文献综述作业

汽车膜片弹簧离合器的优化设计技术现状

及展望

张化谦

（济南大学机械工程学院机工1306班）

摘要：近几年来，我国汽车工业发展迅速，汽车产量逐年增加，国产汽车一些关键零部件的故障返修率也不断增加。离合器是汽车传动系统的重要部件，其主要作用就是把发动机的扭矩传递给变速箱，并保证汽车起步平稳、便于换挡以及防止传动系统过载。由于离合器使用条件恶劣，国产汽车离合器的返修率比较高，较高的故障率直接影响着企业的生产成本和顾客满意度。因此，对汽车离合器进行实验研究和故障分析具有重要意义。

关键词：离合器；膜片弹簧；优化设计

1.研究背景和意义

（1）汽车离合器的研究背景

当戴姆勒发明第一辆四轮车时，车辆没有所谓的变速箱，也就没有离合器，速度的控制由外部的齿轮通过皮带带动车轴实现，后来皮带改为了链条。离合器的出现是随着变速箱的出现而出现的。1889年，戴姆勒在他的汽车上首次应用了四速变速箱和摩擦离合器（锥形离合器），但是扭矩仍然由皮带传到后轮。但是其最大耳朵缺点是，从动部分的转动惯量太大，引起变速器换挡困难。而且这种离合器在结合时也不够柔和，容易卡主。

由于需求研究出来的摩擦离合器已经不能满足需求，直到1925年以后人们研究出了多片离合器。在汽车起步时，离合器的结合比较平顺，无冲击。早期的设计中，多片按成对布置设计，一个钢盘片对着一个青铜盘片。采用纯粹的金属对金属的摩擦副，把他们浸在油中工作，能达到更加满意的性能。浸在油中的盘式离合器，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。所以后来被干式多片离合器所取代。石棉基摩擦材料的引入和改进，使得盘式多片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。它具有从动部分转动惯量小，散热性好，结构简单，调整方便，尺寸紧凑，分离彻底等诸多优点。而且，只要在结构上采取一些措施，也

能使其结合平顺。因此，它得到了极位广泛的应用。

如今，单片干式摩擦离合器在结构设计方面相当完善。采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的结合平顺性。离合器从动盘总成中装有扭转减震器，防止了传动系统的扭转共振，减小了传动系统的噪声和动载荷。

随着人们对汽车舒适性要求的提高，离合器在原有基础上得到不断改进，乘用车上愈来愈多采用双质量飞轮的扭转减振器，能更有效的降低传动系的噪声。为了实现离合器的自动操控，有自动离合器。采用自动离合器时，可以省去离合器踏板，实现汽车的“双踏板”操控，与其他自动传动系统来比较，它具有结构简单，成本低廉，传动效率高等特点。因此在很多小型汽车得到广泛的应用。但是在现有的自动离合器的各种结构来看，离合器的摩擦力矩的力矩调节性能还不够理想，使用性能不尽完善。所以，提高离合器的传动扭矩能力，提高其使用寿命，简化操作是现在离合器的发展趋势。

随着汽车运输业的发展，离合器还要在原有的基础上不断提高改进，以适应新的使用条件。从国外的发展动向来看，近年来的汽车性质在像高速发展，发动机的功率和转数不断提高，国内也有类似的状况。随着汽车发动机转速功率的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，离合器的使用条件也越来越苛刻。从提高离合器性能的角度出发，传统推式膜片弹簧离合器的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作，已成为离合器目前发展趋势。

膜片弹簧离合器是汽车传动系中与发动机直接联系的重要部件，起着保证汽车平稳起步，变速器顺利换档和防止传动系过载等作用。

快速有效的设计方案的建立与论证是加速汽车用离合器膜片弹簧研制步伐的首要原因。由于现代汽车工业在国际范围内的激烈竞争，对离合器的综合性能和使用效率日益提高，不同客户对离合器也有着不同的要求，这种既费事又费力的设计方法己不能跟上现代设计工程的步伐。因此，研究膜片弹簧力学性能，采用先进的优化方法开发新型膜片弹簧离合器将成为离合器设计理论和方法体系的发展趋势。

（2）汽车离合器的研究意义

膜片弹簧离合器是汽车传动系中与发动机直接联系的一个重要部件，起着保证汽车平稳起步，变速器顺利换挡和防止传动器过载等作用。快速有效的设计方案的建立与论证是加快汽车用离合器膜片弹簧研究步伐的首要因素。以往设计膜片弹簧主要是依据经验制成试样试运行，再修改原始数据，再次试运行，如此反复直到满足设计要求为止。由于现代汽车工业在国际范围内的激烈竞争，对离合器的综合性能和使用效率要求日渐提高，不同客户的要求对于离合器也有着不同的要求，这种既费事又费力的设计方法已不能跟上现代设计工程的步伐。因此，研究膜片弹簧力学性能，采用先进的优化方法开发新型膜片弹簧离合器将成为离合器设计理论的方法体系的发展趋势。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，使得离合器的结构更为紧凑；同时，膜片弹簧时圆形旋转对称零件，平衡性好，在高速时，其压紧力降低很少。并且随着制造工艺水平的不断提高，膜片弹簧离合器越来越广泛的运用在现代汽车中。

本课题的意义在于，采用先进的优化软件对膜片弹簧离合器进行优化设计，由于优化设计是产品定量精确设计的核心基础，因此本文的工作内容具有广泛的应用前景。

2.国内外研究现状及分析

我国汽车业的高速发展，带动我国汽车离合器市场需求持续大幅增长。随着我国自动挡轿车的增加，我国传统离合器行业的发展前景堪忧，不少企业都在寻求新的持续发展的途径。随着多种变速箱技术的发展和齐头并进，我国离合器技术也逐渐由单一的、传统的摩擦式离合器向多种传动技术并存的方向发展。

李涛，王晓广，刘玉红介绍了膜片弹簧离合器的结构，概述了优化设计的理论，并以某轿车的膜片弹簧离合器为例，介绍了其膜片弹簧的优化设计过程。高铁石，石毅就膜片弹簧离合器膜片压紧力特性曲线的计算方法提出创新，在传统的计算公式上增加了修正项，提高了计算精度。高翔电测法研究了汽车离合器膜片弹簧应力-变形特性，提出了膜片弹簧疲劳

破坏危险点的应力-变形计算公式的修正方法，并得到修正系数与膜片弹簧窗孔宽度线性相

关的结论。

从结构来讲，膜片离合器总成有膜片弹簧、离合器盖、传动片和分离轴承总成等部分组成，主要部分包括飞轮、离合器盖、压盘等机件组成，这部分与发动机曲轴连在一起。离合器盖与飞轮靠螺栓连接，压盘与离合器盖之间是靠3~4个传动片传递转矩。从动部分是有单片，双片或多片从动盘组成，它将主动部分通过摩擦传来动力传给变速器的输入轴。从动盘由从动盘本体，摩擦片和从动盘三个基本部分组成。为了使汽车能平稳起步，离合器应能柔和接合，这就需要从动盘在轴向具有一定弹性。膜片离合器的主要功能主要有：使汽车平稳起步；中断给传动系统的动力，配合换挡；防止传动系过载。

膜片弹簧离合器有许多显著的优点：

①膜片弹簧具有较理想的非线性特性，弹簧压力在摩擦片允许磨损范围内基本不变，因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；对于圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降。

②膜片弹簧也兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小。

③高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定。

④易于实现良好的通风散热，使用寿命长。