单趾弹簧扣件PR弹条断裂原因分析摘要：采用化学分析、金相检验、硬度测定和受力分析方法，对单趾弹簧扣件pr弹条在使用过程中出现的断裂现象进行了分析。认为弹条断裂的原因是安装工艺不规范、导致弹条的工作弹程和应力超过设计状态引起的。
关键词：弹条断裂检验受力分析
abstract: the chemical analysis, metallographic examination, the hardness testing and stress analysis method, the single toe spring fastener pr play in use article appeared in the process of fracture is analyzed. think of the fracture reason is article installation process is not standard, lead to the work of the article cheng and stress caused by more than design state.
key words: article the fracture inspection stress analysis
中图分类号：u213.2+1文献标识码：a文章编号：
1 前言
弹条是轨道结构的重要部件，其有效与否直接关系到行车的安全。它主要利用弹性变形时所储存的能量起到缓和机械上的震动和冲击作用，在动荷载下承受长期的、周期性的弯曲、扭转等交变应力。
某单位生产的弹条为单趾弹簧扣件pr弹条，其结构型式如图1
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；MATLAB 1.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。 R 1 r 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 。从动盘为双片干式，摩擦片外径D=300mm ，内径d=175mm ，摩擦因数取0.3，膜片弹簧材料为60Si 2MnA ，材料弹性模量E=21000MPa ，泊松比μ=0.3。膜片弹簧主要结构参数尺寸如下表1-1所示。 表1-1 膜片弹簧主要结构参数尺寸 将以上数据带入式（1），编制仿真程序便可以很容易地绘制膜片弹簧弾性特 性曲线，如图1-3所示。
机械工程学报 汽车膜片弹簧离合器应用与发展 肖啸 摘要：离合器在我们的生活中并不陌生厂、生活中的很多机械装置都包含离合器。虽然具体的安装和结构形式不同,但它们的作用都是相同的。深入了解离合器的工作原理,对我们更好地理解生活中的机械有很大的益处。离合器是汽车传动系中的重要部件，主要功用是是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车平稳起步，保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动系统所承受的最大转矩，防止传动系统过载。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，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。膜片弹簧离合器相对于螺旋弹簧离合器有着一系列的优点：膜片弹簧的非线性特性使在摩擦片整个磨损过程中保证压盘受到压紧力基本保持不变，保证离合器工作性能更稳定；膜片弹簧的分离指起到分离杠杆的作用，这样，省去了多组分离杠杆装置，零件数目减少，质量也减轻；在满足相同压紧力的情况下，膜片弹簧的轴向尺寸较螺旋弹簧小，在有限的空间内便于布置，使离合器的结构更为紧凑；同时膜片弹簧是圆形旋转对称零件，平衡性好，在高速时，其压紧力降低很少。并且制造工艺水平的不断提高，膜片弹簧离合器越来越广泛运用在现在汽车中。 关键词：离合器膜片弹簧摩擦片操纵机构压盘 Automobile diaphragm spring clutch application and development Xiao Xiao Abstract：the clutch in our life, life is no stranger to plant many mechanical devices are included in the clutch. Though the installation and structure is different, but their functions are the same. Insight into the working principle of the clutch for us to understand life better machinery is of great benefit. Clutch is an important part in automotive transmission system, is the main function is to cut off the and realize the engine to the transmission of power transmission, ensure smooth start of the car, for ensuring the smooth and transmission when shifting transmission system on the maximum torque, to prevent the transmission system overload. Diaphragm spring clutch is widely used in cars and light motor vehicles in recent years of a clutch, its great capacity of torque and relatively stable, convenient operation, good balance, can also be a large number of production, has become more and more important for its research. Diaphragm spring clutch is relative to the spiral spring clutch has a series of advantages: the nonlinear characteristics of diaphragm spring to make the whole process of wear and tear in friction, maintain invariable pressure plate by basic compaction force, to ensure the clutch performance is more stable; Separation of the diaphragm spring refers to the separation of leverage effect, in this way, eliminating the leverage multiple sets of separation device, part number, quality and to reduce; To meet the same compression force, axial size of the diaphragm spring is a spiral spring is small, within the limited space to decorate, make the structure of the clutch is more compact; Diaphragm spring is round rotation symmetric parts at the same time, good balance, at high speed, reduce the pressure force is seldom. And manufacturing technology level unceasing enhancement, the diaphragm spring clutch is more and more widely used in the car now. Key words：clutch Diaphragm spring friction plate Operating mechanism Pressure plat 0 国内外研究现状 汽车离合器有摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种。摩擦式离合器又分为湿式和干式两种。液力偶合器：靠工作液(油液)传递转矩，外壳与泵轮连为一体，是主动件；涡轮与泵轮相对，是从动件。当泵轮转速较低时，涡轮不能被带动，主动件与从动件之间处于分离状态；随着泵轮转速的提高，涡轮被带动，主动件与从动件之间处于接合状态。电磁离合器：靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。如在主动与从动件之间放置磁粉，则可以加强两者之间的接合力，这样的离合器称为磁粉式电磁离合器。摩擦式离合器：按其从动盘的数目，又分为单盘式、双盘式和多盘式等几种。湿
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
ABSTRACT The 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
弹簧失效的原因分析 弹簧失效的原因分析 一、佛山弹簧分解弹簧永久变形及其影响因素 弹簧的永久变形是弹簧失效的主要原因之一 弹簧的永久变形，会使弹簧的变形或负荷超出公差范围，而影响机器设备的正常工作。 检查弹簧永久变形的方法 1.快速高温强压处理检查弹簧永久变形：是把弹簧压缩到一定高度或全部并紧，然后放在开水中或温箱保持10～60分钟，再拿出来卸载，检查其自由高度和给定工作高度下的工作载荷。 2.长时间的室温强压处理检查弹簧永久变形：是在室温下，将弹簧压缩或压并若干天，然后卸载，检查其自由高度和给定工作高度下的工作载荷。 二、弹簧断裂及其影响因素 弹簧的断裂破坏也是弹簧的主要失效形式之一 弹簧断裂形式可分为；疲劳断裂，环境破坏（氢脆或应力腐蚀断裂）及过载断裂。 弹簧的疲劳断裂： 弹簧的疲劳断裂原因：属于设计错误，材料缺陷，制造不当及工作环境恶劣等因素。 疲劳裂纹往往起源于弹簧的高应力区，如拉伸弹簧的钩环、压缩弹簧的内表面、压缩弹簧（两端面加工的压缩弹簧）的两端面。 受力状态对疲劳寿命的影响 （a）恒定载荷状态下工作的弹簧比恒定位移条件下工作的弹簧，其疲劳寿命短得多。 （b）受单向载荷的弹簧比受双向载荷的弹簧的疲劳寿命要长得多。 （c）载荷振幅较大的弹簧比载荷振幅较少的弹簧的疲劳寿命要短得多。 腐蚀疲劳和摩擦疲劳 腐蚀疲劳：在腐蚀条件下，弹簧材料的疲劳强度显著降低，弹簧的疲劳寿命也大大缩短。 摩擦疲劳：由于摩擦磨损产生细微的裂纹而导致破坏的现象叫摩擦疲劳。 弹簧过载断裂 弹簧的外加载荷超过弹簧危险截面所有承受的极限应力时，弹簧将发生断裂，这种断裂称为过载断裂。 过载断裂的形式 (a)强裂弯曲引起的断裂; (b)冲击载荷引起的断裂; (c)偏心载荷引起的断裂 佛山弹簧后处理的缺陷原因及防止措施 缺陷一：脱碳 对弹簧性能影响：疲劳寿命低 缺陷产生原因：1、空气炉加热淬火未保护气2、盐浴脱氧不彻底 防止措施：1、空气炉加热淬火应通保护气或滴有机溶液保护：盐浴炉加热时，盐浴应脱氧，杂质BAO质量分数小于0.2％。2、加强对原材料表面质量检查 缺陷二：淬火后硬度不足
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/91488562.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
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
精品 河北工业大学 毕业设计说明书(论文) 作者：张洁学号： 070300 学院：机械学院 系(专业)：车辆工程 题目：离合器结构设计与强度分析 指导者：刘茜副教授 评阅者： 2011年05月28日
目录 1 绪论 (1) 1.1 离合器发展历史及趋势 (1) 1.2 离合器概述 (1) 2 离合器的结构设计 (5) 2.1 从动盘总成 (5) 2.2 压盘 (7) 2.3 膜片弹簧 (8) 2.4 分离杠杆、分离轴承 (8) 2.5 离合器的散热通风 (8) 2.6 离合器盖 (9) 2.7 本章小结 (9) 3 离合器的设计计算及校核 (9) 3.1 离合器设计已知的各项数据 (9) 3.2 膜片弹簧的设计与校核 (10) 3.3 摩擦片的设计 (17) 3.4 压盘的设计与校核 (20) 3.5 减震弹簧的计算与校核 (21) 3.6 从动盘毂的选取与校核 (23) 3.7 操纵机构 (24) 3.8 本章小结 (26) 结论 (27) 参考文献 (28) 致谢 (29)
1 绪论 本次毕业设计选择课题为离合器结构设计及强度分析。离合器作为底盘传动系统中的重要部件，它在发动机到传动系之间起到桥梁作用，故它的重要性不可忽视。一个良好的离合器能够大幅提高汽车的驾驶舒适性、动力性及寿命，所以设计一个操纵简便、使用效率高的离合器是十分必要的。故而选择离合器设计的课题能够提高对汽车的重要部件的认知度。 1．1 离合器发展历史及趋势 对于内燃机汽车来说，离合器在机械传动系[1]中作为一个独立的总成而存在，它是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成。目前，各种汽车广泛采用的摩擦式离合器，是主要依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。 在早期研发的离合器中，锥形离合器最为成功。现今所用的盘片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。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采用多片离合器。多年的实践经验和技术上的改进使人们逐渐趋向于首选单片干式离合器[2]。 近年来，随着人们对离合器的要求越来越高，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，增强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。 1.2 离合器概述 1.2.1 离合器的分类[3] 现代各类汽车上应用最广泛的离合器是干式盘形摩擦离合器，可按从动盘数目不同、压紧弹簧布置形式不同、压紧弹簧结构形式不同和分离时作用力方向不同分类如图1.1所示：
螺栓断裂原因分析 螺栓的抗拉强度比想象中强得多，以一只M20×80的8.8级高强螺栓为例，它的重量只有0.2公斤，而它的最小拉力载荷是20吨，高达它自身重量的十万倍，一般情况下，我们只会用它紧固几十公斤的部件，只使用它最大能力的千分之一。即便是设备中其它力的作用，也不可能突破部件重量的千倍，因此螺栓的抗拉强度是足够的，不可能因为螺栓的强度不够而损坏。 很多螺栓断裂的最终分析认为是超过螺栓的疲劳强度而损坏，但是螺栓在横向振松实验中只需一百次即可松动，而在疲劳强度实验中需反复振动一百万次才会损坏。换句话说，螺栓在使用其疲劳强度的万分之一时即松动了，我们只使用了螺栓能力的万分之一，所以说螺栓的损坏也不是因为螺栓疲劳强度。 静态紧固用螺栓很少会自行松动，也很少出现断裂情况。但是在冲击，振动，变载荷情况下使用的螺栓就会出现松动和断裂的情况。 所以我认为螺栓损坏的真正原因是松动。螺栓松动后，螺纹和连接件之间产生微小间隙，冲击和振动会产生巨大的动能mv^2，这种巨大的动能直接作用于螺栓，受轴向力作用的螺栓可能会被拉断。受径向力作用的螺栓可能会被剪断。 因此设计时，对于关键的运动部位的连接紧固要注意防松设计。 自锁螺母尼龙锁紧螺母以上为两种形式的锁紧螺母。 对于弹簧垫片的放松效果，一直存在争议。 弹簧垫圈的放松原理是在把弹簧垫圈压平后，弹簧垫圈会产生一个持续的弹力，使螺母和螺栓连接副持续保持一个摩擦力，产生阻力矩，从而防止螺母松动。同时弹簧垫圈开口处的尖角分别嵌入螺栓和被连接件的表面，从而防止螺栓相对于被连接件回转。
以M16螺栓连接为例，实验显示用约10N.m的螺栓预紧力矩就可以将16弹簧垫圈完全压平。弹簧垫圈只能提供10N.m的弹力，而10N.m的弹力对于280N.m的螺栓预紧力矩来说可以忽略，其次，这么小的力，不足以使弹簧垫圈切口处的尖角嵌入螺栓和被连接件表面。折卸后观察，螺栓和被连接件表面都没有明显的嵌痕。所以，弹簧垫圈对螺栓的防松作用可以忽略。另外，在螺栓与被连接件之间增加一个垫圈，如果垫圈质量有问题，相当于给螺栓连接又增加了一个安全隐患。
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
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
膜片弹簧离合器设计 1、离合器概述 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。 2、设计要求及其技术参数 基本要求： 1） 在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的 转矩储备，又能防止过载。 2） 接合时要完全、平顺、柔和，保证起初起步时没有抖动和冲击。 3） 分离时要迅速、彻底。 4） 从动部分转动惯量要小，以减轻换档时变速器齿轮间的冲击，便于换 档和减小同步器的磨损。 5） 应有足够的吸热能力和良好的通风效果，以保证工作温度不致过高， 延长寿命。 6） 操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。 7） 具有足够的强度和良好的动平衡，一保证其工作可靠、使用寿命长。 技术参数: 车型：华丽特锐 2WD 整车质量（kg）：1050 最大扭矩/转速（N·m/rpm）：120/3200 主减速比：5.285 一档速比： 滚动半径：350mm 3、结构方案分析 3.1从动盘数的选择：单片离合器
单片离合器：对乘用车和最大质量小于6t 的商用车而言，发动机的最大转矩 一般不大，在布置尺寸容许条件下，离合器通常只设有一片从动盘。 单片离合器的结构简单，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。 3.2压紧弹簧和布置形式的选择：拉式膜片弹簧离合器 膜片弹簧是一种由弹簧钢制成的具有特殊结构的碟形弹簧，主要由碟簧部分 和分离指部分组成。 1. 膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比，有如下优点： 1) 具有较理想的非线性弹性特性。 2) 兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用。 3) 高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定。 4) 以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀。 5) 通风散热良好，使用寿命长。 6) 膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。 2. 与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有许多优点：取消了中间支承各零件，并不用支 承环或只用一个支承环，使其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更小等。 3.3膜片弹簧的支撑形式 图3-1为拉式膜片弹簧的支承形式—单支承环形式， 将膜片弹簧大端支承在离 合器盖杀中的支承环上。 图3-1
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。
甘肃冶金 2001年3月 第1期钢锭(坯)在轧制过程中出现翘皮及断裂等常见缺陷的原因分析和防止途径 贾 静 (兰州钢铁公司 甘肃省 兰州市 730020) 摘 要 分析了钢锭(坯)轧制过程中出现翘皮、裂纹、断裂等常见缺陷的原因,并且提出了解决问题的途径。 关键词 分析解决 缺陷 途径 1 前言 钢锭(坯)在轧制过程中会出现翘皮、裂缝、断裂等多种缺陷而致废。由于种种原因,90年代初以来,特别是近几年里,钢锭(坯)轧裂和翘皮的数量骤然上升并有居高不下之势。为此,我们将近几年来发生的钢锭(坯)轧废情况统计分析结果列于表1(数据以每年退换钢锭的数量为依据)。 表1 钢锭(坯)轧裂退换统计表 年 份钢 种废品数量致 废 原 因小 时(t) 1995 1996 1997 1998 1999Q195—Q235沸钢258钢锭重接19.08t,翘皮、断裂Q235镇静钢— Q195—Q235沸钢118翘皮、断裂 150220M nSi连铸坯70夹杂、断裂 20M nSi钢47断裂 Q195—Q235沸钢44翘皮、断裂 150220M nSi连铸坯80夹杂、断裂 1502Q235连铸坯40脱方 Q235镇静钢100纵裂纹、发纹 Q195—Q235沸钢220翘皮、断裂 Q235镇静钢110裂纹、断裂 Q195—Q235沸钢20断裂、裂口 Q235镇静钢240纵裂纹、裂口、断裂 258 235 264 330 260 9 收稿日期:2000-12-28
表1的统计结果表明: 早期镇静钢锭质量比沸腾钢锭的好,但近两年来质量有下滑趋势。 钢锭(坯)在轧制过程中退废的主要缺陷是翘皮、裂纹和断裂。平均每年退换钢锭293t ,由此造成的经济损失30余万元。 根据金属学和钢的热塑性变形原理,结合现场生产的实际情况,作者对这些缺陷的成因从炼钢工艺和轧钢工艺两方面进行分析。2 炼钢工艺对钢锭质量的影响2.1 化学成分的影响 对于碳素结构钢来讲,就元素影响而言造成轧制过程中出现裂纹、断裂极为有关的元素有S 、M n 、P 、Cu 。2.1.1 元素S 、M n 的影响及S 的“ 热脆”缺陷对大量轧裂钢锭化学成分的分析结果表明,元素S 的超标准上限及元素Mn 的低标准下限是钢锭轧裂的重要原因。 高硫钢锭经轧制后通身四面都有严重裂缝,有时只经过粗轧几道就断成碎块。其致废的机理是:S 是生铁或燃料中天然存在的杂质,由于S 在固态Fe 中的溶解度很小,几乎不能溶解。它在钢中以FeS 的形式存在,而FeS 和Fe 易形成熔点较低(仅有985℃)的共晶体,当钢在1100～1200℃进行热加工时,分布于晶界的低熔点共晶体固熔化而导致开裂,这就是通常所说的S 的“热脆”现象。在冶炼中为了清除S 的有害作用,必须增加钢中的含M n 量,使Mn 与S 优先形成高熔点的M nS,其熔点高达1620℃而且呈粒状分布于晶粒中,从而可以有效地防止或避免S 在钢中的“热脆”现象。2.1.2 元素P 的影响及P 的“冷脆”缺陷 通常,元素P 超标的钢锭在热轧过程中不出现裂纹或断裂,但成品坯(材)冷却至室温就会发生“冷脆”现象,在远远小于钢材力学指标力的作用下就发生脆断。 其机理是:室温下钢中的P 可全部溶于钢的铁素体中,使钢的强度、硬度增加,塑性、韧性显著降低。这种钢坯(材)的“冷脆”现象在我厂的生产中偶有发生。2.1.3 元素Cu 的影响及富Cu 轧制的网状裂纹 1997年10月,我厂轧制的Q 235镇静钢68方坯有两批总重量101.36t 成品钢坯表面出现了严重的裂纹,其症状如图1所示,可见钢坯通身有网状裂纹。经取样做成分分析发现Cu 含量在0.6%～0.8%,严重超标。 图1 富铜轧制的网状裂纹 元素Cu 超标造成钢锭热轧开裂的原因是:由于西域废钢资源的特点,含Cu 量有时较高。当钢中含Cu 量超过0.4%且它在加热炉中的氧化性气氛中较长时间加热时,由于选择性氧化的结果,在钢的表面氧化铁皮下会富集一薄层熔点低于1100℃的富Cu 合金,这层合金在约1100℃时熔化并浸蚀钢的表层,使钢在热加工时开裂并多形成网状裂纹。 因此,在技术标准中对碳素结构钢中残余铜元素的含量有明确规定,应该不高于0.3%。2.2 炼钢脱氧操作及浇注工艺的影响 我厂轧制钢锭从脱氧方式上分沸腾钢和镇静钢。由于钢液脱氧方式及结晶热力学的条件10
一、判断题（正确打√、错误打×，每题1分，共10分） 1、汽车驱动力的大小主要取决于发动机输出扭矩的大小。（√） 2、发动机曲轴主轴颈曲拐数相同，且都与发动机的气缸数和排列方式有关（X ） 3、活塞径向呈椭圆形，椭圆的长轴与活塞销轴线同向。（X） 4、排气门头部直径通常要比进气门的头部大。（X ） 5、消声器有迫击声（放炮），可能是由于混合气过浓造成的。（√） 6、一般来说，柴油机采用的过量空气系数比汽油机大。（√） 7、柴油发动机涡流燃烧室的涡流室为主燃烧室。（X ） 8、柴油机供油调节机构能根据负荷的变化自动增减喷油泵的供油量。（X ） 9、离合器接合和分离时,压紧弹簧都处于压缩状态。（√） 10、膜片弹簧工作中兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用。（√） 11、变速器第一轴与第二轴在同一条直线上，因此，第一轴转动第二轴也随着转动。（X） 12、在无同步器的汽车中，低档换高档易打齿，高档换低档易实现。（X） 13、液力变矩器与液力耦合器最大的区别是增加了导轮。（√） 14、按主减速器能够提供的挡数可将主减速器分为单级主减速器和双级主减速器（X）15 16 17 18 19 20 1 2 A、1∶1 B、1∶2 C、2∶1 D、4∶1 3、汽油机功率混合气的混合气成份应是（C ） A、α＝1.05～1.15 B、α＝1 C、α＝0.85～0.95 D、α＝0.6～0.8 4、柴油机混合气是在内完成的。（ B ） A、进气管 B、燃烧室 C、化油器 D、进气歧管 5、汽车发动机各零件最理想的摩擦形式是（ C ） A、干摩擦 B、半干摩擦 C、液体摩擦 D、半液体摩擦 6、四冲程直列六缸发动机中，各缸作功的间隔角是：（ C ） A、60° B、90° C、120° D、180 7、汽车转弯行驶时，差速器中的行星齿轮（ C ） A、只有自转，没有公转 B、只有公转，没有自转 C、既有公转，又有自转 D、既没自转，也没公转 8、真空助力器应用在（ B ） A、人力制动系统 B、伺服制动系统 C、动力制动系统 D、都可以 9、在麦弗逊式悬架中，螺旋弹簧和减振器连接方式为（ B ） A、混联 B、并联 C、串联 D、不清楚 10、装普通行星齿轮差速器的汽车，当一个驱动轮陷入泥坑时，难于驶出的原因是 （ B ） 14、普通十字轴万向节等速传动条件是（ D ） A、等角速输入 B、α1＝α2 C、传动轴两端的万向节叉在同一平面内 D、同时具备b、c两条件 考生 注意：答题内容勿超过装订线左侧装线订
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 Spring Based on Finite Element Analysis FU Jian-rong1, WANG Qing-chun1, NIU Hao-long1, WANG Yu-xin1 (1.School of Technology, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China) Abstract: 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 method MSC.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. By contrast, the finite element simulation results are quite closer to the experimental results. Key words: diaphragm spring; nonlinear; finite element analysis; load deformation curve 1 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。膜片弹簧是膜片弹簧离合器中最重要的零部件，由碟簧部分和分离指部分组成。在离合器中采用膜片弹簧为压紧弹簧具有以下几方面优点[1-3]：第一，膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，零件数目少、重量轻；第二，离合器结构简化、显著缩短了离合器轴间尺寸；第三，设计合适时，良好的非线性特性可使摩擦片磨损到极限时压紧力仍维持不变，使离合器分离轻便。虽然膜片弹簧离合器比普通螺旋弹簧离合器具有更多的优点，但是其设计、制造技术要求也比普通的螺旋弹簧离合器更高；如果设计、制造不当，其性能可能还不如普通的螺旋弹簧离合器。因此国内外很多学者对膜片弹簧载荷-变形特性进行了研究。 目前，膜片弹簧设计所采用的设计计算方法主要是美国通用汽车公司Almen和Laszlo 于1936年提出A-L法[4]。A-L公式是在碟形弹簧的基础上推导出来的，有学者指出用碟形弹簧近似计算膜片弹簧，其假设本身存在缺陷，同时会忽略分离指的弯曲变形和分离指端部的应力集中[5]，将其运用在膜片弹簧的设计计算时存在一定误差。为了降低设计误差，一些外国学者做了如下研究：利用计算机程序计算不同高厚比的膜片弹簧载荷变形曲线，其中Curti、Niepage6]采用NON-SAP程序计算了不同高厚比碟簧的载荷-变形特性曲线；Wagner 编制了适用于具有非线性和负刚度区段非稳定特性的、各种高厚比碟形弹簧的计算程序