朱茂桃-汽车离合器膜片弹簧的优化设计分析VIP专享VIP免费

机械设计与制造MachineryDesign&Manufacture第6期2014年6月汽车离合器膜片弹簧的优化设计分析朱茂桃，刘雪莱(江苏大学汽车与交通工程学院，江苏南京212013)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。关键词：离合器；膜片弹簧；优化设计；分析中图分类号：THl6；U463．211文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)06—0068—03OptimizationDesignandAnalysisfortheDiaphragmSpringinAutomobileClutchZHUMno—Tao．LIUXue—Lai(SchoolofAutomobileandTrafficEngineering，JiangsuUniversity，JiangsuNanjing212013，China)Abstract：optimizationmathematicalmodeloftheexistingdomesticdiaphragmspringareanalyzedbasedonthestructuralpropertiesandelasticcharacteristics．Anewoptimizationtargetfunctionwhichtakesobjectiveswiththeminimumofaveragecompressforcechangingofthespringandtheminimumforceoftheseparationbearingwiththedriver’Smanipulateisproposed妒erconsideringtwoimportantpe咖rmancesindexoftheclutchdiaphragmspring．Calculationsofpracticalexamplehavebeendoneforthismathematicalutilizedmodelandarecomparedwithexistingutilizedmodel．Theresultshowsthatthepe咖rmanceofthediaphragmspringobtainedfromthenewmodelsimprovesgreatlycomparedwiththepreviousdesigns．KeyWords：Clutch；DiaphragmSpring；OptimizationDesign；Analysis上々I商离合器是汽车传动系统中的重要部分，膜片弹簧是离合器中最重要的零件之一。膜片弹簧离合器和传统的螺旋弹簧离合器相比，除了具有结构简单紧凑的优点外，更主要是因为膜片弹簧的非线性特点而使其具有优良的使用性能f11。多年来国内学者对膜片弹簧的优化提出了很多的模型，因为每个模型的优化目标各异，模型的目标函数，设计变量也不尽相同。分析了两种常用的优化设计模型，并且在此基础上提出了一种新的优化模型。2优化目标函数分析在膜片弹簧的载荷一变形特性的计算的过程中，A．Laszlo在1936年提出的A—L法计算得到的近似公式被广泛认为能比较准确的反映膜片弹簧载荷一变形特|生的本质，因此在优化模型中，以该公式作为优化的理论基础。近似公式为：洲：羔熹m百R-r，(丁A百R-rh-卜z]c1，61F与“A)=—F—上l(^一A百)(—r1-r)+￡‘l()(1—tf)(L一)。L一1二L一11式中：啡用于膜片弹簧上的压紧力；A一压盘大端变形量；E一材料的弹性模量；弘-泊松比；^一弹簧在自由状态下的内锥高度；卜、膜片弹簧钢板厚度；R一膜片弹簧在自由状态下大端半径；广—膜片弹簧在自由状态下小端半径；L一压盘加载点的半径；卜一支撑环加载点半径。膜片弹簧的尺寸简图，如图1所示。对应的载荷一变形特性曲线，如图2所示。图1膜片弹簧尺寸简图Fig．1DimensionsofDiaphragmSpring来稿日期：2013—12—20作者简介：朱茂桃，(1963一)，男，江苏镇江人，博士，教授，主要研究方向：车辆零部件CAD／CAE分析；刘雪莱，(1988一)，男，江苏连云港人，硕士研究生，主要研究方向：车辆零部件CAD／CAE分析万方数据第6期朱茂桃等：汽车离合器膜片弹簧的优化设计分析69FER^。^b^，^图2膜片弹簧载荷一变形特性曲线Fig．2DiaphragmSpringLoad—DeformationCurve2．1弹簧工作时最大应力最小在某一寿命条件下，破坏材料的极限应力是确定的，所以在进行膜片弹簧设计的过程中只要依据疲劳强度条件来选取最大应力即可。而单纯的把最大应力最为优化目标是不合理的，最大应力小于许用应力可以通过施加约束的条件来保证。2．2摩擦片磨损前、后压紧力之差绝对值最小为了保证离合器传递转矩的能力稳定，膜片弹簧必须保证在摩擦副磨损过程中压紧力变化尽量小。A点的压...