ADAMS离合器及其操纵机构的多体系统动力学仿真(4)
图2-16 膜片弹簧Pro/E建立过程4
膜片弹簧的大端处为一完整的截锥，类似无底的碟子，和一般机械上用的碟形弹簧一样，故称作碟簧部分。膜片弹簧起弹性作用的正是其碟簧部分。与碟形弹簧不同的是在膜片弹簧上还有径向开槽部分，形成许多称为分离指、起分离杠杆作用的弹性杠杆。分离指与碟簧部分小端交接处的径向槽较宽且呈长方孔，分离指根部的过渡圆角半径应大于4.5mm，以减少分离指根部的应力集中，长方孔又可用来安置销钉固定膜片弹簧。
本文说使用的膜片弹簧简化模型如图2-17所示，其相关参数见表2-1。
图2-17 膜片弹簧
表2-1 膜片弹簧相关参数
膜片弹簧自由状态下碟簧的大端半径R（mm） 膜片弹簧自由状态下碟簧的小端半径r（mm）
97.15 14.75
压盘加载点半径 (mm)
支撑环加载点半径 （mm）
膜片弹簧钢板厚度（mm）
95.5 76.9 2.4
膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内锥高度H（mm） 材料的弹性模量E（MPa） 材料的泊松比µ
2.5 离合器及其操纵机构的三文模型
利用前面四节建模好的离合器零件，将所有零件导入Pro/E中，建立完整的三文模型，以便后续动力学仿真的进一步展开，见图2-18.
图2-18 离合器三文模型
3 膜片弹簧的弹性特性研究与分析
作为膜片弹簧离合器所有构件中最重要的一环，膜片弹簧的性能对整个离合器的工作性能起着至关重要的作用。膜片弹簧的使用使得离合器的转矩容量大且较为稳定，驾驶者操纵起来更为轻便，同时，由于膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，因而它还使得摩擦片的使用寿命增长。但膜片弹簧在制造上有一定难度，因为它对弹簧钢片的尺寸精度、加工和热处理条件等要求比较严格。在后续的仿真分析中，特别是对膜片弹簧动力学模型的建立中，要充分考虑到膜片弹簧的弹性特性，对其做出相应的仿真分析，并且会将其与实际情况进行对比，进而得出相关的结论。
鉴于以上，有必要对膜片弹簧的材料、制造工艺以及弹性特性进行研究。
3.1 膜片弹簧材料及制造工艺
国内膜片弹簧一般采用60SiMnA或50CrVA等高精度钢板材料。为了保证其硬度、几何形状、金相组织、载荷特性和表面质量等要求，需要进行一系列热处理。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行强压处理，这样可以提高膜片弹簧的疲劳寿命5%～30%。
在汽车行驶过程中，分离指要不断地和分离轴承接触，为了提高分离指的耐磨性，需要对分离指端部进行高频淬火、喷镀铬合金和镀铬或四氟乙烯。在膜片弹簧与压盘接触圆形处，为了防止由于拉应力的作用而产生裂纹，可对该处进行挤压处理，以消除应力源。
此外，膜片弹簧表面不得有毛刺、裂纹、划痕、锈蚀等缺陷。碟簧部分的硬度一般为45～50HRC，分离指端硬度为55～62HRC，在同一片上同一范围内的硬度差不大于3个单位。碟簧部分应为均匀的回火屈氏体和少量的索氏体。单面脱碳曾的深度不得超过厚度的3%。膜片弹簧的内外半径公差一般为H11和h11，厚度公差为 ，初始底锥角公差为 。膜片弹簧上下表面的表面粗糙度为 ，底面的平面度一般要求小于0.1mm。膜片弹簧处于结合状态时，其分离指的相互高度差一般要求小于0.8～1.0mm。
3.2 膜片弹簧的弹性特性
膜片弹簧的弹性特性是由其碟簧部分所决定，是非线性的，与自由状态下碟簧部分的内锥高H及弹簧的钢板厚h有关。不同的H/h值有不同的弹性特性(见图2.2)。当(H/h)< 时，P为增函数，这种弹簧的刚度大适于承受大载荷并用作缓冲装置中的行程限制。当(H/h)= ，特性曲线上有一拐点，若(H/h)=1.5≈ ，则特性曲线中段平直，即变形增加但载荷P几乎不变，故这种弹簧称零刚度弹簧。当 <H/h)<2 ，则特性曲线中有一段负刚度区域，即变形增加而载荷反而减小。这种特性很适于作为离合器的压紧弹簧。因为可利用其负刚度区使分离离合器时载荷下降，达到操纵省力的目的。当然，负刚度也不宜过大，以免弹簧工作位置略微变动就引起弹簧压紧力过大的变化。为兼顾操纵轻便及压紧力变化不大，汽车离合器膜片弹簧通常取1.5<(H/h)<2。当(H/h)= 则特性曲线的极小点落在横坐标轴上；当(H/h)>2 ，则特性曲线具有更大的负刚度区且具有载荷为负值的区域。这种弹簧适于汽车液力传动中的锁止机构
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