膜片弹簧的优化设计2006

三、膜片弹簧的优化设计
通过确定一组弹簧的基本参数，使其载荷变形特 性满足离合器的使用性能要求，而且弹簧强度也满足 设计要求。 1. 目标函数
膜片弹簧优化设计的几种目标函数：
1) 弹簧工作时的最大应力为最小。 2) 从动盘摩擦片磨损前后弹簧压紧力之差的绝对值为最小。 3) 在分离行程中，驾驶员作用在分离轴承装置上的分离操纵力平均 值为最小。
2. 设计变量
通过支承环和压盘加在膜片弹簧上的载荷F1集中 在支承点处，加载点间的相对轴向变形为λl ，有关系式。
Eh1 ln R / r 1 R r 2 R r H 1 H h F1 f 1 2 2 R1 r1 2 R1 r1 61 R1 r1
1B R r
R r 1.0 H 1 1
3) 保证摩擦片磨损后仍能可靠地传递转矩，摩擦片磨损后 弹簧工作压紧力F1A应大于或等于新摩擦片时的压紧力F1B， 即
F1A≥F1B 4) 为了满足离合器使用性能的要求，弹簧的H／h与初始底 锥角α≈H／(R-r)应在一定范围内，即 1.6≤H／h≤2.2 9°≤α≈H／(R-r)≤15°
5) 弹簧各部分有关尺寸比值应符合一定的范围，即
1.20≤R／r≤1.35 70≤2R／h≤100 3.5≤R／r0≤5.0
6) 为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，推式膜片弹簧 的压盘加载点半径R1(或拉式膜片弹簧的压盘加载点半径r1) 应位于摩擦片的平均半径与外半径之间，即 推式：(D+d)／4≤R1≤D／2
E—材料的弹性模量；μ —材料的泊松比； H —内截锥高度；h —弹簧板厚；
R、r —碟簧部分大、小端半径；
R1、r1 —压盘加载点和支承环加载点半径。
从膜片弹簧载荷变形特性公式看出，应选取H、h、R、r、
R1、r1这六个尺寸参数以及在接合工作点相应于弹簧工作压紧 力F1B的大端变形量λ1B 为优化设计变量，即 X = [ x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x 7 ]T= [ H h R r R1 r1 λ1B ]T
ΔF1B—离合器装配误差引起的弹簧压紧力的偏差值。
3. 约束条件
1) 应保证所设计的弹簧工作压紧力F1B与要求压紧力FY 相 等，即 F1B=FY 2) 为了保证各工作点A、B、C有较合适的位置 A点在凸点M左边，B点在拐点H附近，C点在凹点 N附近，应正确选择λ1B 相对于拐点λ1H 的位置，一般λ1B ／λ1H=0.8～1.0，即']
或σtAmax≤[σtA]
11) 由主要尺寸参数H、h、R和r制造误差引起的弹簧压紧 力的相对偏差不超过某一范围，即
FH Fh FR Fr 0.05 F1B
12) 由离合器装配误差引起的弹簧压紧力的相对偏差也不得 超过某一范围，即
F1B 0.05 F1B
拉式：(D+d)／4≤r1≤D／2
7) 根据弹簧结构布置的要求，R1与R、r1与r、rf与r0之差应 在一定范围，即
1≤R1-R≤7
0≤r1-r≤6 0≤rf-r0≤4
8) 膜片弹簧的杠杆比应在一定范围内选取，即
推式：2.3≤(r1- rf)／(R1- r1)≤4.5 拉式：3.5≤(R1- rf)／(R1- r1)≤9.0 9) 弹簧在工作过程中B点的最大压应力σrBmax应不超过其许用 值，即 σrBmax≤[σrB] 10) 弹簧在工作过程中A＇点(或A点)的最大拉应力σtA'max(或 σtAmax)应不超过其相应许用值，即
4) 在摩擦片磨损极限范围内，弹簧压紧力变化的绝对值的平均值为 最小。
5) 选3)和4)两个目标函数为双目标。
（2-12）
总目标函数
f x 1 f1 x 2 f 2 x
ƒ1 (x)—分离操纵力平均值为最小。
ƒ2 (x)—弹簧压紧力变化的绝对值的平均值为最小。
ω1和ω2分别为两个目标函数ƒ1 (x)和ƒ2 (x)的加权因子，视 设计要求选定。