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汽車(chē)膜片彈簧離 合器 的優(yōu)化設(shè)計(jì) 摘要： 膜片彈簧離合器的工作性能主要取決于膜片彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)。在本文中 ，我們以膜片彈簧的最低應(yīng)力危險(xiǎn)點(diǎn)作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)，并使用復(fù)雜的方法來(lái)解決約束問(wèn)題的極值。其計(jì)算方法和結(jié)果可以為設(shè)計(jì)者提供參考。 關(guān)鍵詞： 離合器；膜片彈簧；優(yōu)化設(shè)計(jì) 1 引言 汽車(chē)離合器的壓緊彈簧是一種特殊的碟形彈簧，其內(nèi)錐面上開(kāi)有許多徑向通槽。錐體的外部和槽內(nèi)的邊緣分別起到彈簧和分離杠桿的功能?？梢钥闯?,膜片彈簧有壓縮彈簧和分離杠桿兩種功能，因而離合器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，軸向尺寸縮短。與此同時(shí)，由于膜片彈 簧和壓盤(pán)圓周接觸，作用在壓盤(pán)上的壓力確保了分布均勻。因此膜片彈簧離合器得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在過(guò)去的時(shí)間里膜片彈簧是由反復(fù)試驗(yàn)、反復(fù)修改計(jì)算結(jié)果的方法被設(shè)計(jì)的，并且非常困難地獲得最優(yōu)結(jié)果。在這篇文章里 ,這個(gè)問(wèn)題很容易通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的程序來(lái)解決。 2 膜片彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)變量 膜片彈簧的形狀和結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1。在離合器設(shè)計(jì)中，合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇應(yīng)考慮能使離合器可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，這樣膜片彈簧壓力的危險(xiǎn)點(diǎn)的可以達(dá)到最小程度，以便延長(zhǎng)其使用壽命。所以，本文尋求危險(xiǎn)點(diǎn)的最小壓力的方法作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的 目標(biāo)函數(shù)。 當(dāng)力 端將會(huì)產(chǎn)生變形 λ1，如圖 2所示。 他們的關(guān)系是： ])2)([()( )/l n (])1(6[)( 21111112112112 ?????????? ??????（ 2 式中， E 為彈性模量，對(duì)于鋼， E=105μ 為 泊松比，對(duì)于鋼， μ=它尺寸符號(hào)見(jiàn)圖 1 和 2，其長(zhǎng)度單位為毫米。 圖 1 膜片彈簧 R— 碟形彈簧外半徑； r— 支撐環(huán)作用半徑； H— 碟簧內(nèi)截錐的高度； h— 彈簧片的厚度； α—— 錐體角度； 碟形彈簧內(nèi)半徑； 窗孔內(nèi)半徑 圖 2 膜片彈簧受載時(shí)的 變形圖 L— 膜片彈簧和壓盤(pán)間的接觸半徑； e— 支撐環(huán)的平均半徑； 分離軸承作用半徑； λ1,λ2—膜片彈簧的外端、內(nèi)端變形 當(dāng)膜片彈簧變形時(shí)，最大的應(yīng)力是發(fā)生在碟形彈簧內(nèi)半徑尖端，這個(gè)應(yīng)力值為： ])(2)21()113 1112222a ??????????? ???????（ 2 式中， β2為分離杠桿外圍部分的寬度系數(shù)，其計(jì)算公式如下： )(1 c 22 ? ??? 式中， 它符號(hào)見(jiàn)圖 1和圖 2。 采用的設(shè)計(jì)變量為 1321 ,, ???? 2 式（ 1）可改寫(xiě)成 ]1))1()(21)()1()([((()1(6111322??????????????（ 2 令)())((3???? ，，則將 E 和 μ的值代入式（ 4），我們能得到 ]1)2 )1()()1([(????? 2 2=x1,x2, 替代式 (2 我們能得到 )1(????（ 2 式中，)(2))(2)1()(1323221223 ????????σA 可以表示為 σA =σA （ x1,x2,。 3 約束條件 膜片彈簧的彈性變形是非線(xiàn)性的， H/常 H/ ?? x （ 3 R/構(gòu)布置和壓縮力的要求來(lái)確定，一般來(lái)說(shuō)是不大于 ?? x （ 3 外部的變形特性 λ1也由 離合器的結(jié)構(gòu)安排來(lái)確定，一般 ?? x （ 3 在離合器安裝后，要求膜片彈簧應(yīng)該能夠有一定的壓縮力，從而保證可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。但是壓縮力不應(yīng)太大以至于使傳動(dòng)裝置過(guò)載。通常 500N 到 2000N。 2000),,(1500 3212 ?? （ 3 當(dāng)摩擦片磨損達(dá)到最大值時(shí)，離合器應(yīng)該能夠可靠傳輸發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩 。 1800)(1200 3212 ??? （ 3 膜片彈簧處在的最大變形時(shí)，應(yīng)力危險(xiǎn)點(diǎn)的值不能超過(guò)其允許值。 900 321A ??? ）（ （ 3 因此，關(guān)于膜片彈簧在危險(xiǎn)點(diǎn)的最小應(yīng)力的目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型被獲得。 }(995.0{m 222 p???（ 3 約束條件如下： ?????????????????????????2400)(9001800)(12002000),,( 3 4 程序圖解 主要的程序圖解見(jiàn)圖 3。程序由 言進(jìn)行編寫(xiě)，已知數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)文件進(jìn)行輸入，最優(yōu)的結(jié)果按照格式輸出。這個(gè)過(guò)程可在一臺(tái)個(gè)人電腦完成。 5 計(jì)算實(shí)例 設(shè)原始結(jié)構(gòu)參數(shù)是： h=R=L=120e=978δ2=n=18mm，1優(yōu) 化 結(jié)果 如 下： ， ， 1=σ 當(dāng)膜片彈簧借助反復(fù)試驗(yàn)的方法來(lái)設(shè)計(jì)時(shí)， 650N/然 ， 在優(yōu)化以后應(yīng)力相對(duì)減少 6 結(jié)論 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)通過(guò)使用電腦能正確的迅速完成，借助優(yōu)化設(shè)計(jì)危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力值比通過(guò)試驗(yàn)方法得到的應(yīng)力值減少大約 因此，膜片彈簧的壽命可以增加。其計(jì)算方法和計(jì)算結(jié)果可以為設(shè)計(jì)部門(mén)提供參考。