第24卷第6期
2007年6月
机械设计
JOURNALOFMACHINEDESIGN
V oI.24No.6
Jun.2007
汽车离合器从动盘减振弹簧的结构改进
刘志勇，夏毅敏，黎孟珠，苏庆勇
(1.中南大学机电学院，湖南长沙410083;2.桂林航天工业高等专科学校动力工程系，广西桂林541004)
摘要：通过把汽车离合器从动盘的减振弹簧进行一定的结构改进，使得减振弹簧的刚度由原来的单级刚度变成了3
级刚度，并可随着路况及负荷的变化而使刚度发生变化，从而既提高了乘客乘坐的舒适性又增强了汽车的承载能力和可
靠性.
关键词：减振弹簧；离合器；从动盘；单级刚度;3级刚度
中图分类号:THI22文献标识码:A文章编号:1001—2354(2007)06—0066-03
汽车离合器的作用有:(1)保证汽车平稳起步和运行过程中
的平顺换档;(2)增强汽车行驶过程中乘客的舒适性并提高汽车
的承载能力和可靠性.在这两种作用中，第一种是它最基本，最
主要的作用.随着社会的进步和科技的发展，人们对于汽车乘坐
舒适性的要求也越来越高，人性化的机械设计成了机械设计中一
个不可忽略的重要指标之一；怎样改进离合器的结构来提高汽车
乘坐的舒适性，也成了汽车设计中的一个重要问题.
在当今汽车离合器的设计中为了达到上述要求，离合器的
从动盘采用压缩减振弹簧的结构，以达到它的减振和储能的目
的，但现有的大多数减振弹簧中，其刚度是不变的，它不能随着交通条件(路况，负荷等)的变化而变化.文中采用一种储能减
振弹簧的组合设计，其刚度由单刚度变为了3级刚度，结构简单，并会随着外部条件的变化而自动变化其刚度，以适应不同的路况及负荷，进一步提高了汽车乘坐的舒适性并增强了汽车的可靠性及耐用度.
1离合器从动盘的扭转减振弹簧的
改进结构及工作原理
1.1离合器从动盘的结构组成.
如图1所示，离合器从动盘由：从动片，摩擦片，从动盘毂
和扭转减振器4个部分组成，在扭转减振器中，其主要组成部分就是扭转减振弹簧.
1.2扭转减振弹簧的结构改进.
在现有的大多数扭转减振弹簧中，使用最多的是单刚度扭
转减振弹簧，如图2所示，它是由刚度较大的外弹簧(刚度k= k.)和外弹簧套所组成，外弹簧装在外弹簧套上，其刚度不会随着外部条件的改变而改变.
图1离合器从动盘结构图2单刚度扭转减振弹簧
示意图结构示意图
为了使扭转减振弹簧的刚度随着外界条件的改变而改变,
在原单刚度扭转减振弹簧的结构基础上，新增了刚度较小的内弹簧和内弹簧套，如图3所示，它由刚度较大的外弹簧(刚度
k=k,)，刚度较小的内弹簧(刚度k=如)和内，外弹簧套所组
成，外弹簧装在外弹簧套上，内弹簧装在内弹簧套上，内，外弹
簧套嵌在一起可以进行运动和力的传递(其中s.：弹簧自由状态时外弹簧套底面和内弹簧的底面之间的距离;s:：弹簧自由状态时内弹簧套顶面和外弹簧的顶面之间的距离)，从而可使内外弹簧串联，并联或相互不作用而导致其总刚度随着外部环境的变化而变化，并且实现了两弹簧安装的空间重叠，提高了结
构的紧凑性.
图33级刚度扭转减振弹簧结构示意图
shapingwereestablished.Aimedatdifferentcharacteristiesofform shapingandreboundthedynamicdisplayingalgorithmandthestatic concealedalgorithmwereadoptedrespectivelytocarryingoutsimula—
tireanalysis.Theinflueneesonwallthieknessofpipeblank.amount ofreboundofshapingresultandfinalresidualstressaffectedbytwo kindsofprocessingtechnologywereanalyzed,andacomparisonwas madewiththeexperimentalresult.Thusthetheoreticalreferences wereprovidedforthedesignofhydro—shapingtechnicalschemeof fasciaboardgirder,settingdownoftechnologicalparametersandde—
signofdies.
Keywords:fasciaboardgirder;hydro—shaping;directsha—
ping;steppedshaping;finiteelement
Fig8Tab4Ref5"JixieSheji"6568
收稿13期:2006—10—31：修订13期:2007-01—31
作者简介：刘志勇(1969一)，男，湖南武岗人，中南大学在读硕士，副教授，主要研究方向：动力工程的振动及噪声控制技术.
2007年6月刘志勇，等：汽车离合器从动盘减振弹簧的结构改进67
1.33级刚度扭转减震弹簧的工作原理
(1)当汽车负荷较小且运行较平稳，并且s.>0,s>0时,
厶.L
两弹簧为串联，其总刚度:k=等;1十2
(2)当汽车负荷中等或有中等冲击，并且s.=0,s>0时,
内弹簧不起作用，其总刚度:|j}=k,;
(3)当汽车负荷较大或有较大冲击，并且s.=O,s=0时,
两弹簧为并联，其总刚度:|j}=k.+k.
2扭转减振理论特性曲线分析
图4所示为扭转减振理论特性曲线图，其中横坐标扭转角
表示从动盘在承受载荷或冲击时压缩其内的减振弹簧而转过的角度，扭转角越大，负荷越大；纵坐标表示从动盘所受的转矩，曲线的斜率表示弹簧的刚度.
80
60
{一减振区
———]40
二减振区\
.
\..
I//'/-2o:0
:6:
图4扭转减振理论特性曲线图
2.1市场产品扭转刚度线
在当今的离合器从动盘的大多数市场产品中，从动盘中的
减振弹簧属单刚度弹簧，故其刚度值k=k,，其值不变，其特性
曲线为直线.
2.2新产品扭转刚度线
改进结构后的新产品，其离合器从动盘的减振弹簧属3级
.
刚度弹簧，由上述可知，当汽车负荷较小时，其刚度k=_,
l十2
刚度值最小，从而既提高了乘坐的舒适性，其刚度又能满足汽车低负荷低冲击的要求，这一区域定义为第一减振区；当汽车负荷中等时，其刚度值k=k,，和原来单刚度的减振弹簧的刚度值相等，这一区域定义为第二减振区；当汽车负荷较大时，此时需要提高从动盘的刚度来适应，故此时的刚度值k=k,+如是
最大的，这一区域定义为第三减振区；由上述可知，新产品的弹
簧刚度可随外界的变化而变化，从而适应了各种环境的要求, 提高了乘坐的舒适性和汽车的可靠性.
2.3理想扭转刚度线
该扭转减振理论特性线为一曲线，它的刚度会随着外界条
件的改变而改变，拥有该曲线的产品是所追求的目标，它使得乘坐的舒适性和离合器的刚度要求达到较完美的组合.
3新结构产品的舒适性分析
物体受加速度越大，冲击和振动就越大，乘坐的舒适性就
越差.把从动盘的单元减振弹簧系统简化为以下3种模型: XX
(a)(b)(c)
图5单元弹簧系统数学模型
在这些模型当中，当从动盘分别处于第一，第二，第三减振
区时，其数学模型分别为图5a,5b,5c中的3种情况.现假设单元弹簧系统受外力F=sintot作用，则其位移振动方程为: (￡)=1(￡)+2(￡)(1)
l(￡)=Ae—sin(一n2t+)(2)
x2(￡):Bsin(tot一)(3)
对式(1)一式(3)求导两次，得其加速度振动方程分别为:
汽车轴承a=iff】al+a2(4)
口I=…=Ae[(2n一P)sin(一/Z2t+)一
2n,cos(,+)](5)
口2:X"
(2)=一Bsin(tot一)(6)
式中:——位移;——振幅;
￡——时间;n='y/2m;
——
阻尼系数;m——质量;
P=k~Tm;——刚度;
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