膜片式離合器的設計

膜片式離合器的設計,膜片,離合器,設計 畢 業(yè) 設 計 任 務 書 200 8年3月1日 畢業(yè)設計題目 膜片式離合器的設計 指導教師 劉必柱 職稱 高級工程師 專業(yè)名稱 機電一體化技術 班級 機電50532 學生姓名 郁 建 學號 5020053236 設計要求 1.完成資料翻譯一份（3000字以上） 2.完成畢業(yè)設計調(diào)研報告一份； 3.完成膜片式離合器的設計 4.完成相關結構設計； 5.完成畢業(yè)設計說明書一份； 6.完成相關圖紙。 完成畢業(yè)課題的計劃安排 序號 內(nèi)容 時間安排 1 外文資料翻譯 2008.2.1至 2008.3.5 2 搜集相關資料并調(diào)研，完成調(diào)研報告 2008.3.6至 2008.3.14 3 進行離合器結構的選擇，以及膜片彈簧離合器基本參數(shù)和主要尺寸的選擇。編寫說明書，繪制相關圖紙。 2008.3.15至 2008.4.5 4 整理畢業(yè)設計說明書并定稿，準備答辯 2008.4.6 至 2008.4.11 5 答辯 2008.4.12 答辯提交資料 外文資料翻譯，畢業(yè)設計調(diào)研報告， 畢業(yè)設計說明書，相關圖紙。 計劃答辯時間 2007.4.12 無錫職業(yè)技術學院機電技術學院 2008 年 3 月 1日 分類號 密級 無錫職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說明書 題 目：膜片式離合器的設計 英文并列題目：Diaphragm type coupling's design 學 生 姓 名： 郁 建 專 業(yè)： 機電一體化技術 指 導 教 師： 劉必柱 職 稱： 高級工程師 畢業(yè)設計說明書提交日期 2008.4.11 地址：機電學院 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 膜片式離合器的設計 摘要：離合器裝在發(fā)動機與變速器之間，汽車從啟動到行駛的整個過程中，經(jīng)常需要使用離合器。它的作用是使發(fā)動機與變速器之間能逐漸接合，從而保證汽車平穩(wěn)起步；暫時切斷發(fā)動機與變速器之間的聯(lián)系，以便于換檔和減少換檔時的沖擊；當汽車緊急制動時能起分離作用，防止變速器等傳動系統(tǒng)過載，起到一定的保護作用。離合器類似開關，接合或斷離動力傳遞作用，因此，任何形式的汽車都有離合裝置，只是形式不同而已?，F(xiàn)在，電子技術也進入了離合器系統(tǒng)。一種由控制單元（ECU）控制的離合器已經(jīng)應用在多款的轎跑車上。 關鍵詞：從動盤總成 傳動系 膜片彈簧 非線性彈性特性 Diaphragm type coupling's design Abstract: The coupling installs between the engine and the transmission gearbox, the automobile from the start to the travel entire process, needs to use the coupling frequently. Its function is causes between the engine and the transmission gearbox can join gradually, thus guaranteed that the automobile starts steadily; Shuts off between the engine and transmission gearbox's relation temporarily, is advantageous shifts gears and reduces shifts gears the time impact; When automobile emergency brake can play the separation role, prevents transmission systems and so on transmission gearbox to overload, plays certain protective function. The coupling similar switch, the joint or breaks to the power transmission function, therefore, any form's automobile has the engaging and disengaging gear, is only the form is different. Now, the electronic technology also entered the coupling system. One kind the coupling which (ECU) controlled by the control unit already applied on many patterns sedan race car. Key words: Driven disc unit , Power transmission , Disk spring , Misalignment elastic property 目 錄 一、離合器簡介 ……………………………………………………… 3 1.1離合器的功用…………………………………………………… 3 1.2離合器設計要求 ………………………………………………… 4 1.3離合器的分類 ………………………………………………… 4 二、離合器的工作原理及過程 ………………………………… 5 2.1離合器的工作原理 …………………………………………… 5 2.2 離合器的工作過程 …………………………………………… 6 三、離合器的結構形式 ………………………………………… 12 3.1摩擦離合器的類型分類 ………………………………… 12 3.2膜片彈簧離合器的構造和工作理 ……………………… 13 3.3周布彈簧離合器 ………………………… …………………… 13 3.4中央彈簧離合器 ……………………………………………… 18 四、離合器結構的選擇 ………………………………………… 20 4.1從動盤盤的選擇 ……………………………………………… 20 4.2壓緊彈簧和布置形式的選擇 …………………………… 21 4.3從動盤總成 ……………………………………………………… 23 4.4離合器蓋總成 …………………………………………………… 24 五、膜片彈簧離合器基本參數(shù)和主要尺寸的選擇 ……… 25 5.1摩擦尺寸的選擇 ………………………………………………… 25 5.3碟形彈簧的計算 ………………………………………………… 31 5.4膜片彈簧的具體計算 ………………………………………… 32 5.5花鍵的強度校核 ………………………………………………… 34 5.6鉚釘?shù)膹姸刃：? ………………………………………………… 35 六、結論…………………………………………………………………… 37 七、致謝 …………………………………………………………… 38 八、參考文獻 ……………………………………………………… 39 一 離合器簡介 1.1離合器的功用 汽車傳動系的基本功用是將發(fā)動機發(fā)出的動力傳給驅(qū)動輪。離合器是汽車傳動系中直接與發(fā)動機相聯(lián)系的部件。在汽車起步前，先要起動發(fā)動機，這時應使變速器處于空擋位置，將發(fā)動機與驅(qū)動輪之間聯(lián)系斷開，以卸除發(fā)動機負荷。待發(fā)動機已起動并開始正常的轉速運轉后，方可將變速器掛上一定檔位，使汽車起步。汽車起步時，汽車是從完全靜止的狀態(tài)逐步加速的。如果傳動系（它聯(lián)系著整個汽車）與發(fā)動機剛性地聯(lián)系，則變速器一掛上檔，汽車將突然向前沖動一下，但并未能起步。這是因為汽車從靜止到前沖時，產(chǎn)生很大慣性力。對發(fā)動機造成很大的阻力矩。在這慣性阻力矩作用下，發(fā)動機在瞬時間轉速急劇下降到最低轉速（一般為300-500r/min）以下，發(fā)動機即熄火而不能工作，當然汽車也不能起步。 ????離合器的首要功用是保證汽車平穩(wěn)起步。在傳動系中裝設了離合器后，在發(fā)動機起動后，汽車起步之前，駕駛員先踩下離合器踏板，將離合器逐漸接合，在離合器逐漸接合過程中，發(fā)動機所受阻力矩也逐漸增加，故應同時逐漸踩下加速踏板，即逐步增加對發(fā)動機的燃料供給量，使發(fā)動機的轉速始終保持在最低穩(wěn)定轉速以上，不致熄火。由于離合器的接合緊密程度增大，發(fā)動機經(jīng)傳動系傳給驅(qū)動車輪的轉矩便逐漸增加。到牽引力足以克服起步阻力時，汽車即從靜止開始運動并逐步加速。 ??離合器的另一項功用是保證傳動系換檔時工作平穩(wěn)。在汽車行使過程中，為了適應不斷變化的行使條件，傳動系經(jīng)常要換用不同檔位工作。實現(xiàn)齒輪式變速器的換檔，一般是撥動齒輪或其它掛檔機構，使原用檔位的某一齒輪副退出傳動，再使另一檔位的齒輪副進入工作。在換檔前也必須踩下離合器踏板，中斷動力傳遞，便于使原用檔位的齒輪副脫開，同時有可能使新檔位齒輪副的嚙合部位的速度逐漸相等（同步），這樣，進入嚙合時的沖擊可以大為減輕。 ??? 離合器的第三功用是防止傳動系過載。當汽車進行緊急制動時，若沒有離合器，則發(fā)動機將因和傳動系剛性相連而急劇降低轉速，因此其中傳動件會產(chǎn)生很大的慣性力矩（數(shù)值可能大大超過發(fā)動機正常工作時所發(fā)出大最大轉矩），對傳動系造成超過其承載能力的載荷,而是其機件損壞。有了離合器，便可依靠離合器主動部分和從動部分之間可能產(chǎn)生的相對運動以消除這一危險。 ????欲使離合器起到以上幾個作用，離合器應該是這樣一個傳動機構，其主動部分和從動部分可以暫時分離，又可以逐漸接合，并且在傳動過程中還要有可能相對轉動。所以，離合器的主動件與從動件之間不可采用剛性聯(lián)系，而是借二者接觸面之間的摩擦作用來傳遞轉矩（摩擦離合器），或是利用液體作為傳動的介質(zhì)（液力耦合器），或是利用磁力傳動（電磁離合器）。在摩擦離合器中，為產(chǎn)生摩擦所需的壓緊力，可以是彈簧力、液壓作用或電磁吸力。 1.2離合器設計要求 離合器的具體結構，首先，應在保證發(fā)動機最大轉矩的前提下，滿足兩個基本性能要求：1.分離徹底；2.接合柔和。 1）離、合迅速，平穩(wěn)無沖擊，分離徹底，動作準確可靠。 2）結構簡單，重量輕，慣性小，外形尺寸小，工作安全，效率高。 3）接合元件耐磨性高，使用壽命長，散熱條件好。 4）操縱方便省力，制造容易，調(diào)整維修方便 其次，離合器從動部分的轉動慣量要盡可能小。離合器的功用之一是當變速器換檔時，中斷動力傳遞，以減輕齒輪沖擊。如果與變速器主動軸相連的離合器從動部分的轉動慣量大，當換檔時，雖然由于分離了離合器，使發(fā)動機與變速器之間聯(lián)系脫開，但離合器從動部分較大的慣性力矩仍然輸入給變速器，其效果相當于分離不徹底，就不能很好的起到減輕齒輪間沖擊的作用。 ?此外，還要求離合器散熱良好。因為在汽車行駛過程中，駕駛員操縱離合器的次數(shù)是很多的，這就使離合器中由于摩擦面間頻繁地相對滑磨而產(chǎn)生大量的熱。離合器接合愈柔和，產(chǎn)生熱量愈大。這些熱量如不及時地散發(fā)，對離合器的工作將產(chǎn)生嚴重影響。 ?摩擦離合器所能傳遞的最大轉矩的數(shù)值取決于摩擦面間的壓緊力和摩擦系數(shù)，以及摩擦面的數(shù)目和尺寸。若欲增大離合器所能傳遞的最大轉矩，可選用摩擦系數(shù)較大的摩擦材料，或適當加強壓緊彈簧的壓緊力，或加大摩擦面的尺寸。 1.3離合器的分類 摩擦離合器根據(jù)從動盤的數(shù)目可分為單盤離合器、雙盤離合器和多盤離合器。采用若干個螺旋彈簧作壓緊彈簧，并沿摩擦盤圓周分布的離合器稱為周布彈簧離合器。僅具有一個或兩個較強力的螺旋彈簧，并安置在中央的離合器則稱為中央彈簧離合器。還有一種采用膜片彈簧作為壓緊彈簧的，稱為膜片彈簧離合器。 二 離合器的工作原理及過程 2.1 離合器的工作原理 離合器的主動部分和從動部分借接觸面間的摩擦作用，或是用液體作為傳動介質(zhì)(液力偶合器)，或是用磁力傳動(電磁離合器)來傳遞轉矩，使兩者之間可以暫時分離，又可逐漸接合，在傳動過程中又允許兩部分相互轉動。目前在汽車上廣泛采用的是用彈簧壓緊的摩擦離合器(簡稱為摩擦離合器)。 發(fā)動機發(fā)出的轉矩，通過飛輪及壓盤與從動盤接觸面的摩擦作用，傳給從動盤。當駕駛員踩下離合器踏板時，通過機件的傳遞，使膜片彈簧大端帶動壓盤后移，此時從動部分與主動部分分離。 圖2-1所示為摩擦離合器中的兩種壓緊彈簧（膜片彈簧和螺旋彈簧）的彈性特性，在離合器蓋總成中的螺旋彈簧處于壓緊狀態(tài)，其彈性特性的曲線如圖中曲線1所示。膜片彈簧彈性特性曲線如圖中曲線2所示。假如所設計的兩種離合器的壓緊力均相同，即壓緊力均為,軸向壓緊變形量為。當摩擦片磨損量達到容許的極限值時，彈簧壓縮變形量減小到。此時螺旋彈簧壓緊力便降低到〈，兩值相差較大，將使離合器中的壓緊力不足而產(chǎn)生滑磨，而膜片彈簧壓緊力則只降低到與相差無幾的，使離合器仍能可靠得工作。當離合器分離時，如兩種彈簧的進一步壓縮均為，由圖可知，膜片彈簧所需的作用力為不螺旋彈簧所需的作用力減小約20%?？梢姡て瑥椈呻x合器操縱輕便。 圖2-1離合器兩種壓緊彈簧的彈性曲線 顯然在離合器中采用膜片彈簧作壓緊彈簧有很多優(yōu)點。首先，膜片彈簧具有壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使得離合器的結構大為簡化，質(zhì)量減小，并顯著得縮短了離合器的軸向尺寸。其次，由于膜片彈簧與壓盤以整個圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，磨損均勻。另外，由于膜片彈簧具有上述的非線性彈性特性，故能在從動盤摩擦片磨損后，仍能可靠得傳遞發(fā)動機的轉矩，而不產(chǎn)生滑磨。離合器分離時，使離合器踏板操縱輕便，減輕駕駛員的勞動強度。此外，因膜片彈簧是一種旋轉對稱零件，平衡性好，在高速下，其壓緊力降低很少。而螺旋彈簧在高速時，因受離心力作用會產(chǎn)生橫向饒曲，彈簧嚴重鼓出，從而降低了對壓盤的壓緊力。 2.2離合器的工作過程 2.2.1離合器的接合過程 離合器接合時，發(fā)動機發(fā)出的轉矩經(jīng)飛輪和壓盤傳給了動盤兩側的摩擦片，帶動從動盤本體和與從動盤本體鉚接在一起的減振器盤轉動。動盤本體和減振器盤又通過六個減振器彈簧把轉矩傳給了從動盤轂。因為有彈性環(huán)節(jié)的作用，所以傳動系受的轉動沖擊可以在此得到緩和。傳動系中的扭轉振動會使從動盤轂相對于動盤本體和減振器盤來回轉動，夾在它們之間的阻尼片靠摩擦消耗扭轉振動的能量，將扭轉振動衰減下來。 當離合器接合時，主、從摩擦元件總是經(jīng)歷轉速不等到轉速一致的摩擦過程。在交通繁忙的城市使用條件下，離合器頻繁的接合和滑磨，使摩擦片很容易磨損，滑磨產(chǎn)生的熱量使壓盤和飛輪等零件的溫度升高。若摩擦表面溫度過高，將加劇摩擦片磨損，降低離合器使用壽命。離合器在起步過程中的滑磨比換檔時嚴重得多，而離合器滑磨的嚴重程度常用滑磨功來衡量，以下討論起步時離合器的接合過程和滑磨功。 圖2-2離合器的接合過程的力學模型 圖2-2為討論汽車起步時離合器接合過程的力學模型．為發(fā)動機旋轉部分和離合器主動部分的總轉動慣量．為簡化到離合器從動軸上的當量轉動慣量．在計算時，為簡便起見，忽略從離合器從動盤到驅(qū)動輪全部旋轉零件的轉動慣量的影響，僅把看成汽車平移質(zhì)量，即汽車總質(zhì)量換算到離合器從動軸上的轉動慣量．根據(jù)動能相等的原理，有： 　　 ２－１ 而　　 　 ２－２ 式中　　－離合器從動軸角速度； 　　　?。囁?； 　　　　－汽車總質(zhì)量； 　　　?。囕啙L動半徑； 　　　　、－分別為變速器和主減速器傳動比； 由此得： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ２－３ 由于離合器從動軸上的阻力矩和上坡阻力矩引起，可表示為： 　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　２－４ 式中　　　-重力加速度； －滾動阻力系數(shù)； －坡度阻力系數(shù)． 圖2-3汽車起步時離合器的接合過程 離合器的接合過程如圖２－3所示，可分為兩個階段：第一階段從離合器摩擦面開始接觸到等于汽車行駛阻力轉矩，時間從０至；第二階段從到，即離合器從動角速度從０至發(fā)動機角速度相等． 第一階段的滑磨功為： ２－５ 第二階段的滑磨功為： ２－６ 滑磨功的大小取決于和的數(shù)值以及駕駛員的操縱狀況．當駕駛員操縱狀況一定時大，時間就長，如圖２－２所示，就大；大，dw/dt小，增長就慢，從而滑磨時間（-）長，大．聯(lián)立式２－３和２－４，汽車總質(zhì)量愈大，變速器檔位愈高，和愈大，滑磨功愈大．當駕駛員放松離合器踏板較快，接合較猛時，增加較猛，滑磨時間較短，滑磨功較?。敳僮饔烷T使得發(fā)動機轉速較高時，滑磨功就較大． 當在平坦的瀝青路或混凝土路上起步時，阻力矩很小，可以忽略不計，于是和中的第一項可視為零，則總滑磨功： 假定在此滑磨過程中不變，于是得到： 　　　 　　　　　　　　 ２－７ 式中　　－發(fā)動機轉速，［ ］為r/min. 此式表明，離合器在上述假定條件下的滑磨功等于汽車在起步過程中獲得的動能．也就是說，在起步過程中發(fā)動機輸出的機械能，一半用來使汽車加速餓而變?yōu)閯幽埽话胂挠陔x合器的滑磨，變?yōu)闊崮軗p失掉了． 離合器應能經(jīng)受滑磨，同時由滑磨功轉換的熱量不應使離合器零件溫度升高過大．由于壓盤質(zhì)量較飛輪為小，受熱引起的溫升較大．根據(jù)滑磨功可算出壓盤的升高溫度： 　　　　　　　　　　　　　　　?。玻? 式中　　－溫升，［t］為oC －壓盤的比熱容，鑄鐵比熱容為481.4/(㎏·oC); -壓盤的質(zhì)量,[m ]為㎏; γ- 傳到壓盤的熱量所占的比例.對于單盤離合器,γ=0.5;對于雙盤離合器壓盤,γ=0.25;中間壓盤,γ=0.5; -滑磨功,[]為 N·m. 2.1.2離合器的工作過程 圖2-4摩擦；離合器的工作原理 1.飛輪， 2.從動盤， 3 踏板，4 壓緊彈簧，5 從動軸，6 從動盤轂 如圖2-4所示為摩擦離合器的工作原理和構造示意圖 發(fā)動機飛輪1是離合器的主動件。帶有摩擦片的從動盤2和從動盤轂6借滑動花鍵與從動軸5(即變速器的主動軸）相連。壓緊彈簧4將從動盤壓緊在飛輪端面上。發(fā)動機轉矩即靠飛輪與從動盤接觸面之間的摩擦作用而傳到從動盤上，再由此經(jīng)過從動軸和傳動系統(tǒng)中一系列部件傳給驅(qū)動車輪。彈簧4的壓緊力愈大，則離合器所能傳遞的轉矩也愈大。 由于汽車在行駛過程中，需經(jīng)常保持動力傳遞，而中斷傳動只是暫時的需要，故汽車離合器的主動部分和從動部分應經(jīng)常處于接合狀態(tài)。摩擦副采用彈簧壓緊裝置即是為了適應這一要求。欲使離合器分離時，只要踩下離合器操縱機構中的踏板3，套在從動盤轂6的環(huán)槽中的撥叉便推動從動盤克服壓緊彈簧的壓力向右移動，而與飛輪分離，摩擦力消失，從而中斷了動力傳遞。 當需要重新恢復動力傳遞時，為使汽車速度和發(fā)動機轉速變化比較平穩(wěn)，應該適當控制離合器踏板回升的速度，使從動盤在壓緊彈簧4壓力作用下，向左移動與飛輪恢復接觸。二者接觸面間的壓力逐漸增加，相應的摩擦力矩也逐漸增加。當飛輪和從動盤接合還不緊密，二者之間摩擦力矩比較小時，二者可以不同步旋轉，即離合器處于打滑狀態(tài)。隨著飛輪和從動盤接合緊密程度的逐步增大，二者轉速也漸趨相等。直到離合器完全接合而停止打滑時，汽車速度方能與發(fā)動機轉速成正比。 摩擦離合器所能傳遞的最大轉矩取決于摩擦面間的最大靜摩擦力矩，而后者又由于摩擦面最大壓緊力和摩擦面尺寸及性質(zhì)決定。故對于一定結構的離合器來說，靜摩擦力矩是一個定值。輸人轉矩達到此值，則離合器將打滑，因而限制了傳動系統(tǒng)所受轉矩，防止超載。 三 離合器的結構形選擇 由離合器的工作原理可以看出，摩擦離合器基本上由主動部分、從動部分、壓緊機構和操縱機構四部分組成。主、從動部分和壓緊機構是保證離合器處于接合狀態(tài)并能傳遞動力的基本結構。而離合器的操縱機構主要是使離合器分離的裝置。為了保證離合器具有良好的工作性能，對汽車離合器設計提出如下基本要求： 1）在任何行駛條件下均能可靠地傳遞發(fā)動機的最大轉矩，并具有適當?shù)霓D矩儲備。 2）接合時要平順柔和，以保證汽車起步時沒有抖動和沖擊。 3）分離時要迅速、徹底。 4）離合器從動部分轉動慣量要小，以減輕換檔時變速器齒輪間的沖擊，便于換檔和減小同步器的磨損。 5）應有足夠的吸熱能力和良好的通風散熱效果，以保證工作溫度不致過高，延長其使用壽命。 6）應使傳動系避免扭轉共振，并具有吸收振動、緩和沖擊和減小噪聲的能力。 7）操縱輕便、準確，以減輕駕駛員的疲勞。 8）作用在從東盤上的壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在使用過程中變化要盡可能小，以保證有穩(wěn)定的工作性能。 9）應有足夠的強度和良好的動平衡，以保證其工作可靠、壽命長。 10）結構應簡單、緊湊、質(zhì)量小，制造工藝性好，拆裝、維修、調(diào)整方便等。 汽車離合器大多是盤形摩擦離合器，按其從動盤數(shù)目可分為單片、雙片和多片三類；根據(jù)壓緊彈簧布置形式不同，可分為圓周布置、中央布置和斜向布置等形式；根據(jù)使用的壓緊彈簧不同，可分為圓柱螺旋彈簧、圓錐螺旋彈簧和膜片彈簧離合器；根據(jù)分離時所受到作用力的方向不同，可分為拉式和推式兩種形式。 3.1摩擦離合器的類型分類 摩擦離合器，隨著所用摩擦面的數(shù)目（從動盤的數(shù)目）、壓緊彈簧的形式及安裝位置，以及操縱機構形式的不同，其總體構造也有差異。 摩擦離合器所能傳遞的最大轉矩的數(shù)值取決于摩擦面間的壓緊力和摩擦系數(shù)，以及摩擦面的數(shù)目和尺寸。 1．摩擦離合器按從動盤的數(shù)目分：單盤離合器和雙盤離合器。 單盤離合器具有一個從動盤，其前后兩面都裝有摩擦襯片，因而它有兩個摩擦表面。對于轎車和輕型貨車而言，因發(fā)動機最大轉矩數(shù)值一般不太大，可足以滿足傳遞最大轉矩的要求。 雙盤離合器對中、重型汽車而言，要求離合器所傳遞的最大轉矩更大。這樣，勢必要采取一些措施來提高所傳遞最大轉矩的能力。若欲增大離合器所能傳遞的最大轉短，可選用摩擦系數(shù)較大的摩擦襯片材料，或適當加強壓緊彈簧的壓緊力，或加大摩擦面的尺寸。但是，采用這幾種結構措施，可能仍滿足不了要求。因為摩擦系數(shù)的提高受到摩擦襯片材料的限制；磨擦面尺寸的增加又為發(fā)動機飛輪（離合器主動件之一）尺寸所限制；過分加大彈簧的壓緊力，在采用螺旋彈簧的條件下，又將使操縱費力。在這種情況下，最有效的措施是增加摩擦面的數(shù)目，如增加一個從動盤，即采用具有兩個從動盤的離合器，可使離合器所能傳遞的最大轉矩增大一倍。 2．摩擦離合器按壓緊彈簧的結相形分:螺旋彈簧離合器和膜片彈簧離合器． 螺旋彈簧離合器按彈簧在壓盤上的布置又分為：周布彈簧離合器和中央彈簧離合器． 采用若干個螺旋彈簧作為壓緊彈簧，井沿壓盤（或從動盤）圓周分布的離合器稱為周布 彈簧離合器。僅具有一個或兩個較強力的螺旋彈簧（圓柱形螺旋彈簧或矩形斷面的錐形螺旋 彈簧），并與壓盤（或從動盤）同心安置在離合器中央的，稱為中央彈簧離合器。 采用膜片彈簧作為壓緊彈簧的稱為膜片彈簧離合器． 3.2膜片彈簧離合器的構造和工作原理 膜片彈簧離合器所用的壓緊彈簧是一個用薄彈簧鋼板制成的帶有一定錐度，中心部分開有許多均布徑向槽的圓錐形彈簧片。膜片彈簧是碟形彈簧的一種，它可以看成由碟簧部分Ａ和分離指部分Ｂ所組成（圖3-1b）． 圖（3-1a）所示為某微型汽車的膜片彈簧離合器．在膜片彈簧8上，靠中心部分開有，18個徑向切口，形成18個分離指，起彈性杠桿作用。膜片彈簧兩側有鋼絲支承圈15，借6個鉚釘9將其安裝在離合器蓋14上．在離合器蓋未固定到飛輪2上時，膜片彈簧不受力，處于自由狀態(tài)，如圖（3-1a）所示。此時離合器蓋14與飛輪2安裝面有一距離to當將離合器蓋用螺釘固定到飛輪上時（圖3-1b）， 由于離合器蓋靠向飛輪，鋼絲支承圈15壓膜片彈簧8使之發(fā)生彈性變形（錐角變?。Ｍ瑫r，在膜片彈簧外端對壓盤4產(chǎn)生壓緊力而使離合器處于接合狀態(tài)。當一分離離合器時，公離軸承13左移（圖3-1c），膜片彈簧被壓在鋼絲支承圈上，其徑向截面以支承圈為支點轉動（膜片彈簧呈反錐形），于是膜片彈簧外端右移，并通過分離彈簧鉤7拉動壓盤使離合器分離． 3.3周布彈簧離合器 一、單盤周布彈簧離合器 單盤周布彈簧離合器的構造 圖3-2所示為東風EQ1090E型汽車的單盤周布彈簧離合器的構造。發(fā)動機的飛輪2和壓盤16是離合器的主動部分。離合器蓋19和壓盤之間是通過四組傳動片33來傳遞轉矩的。傳動片用彈簧鋼片制成，每組兩片，其一端用鉚釘32鉚在離合器蓋19上，另一端則用螺釘34與壓盤連接，離合器蓋用螺釘固定在發(fā)動機的飛輪上。因此壓盤能隨飛輪一起旋轉。在離合器分離時，彈性的傳動片產(chǎn)生彎曲變形（其兩端沿離合器軸向作相對位移）。為使離合器分離時不至于破壞壓盤的對中和離合器的平衡，四組傳動片是相隔900沿圓周切向均勻分布的。 在飛輪2和壓盤16之間裝有一片帶有扭轉減振器的從動盤。從動盤由從動盤轂10和從動盤本體4組成。從動盤本體的兩面各鉚有摩擦片5。從動盤轂10的花鍵孔套在從動軸（即變速器主動軸）11前端的花鍵上，并可在花鍵上作軸向移動。16個沿圓周分布的螺旋彈簧31將壓盤壓向飛輪，并將從動盤夾緊在中間，使離合器處于接合狀態(tài)。這樣，在發(fā)動機工作時，發(fā)動機的轉矩一部分將由飛輪經(jīng)與之接觸的摩擦片直接傳給從動盤本體；另一部分則由飛輪通過8個固定螺釘傳封離合器蓋19，并由此經(jīng)四組傳動片傳到壓盤，最后也通過摩擦片傳給從動盤本體。從動盤本體再將轉矩通過從動盤毅的花鍵傳給從動軸I1，由此輸人變速器。 離合器須與曲軸飛輪組組裝在一起進行動平衡校正。為了在拆下離合器后重新組裝時保持動平衡，離合器蓋與飛輪的相對角位置由定位銷17定位。 二、雙盤周布彈黃離合器 為了增大離合器所能傳遞的轉矩，并考慮到飛輪的徑向尺寸有限，在重型貨車上廣泛采用了雙盤離合器。 　圖所示為黃河JN1181C13型汽車雙片離合器的構造．其主動部分由飛輪８、壓盤６、中間壓盤７及離合器蓋16組成，兩個從動盤3和4夾在飛輪、中間壓盤及壓盤的中間。離合器中沿圓周均布12個壓緊彈簧，使壓盤和中間壓盤緊緊地壓向飛輪．中間壓盤的邊緣上有四個缺口，飛輪上的四個定位塊即嵌裝在這四個缺口中，用以傳遞發(fā)動機的轉矩，同時保證中間壓盤的正確位置。這種傳力方法與前述的用傳力片傳力的方法比較起來，傳動更為可靠，但其傳力件接觸部分的尺寸和位置的精確度要求較高，而且在分離與接合的過程中，傳力件相對運動的摩擦及磨損均為較大。磨損后的傳力件在離合器傳動過程中會產(chǎn)生沖擊和噪聲． 　由于摩擦片數(shù)增多，其接合較為柔和，但是必須有專門裝置，以保證主動盤和從動盤之間能徹底分離。在圖中，當離合器分離時，壓盤被四個分離杠桿以支承銷9為中心轉動而拉向右方，而中間壓盤則被裝在它和飛輪之間的分離彈簧2推向后方，與前從動盤4脫離接觸。同時為了使后從動盤3不被中間壓盤和壓盤夾住，在離合器蓋上裝有四個限位螺釘17，用以限制中間壓盤的行程。限位螺釘?shù)奈恢每梢哉{(diào)節(jié)。 3.4中央彈簧離合器 　　中央彈簧離合器只采用一個或軸線重合的內(nèi)外兩個壓緊彈簧，且位于離合器的中央． 長征XD2150型汽車所用的中央彈簧雙盤離合器如圖3-5所示。飛輪6、離合器蓋10、壓盤8和中間主動盤２組成離合器的主動部分．傳動銷１的尾部壓入飛輪6內(nèi)圓面上的徑向孔中，而其頭部則伸入中間主動盤2邊緣的切口內(nèi)。鑄造的離合器蓋10的內(nèi)表面有凸起部，嵌入壓盤上相應的一切口中。發(fā)動機動力一部分從飛輪經(jīng)傳動銷傳給中間主動盤；另一部分由飛輪經(jīng)離合器蓋傳給壓盤。中央壓緊彈簧13的前端通過一個用鋼板沖壓制成的支承盤支于離合器蓋上，其后端則抵靠著分離套筒14。軸向安裝在分離套筒上的三根拉桿分別與三根壓緊杠桿17的內(nèi)端相連。壓緊杠桿以固定在離合器蓋上的支承銷16為支點，其外端與壓盤相接觸。于是中央彈簧的壓緊力便通過分離套筒14、拉桿和壓緊杠桿17將離合器的主動和從動部分壓緊。 圖3-5 長征XD2150汽車中央彈簧離合器 1- 傳動銷；2-中間主動盤；3-扭轉減振器；4、5-從動盤；6-飛輪 7-分離擺桿；8-壓盤；9-分離彈簧；10-離合器蓋；11-調(diào)整環(huán)；12-傳動桿 13-中央彈簧；14-分離套筒；15-平衡盤；16-支撐銷；17-壓緊杠桿 四 離合器結構的選擇 在設計離合器時，應根據(jù)車型的類別、使用要求、制造條件以及“三化”（即系列化、通用化、標準化）要求等，合理選擇離合器的結構。 4.1從動盤數(shù)選擇 單片離合器結構簡單，尺寸緊湊，散熱良好，維修調(diào)整方便，從動部分轉動慣量小，在使用時能保證分離徹底、接合平順。 雙片離合器與單片離合器相比，由于摩擦面數(shù)增加一倍，因而傳遞轉矩的能力較大；在傳遞相同轉矩的情況下，徑向尺寸較小，踏板力較小，另外接合較為平順。但中間壓盤通風散熱不良，兩片起步負載不均，因而容易燒壞摩擦片，分離也不夠徹底。 多片離合器多為濕式，它有分離不徹底，軸向尺寸和質(zhì)量大等缺點，以為主要用于行星齒輪變速器換檔機構中。但它具有接合平順柔和、摩擦表面溫度較低、磨損較小、使用壽命長等優(yōu)點。 經(jīng)過對以上幾種形式的比較和根據(jù)在大眾轎車的性能要求，選取單片離合器為大眾轎車的離合器。 4.2壓緊彈簧和布置形式的選擇 周置彈簧離合器的壓緊彈簧均采用圓柱螺旋彈簧，其特點是結構簡單、制造容易，因此應用較為廣泛。此結構中彈簧壓力直接作用于壓盤上。為了保證摩擦片上壓力均勻，壓緊彈簧的數(shù)目不應太少，要隨摩擦片直徑的增大而增多，而且應當是分離杠桿的倍數(shù)。在某些重型汽車上，由于發(fā)動機最大轉矩較大，所需壓緊彈簧數(shù)目較多，可將壓緊彈簧布置在兩個同心圓周上。壓緊彈簧直接與壓盤接觸，易受熱退火，且當發(fā)動機最大轉速很高時，周置彈簧由于受離心力作用而向外彎曲，使彈簧壓緊力下降，離合器傳遞轉矩的能力隨之降低。此外，彈簧靠到它的定位片面上，造成接觸面部位嚴重磨損，甚至會出現(xiàn)彈簧斷裂現(xiàn)象。 中央彈簧離合器采用一至兩個圓柱螺旋彈簧或用一個圓錐彈簧作為壓緊彈簧，并且布置在離合器的中心，此結構軸向尺寸較大。由于可選較大的杠桿比，因此可得到足夠的壓緊力，且有利于減小踏板力，使操縱輕便。此外，壓緊彈簧不與壓盤直接接觸，不會使彈簧受熱退火，通過調(diào)整墊片或螺紋容易實現(xiàn)對壓緊力的調(diào)整。 斜置彈簧離合器的彈簧壓力斜向作用在傳動盤上，并通過壓桿作用在壓盤上。這種結構的顯著優(yōu)點是在摩擦片磨損或分離離合器時，壓盤所受的壓緊力幾乎保持不變。與上述兩種離合器相比，具有工作性能穩(wěn)定、踏板力較小的突出優(yōu)點。 膜片彈簧離合器中的膜片彈簧是一種具有特殊結構的蝶形彈簧部分分離組成，它與其它形式的離合器相比具有以下一系列優(yōu)點： 1）膜片彈簧具有較理想的非線性特性，彈簧壓力在摩擦片允許磨損范圍內(nèi)基本不變，因而離合器工作中能保持傳遞的轉矩大致不變；對于圓柱螺旋彈簧，其壓力大大下降。離合器分離時，彈簧壓力有所下降，從而降低了踏板力；對于圓柱螺旋彈簧，壓力則大大增加。 2）膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使結構簡單緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量小。 3）高速旋轉時，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；而圓柱螺旋彈簧壓緊力則明顯下降。 4）由于膜片彈簧大斷面環(huán)形與壓盤接觸，故其壓力分布均勻，摩擦片磨損均勻，可提高使用壽命。 5）易于實現(xiàn)良好的通風散熱，使用壽命長。 6）平衡性好。 7）有利于大批量生產(chǎn)，降低制造成本。 但膜片彈簧的制造工藝較復雜，對材質(zhì)和尺寸精度要求高，其非線性特性在生產(chǎn)、中不易控制，開口處容易產(chǎn)生裂紋，端部容易磨損。近年來，由于材料性能的提高，制造工藝和設計方法的逐步完善，膜片彈簧的制造已日趨成熟。因此，膜片彈簧離合器不僅在轎車上被大量采用，而且在輕、中、重型貨車以及客車上被廣泛采用。 膜片彈簧離合器，按分離時離合器蓋總成的分離指處是承受壓力或拉力，可分為推式和拉式兩種。 壓式膜片彈簧離合器是常見的一種結構。膜片彈簧常用的幾種支撐型式如圖所示。圖a是早期出現(xiàn)的一直在采用的結構。當分離軸承與曲軸中心線不同心時，可引起鉚釘?shù)倪^度磨損。提高鉚釘硬度可減少磨損。圖b，在鉚釘上裝硬度高的套筒和支撐圈，是提高耐磨性的結構措施，但使零件增多。圖c所示的結構中、取消了鉚釘，原鉚釘?shù)淖饔糜呻x合器蓋內(nèi)邊緣上伸出的多個小彎板代替，小彎板從膜片彈 簧徑向槽根部穿過，大大減少了離合器蓋總成的零件數(shù)。圖d中的結構，將鉚釘?shù)囊欢酥瞥尚泵?，在離合器蓋靠鉚釘頭的一端制成斜面，在離合器蓋靠鉚釘附近做成凸起，省去了兩個支撐環(huán)。 拉式膜片彈簧離合器中，其膜片彈簧的安裝方向與推式相反。在接合時，膜片彈簧的大端支承在離合器蓋上，而以中部壓緊在壓盤上。將分離軸承向外拉離飛輪，即可實現(xiàn)分離。與推式相比，拉式膜片彈簧離合器具有如下優(yōu)點： 1） 由于取消了中間支承各零件，并只用一個或不用支承環(huán)，使其結構更簡單、緊湊，零件數(shù)目更少，質(zhì)量更小。 2） 由于拉式膜片彈簧是以中部與壓盤相壓，因此在同樣壓盤尺寸條件下可采用直徑較大的膜片彈簧，從而提高了壓緊力與傳遞轉矩的能力，而并不增大踏板力；或在傳遞相同轉矩時，可采用尺寸較小的結構。 3） 在接合或分離狀態(tài)下，離合器蓋的變形量小，剛度大，故分離效率更高。 4） 拉式的杠桿比大于推式杠桿比，且中間支承少，減少了摩擦損失，傳動效率較高，使踏板操縱更輕便。拉式踏板力比推式一般約可減少25%-30%。 5） 拉式在接合狀態(tài)或分離狀態(tài)，膜片彈簧大端與離合器蓋支承始終保持接觸，在支承環(huán)磨損后不會產(chǎn)生沖擊和噪聲。 6） 使用壽命更長。 但是，拉式膜片彈簧的分離指是與分離軸承套筒總成嵌裝在一起的，需專門的分離軸承，結構復雜，安裝和拆卸困難，且分離行程略比推式大些。由于拉式膜片彈簧離合器綜合性能優(yōu)越，它已在一些汽車中得以應用 因此大眾Polo選用拉式離合器。 4.3.從動盤總成 從動部分是由單片、雙片或多片從動盤所組成，它將主動部分通過摩擦傳來的動力傳給變速器的輸入軸。從動盤由從動盤本體，摩擦片和從動盤轂三個基本部分組成。為了避免轉動方向的共振，緩和傳動系受到的沖擊載荷，大多數(shù)汽車都在離合器的從動盤上附裝有扭轉減震器。 　　為了使汽車能平穩(wěn)起步，離合器應能柔和接合，這就需要從動盤在軸向具有一定彈性。為此，往往在動盤本體園周部分，沿徑向和周向切槽。再將分割形成的扇形部分沿周向翹曲成波浪形，兩側的兩片摩擦片分別與其對應的凸起部分相鉚接，這樣從動盤被壓縮時，壓緊力隨翹曲的扇形部分被壓平而逐漸增大，從而達到接合柔和的效果。 從動盤總成主要由摩擦片、從動片、和花鍵轂等組成。從動盤對離合器工作性能影響很大，應滿足如下設計要求： 1)轉動慣量要盡可能小，以減小變速器換檔齒輪間的沖擊。 2)應具有軸向彈性，使離合器接合平穩(wěn)，便于起步，而且使摩擦面壓力均勻,減小磨損。 為了使從動盤具有軸向彈性,常用的方法有: 1)動盤上開“T”形槽，外緣形成許多扇形，并將扇形部分壓成依次向不同方向彎曲的波浪形。兩側的摩擦片則分別鉚在每相隔一個的扇形上?！癟“形槽還可以減小由于摩擦發(fā)熱而引起的從動片翹曲變形。、 2)將扇形波形片的左、右凸起段分別與左、右側摩擦片鉚接。由于波形片比從動片薄，故這種結構軸向彈性較好，轉動慣量較小，適宜高速旋轉。 3)利用階段梯形鉚釘?shù)募毝螌⒊蓪Σㄐ纹淖笃T在左側摩擦片上，并交替地把右片鉚在右側摩擦片上。這種結構彈性行程大，彈性特性較理想，可使汽車起步極為平順。 4)將靠近飛輪的左側摩擦片直接鉚合從動片上，只在靠近壓盤側的從動片鉚在波形片，右側摩擦片用鉚釘與波形片鉚合。這種結構轉動慣量大，但強度較高，傳遞轉矩能力大。 離合器摩擦片在性能上應滿足如下要求： 1)剛性系數(shù)較高且較穩(wěn)定,工作溫度、單位壓力、轉動速度的變化對其影響要小。 2)較高的機械強度與耐磨性。 3)密度要小,以減小從動盤轉動慣量。 4)定性好，在高溫下分離出的粘合劑少，無味，不易燒焦。 5)表面粗糙度好，不致刮傷飛輪和壓盤表面。 6)應平順而不產(chǎn)生“咬合”或“動”現(xiàn)象。 7)放后，摩擦面間不發(fā)生“粘著”現(xiàn)象。 離合器摩擦片所用的材料有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金屬陶瓷摩擦材料。 石棉基摩擦材料具有摩擦因數(shù)較高(大約0.3-0.45)、密度較小、制造容易、價格低等優(yōu)點。但它性能不夠穩(wěn)定，摩擦因數(shù)受工作溫度、單位壓力、滑磨速度的影響大，目前主要應用于中、輕型貨車中。由于石棉在生產(chǎn)和事業(yè)過程中對環(huán)境有污染，對人體有害，所以現(xiàn)在正以玻璃纖維、金屬纖維等來替代是石棉纖維。粉末冶金和屬陶瓷摩擦材料具有傳熱性好、熱穩(wěn)定性與耐磨性好、摩擦因數(shù)較高且穩(wěn)定、能承受的壓力較高以及壽命較長等優(yōu)點，但價格較貴，密度較大，接合平順性較差，主要用于重型汽車上。 摩擦片與從動片的連接方式有鉚接和粘接兩種。鉚接方式連接可靠，更換摩擦片方便，適宜從動片上裝波形片，但其摩擦面積利用率小，使用壽命短。粘接方式可增大實際摩擦面積，摩擦片厚度利用率高，具有較高的抗離心力和切向力的能力，但更換摩擦片困難，且使從動片難以裝波形片，無軸向彈性，可靠性低。 花鍵轂軸向長度不宜過小，以免在花鍵軸上滑動時產(chǎn)生偏斜而使分離不徹底，一般取1.0-1.4倍的花鍵軸直徑?；ㄦI轂一般采用鍛鋼(如45鋼,40Cr等)，表面和心部硬度一般再26-32HRC。 4.4離合器蓋設計 從動片要求質(zhì)量輕，具有軸向彈性，硬度和平面度要求高。材料常用中碳鋼板如50鋼或低碳鋼板如10鋼，一般厚度為1.3-2.5，表面硬度35-40HRC。 波形片一般采用65Mn,厚度小于1mm，硬度為40-46HRC，并經(jīng)過表面發(fā)藍處理。對壓盤結構設計要求： 1)壓盤具有較大的質(zhì)量以增大熱容量、減小溫升，防止其產(chǎn)生裂紋和破碎，有時可設置各種形狀的散熱肋和鼓風肋，以幫助散熱通風。中間壓盤可鑄出通風槽，也可采用傳熱系數(shù)較大的鋁合金壓盤。 2)壓盤具有較大的剛度，使壓緊力在摩擦面上的壓力分布均勻并減小受熱后的翹曲變形，以免影響摩擦片的均勻壓緊以及與離合器的徹底分離。 3)與飛輪應保持良好的對中，并要進行靜平穩(wěn)。 4)壓盤的高度尺寸(從承壓點到摩擦面的距離)公差要小。 壓盤通常采用灰鑄鐵，一般采用HT200，HT250，HT300，也有少數(shù)采用合金壓鑄件。 5膜片彈簧離合器基本參數(shù)和主要尺寸的計算 5.1摩擦片尺寸的選擇 為了可靠地利用離合器中的摩擦傳遞發(fā)動機轉矩,離合器靜摩擦力矩(實為力偶矩)T應大于發(fā)動機轉矩T ,其數(shù)學表達式為: 5-1 式中 β-離合器的后備系數(shù),必須大于1. 根據(jù)摩擦定律, 靜摩擦力矩可寫為: 5-2 式中 -壓盤加于摩擦片的工作壓力; -摩擦面數(shù)目; -摩擦系數(shù),計算時一般取0.250.30; -摩擦片平均半徑. 假定摩擦片上的壓力均勻分布,則: 5-3 式中 D-摩擦片外徑; d-摩擦片內(nèi)徑. 當d/D0.6時, 可相當準確地由下式計算: 5-4 壓盤工作壓力為摩擦面單位壓力與一個摩擦面的面積A之積 將上式與式5-3代入式5-2可得: 5-5 式中 C-摩擦片內(nèi)、外半徑之比，Ｃ＝d/Ｄ． 當發(fā)動機最大轉矩已知，離合器結構型式和摩擦片材料已定，Ｚ和f便已定，根據(jù)式５－５便可求出后備系數(shù)、單位壓力和摩擦片尺寸應滿足的關系式，例如，選好和，則摩擦片尺寸即可確定． 后備系數(shù)是離合器的重要參數(shù)，它能反映離合器傳遞發(fā)動機最大轉矩的可靠程度．在選擇時，應從以下考慮出發(fā)，摩擦片在使用中磨損后，離合器還能確保傳遞發(fā)動機的最大轉矩；要能防止離合器自身滑磨過大；要防止傳動系過載。為了可靠傳遞發(fā)動機最大轉矩和防止離合器滑磨過大, 不可過小；為使離合器尺寸不致過大，防止傳動系嚴重過載，保證操縱輕便，又不可過大。當發(fā)動機后備功率較大，當使用條件較好，離合器壓緊彈簧壓力在使用過程中可以調(diào)整或變化不大時，應選小些。使用條件惡劣，需要拖帶掛車時，為提高起步能力，減少離合器滑磨，應選大些為宜．通常值，對于轎車和輕型貨車為1.2-1.75。 單位壓力的選擇應考慮離合器的工作條件、發(fā)動機后備系數(shù)的大小、摩擦片外徑、摩擦片材料以及質(zhì)量等因素．若離合器使用頻繁，發(fā)動機后備功率較小，則應取小些，反之則可取大些．當摩擦外徑較大時，為降低摩擦片外援的熱負荷，應降低．當采用摩擦材料時，在0.14-0.3M(N/)范圍內(nèi)選取，對于轎車, 為0.18-0.3 M；貨車，0.14-0.24 M。 墨擦片尺寸主要外徑Ｄ和內(nèi)徑d．Ｄ可根據(jù)已知參數(shù)按式５－５估算．摩擦片尺寸應符合尺寸系列標準ＪＢ1457-74。所選的D應使 最大圓周速度不超過65-70m/s。內(nèi)、外徑之比C在0.53-0.7之間。 根據(jù)設計要求，查資料可知=165（35000轉/分）；=100kw（10000轉/分）。 查資料選取=0.3，Z=2，=0.3 M，C=0.7，=1.5 由公式5-5 = =211.8㎜ 取D= 220㎜ 則d=150㎜ 從動盤的其它尺寸見圖紙。 5.2膜片彈簧的設計和校核 5.2.1膜片彈簧的載荷和變形 碟形彈簧的形狀如一錐形墊片，它具有獨特的彈性特性，廣泛應用于機器制造業(yè)。膜片彈簧是具有特殊結構的碟形彈簧，如圖5-1所示，其碟形彈簧部分的小端，伸出許多由徑向槽隔開的指狀部分—分離指。膜片彈簧的彈性特性與尺寸如其碟形彈簧部分的碟形彈簧的彈性特性完全相同（當加載位置相同時）。因此，碟形彈簧的有關設計計算公式，對膜片彈簧同樣適用。 圖5-2膜片彈簧子午斷面繞中性點o轉動 假定膜片彈簧在承載過程中，其子午斷面剛性得圍繞此斷面上的某一中性點o轉動（參看圖5-2）。由此假定可導出膜片彈簧的載荷與變形之間的關系和應力計算公式。 　　　　　　　　　圖５－３膜片彈簧在不同改組狀態(tài)時的變形 　　　　　　　　a）自由狀態(tài)；　b）壓緊狀態(tài)；　c）分離狀態(tài) 圖5-3畫出了膜片彈簧在自由狀態(tài)、壓緊狀態(tài)和分離狀態(tài)時的受載與變形的示意圖。通過支撐環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的沿圓周分布的載荷，假想的集中在支撐點，用表示。加載點間的相對變形（軸向）為。壓緊力與變形之間的關系式為： 5-6 式中 E-彈性模量，對于鋼，E=2.1； -泊松比，對于鋼，=0.3； h--彈簧鋼板厚度; H-膜片彈簧在自由狀態(tài)時，其碟形彈簧部分的內(nèi)截高度，如圖5-3a; R、r-膜片彈簧在自由狀態(tài)時，其碟形彈簧部分大端和小端半徑，如圖5-2; 、-壓盤加載點和支撐環(huán)加載點半徑。 當離合器分離時，膜片彈簧的加載點發(fā)生變化。如圖5-3c設分離軸承對膜片彈簧分離指所加的載荷為，對應此載荷作用點的變形為。應當指明，在分離與壓緊兩種加載情況下，只要膜片彈簧變形到相同的位置，及其碟形彈簧部分的子午斷面從自由狀態(tài)的初始位置轉過相同的轉角，便有如下的對于關系： 5-7 5-8 式中 -膜片彈簧分離指與分離軸承接觸點的半徑. 當-曲線已知,利用式5-7和5-8很容易求出-曲線.如果想知道分離指對膜片彈簧的推力與該彈簧在同壓盤接觸點的變形(如圖5-3c)之間的關系,只要將式5-6即可求出. 必須指出，為自然狀態(tài)算起的膜片彈簧分離指加載點的變形位置，與分離軸承推分離指的移動行程不同（如圖5-3c），而是與壓盤分離行程相對應的，有=。如果考慮分離指在力作用下的彎曲變形，由圖5-4可見。分離軸承推膜片彈簧分離指的總移動行程為。 圖5-4膜片彈簧分離指受載時的變形示意圖 5.2.2膜片彈簧的應力計算 我們假定膜片彈簧在承載過程中，其子午斷面剛性得繞此斷面上的某一中性點o轉動（參看圖5-2）。由此可知，斷面在o點處沿圓周方向的切向應變?yōu)榱?，因而o點的切向應力為零；o點以外的斷面上的點一般均發(fā)生切向應變，故產(chǎn)生切向應力。如選一坐標固定于子午斷面，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且方向如圖5-2所示，則端面上的任意點的切向應力為： 5-9 式中 -碟形彈簧部分子午斷面的轉角（自由狀態(tài)初始位置算起）； -碟形彈簧部分自由狀態(tài)時的圓錐底角； -碟形彈簧部分子午斷面中性點的半徑，。 分析表明，膜片彈簧的碟形彈簧部分凸面內(nèi)緣點B處的切向應力最大。將B點的坐標和代入式5-9，則得B點的切向應力的表達式如下： 5-10 令，可求出切向應力達極大值的轉角。由此表明，B點壓應力的極大值發(fā)生在這樣的轉角位置上；比碟形彈簧壓平位置（轉角等于）再多轉角度。 當離合器徹底分離時，膜片彈簧子午斷面的轉角，應把式5-10中的取為；計算；如果，B點切向應力應徹底分離時的變形位置（轉角）計算。 B點作為分離指根部的一點，分離軸承推力作用下還有彎曲應力，其表達式為： 5-11 式中 n-分離指數(shù)目； -一個分離指的根部寬度。 由于為切向壓應力垂直的拉應力，所以，根據(jù)最大剪應力強度理論，B點的當量應力為： 5-12 在實際設計中，通常用此當量應力校核膜片彈簧的強度，即讓不超過許用應力。 5.2.3 主要參數(shù)的選取 （1）比值H/h的選取 此值對膜片彈簧的彈性影響極大。 為了保證離合器壓緊力變化不大，選取H/h=2；h=3㎜；則H=6㎜。 （2）R/r分析表明，R/r愈小應力愈大，彈簧越硬，彈性曲線受直徑誤差影響愈大，故選取R=1000㎜；R/r=1.26，則r=750㎜。 （3）膜片彈簧在自由狀態(tài)時，圓錐底角一般在左右，故選取=，分離指數(shù)目取12 （4）選取60作為膜片彈簧的制造材料，當量應力的許用應力可取為。 ５.３碟形彈簧的計算 離合器中的碟形彈簧的設計計算,主要根據(jù)其剛度條件―載荷－變形公式10，強度條件－應力－變形公式33 　　　　　　　　　　　　　10 　　　　　　　　　　　 33 １已知：通常為下列參數(shù)： （１） 載荷； （２） 碟形彈簧的外徑Ｄ和內(nèi)徑d； （３） 所需要的載荷－變形特性曲線型式（即表示比值的范圍）． ２求： （１） 內(nèi)截錐高度Ｈ； （２） 彈簧板厚度h； （３） 載荷－變形特性（載荷與變形量的關系）和各特性點的位置． ３設計應滿足的要求： （１） 所設計碟形彈簧的載荷－變形特性要符合使用的需要（剛度條件）； （２） 所設計碟形彈簧的最大工作應力仍不超過許用應力（強度條件）． ４設計計算步驟： 先選擇碟形彈簧的材料，并確定其許用應力． 由于在式10和式33的兩個公式中，尚有三項未知數(shù)，不能聯(lián)立求解，而且即使已知一項，兩式仍不便聯(lián)立求解，因在式10中項為三次方．因此只有通過先假設兩項參數(shù)的試算方法． （１） 可先假設H(根據(jù)錐角或地位的限制等等)，再假設h(根據(jù)比值)或(根據(jù)地位等),然后由式10用試算法求得或h ． （２） 根據(jù)已得的代入式33，試算是否滿足強度條件（但應注意，有時計算所用的并不等于計算所用的）．如不能滿足式33的要求，就要另行假設，再進行計算，如此反復多次，直到所假設同時滿足式10和式33兩個條件． （３） 繪出所計算碟形彈簧的載荷－變形特性曲線，必要時繪出應力－變形曲線． 5.4膜片彈簧的具體計算 1已知: 膜片彈簧的主要尺寸為： ，，，，，， ，，，，槽數(shù), 膜片彈簧的材料：號硅鋼，，。 2求： （１）膜片彈簧的載荷－變形特性。 （２）膜片彈簧的最大應力。 3解： （１）膜片彈簧的載荷－變形特性 １）　特性曲線及特性曲線的繪制 將式28改寫為 代入數(shù)據(jù)計算得= = (拉伸) 最大切向應力為 當比值時，查得=0.36， =1.023，=1.059 產(chǎn)生最大切向應力的變形量，應取如下： 由式39求得毫米，而毫米。因為<，所以取=毫米，代入上式得 =-13455公斤/厘米2。 于是，可得最大等效應力 公斤/厘米2。 號硅鋼的屈服點=140公斤/毫米2，可取許用應力=14000公斤/厘米2。因此，<,能滿足強度要求. 5.5花鍵的強度校核 華鍵聯(lián)接的可能失效有: 齒面有