浅谈手动变速器故障分析与诊断.doc

广西工学院

毕 业 设 计（论文）

题 目 离合器膜片弹簧
副标题

学生姓名 覃宗蒸
学 号
专 业 汽车运用与维修
教 学 站 广西机电技师学院教学站
班 级 内燃机08G1
指导教师 余磊
日 期 2010-12-05

摘 要
汽车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。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，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。此设计说明书详细的说明了轻型汽车膜片弹簧离合器的结构形式，参数选择以及计算过程。
本文主要是对载重2吨轻型汽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（从动盘毂的设计）和圆柱螺旋弹簧设计等。
关键词: 膜片弹簧、摩擦片

目录
摘 要………………………………………………………………………………1
绪言………………………………………………………………………………4
第1章 概述……………………………………………………….……………6
第2章 离合器结构方案选取………………………………………….…………8
2.1《设计任务书》给定参数和结构设计要求…………………………………………8
2.2结构设计………………………………………………………………………8
2.2.1 从动盘数及干湿式选取………………………………………………………8
2.2.2 压紧弹簧的结构形式及布置…………………………………………………8
2.2.3 压盘的驱动方式……………………………………………………………11
2.2.4 分离轴承的类型……………………………………………………………12
2.2.5 离合器的通风散热措施……………………………………………………13
第3章 离合器基本结构参数的确定….………………………………………14
3.1摩擦片外径及其它尺寸的确定………………………….……………………14
3.2离合器后备系数的确定 …………………………………….………………15
3.3单位压力P的确定………………………………………………………………16
第4章 离合器膜片弹簧的设计…………………………………………………18
4.1 膜片弹簧的结构特点……………………………………………………18
4.2膜片弹簧的变形特性和加载方式…………………………………………18
4.3 膜片弹簧的弹性变形特性…………………………………………………19
4.4 膜片弹簧的参数尺寸确定…………………………………………………21
4.4.1 H/h比值的选取……………………………………………………… 21
4.4.2 R及R/r确定………………………………………………………22
4.4.3 膜片弹簧起始圆锥底角…………………………………………………22
4.4.4 膜片弹簧小端半径r及分离轴承的作用半径r………………………22
4.4.5 分离指数目n、切槽宽、窗孔槽宽、及半径r………………………22
4.4.6 承环的作用半径l和膜片与压盘接触半径L………………………23
4.4.7 膜片弹簧材料…………………………………………………………24
4.5 膜片弹簧的计算…………………………………………………………24
结语………………………………………………………………………………30
谢辞………………………………………………………………………………32

绪言
汽车是重要的交通运输工具，是科学技术发展水平的标志，随着现代生活的节奏越来越快，人们对交通工具的要求也越来越高。汽车作为最普通的交通工具，在日常的生活和工作中起了重要的作用。因此，汽车工业的规模及产品的质量就成为衡量一个国家技术的重要标志之一。
对于汽车来说，由于它要求具有自重轻、行驶速度高、加速性好、适于各种路面上甚至无路地区行驶及机动灵活等特点，长期以来，它的发动机都采用内燃机。但是，由内燃机的扭矩—转速特性曲线可知，在其整个工作转速范围内扭矩变化小，最低稳定转速较高，不能适应汽车可能遇到的各种行驶条件：如起步、爬坡、通过各种路面和无路地区等。因此，在汽车上需要有一套复杂的传动系统，以使内燃机能适应汽车行驶的需要。现代汽车上常用的是机械传动系统，它是由离合器及变速器、万向节传动轴、主减速器、差速器和驱动车轮的传动装置等部件组成。
在上述机械式传动系统中，离合器作为一个独立的部件而存在。它实际上是一种是一种依靠其主、从动件之间的摩擦来传递动力且能分离的机构，见图0.1 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
离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的部件，用来分离或给发动机与变速器之间的动力传递。
其基本功用有三：
第一：在汽车起步时，通过离合器主动部分（和发动机曲轴相连）和从动部分（与变速器第一轴相接）之间的滑磨、转速的逐渐接近，使旋转着的发动机和原来静止的传动系平稳地联接起来，以保证汽车平稳起步。
第二：当变速器换档时，通过离合器主从动部分的迅速分离来切断动力传递，以减轻换档时齿轮间的冲击，便于换档。
第三：当传给离合器的扭矩超过其所能传递的最大力矩（即离合器的最大摩擦力矩）时，其主从动部分将产生相对滑磨。这样离合器就起着保护传动系防止其过载的作。
由于离合器上述三方面的功用，使离合器在汽车结构上有着举足轻重的地位。然而早期的离合器结构尺寸大，从动部分转动惯量大，引起变速器换档困难，而且这种离合器在结合时也不够柔和，容易卡住，散热性差，操纵也不方便，平衡性能也欠佳。因此为了克服上述困难，可以选择膜片弹簧离合器，它的转矩容量大且较稳定，操纵轻便，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。本设计就是设计传动装置中的离合器在设计中对各种离合器类型进行分析，探讨，最后设计出使用于载重量为2T的汽油发动机轻型汽车车用离合器。

第1章 概述
膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型载货汽车上广泛采用的一种离合器。因其作为压簧，可以同时兼起分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，质量减少，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。其次，由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀。另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性，故能在从动盘摩擦片磨损后，弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩，而不致产生滑离。离合器分离时，使离合器踏板操纵轻便，减轻驾驶员的劳动强度。此外，因膜片是一种对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很少，而周布置弹离合器在高速时，因受离心力作用会产生横向挠曲，弹簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力，从而引起离合器传递转矩能力下降。那么可以看出，对于轻型车膜片弹簧离合器的设计研究对于改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义。
作为压紧弹簧的所谓膜片弹簧，是由弹簧钢冲压成的，具有“无底碟子”形状的截锥形薄壁膜片，且自其小端在锥面上开有许多径向切槽，以形成弹性杠杆，而其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。膜片弹簧的两侧有支承圈，而后者借助于固定在离合器盖上的一些（为径向切槽数目的一半）铆钉来安装定位。当离合器盖用螺栓固定到飞轮上时，由于离合器盖靠向飞轮，后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形，锥顶角变大，甚至膜片弹簧几乎变平。同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。当离合器分离时，分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变，使膜片弹簧大端后移，并通过分离钩拉动压盘后移使离合器分离。膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，由于膜片弹簧具有非线性特性，因此设计摩擦片磨损后，弹簧压力几乎不变，且可以减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便；其次，膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对称的，因此其压紧力实际上不受离心力的影响，性能稳定，平衡性也好；再者，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著缩短了轴向尺寸；另外，由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片的接触良好，摩擦均匀，也易于实现良好的通风散热等。
由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点，并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平在不断提高，因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用，而且正大力扩展到载货汽车和重型汽车上，国外已经设计出了传递转矩为80~~2000N.m、最大摩擦片外径达420的膜片弹簧离合器系列，广泛用于轿车、客车、轻型和中型货车上。甚至某些总质量达28~32t的重型汽车也有采用膜片弹簧离合器的，但膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高。膜片弹簧离合器的操纵曾经都采用压式机构，即离合器分离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分
离指处是承受压力。当前膜片弹簧离合器的操纵机构已经为拉式操纵机构所取代。后者的膜片弹簧为反装，并将支承圈移到膜片弹簧的大端附近，使结构简化，零件减少、装拆方便；膜片弹簧的应力分布也得到改善，最大应力下降；支承圈磨损后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响。而在压式结构中支承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自由行程。

第2章 离合器结构方案选取
2.1《设计任务书》给定参数和结构设计要求
发动机最大功率及转速： 63Kw/3800rpm
发动机最大转矩及转速： 179 N.m/2500rpm
整车总质量： 4.095吨
装载质量： 2吨
主减速比： 5.83
变速器低档传动比： 5.56
轮胎型号： 6.50-16
在设计离合器时，应根据车型的类别，使用要求制造条件以及“三化”（系列化，通用化，标准化）要求等，合理选择离合器的结构。
在离合器的结构设计时必须综合考虑以下几点：
1：保证离合器结合平顺和分离彻底。
2：离合器从动部分和主动部分各自的连接形式和支承。
3：离合器轴的轴向定位和轴承润滑
4：运动零件的限位
5：离合器的调整。
2.2结构设计
结构设计的各项要求，在本设计中都将全面的考虑，并采用相应的措施予以实现。
2.2.1 从动盘数及干湿式选取
根据已知条件知道载重2吨轻型汽车可选取单片干式膜片弹簧摩擦离合器，因为这种结构的离合器结构简单，调整方便，轴向尺寸紧凑，分离彻底，从动件转动惯量小，散热性好，采用轴向有弹性的从动盘结合平顺，广泛用于轿车及微、中型客车和货车上，在发动机转矩不大于1000N.m的大型客车和重型货车上也有所推广。因此该离合器选取单片干式膜片弹簧离合器。
2.2.2 压紧弹簧的结构形式及布置
离合器的压紧弹簧的结构形式有：圆柱螺旋弹簧、矩形断面的圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧等。可采用沿圆周布置、中央布置、和斜置等布置形式。根据本所设计的离合器的已知系数和使用条件选取膜片弹簧离合器比较合适。
作为压紧弹簧的所谓膜片弹簧，是由弹簧钢冲压成的，具有“无底碟子”形状的截锥形薄壁膜片，且自其小端在锥面上开有许多径向切槽，以形成弹性杠杆，而其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。膜片弹簧的两侧有支承圈，而后者借助于固定在离合器盖上的一些（为径向切槽数目的一半）铆钉来安装定位。当离合器盖用螺栓固定到飞轮上时，由于离合器盖靠向飞轮，后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形，锥顶角变大，甚至膜片弹簧几乎变平（参看2.1图）。同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。当离合器分离时，分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变，使膜片弹簧大端后移，并通过分离钩拉动压盘移到膜后移使离合器分离。膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，由于膜片弹簧具有非线性特性，因此设计摩擦片磨损后，弹簧压力几乎不变，且可以减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便；其次，膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对称的，因此其压紧力实际上不受离心力的影响，性能稳定，平衡性也好；再者，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著缩短了轴向尺寸；另外，由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片的接触良好，摩擦均匀，也易于实现良好的通风散热等。
由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点，并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平在不断提高，因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用，而且正大力扩展到载货汽车和重型汽车上，国外已经设计出了传递转矩为80~~2000N.m、最大摩擦片外径达420的膜片弹簧离合器系列，广泛用于轿车、客车、轻型和中型货车上。甚至某些总质量达28~32t的重型汽车也有采用膜片弹簧离合器的，但膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高。膜片弹簧离合器的操纵曾经都采用压式机构，即离合器分离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分离指处是承受压力（见图2.2a）。当前膜片弹簧离合器的操纵机构已经为拉式操纵机构所取代。后者的膜片弹簧为反装，并将支承圈片弹簧的大端附近（见图2.3b），使结构简化，零件减少、装拆方便；膜片弹簧的应力分布也得到改善，最大应力下降；支承圈磨损后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响。而在压式结构中支承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自由行程(见图2.3a)。

图2.1膜片弹簧离合器的工作原理图
（a）自由状态； （b）压紧状态； （c）分离状态

图2.2
推式和拉膜片弹簧力作用点位置对照图
（a）推式离合器 ;（b）拉式离合器
图2.3
(a) 一般压式操纵 (b)拉式操纵
2.2.3 压盘的驱动方式
压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时它和飞轮一起带动从动盘转动，但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由的作轴向移动。
压盘与飞轮的连接方式或驱动方式有：凸块—窗孔式、传力销式、键式以及弹性传动片式等（见图2.4）。近年来广泛采用弹性传动片式。因为另外几种方式有一个共同的缺点，即连接之间有间隙（如凸块与窗孔之间的间隙约为0.2mm）。这样在传动时将产生冲击和噪声，甚至可能导致凸块根部产生裂纹而造成零件的早期破坏。另外，在离合器分离时，由于零件间的摩擦将降低离合器操纵部分的传动效率。弹性传动片是由薄弹簧钢冲压而成（见图2.4e），其一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上，且一般用3~4组（每组2~3片）沿圆周切向布置以改善传动片的受力状况，这时，当发动机传动片时受拉，当由车轮滑行时反转受压。这种利用传动片驱动压盘的方式不紧消除了上述缺点，而且简化了结构，降低了对装配精度的要求且有利于压盘的定中。所以该离合器采用弹性传动片。

图2.4压盘的驱动方式
a—凸块窗孔式；b—传力销式；c—键槽—指销式；d—键齿式；e—弹性传动片式

2.2.4 分离轴承的类型
分离轴承在工作中主要承受轴向力，在分离离合器时由于分离轴承旋转产生离心力，形成其径向力。故离合器的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承两种。前者适合于高速低轴向负荷，后者适合于相反情况.常用含润滑油脂的密封止推球轴承;小型车有时采用含油石墨止推滑动轴承。分离轴承与膜片弹簧之间有沿圆周方向的滑磨，当两者旋转中不同心时也伴有径向滑磨。为了消除因不同心导致的磨损并使分离轴承与膜片弹簧内端接触均匀，膜片弹簧离合器广泛采用自动调心式分离装置（见图2.5）。它有内圈旋转轴承，轴承罩，波形片簧（见图2.5）中4，它由厚约为0.7㎜的65Mn钢带制成，油淬、模内回火度HRC43～51）及分离套筒组成。由于轴承与套筒间都留有足够径向间隙以保证分离轴承相对于分离套筒可以径向移动1mm左右，所以当膜片相对分离套筒有偏斜时，由于波形片簧能够产生变形，允许分离轴承产生相对的偏斜，以保证膜片弹簧仍能被均匀的压紧，也防止了膜片弹簧分离指处的异常磨损并减少了噪音。另外由于分离指与直径较小的轴承内圈接触，则增大了膜片弹簧的杠杆比。
分离套筒支撑着分离轴承并位于变速器第一轴轴承盖的轴颈上，可以轴向移动。分离器结合后，分离轴承与分离杠杆之间一般有3~~4mm间隙，以免在摩擦片磨损后引起压盘压力不足而导致离合器打滑使摩擦片以及分离轴承烧坏。此间隙使踏板有段自由行程。有的轿车采用无此间隙的内圈恒转式结构，用轻微的油压或弹簧力使分离轴承与杠杆端（多为膜片弹簧）经常贴合，以减轻磨损和减少踏板行程。

图2.5自动调心轴承装置
1—分离轴承罩；2—分离轴承；3—分离套筒；4—波形弹簧片
2.2.5 离合器的通风散热措施
提高离合器工作性能的有效措施是借助于其通风散热系统降低其摩擦表面的温度。
在正常使用条件下，离合器的压盘工作表面的温度一般均在180℃以下，随着其温度的升高，摩擦片的磨损将加快。当压盘工作表面的温度超过180℃～200℃时，摩擦片的磨损速度将急剧升高。在特别严酷的使用条件下，该温度有可能达到1000℃。在高温下压盘会翘曲变形甚至产生裂纹和碎裂；由石棉摩擦材料制成的摩擦片也会烧裂和破坏。为防止摩擦表面的温度过高，除压盘应具有足够的质量以保证有足够的热容量外，还应使其散热通风良好。为此，可在压盘上设置散热筋或鼓风筋；在双片离合器中间压盘体内铸出足够多的导风槽，这种结构措施在单片离合器压盘上也开始应用；将离合器盖和压盘设计成带有鼓风叶片的结构；在保证有足够刚度的前提下在离合器盖上开出较多或较大的通风口，以加强离合器表面的通风散热和清除摩擦产生的材料粉末，在离合器壳上设置离合器冷却气流的入口和出口等所谓通风窗，在离合器壳内装设冷却气流的导罩，以实现对摩擦表面有较强定向气流通过的通风散热等。为防止压盘 的受热翘曲变形，压盘应有足够大的刚度。鉴于以上对质量和刚度的要求，一般压盘都设计得比较厚，载货汽车一般不小于15㎜。

第3章 离合器基本结构参数的确定
在初步确定了离合器的结构形式之后就要确定其基本结构尺寸参数。
3.1 摩擦片外径及其它尺寸的确定
摩擦片的外径D是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和使用寿命，所以应先确定摩擦片的外径D
在确定外径时，可以根据以下经验公式（3.1）计算出

D=100 式(3.1)
式中： D——摩擦片外径，㎜
T——发动机最大扭矩，N.m
A——和车型及使用条件有关的常数
设计原始数据：T=179N.m
2吨轻型载货汽车：单片摩擦离合器 A=36
由公式（3.1）代入相关数据，则得： D=223㎜
根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，根据下表3.1“离合器摩擦片尺寸系列和参数”（即GB1457—74）
表3.1离合器摩擦片尺寸系列和参数
外径D/㎜
160
180
200
225
250
280
300
325
350
380
405
430
内径d/㎜
110
125
140
150
155
165
175
190
195
205
220
230
厚度/㎜
3.2
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
4
4
4
4
=d/D
0.687
0.694
0.700
0.667
0.589
0.583
0.585
0.557
0.540
0.543
0.535
0.532
1－
0.676
0.667
0.657
0.703
0.762
0.796
0.802
0.800
0.827
0.843
0.840
0.847
单位面积/
106
132
160
221
302
402
466
546
678
729
908
1037
可取：摩擦片有关标准尺寸：
外径D=225㎜ 内径d=150㎜ 厚度h=3.5㎜
内径与外径比值C′=0.67
3.2离合器后备系数的确定
后备系数 保证了离合器能可靠地传递发动机扭矩，同时它有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器的使用寿命。但为了离合器的尺寸不致过大，减少传递系的过载，使操纵轻便等，后备系数又不宜过大。在开始设计离合器时一般是参照统计质料，并根据汽车的使用条件，离合器结构形式等特点，初步选定后备系数 。
汽车离合器的后备系数的推荐值：
小轿车： =1.3—1.75
载重车: =1.7—2.25
- 带拖挂的重型车或牵引车: =2.0—3.0
本设计的是2吨轻行载货汽车用离合器，参看有关统计质料“我国一些汽车离合器的主要参数”（见下表3.2），并根据最大总质量不超过6吨的载货汽车=1.20—1.75，选定其后备系数=1.40
表3.2我国一些汽车离合器的主要参数
车型
离合器的形式
弹簧数目
摩擦片尺寸
总压力（Kg）
摩擦力矩
（Kg.m）
后备系数
单位压力（）
D㎜
d㎜
上海SH130
单、干
9
254
150
531
25．9
1．68
1．61
北京BJ130
单、干
6
254
150
471
23．8
1．36
1．43
跃进NJ130
单、干
9
254
150
740
37．3
1．82
2．20
解放CA10B
单、干
12
280
165
672
76．5
2．4
1．69
交通SH142
单、干
12
276
178
720
41
1．52
2．05
黄河JN150
单、干
6
350
195
704
96
1．41
1．04
东风EQ140
单、干
16
325
190
1072
69
1．8
1．96
3.3单位压力P的确定
摩擦面上的单位压力P的值和离合器本身的工作条件,摩擦片的直径大小,后备系数,摩擦片材料及质量等有关.
离合器使用频繁,工作条件比较恶劣(如城市用的公共汽车和矿用载重车),单位压力P较小为好。当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力P。因为在其它条件不变的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘的线速度大，滑磨时发热厉害，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力P应随摩擦片外径的增加而降低。
前面已经初步确定了摩擦片的基本尺寸：
外径D=225㎜ 内径d=150㎜ 厚度h=3.5㎜ 内径与外径比值C′=0.67
又初选=1.40运用公式（3.2）可以校核单位压力P
T= T=PD(1－) 式 (3.2)
上式中：Z对弹片离合器取2
对用有机材料摩擦片，在设计时，其摩擦系数可取=0.3
根据式（3.2）代入相关数据则得：P=0.24MP=2.32Kg/㎝
又由下图3.1中的曲线1中查得：由摩擦片外径D=225㎜，从图中的关系可查得：该离合器摩擦片的单位容许单位压力[P]为：[P]=2.5 Kg/㎝
也即是摩擦面上的单位压力P＜[P],没有超出允许范围.因此上述各基本结构参数合适。

图3.1单位压力与摩擦片外径的关系
1—适用于小轿车；2—适用于载货汽车

第4章 离合器膜片弹簧的设计
4.1 膜片弹簧的结构特点
由前面可以知道，本设计中的压紧弹簧是膜片弹簧。而膜片弹簧离合器分推式和拉式，在本设计中采用推式结构。
膜片弹簧的结构形状如下图4.1，它是由弹簧钢板冲压而成的。

图4.1
（a）膜片弹簧 （b）碟形弹簧
从图中可以看出，膜片弹簧在结构形状上分为两部分。在膜片弹簧的大端处为一完整的截锥体，像图4.1中b的样子，它的形状像一个无底的碟子和一般机械上用的碟形弹簧完全一样，故称作碟簧部分。膜片弹簧起弹性作用的正是其碟簧部分。碟形弹簧的弹性作用是这样：沿其轴线方向加载，碟簧受压变平，卸载后又恢复原形如图4.1b所示。可以说膜片弹簧是碟形弹簧的一种特殊结构形式。所不同的是，在膜片弹簧上还包括有径向开槽部分。膜片弹簧上的径向开槽部分像一圈瓣片，它的作用是，当离合器分离时作为分离杠杆。故它又称分离爪。分离爪与碟簧部分交接处的径向槽较宽呈长方圆形孔。这样做，一方面可以减少分离爪根部应力集中，一方面又可用来安置销钉固定膜片弹簧，分离爪根部的过渡圆角R＞4.5
4.2膜片弹簧的变形特性和加载方式
由于膜片弹簧采用推式结构，故其正装。离合器在分离和接合时，膜片弹簧的加载情况不一样，相应的有两种加载方式和变形情况：
（1）接合时
离合器接合时，膜片弹簧起压紧弹簧之用，在压盘——离合器盖总成未与飞轮装合以前，膜片弹簧近似处于自由状态，如图4.2a所示，膜片弹簧对压盘无压紧作用。当压盘——离合器盖总成与飞轮装合时，离合器盖前端面向飞轮前端面靠拢。因此，离合器盖通过支承环4对膜片弹簧施加载荷P，膜片弹簧几乎变平见图4.2b。同时在压盘处也作用有载荷P。我们把P称作压紧力。支承环4和膜片弹簧压盘接触处之间的高度变化称作大端变形，膜片弹簧分离轴承相对于压盘高度的变化称之为小端变形。
⑵分离时
当分离轴承以P力作用在膜片弹簧的小端时，支承环4逐渐不起作用，而支承环5开始起作用。当P力达到一定值时，膜片弹簧被压翻。分离时在膜片弹簧的大端处及小端处将进一步产生附加变形和。见图4.2c此时膜片弹簧大端处的变形=+。
图4.2膜片弹簧在不同工作状态时的作用力及变形情况
(a)自由状态； （b）压紧状态； (c)分离状态
4.3 膜片弹簧的弹性变形特性
前面说过膜片弹簧起弹性作用的部分是其碟簧部分，碟簧部分的弹性变形特性和螺旋弹簧是不一样的，它是一中非线性的弹簧，其特性和碟簧部分的原始内截锥高H及弹簧片厚h的比值H/h有关。不同的H/h值可以得到不同的特性变形特性。一般可以分成下列四中情况：
⑴＜
如下图4.3中H/h=0.5的曲线,其曲线形状表现为:载荷P的增加,变形总是不断增加.这种弹簧的刚度很大,可以承受很大的载荷,适合与作为缓冲装置中的行程限制器。
⑵=
如图4.3中H/h=1.5≈的曲线,弹性特性曲线在中间有一段很平直,变形的增加,载荷P几乎不变.这种弹簧叫做零刚度弹簧.
⑶＜＜2
如图4.3中=2.75者,弹簧的特性曲线中有一段负刚度区域,即当变形增加时,载荷反而减少具有这种特性的膜片弹簧很适合用于作为离合器的压紧弹簧,因为可利用其负刚度区,达到分离离合器时载荷下降,操纵省力的目的,当然负刚度过大也不适宜,以免弹簧工作位置略微变动造成弹簧压紧力过大.
⑷＞
如下图4.4,这种弹簧的的特性曲线中具有更大的负刚度不稳定工作区,而且有载荷为负值的区域.这种弹簧适合于汽车液力传动中的锁止机构。

图4.3三种不同H/h值时的无因次特曲线

4.4各种不同H/h值时的无因次弹性变形特性
4.4 膜片弹簧的参数尺寸确定
在设计膜片弹簧时，一般初步选定其全部尺寸然后进行一系列的验算，最后优选最合适的尺寸。其结构示意图见图7.5

图4.5膜片弹簧示意简图
4.4.1 H/h比值的选取
设计膜片弹簧时，要利用其非线性的弹性变形规律，因此要正确选择其特性曲线
的形状，以获得最佳性能。一般汽车汽车膜片弹簧的H/h值的范围在1.5～2.5之间。
一些车型的膜片弹簧的H/h值见下4.1
表（4—1）一些车型的膜片弹簧的H/h值
车型
H/h
车型
H/h

丰田

北京BJ751

=1.783

=1.654

上海SH771

雪佛兰

=1.807

=1.54

参考上表7.1取==1.68
4.4.2 R及R/r确定
比值R/r对弹簧的载荷及应力特性都有影响，从材料利用率的角度，比值在1.8～2.0时，碟形弹簧储存弹性的能力为最大，就是说弹簧的质量利用率和好。因此设计用来缓和冲击，吸收振动等需要储存大量弹性能时的碟簧时选用。对于汽车离合器的膜片弹簧，设计上并不需要储存大量的弹性能，而是根据结构布置与分离的需要来决定，一般R/r取值为1.2～1.3.对于R,膜片弹簧大端外径R应满足结构上的要求和摩擦片的外径相适应，大于摩擦片内径，近于摩擦片外径。此外，当H，h及R/r等不变时，增加R有利于膜片弹簧
应力的下降。参考下表可4.2初步确定R/r=1.31
表 4.2一些车型膜片弹簧的R和R/r的值

车型

外径（㎜）

内径（㎜）
膜片弹簧大端半径2R（㎜）

R/r
丰田
225
160
206
103/81=1.27
北京BJ751
228
150
210
105/8.5=1.25
上海SH771
280
165
252
126/103.5=1.21
4.4.3 膜片弹簧起始圆锥底角
汽车膜片弹簧一般起始圆锥底角在10°～14°之间，≈代入数值计算可得：=11°15′
4.4.4 膜片弹簧小端半径r及分离轴承的作用半径r
r的值主要由结构决定，最小值应大于变速器第一轴花键外径，分离轴承作用半径r大于 r
因为花键外径D=34㎜要使2 r＞D，所以取r=25㎜，r=28㎜
4.4.5 分离指数目n、切槽宽、窗孔槽宽、及半径r
汽车离合器膜片弹簧的分离指数目n＞12，一般在18左右，采用偶数，便于制造时模具分度切槽宽≈4㎜，≈12㎜，窗孔半径r一般情况下由
（r－r）≈(0.8～1.4) ,所以取r－r=1=12㎜
参考下表4.3
表4.3一些车型膜片弹簧的分离爪数n、切槽宽、及半径
表4.3一些车型膜片弹簧的分离爪数n、切槽宽、及半径
车型
n
（㎜）
（㎜）
r－（㎜）
丰田
18
3.2
9
11
北京BJ751
18
3.2
11
13
上海SH771
18
3.2
11
12.5
雪佛兰
18
3.2
10
10
参考上表4.3可取得n=18, ≈4㎜，≈12㎜, r=70.5
4.4.6 承环的作用半径l和膜片与压盘接触半径L
由于采用推式膜片弹簧，l，L的大小将影响膜片弹簧的刚度，一般来说，l值应尽量靠近r而略大与r。L应接近R略小于R。一些汽车膜片弹簧离合器的L和l见下表7.4
表4.4一些车型的膜片弹簧支承环平均半径l、接触班级L

车型

膜片弹簧大端半径R（㎜）
压盘接触半径L
（㎜）
碟簧部分半径r
（㎜）
支承环平均半径l
(㎜)

丰田

103

101

81

82.6

北京BJ751

105

103

83．5

84

上海SH771

126

120

103．6

105

雪佛兰

114

114

93

97
参看表7.4
可选择：l=84㎜，L=108㎜
4.4.7 膜片弹簧材料
制造膜片弹簧用的材料，应具有高的弹性极限和屈服极限，高的静力强度及疲劳强度，高的冲击强度，同时应具有足够大的塑性变形性能。按上述要求，国内常用的膜片弹簧材料为硅锰钢60Si2MnA。
4.5 膜片弹簧的计算
4.4.1 H/h比值的选取
由前面已知数据：T=179N.m ,D=225㎜,d=150㎜
=1.4,=1.68,=1.31,=11°15′,R=108㎜,r=82.5㎜,H=4.2㎜,
h=2.5㎜,l=84㎜,L=102㎜,r=25㎜,r=28㎜,n=18, =4㎜，=12㎜
r=72.5㎜
⑴根据下式（4.1）画出P—曲线
=H－[H－()]+ 式 ( 7.1)
式中，E—弹性模数，钢材料取E=2.0×10Mp；
—泊松比，钢材料取0.3
h—弹簧片厚，㎜
H—碟簧部分内截锥高，㎜
—大端变形，㎜
R—碟簧部分外半径（大端半径），㎜
r—碟簧部分内半径，㎜
L—膜片弹簧与压盘接触半径，㎜
l—支承环平均半径，㎜
设 =
=
因此公式(7.1)就成为：
= ln[(－)(-)+1] 式 式( 7.2)
把有关数值代入上述各式，得：
P=1450.78 =2.5
=0.166－0.696+0.883
令d/d=0 得：
0．495-1.392+0.883=0
由不同的值,计算及P和,计算结果列表如下:下表7.5
表4.5由不同的值,计算及P和,计算结果列表

0.1
0.2
0.4
0.6
0.8
1.206
1.2
1.4
1.6
1.8
1.896
2.0
2.4

0.0815
0.1501
0.2524
0.3149
0.3454
0.3515
0.3425
0.3428
0.2969
0.2967
0.2968
0.302
0.391

0.25
0.5
1
1.5
2
2.57
3
3.5
4
4.5
4.74
5
6

1180
2190
3602
4569
5011
5100
4969
4712
4307
4305
4308
4381
5676

依据上表4.5的数据画出P—曲线如下图4.6

图4.6
⑵确定膜片弹簧的工作点位置
取离合器接合时膜片弹簧的大端变形量=0.65H=2.73㎜,根据特性曲线上可以查得膜片弹簧的压紧力P==5049N
校核后备系数:
=
上式中：因为d/D=0.67＞0.6
所以可以很准确的算出