汽车离合器拉式膜片弹簧结构参数多目标优化设计
乘用车膜片弹簧离合器设计方案
乘用车膜片弹簧离合器设计方案引言随着汽车产业的发展，离合器作为乘用车中的重要部件之一，在车辆的操控性和舒适性方面起着重要作用。
传统的离合器设计方案如钢板弹簧离合器存在着一些问题，例如质量大，减震效果差等。
为了优化离合器的设计方案，提高其性能，膜片弹簧离合器应运而生。
本文将介绍乘用车膜片弹簧离合器的设计方案。
膜片弹簧的特点膜片弹簧是一种特殊的弹簧，由多个膜片组成。
与传统的钢板弹簧相比，膜片弹簧具有以下特点：1.重量轻：膜片弹簧采用薄型结构，相比于钢板弹簧具有较小的质量，可以有效减轻整个离合器系统的重量。
2.弹性好：膜片弹簧在受力时可以均匀分布应力，具有较好的弹性恢复性能，能够提供更好的减震效果。
3.能量传递效率高：膜片弹簧可以通过调整其刚度和形状，使得其在多个工况下具有较好的能量传递效率。
膜片弹簧离合器设计方案膜片弹簧的选材在选择膜片弹簧的材料时，需要考虑到其强度、硬度、耐热性和耐疲劳性等因素。
常见的膜片弹簧材料有合金钢、不锈钢和高强度复合材料等。
根据实际需求和成本考虑，选择合适的材料。
膜片弹簧的结构设计膜片弹簧的结构设计主要包括片数、片厚、片形状和连接方式等。
片数的选择需要考虑到离合器的传动比和负载情况，片数过多会增加制造成本，过少会影响性能。
片厚的选择需要根据实际承受的压力和弯曲挠度进行合理设计。
片形状的选择应与离合器的工作原理相匹配，以保证传递能量的效率。
连接方式的选择需要考虑到装配方便性和持久性。
膜片弹簧离合器的优化设计为了进一步优化膜片弹簧离合器的性能，可以使用计算机辅助设计和仿真技术进行优化设计。
通过建立离合器系统的模型，可以进行参数化设计和性能优化分析，以满足不同工况下的性能需求。
结论乘用车膜片弹簧离合器是传统离合器的优化方案之一。
通过选用合适的膜片弹簧材料和进行结构设计优化，可以提高离合器的性能，包括减轻重量、提高弹性和能量传递效率。
计算机辅助设计和仿真技术为膜片弹簧离合器的优化设计提供了便利工具。
汽车离合器基本参数的优化分析)
汽车离合器基本参数的优化分析机电学院机械设计制造及其自动化专业摘要离合器是汽车传动系统中直接与发动机相连的部件，它是依靠主从动片之间的摩擦力矩来传递动力的，并通过分离、接合来控制车辆动力传动系的工作状态。
其主动部分和从动部分可以暂时分离，又可逐渐接合，并且在传动过程中还可以相对转动。
离合器分离、接合过程的质量影响车辆换挡品质、车辆换挡冲击。
离合器的性能对汽车平稳起步、换挡时工作平顺和传动系过载有着重要影响。
汽车离合器的基本参数主要有离合器的后备系数、摩擦面单位面积上的压力p0、摩擦片外径D和内径d 等，这些参数的变化直接影响离合器的结构尺寸和工作性能。
本文采用优化设计方法来确定最佳的离合器基本参数，实例计算表明了该方法的实用性。
关键词：离合器；基本参数；优化设计AbstractClutch auto transmission system is connected directly with engine parts，it relies on master-slave move between the friction torque tablet to transfer power，and through the separation, joints to control vehicle power transmission system working condition. The performance of clutch has an important influence on auto start，the smooth of shift and the overload of transmission system。
The basic parameters of clutch are the backup coefficient , the pressure per unit area of friction plane p0, the outer diameter of friction plate D, the inner diameter of friction plate d, etc. These parameters affect the structure dimension and performance of clutch directly. This paper determines the optimal basic parameters of clutch with optimum method. The practicability of optimum method is testified by the example.Keywords: clutch; basic parameters ; optimum design目录摘要I第一章绪论 11.1 研究背景 11.2 研究意义 21.3 国内外现状 31.3.1 离合器的总类与发展 31.3.2 离合器的研究现状 41.3.3 主要研究内容 5第二章离合器的介绍 62.1 离合器结构组成与工作过程 6 2.2 摩擦离合器的介绍82.2.1 摩擦离合器的分类82.2.2 摩擦离合器的结构形式82.2.3 摩擦离合器的摩擦面材料9 2.2.4 摩擦离合器压盘的传力方式9 2.2.5 离合器的操作机构10第三章离合器基本参数的分析13 3.1 离合器主体部分基本参数133.1.1 后备系数143.1.2 单位面积压力143.1.3 摩擦片外径、内径和厚度15 3.2 离合器扭转减震器基本参数16 3.2.1 扭转减震器刚度163.2.2 扭转减振器最大摩擦力矩16 3.3.3 扭转减振器的预紧力矩163.3 离合器操纵机构的基本参数17 3.3.1 踏板力173.3.2 踏板行程18第四章优化分析194.1 优化设计概论194.1.1 基本概念194.1.2 优化过程194.1.3 优化设计建模204.2 离合器基本参数优化建模 214.2.1 基于离合器尺寸形状的优化214.2.2 基于离合器扭转振动特性的优化244.2.3 基于离合器操作舒适性的优化27第五章总结与展望305.1 总结305.2 展望30参考文献34致谢35第一章绪论1.1 研究背景1953年我国成立了第一汽车制造厂，最初汽车作为一种交通工具产生。
车辆工程毕业设计105拉式膜片弹簧离合器
车辆工程毕业设计105拉式膜片弹簧离合器105拉式膜片弹簧离合器是一种常见的离合器结构，被广泛应用于车辆工程，特别是商用车辆中。
在本篇毕业设计中，我们将对105拉式膜片弹簧离合器的结构、工作原理和设计参数等进行研究。
首先，我们将详细介绍105拉式膜片弹簧离合器的结构。
该离合器由三个主要部分组成：飞轮、压盘和分离器。
飞轮连接在发动机的曲轴上，承担着扭矩传递的功能。
压盘则通过螺栓固定在飞轮上，并且具有与曲轴同心的轴孔。
分离器则位于压盘与飞轮之间，连接在动力输出轴上。
接下来，我们将简要介绍105拉式膜片弹簧离合器的工作原理。
当驾驶员踩下离合器踏板时，通过压力传递机构将压盘与飞轮之间的力分离，从而使压盘与曲轴之间的接触力降低。
然后，由于分离器上的膜片弹簧的弹力，压盘被推开并与飞轮分离。
这种分离状态允许发动机独立地旋转而不带动传动系统。
在设计105拉式膜片弹簧离合器时，有几个关键的参数需要考虑。
首先是离合器的扭矩传输能力，即它可以传递的最大扭矩。
这取决于材料的强度和离合器的结构设计。
其次是离合器的质量和尺寸，这直接影响到整个车辆的重量和空间利用率。
此外，设计还应考虑到离合器的使用寿命和可靠性，以及离合器的操作力和感觉。
在进行105拉式膜片弹簧离合器的设计时，需要进行力学分析、材料选择和结构设计。
通过计算和仿真，可以优化离合器的性能和可靠性。
此外，还需要进行实验验证，以确保设计的可行性和有效性。
总结起来，105拉式膜片弹簧离合器是一种常见、可靠的车辆离合器结构，广泛应用于商用车辆等领域。
通过对其结构、工作原理和设计参数的研究，我们可以优化离合器的性能和可靠性。
这对于车辆工程毕业设计来说是一个重要而有挑战性的课题。
基于遗传算法的汽车拉式离合器膜片弹簧结构参数优化设计
拉 式 膜 片 弹簧 大 端加 载 时压 紧力 １ 变 形 ｌ 与 Ｌ 的关 由结构确 定 。 故 膜片 弹 簧的优 化 设计 变量 为 ： 系 式如 下 ：
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基 于遗传算 法 的汽 车拉式离合器 膜片弹 簧结构 参数 优化设计
何 新
（ 长安 大 学
田金 鑫
湖 泊
汽车膜片弹簧离合器设计---设计说明书
课程设计汽车膜片弹簧离合器设计姓名：学号：指导教师：专业班级：汽车膜片弹簧离合器设计---课程设计任务书汽车离合器是发动机与变速箱之间的连接装置，起连接或断开动力的作用。
离合器类型有多种，本课程设计要求设计膜片弹簧离合器，这种离合器是目前汽车上应用最多的一类离合器。
要求通过学习掌握汽车膜片弹簧离合器的原理,结构和设计知识，用所给的基本设计参数进行汽车膜片弹簧离合器设计，绘制主要的零部件图纸，写出内容详细的设计说明书。
一、基本设计参数：1.发动机型号: TJ370Q2.发动机最大扭矩: 58.8/3200 Nm/(r/min)3.传动系统传动比: 1挡:3.966主减速比:5.1254.驱动轮类型与规格:5.00-12-8PR 145/70SR125.汽车总质量: 1429KG二、设计内容及步骤1、离合器主要参数的确定（1）根据基本设计参数确定离合器主要参数：①后备系数；②单位压力；③摩擦片内外径D、d和厚度b；④摩擦因素f、摩擦面数Z等。
（2）摩擦片尺寸校核与材料选择。
2、扭转减震器的设计（1）确定扭转减震器结构（2）确定扭转减震器主要参数（3）确定减震弹簧尺寸3、从动盘总成设计（1）从动片设计（2）从动盘毂设计（3）确定从动盘摩擦材料4、离合器盖总成的设计（1）选择压盘内外径、厚度及材料，并进行校核（2）离合器盖设计（3）支撑环设计5、膜片弹簧的设计（1）膜片弹簧基本参数选择（2）膜片弹簧强度计算三、设计成果要求1、设计计算说明书（1）设计计算说明书要包括：封面、课程设计任务书、目录、中英文摘要、正文、参考文献等。
（2）正文主要体现：进行各零部件的参数选择与计算时的理论依据、计算步骤及对计算结果合理性的阐述。
（3）课程设计说明书统一用A4纸打印或撰写，要求排版整洁合理，字迹工整，图文并貌。
2、设计图纸（1）零件图纸包括: 磨擦片、从动片、从动盘毂、压盘、膜片弹簧图（2）离合器总成结构装配图尺寸标注、公差标注、技术要求、明细栏等完整。
汽车离合器膜片弹簧的稳健优化设计
膜 片弹 簧
离 合器
中图分类 号
文献标识码
Ｕ ６ ．１ ４３２ １
Ｂ
灵敏性 ， 即稳 健性 ， 样 ， 可 把稳 健设 计 的 模 型表 这 便
示 为 ：。 ［］
１ 引 言
在 汽车 的膜 片弹簧 离合 器 中， 片弹 簧 同 时 起 膜 压 紧弹 簧 和分离 杠 杆 的作 用 ， 的特 性 决 定 离 合 器 它 的主要 工 作性 能， 使得 在离 合器 的开 发中， 片弹 簧 膜
较 低 的 灵 敏 度 ， 不 灵 敏 性 ， 目标 函 数 值 因 设 计 变 即 使 量 、 计 参 数 的 变 差 而 引 起 的 变 化 仍 在 所 规 定 的 容 设
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重 庆 市 应 基 金 资 助 项 目 （７ Ｃ ８ ９Ｃ ０ ）
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或 半 经 验 设 计 为 基 础 的 方 法 ， Ｔ ｇ ｃｉ 健 设 计 如 ａ ｕｈ 稳
法 （ 次 设 计 法 ） 响 应 曲 面 法 等 ； 一 类 是 以 工 程 模 三 、 另 型为基 础 的方法 ， 且 与基 于 数 学 规 划 的优 化 设计 而 技术结 合起 来形 成 工 程稳 健优 化 设 计 方 法， 容差 如
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Ｊ １ Βιβλιοθήκη Ｓｔ （ ） Ｏ “ １２ …， ，． ≤ ， ， ， 优
式 中：
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某 项设 计指 标 的实 际值
Ｚ — 某 项 质 量 指 标 的 目标 值 — △ — 某 项 质 量 指 标 允 许 的 偏 差 值 — Ｐ｛ ｝ — 满 足 的概 率值 ＊ — 基于这 种 思想 ， 前 利 用 工 程 模 型 进行 稳 健设 目 计 的 方 法 很 多 ， 体 上 可 以分 为 两 类 ： 类 是 以 经 验 大 一
汽车离合器膜片弹簧的优化设计
ＹＡＮ Ｃｈｕｎ－ｌｉ， ＺＨＡＮＧ Ｘｉ－ｄｏｎｇ （Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｈａｒｂｉｎ １５００４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍａｎｙ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｓｐｒｉｎｇ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
关键词 ：离合 器；膜 片弹簧 ；罚 函数 ；优化设计 中图分类号 ：ＴＨ１２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１００ｌ一４４６２（２００６）０３—００３３—０３
Ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｄｉａｐｈｒａｇｍ Ｓｐｒｉｎｇ Ｃｌｕｔｃｈ ｏｎ Ａｕｔｏｍ ｏｂｉｌｅ ｗｉｔｈ ＳＵＭ Ｔ
１ 膜片弹簧的结构参数及工作原理
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Ｉ、惫
ｌ＿ ｒ， ＿＿ｌ ｌ
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１．１ 结构参数
膜片弹簧的结 构见图 １。Ｒ、ｒ分别 为 自由状 态下碟 簧部分大 、小端半径（ｍｍ），Ｈ为 自由状态下 碟簧部分的 内锥截高度 ｍｍ），ｈ为弹 簧钢板 厚度 （ｍｍ），ＲＩ、ｒ 分 别 为压盘加载点和支承环加载点半径 （ｍｍ）
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阎春利 ， 张希栋 （东北林业大 学．黑龙 江 哈 尔滨 １５００４０）
摘 要 ：膜 片弹簧 的优化设 计可采 用 多种 不 同的设 计方案和模 型 ，本 文采 用罚 函数 法（ＳＵＭＴ）对其进行 优化 设计 ，建立汽 车膜 片弹簧 离合 器的数 学模 型。实例表 明，应 用此模型优化后 的膜 片弹簧各 决策变量的值明显优 于利 用传统 经验公式设计所得 的结果 。
毕设膜片弹簧离合器设计
毕设膜片弹簧离合器设计膜片弹簧离合器是一种常见的机械传动装置，广泛应用于汽车和工程机械等领域。
它通过操纵离合器踏板来实现发动机和传动系统的分离和连接。
本文将从设计原理、材料选择、结构设计和制造工艺等方面进行详细阐述。
首先，膜片弹簧离合器的设计原理基于膜片弹簧的力学特性。
膜片弹簧是一种平面弹簧，具有较大的变形能力和较小的刚度。
当施加外力时，膜片弹簧会发生弹性变形，从而产生恢复力。
利用这种力学特性，可以实现离合器的分离和连接。
其次，材料的选择对于膜片弹簧离合器的设计至关重要。
由于膜片弹簧在工作过程中需要承受较大的压力和变形，因此材料的强度和韧性是关键考虑因素。
常用的膜片弹簧材料有合金钢、不锈钢和铝合金等。
根据具体要求和工作环境选择合适的材料。
接下来是结构设计。
膜片弹簧离合器的结构包括主动盘、从动盘、膜片和压盘等组成部分。
主动盘与发动机相连，从动盘与传动系统相连。
膜片被夹在主动盘与从动盘之间，通过与压盘的接触实现传递动力。
为了提高离合器的传递效率和使用寿命，结构设计应考虑传递能力、热稳定性、振动和噪声控制等因素。
最后是制造工艺。
膜片弹簧的制造主要包括材料切割、冷冲压和热处理等工艺。
材料切割可以采用激光切割或机械切割，确保膜片弹簧的尺寸和形状精确。
冷冲压工艺是将切割好的膜片进行冷变形，形成所需的结构和形状。
热处理可以提高膜片弹簧的硬度和韧性，并消除内部应力，改善材料的机械性能。
综上所述，膜片弹簧离合器的设计考虑了力学特性、材料选择、结构设计和制造工艺等方面。
通过合理设计和优化，可以获得性能稳定、安全可靠的离合器产品。
对于长时间运行的汽车和工程机械等设备来说，膜片弹簧离合器的设计是非常重要的。
汽车离合器膜片弹簧的优化设计
汽车离合器膜片弹簧的优化设计发表时间：2018-03-14T14:47:21.667Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第30期作者：张文广[导读] 在生产汽车的过程中，汽车的燃油经济性、舒适性和动力性是汽车生产者必须考虑的问题。
摘要：用来切断和传递汽车传动系统关键装置的汽车离合器，它作为汽车传动器中不可或缺的一部分，对汽车的整车性具有十分重要的影响。
虽然膜片弹簧离合器也是一种普通的汽车离合器，但它与其它的汽车离合器相比，具有一些不可比拟的优点。
关键词：汽车离合器；膜片弹簧；优化设计1 前言在生产汽车的过程中，汽车的燃油经济性、舒适性和动力性是汽车生产者必须考虑的问题。
而作为汽车重要组成部件的离合器，对汽车的生产者和汽车购买者必须考虑的汽车的三性能具有重大的影响。
2 膜片弹簧离合器的工作特点设计产品需要很多种类的信息，不仅包括使用产品必需的几何实体信息，同时还包括使用工程的分析、生产制造、检测信息等多方面的信息。
因而，产品模型的创建是将与关于产品的多种信息一同编辑到一个统一的模型中。
这些被同时涵盖的信息包括产品的几何模型的信息、文件导入的信息、有限的网格划分、制造、检测以及加工信息；还包括产品的制造信息、检测流程的信息和计划信息等。
这个统一的模型是一个覆盖了相当宽广的领域的产品，它具有其自身的自适应性，这种自适应性主要表现为将几个不同却有关联的组成部分进行有机的结合，用来满足不同时期、不同工程的应用。
传统的汽车离合器使用的离合器是由周置旋转弹簧所构成的，由于它设计上被其推式结构的限制，使它对于现今汽车离合器扭转传递的要求已经不能满足。
而为了让汽车的驾驶员在使用汽车的过程中更省力，以拉式结构创造的膜片弹簧离合器与之相比显然是一个十分正确的选择。
因而这种拉式的膜片弹簧离合器被广泛应用于国内外的重型卡车中。
它具有以下优点：2.1膜片弹簧具有其它用来制造离合器的材料不可比拟的特点，即它的非线性特性，这种特性可以保证摩擦片有一个大致不变的磨损范围内的弹簧压力，同时，与圆柱螺旋弹簧在分离时压力升高相反，膜片弹簧在分离时弹簧压力会降低，这就相当于降低了离合器的踏板力。
汽车离合器膜片弹簧的优化设计
汽 乍 实用 技 术 设 计研 究
ＡＵＴＯＭＯＢＩＬＥ ＡＰＰＬｉＥＤ ＴＥＣｌ ｔ ＮＯＬＯＧＹ
２ ０ １ ４ 第３ 划
２０ｌ ４ ＮＯ．３
汽车离合器膜片弹簧 的优化设计
张超 ，袁晓磊
（ 长安 大学 ， 陕西 西 安 ７ １ ０ ０ ６ ４ ）
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 ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ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
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｃｌ ｕ ｔ ｃ ｈ； ｄｉ ａ ｐｈｒ ａ ｇ ｍ ｓ ｐｒ ｉ ｎｇ ； ｗｅ ｉ ｇ ｈ ｉｎ ｔ ｇ ｃ ｏ ｅ ｉ ｃ ｆ ｉ ｅ ｎｔ ｓ ； ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ；ｏ ｐｔ ｉｍ ａ ｌ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
Ｃ Ｌ Ｃ Ｎ Ｏ． ： Ｕ ４ ６ ３ ． ２ ２ Ｄ ｏ ｃ ｕ ｍｅ ｎ ｔ Ｃ ｏ ｄ ｅ ： Ａ Ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｉ Ｄ ： １ ６ ７ １ — ７ ９ ８ ８ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３ — ４ ７ — ０ ４
汽车离合器膜片弹簧的优化设计
膜 片 弹簧 在 各种 变 形 情 况 下 ， 蝶簧 部 分 内半 其 径处 应力 为最 大 ， 图 ２所 示 ， 如 Ｂ点 的应 力 总是 大 于
其 他 各点 。设 为切 向 压 缩 应 力 ，， 弯 曲应 力 ， 为
两者 的 最 大 值 在 离 合 器 分 离 过 程 中 互 相 垂 直 。 因
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公 路 与 汽 运 ｕ ｏ ｔｖ ｔ ｍｏ ｉ ｅ Ａｐｐ ｉａ ｉ ｎ ｌｃ ｔｏ ｓ
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汽 车 离合 器 膜 片弹 簧 的 优化 设计
肖文 颖 ， 海 华 许
（ 东科 学技 术 职 业 学 院 ，广 东 珠 海 广 ５９９） １ ０ ０
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图 ２ 膜 片 弹 簧 应 力最 大 点
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际意 义。
图 １ 膜 片 弹 簧 小 端 受 载 时 的 变 形 示 震 图
式中： 为 弹性 模量 ， 于 钢 材料 ， Ｅ 对 Ｅ＝ ２ １× １ ． ０ ＭＰ ； 弹簧 厚 度 （ ｍ） 为 大 端 变 形 量 （ ｍ） ａ ｈ为 ａ ｒ ； ａ ｒ ； Ｒ 为碟簧 部 分外 半 径 （ 端 半 径 ， ｍ） ｒ为 碟 簧 部 大 ａ ｒ ； 分 内半 径 （ ｍ） 为泊 松 比 ， 于 钢 材 料 ， ０ ３ ａ ｒ ； 对 一 ． ； Ｌ为膜 片 弹簧与 压盘 接触 半 径 （ ｍ） Ｐ为 支 承环 平 ａ ｒ ； 均半 径 （ ｍ） 为分 离 轴 承 作 用半 径 （ ｍ） Ｈ 为 ａ ｒ ； ａ ｒ ； 碟 簧部 分 内截锥 高度 （ ｍ） ａ ｒ 。
弹簧结构参数多目标优化
3）分目标函数的规格化处理 为了平衡三个分目标函数在数量级上的差异，按 照下式对它们进行规格化处理
* f ( X ) f X ) / i i( i f ( X ) ( i 1 , 2 , 3 ) i Q i 式中， i 是因 f i 数量级而异的一个裕量，防止规
3 3 4 g ( X ) 1 4 . 1 10 x x / x 0 5 2 3 1
6）弹簧结构要求确定的边界条件
要求弹簧丝直径 2 ，故 . 5 d 9 mm
g ( X ) 1 2 . 5 / x 0 6 1
要求弹簧外径 30 ，故 D 60 mm 要求工作圈数 n 3 ，故 g ( X ) 1 3 / x 0 10 3
x1 d D X x 2 2 x3 n
解：由于需要同时考虑结 构重量最轻、弹簧自由高 度最小和自振频率最高等 三个设计目标，所以属于 多目标优化问题。 1、建立统一目标函数 1）确定设计变量 按照题意取弹簧丝直径、 中径和工作圈数等三个独 立设计参数作为设计变量
0 . 86 2 . 86 g ( X ) 1 6 . 841 x / x 0 1 2 1
2）弹簧指数条件
C D2 6 d
பைடு நூலகம்
g ( X ) 1 6 x / x 0 2 1 2
3）弹簧在无导杆或套筒的情况下的稳定 性条件
H ( n 1 . 3 ) d 18 . 25 0 5 . 3 D D 2 2 g ( X ) 1 0 . 18868 (( x 1 . 3 ) x 18 . 25 ) / x 0 3 3 1 2
轿车离合器膜片弹簧的优化设计_李涛
泊 松 比， 钢 材 料 时 取 μ ＝ ０ ． ３ ； Ｈ 为 碟 簧 部 分 内截锥高（ｍｍ）；λ １ 为大端变形（ｍｍ）；Ｒ为碟 簧部分外半径（大端半径），（ｍｍ）；ｒ为碟簧部 分 内 半 径 （ｍｍ）；Ｌ为 支 撑 环 平 均 半 径 （ｍｍ）； ｅ为膜片弹簧与压盘接触半径（ｍｍ）；ｒ ｐ 为分 离 轴 承 作 用 半 径 （ ｍ ｍ ）。 应当指出，理论计算变形特性曲线与 实际特性曲线之间存在较大的误差，原因 从公式（１）中可以观察出来：该公式在碟形 弹簧的基础上提出，直接应用于膜片弹簧 而没有考虑其他结构参数的影响。 故上述 公式有不合理的地方。 实际上，高后比Ｈ／ ｈ、 支 撑 半 径Ｌ 、 内 外 径 比Ｒ ／ ｒ 等 因 素 都 会 在 一定程度上影响膜片弹簧的载荷—变形特 性。 通过考虑外支撑半径Ｌ、 内半径ｒ、 弹簧 板厚度ｈ、 内截锥高度Ｈ等参数对载荷—变 形特性的影响，改变上述参数的值，对比前 后的特性曲线，发现弹簧的内截锥高度Ｈ与 厚度ｈ影响极大，且对与该型轿车离合器膜 片弹簧， 非常适合修正这两个值。 对上述公 式的反复修正， 对比修正前后的载荷—变 形特性与实际特性曲线之间的吻合度，最 后得出修正后的膜片弹簧大端载荷－变形 计算公式：
P 1 = 1.11× π Eh λ1 ln(R / r ) R−r 0.61( H − 1.11λ1 ) L−e 6(1 − µ 2 )( L − e) 2
数的偏导以及各参数偏导数与相应标准差 乘积的平方，得出Ｈ、 ｈ、 ｒ和接合状态时大端 变形量λｂ，等四个参数的扰动对函数的影 响 最 大， 故 最 后 的 主 要 设 计 变 量 确 定 为 ：
毕业设计(论文)-拉式膜片弹簧离合器设计说明书[管理资料]
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拉式膜片弹簧离合器设计第1章绪本次设计，我力争把离合器设计系统化，为离合器设计者提供一定的参考价值。
抛弃传统的推式膜片弹簧离合器，设计新式的拉式膜片弹簧离合器是本次设计的主要特点。
近年来各国政府都从资金、技术方面大力发展汽车工业，使其发展速度明显比其它工业要快的多，因此汽车工业迅速成为一个国家工业发展水平的标志。
对于内燃机汽车来说，离合器在机械传动系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听总成。
目前，各种汽车广泛采用的摩擦式离合器主要依靠主、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[1]。
近来，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，增加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。
随着汽车发动机转速、功率不断提高和汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。
从提高离合器工作性能的角度出发，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，增加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。
随着计算机的发展，设计工作已从手工转向电脑，包括计算、性能演示、计算机绘图、制成后的故障统计等等。
按动力传递顺序来说，离合器应是传动系中的第一个总成。
顾名思义，离合器是“离”与“合”矛盾的统一体。
离合器的工作，就是受驾驶员操纵，或者分离，或者接合，以完成其本身的任务。
车辆离合器膜片弹簧的设计与优化
车辆离合器膜片弹簧的设计与优化纲要 :膜片弹簧是汽车离合器的重要零件，是由弹簧钢板冲压而成，形状呈碟形。
膜片弹簧构造紧凑且拥有非线性特征，高速性能好，工作稳固，踏板操作轻便，所以获得宽泛使用。
本文经过对膜片弹簧成立数学模型，特别经过引入加权系数同时对两个目标函数进行比率调理，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固性，分别力及构造尺寸上优化结果较为理想。
重点词 :膜片弹簧；优化设计；MATLAB1.前言1.1 离合器膜片弹簧弹性特征的数学表达式膜片弹簧是汽车离合器中重要的压紧组件，构造比较复杂，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，这部分称为分别指；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。
膜片弹簧的构造如图1-1 所示。
图 1-1膜片弹簧构造表示图图1-2膜片弹簧构造主要参数膜片弹簧主要构造参数如图 2 所示。
R 是自由状态下碟簧部分大端半径。
R 1、r 1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度。
膜片弹簧在自由、压紧和分别状态下的变形如图1-3 所示。
图 1-3膜片弹簧在不一样工作状态下的变形膜片弹簧大端的压紧力F1与大端变形量1之间的关系为：E h F16 11ln R / r H1R r1R rh2（ 1）22R1H2 R1r1R1 r1r1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)。
明显，膜片弹簧大端的压紧力F1与大端变形量1的函数关系为非线性关系。
由式（ 1）能够看出膜片弹簧大端的压紧力F1分别为 R、 r 、H、h、R1、 r 1等参数相关，故膜片弹簧弹性特征较一般螺旋弹簧要复杂得多。
以某国产小轿车离合器为例，离合器主要性能构造参数为：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 ，膜片弹簧资料为60Si 2MnA，资料弹性模量 E=21000MPa，泊松比μ=0.3 。
《汽车设计》课程设计-拉式膜片弹簧离合器设计
《汽车设计》课程设计-拉式膜片弹簧离合器设计1学号 20080814《汽车设计》——课程设计题目拉式膜片弹簧离合器设计学院物流学院专业交通运输班级零八级一班姓名指导教师12目录一离合器车型的选定..................................................................... 1 二离合器基本结构参数的选择 (2)1 摩擦片主要参数选择 (2), 2 离合器后背参数的确定 (3)P0 3 单位压力的确定 (4)4 摩擦片基本参数的优化 (5)5 摩片弹簧基本参数的选择 (7)6 膜片弹簧的优化设计 (8)7 离合器压盘设计 (9)8 离合器盖设计 (10)9 从动盘总成设计…………………………………………………………… 11 参考文献……………………………………………………………………………13 心得…………………………………………………………………………………14 附图21离合器车型的选定一1.本设计针对的车型是长安福特汽车2.基本参数如下:车型:长安福特整车质量:1084 (kg)最高车速:n=170 (km/h)主要尺寸:3950*1722*1467 长/宽/高 (mm)最大功率:63/6000 (Kw/rpm)最大扭矩:123/3500 (N.m/rpm)12二离合器基本结构参数的确定1.摩擦片主要参数的选择摩擦片外径是离合器的主要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。
T当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩已知，适当emax选取后备系数β和单位压力P0，可估算出摩擦片外径。
T摩擦片外径D(mm)也可以根据发动机最大转矩(N.m)按如下经验公式选emax用D,KT (2.1) Demax式中，为直径系数，取值范围见表2-1。
KD由选车型得Temax= 123 N?m，=14.6， KD则将各参数值代入式后计算得 D=161.9218 mm表2-1 直径系数的取值范围 KD直径系数K车型 D乘用车 14.616.0,18.5(单片离合器) 最大总质量为1.8,14.0t的商用车13.5,15.0(双片离合器) 最大总质量大于14.0t的商用车 22.5,24.023-2 根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，根据下表2表2-2 离合器摩擦片尺寸系列和参数(即GB1457—74)160 180 200 225 250 280 300 325 350 外径D/mm110 125 140 150 155 165 175 190 195 内径d/mm3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 4 厚度h/,C=d/D 0.687 0.694 0.700 0.667 0.589 0.583 0.585 0.557 0.54030.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 0.827 ,1, C3106 132 160 221 302 402 466 546 678 单位面积F/ cm2.离合器后备系数β的确定后备系数β是离合器的重要参数，反映离合器传递发动机最大扭矩的可靠程度，选择β时，应从以下几个方面考虑:a. 摩擦片在使用中有一定磨损后，离合器还能确保传递发动机最大扭矩;b. 防止离合器本身滑磨程度过大;c. 要求能够防止传动系过载。
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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: A1 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 lnR r6(1- 2)(L -e)2(H - 1R -rL -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 lnR r6(1- 2)(L -r p )2(H - 2R -r L -r p )(H - 22 R -rL -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 )=110 10k=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 -eR -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.32000年9月Journal of Changde Teachers University(Natural Science Edition)Sep.2000为了使离合器分离操纵性能稳定,在c ~c 范围内取包含端点c 的10点,取各点相对c 点分离力变化量的平均值为第二子目标函数:F 2(x )=11010j=1|P 2cj -P 2c |(4)式中: 2c =( 1b + 1f )i L ,! 2 =i L ! 1 ,! 1 =i !s 0,i L =L -r pL -e 为膜片弹簧内杠杆比,r P 为分离轴承分离力作用半径, 1f =1.8~2.5为压盘分离行程。
2.3 设计变量在目标函数中有7个参数:R 、r 、L 、e 、h 、 1b 。
其中R 与离合器结构有关,可先由结构确定,故设计变量取为:x =[x 1,x 2,x 3,x 4,x 5,x 6]T =[r ,L ,e,H ,h, 1b ]T图2 拉式膜片弹簧载荷-变形特性3 建立约束条件(1)保证新摩擦盘时离合器具有给定的后备系数∀∀M ef N R p-P 1( 1b )=0(5)式中:M e 为发动机最大扭矩,N 为磨擦副数,f 为摩擦系数,R p 为摩擦片当量摩擦半径。
(2)膜片弹簧强度约束实验表明,膜片弹簧碟形部分子午截面上表面内缘!点应力#d 1影响弹力衰减[3],内缘∀点应力#t 2和#点应力#t 3影响疲劳断裂[4],故强度约束条件为:#d 1∃[#d 1];#t 2∃[#t 2];#t 3∃[#t 3](6)式中:[#d 1]=1500~1700MPa ,其它各值计算或取值见文献[1]22、23、30式和图14。
(3)膜片弹簧应具有负刚度特性,即:1.5∃H h∃2.1(7)(4)离合器摩擦片最大磨损后压紧力变化不超过新盘时的5%:F b -F aF b∃0.05(8)(5)控制新盘时膜片弹簧工作点b 在拐点p 附近:0.85∃ 1b 1p∃1.0 ( 1p =L -eR -r H )(9)(6)膜片弹簧安装对结构布置的要求:2.0∃R -L ∃6.0 1.0∃e -r ∃4.0(10)(7)膜片弹簧内、外半径比和内杠杆比约束:1.15∃Rr ∃1.5 4.0∃L -r p L -e∃5.3(11)(8)离合器操纵轻便性约束,对轻型货车: P 2c ∃1600(N )(12)(9)控制膜片弹簧原始锥底角∃在一定范围内: 10%∃arctgHR -r∃15%(13)(10)设计变量非负性约束: x i &0 (i =1~6)(14)4 多目标优化设计数学模型及求解方法综上所述,膜片弹簧多目标优化设计数学模型为:Find :x =[x 1,x 2,x 3,x 4,x 5,x 6]TMin [F 1(x ),F 2(x )]T使得 H (x )=0 (由5式确定)G i (x )∃0 (i =25,由6~14式确定)在上述相同约束条件下求单目标函数的极小值,记为:[F 1*(x ),F 2*(x )]T ,视其为多目标优化设计的一个理想点,按下式组合成新的综合目标函数:F (x )=[w 1(F 1(x )-F *1(x ))2+w 2(F 2(x )-F *2(x ))2]12式中w 1=0.5,w 2=0.5为加权系数(w 1+w 2=60常德师范学院学报(自然科学版)2000年1)。
优化设计方法采用混合惩罚函数法[5]。
5 设计实例优化设计某轻型货车单片离合器拉式膜片弹簧结构参数,在程序中需要输入的参数为:R=115,r p=27,M e=186.2Nm,N=2,=0.3,∀=1.5, !s0=0.75, 1f=2.5,E=2.1∋105MPa,f=0.25,分离指数n=18,%2=12,而摩擦片内外半径分别为d e=24、d i=160。
表1 设计实例优化参数及其与原方案参数对比r/m m L/mm e/mm H/mm h/mm 1b/mm P1s/N P1a/N P1s-P1min/N P2c/N P2c-P2c/N 原设计92.548112.094.5484.3022.7483.148564552274171406277新优化92.827112.094.8274.5322.6483.05557355235495107240注:表中P1s-P1min=min{P1a,P1b}设计实例优化结构参数与原方案结构参数均列于表1,原设计方案为以F1(x)为目标的优化设计参数。
用本文多目标优化设计数学模型所求得的优化结构参数和原方案对比,在摩擦片磨损过程中,压紧力最大变化量有所增加,但分离力随摩擦片磨损的最大变化量有较大幅度减少,说明了本文提出的多目标优化设计数学模型具有实用性。
值得提出的是,随着加权系数w1的增加,(P1s-P1min)的值将减少,而(P2c-P2c)值将增加,调整w1和w2的值,可得到设计者满意的优化参数。
因此,本文优化设计多目标模型,给设计者提供了一个较宽的设计空间,实用时可根据设计者的设计经验和离合器的匹配综合取舍,这是该模型的一个显著特点。
参 考 文 献1 林世裕.汽车离合器拉式膜片弹簧的设计[J].江苏工学院学报,1985(3):1-26.2 张洪欣.汽车设计.第2版[M].北京:机械工业出版社,1994(5):69-74.3 范海荣.膜片弹簧最大应力的实验研究[J].江苏工学院学报,1985(5):10-14.4 范海荣.膜片弹簧疲劳断裂的力学分析[J].江苏工学院学报,1990(2):1-4.5 陈立周.机械优化设计[M].上海:上海科学技术出版社,1983,123-124.MULTI-TA RGET OPTIMAL DESIGN FOR THE CONSTR UCTIONAL PARAMETERS OF PULL-TYPE DIAPHRAGM SPR ING IN AUTOMOBILE CLUTC HGUO Hui-xin HE Zhe-m ing TANG Qian-xiang (Department of Mechanical Engineering,ChangdeTeachers University,Changde Hunan,415003)Abstract In this paper,with the load-deflection character istics and stress-deflection characteristics analyzed in detail and all constrain conditions considered,a new mul ti-target optimal desi gn mathematical model for the constructional parameters of pull-type diaphragm spring is brought up.This model can make the changes of the reservation coefficient and the changes of declutching force smaller before and after the clutch disc worn.The model is solved by TOPSIS(Techniq ue for Order Preference by Si milari ty to Ideal Soluti on).Design example shows that a just model is established in this paper and the modeling method has a practical significance. Key words automobile clu tch;pull-type diaphragm spring; constructional parameters;multi-target optimal design(责任编校:魏承辉)61第3期郭惠昕,等 汽车离合器拉式膜片弹簧结构参数多目标优化设计。