但过多的简化可能导致误差很大甚至是错误。

二十世纪六十年二十世纪六十年代以来，随着计算机的飞速发展和广泛应用，数值分析方法已经成为求解这类问题的主要工具，其中，有限单元法（Finite Element Method ）在工程实践中已得到了广泛的认可。

）在工程实践中已得到了广泛的认可。

）在工程实践中已得到了广泛的认可。

有限单元法的基本思路是将复杂的结构视为由有限的、有限单元法的基本思路是将复杂的结构视为由有限的、简单的基本单元所组成。

简单的基本单元所组成。

这种基于离散化的数值计算方法，借助于矩阵方法与计算机相结合，几乎适用于求解所有的连续介质和场问题。

对于有限元法的原理，大家可到图书馆参阅相关书籍[1]。

在汽车设计中，与固体力学、流体力学、热力学、声学、电磁学等相关的问题都可以应用有限元法求解，并且在很多问题上已经成为汽车研发流程中重要的环节。

很多问题上已经成为汽车研发流程中重要的环节。

在下面的例子中，应用有限元法分析了离合器膜片弹簧的弹性特性。