基于UG的汽車膜片彈簧建模與設(shè)計畢業(yè)論文說明書

畢業(yè)設(shè)計說明書學(xué)生姓名： X X X 學(xué) 號： XXXXXXXX 學(xué) 院： XXXXXXXX 學(xué)院 專業(yè)年級： 201X 級 XXXXXXX 班 題 目： 基于 UG 的汽車膜片彈簧建模與設(shè)計 指導(dǎo)教師： X X X 教授 評閱教師： 201X 年 05 月XXXXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 基于 UG 的汽車膜片彈簧的建模與設(shè)計摘 要離合器是汽車傳動系中直接與發(fā)動機相連接的總成，其主要功用是切斷和實現(xiàn)對傳動系的動力傳遞，以保證汽車起步時將發(fā)動機與傳動系平順地接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換擋時將發(fā)動機與傳動系分離，減少變速器中換擋齒輪之間的沖擊；在工作中受到大的動載荷時；能限制傳動系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，防止傳動系各零件因過載而損壞；同時，由于離合器避免了發(fā)動機與變速箱的剛性連接，能有效地降低傳動系中的振動和噪聲。因此，離合器在使用過程中，故障率極高，其中以因壓緊力不足而出現(xiàn)難掛擋而導(dǎo)致異常磨損或燒蝕以及踏板力沉重為主。膜片彈簧是離合器中最關(guān)鍵的部件，離合器的工作壓力以及踏板力、壓盤升程和分離行程都與膜片彈簧相關(guān)。因此，研究膜片彈簧的力學(xué)性能對查找離合器故障原因以及提出優(yōu)化方案不僅具有理論意義，也具有巨大的現(xiàn)實利益。本論文的重點有三方面的內(nèi)容：一、離合器的工作原理與結(jié)構(gòu)；二、膜片彈簧的數(shù)學(xué)模型的建立以及理論推導(dǎo)；三、基于 UG 對于膜片彈簧的建模設(shè)計。首先，分析了離合器的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并提出本文的研究內(nèi)容，目的和意義。其次，分析離合器工作原理與結(jié)構(gòu)，離合器的關(guān)鍵零部件在離合器工作中的作用，并提出膜片彈簧對離合器技術(shù)參數(shù)的影響。接著對膜片彈簧進行數(shù)學(xué)建模，強度校核等，并基于 UG 進行建模。最后結(jié)合前面所有的研究成果，總體宏觀把握，提出了工作總結(jié)與展望。關(guān)鍵詞：膜片彈簧；建模與設(shè)計；UG；汽車離合器XXXXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 基于 UG 的汽車膜片彈簧的建模與設(shè)計XXXXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 基于 UG 的汽車膜片彈簧的建模與設(shè)計Title Modeling and design of automobile diaphragm spring based on UGAbstractClutch of automobile driving system is directly connected with the engine assembly and its main function is cut off and the transmission power of the transmission line, to ensure the car started the engine and transmission line joins smoothly and ensure a smooth start car; the shifting of the engine and the transmission line separation, reduce the impact between the shift gears of the transmission; in the work by the large dynamic load; to limit the transmission under the maximum torque to prevent transmission parts from being damaged due to overloading; at the same time, due to the clutch to avoid the rigid connection of the engine and the gearbox, effectively reduce the vibration and noise of the transmission system. Therefore, the clutch in the use of the process, the high failure rate, which in due to the lack of compression force and the difficulty of the suspension caused by abnormal wear or erosion and heavy pedal force.Diaphragm spring is the key part in the clutch, clutch working pressure and pedal force, pressure plate rise and separating stroke are and the diaphragm spring. Therefore, the study of the mechanical properties of the diaphragm spring for finding the clutch failure reasons and the proposed optimization scheme not only has the theoretical significance, but also has huge real benefits.This paper focuses on three aspects of content:, clutch working principle and structure; second, the mathematical model of the diaphragm spring is established and the theoretical derivation; third, based on the UG modeling and design of diaphragm spring.Firstly, the paper analyzes the development of the clutch at home and abroad, and puts forward the research content, purpose and significance of this paper.Secondly, it analyzes the working principle and structure of the clutch, the key parts of the clutch in the clutch work, and puts forward the influence of diaphragm spring on the clutch technical parameters.XXXXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 基于 UG 的汽車膜片彈簧的建模與設(shè)計Then, the mathematical modeling of diaphragm spring, strength checking, etc., and based on UG modeling.In the end, the overall macro grasp of the research results, and the summary and Prospect of the work is presented.Keywords : Diaphragm spring; Modeling and design; UG; Automobile clutchXXXXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 基于 UG 的汽車膜片彈簧的建模與設(shè)計目 錄1 緒論 .11.1 研究背景 .11.2 課題的研究內(nèi)容和目的 .21.3 汽車膜片彈簧的研究和發(fā)展現(xiàn)狀 .21.3.1 汽車離合器的發(fā)展 .21.3.2 國內(nèi)外汽車膜片彈簧研究現(xiàn)狀 .62 膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)分析 .82.1 膜片彈簧離合器工作要求 .82.2 膜片彈簧離合器的工作原理 .82.3 膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu) .103 膜片彈簧的設(shè)計 .113.1 車型選擇 .113.2 膜片彈簧的概念及彈性特性 .113.3 膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點 .133.4 膜片彈簧基本參數(shù)的選擇 .133.4.1 比值 和 的選擇 .13/Hh3.4.2 比值和 、 的選擇 .13Rrr3.4.3 膜片彈簧起始圓錐底角 .143.4.4 分離指數(shù)目 、切槽寬 、窗孔槽寬 、及半徑 .14n12er3.4.5 膜片彈簧小段內(nèi)半徑 及分離軸承作用半徑 的確定 .140rf3.4.6 壓盤加載點半徑 和支承環(huán)加載點半徑 的確定 .141 R13.5 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計 .143.6 彈簧材料及制造工藝 .154 基于 UG 對膜片彈簧的建模 .174.1 UG 軟件介紹 .174.2 UG 模型繪制 .18結(jié)論 .20致謝 .21參考文獻 .22XXXXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 基于 UG 的汽車膜片彈簧的建模與設(shè)計11 緒論1.1 研究背景汽車是重要的交通運輸工具，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的標志，隨著現(xiàn)代生活的節(jié)奏越來越快，人們對交通工具的要求也越來越高。汽車作為最普通的交通工具，在日常的生活和工作中起了重要的作用。因此，汽車工業(yè)的規(guī)模及產(chǎn)品的質(zhì)量就成為衡量一個國家技術(shù)的重要標志之一。膜片彈簧離合器是近年來在轎車和輕型汽車上廣泛采用的一種離合器，它的轉(zhuǎn)矩容量大而且較穩(wěn)定，操作輕便，平衡性好，也能大量生產(chǎn)，對于它的研究已經(jīng)變得越來越重要。隨著汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速、功率不斷提高和汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對離合器的要求越來越高 1。從提高離合器工作性能的角度出發(fā)，傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)正逐步地向拉式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)發(fā)展，傳統(tǒng)的操縱形式正向自動操縱的形式發(fā)展。因此，提高離合器的可靠性和延長其使用壽命，適應(yīng)發(fā)動機的高轉(zhuǎn)速，增加離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡化操縱，已成為離合器的發(fā)展趨勢。隨著社會節(jié)奏的加快以及人們生活水平的提高，對汽車來說，人們要求它有自重輕、行使速度 高、加速性能好、可以在各種路面上甚至無路地區(qū)行駛及機動靈活等特點。為了滿足各種行駛的需求，在汽車上要需要有一套復(fù)雜的傳動系統(tǒng)?，F(xiàn)代汽車上最常用的是機械式傳動系統(tǒng)，它是由發(fā)動機以及離合器、變速器、萬向節(jié)傳動軸、主減速器、差速器和驅(qū)動車輪的傳動裝置（如半軸）等部件組成。其中離合器是作為一個獨立的部件而存在的。它在傳動系統(tǒng)中起著傳遞扭矩、分離傳動、減振和過載保護多重功用，其品質(zhì)直接影響汽車性能，對于使用工況復(fù)雜、超載嚴重的中國汽車更是如此 2。為了滿足汽車配套的需要，上世紀 80 年代，幾個廠家先后從國外引進了膜片彈簧設(shè)計與制造技術(shù)。這些企業(yè)引進工作有力地促進國內(nèi)汽車離合器行業(yè)的發(fā)展，為今后工作打下了一定的基礎(chǔ)，但由于技術(shù)與資金的有限，缺乏長期高額投資的能力，形式不容樂觀，與國外先進產(chǎn)家相比仍有相當(dāng)大的差距 3。XXXXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 基于 UG 的汽車膜片彈簧的建模與設(shè)計21.2 課題的研究內(nèi)容和目的根據(jù)自選車型及整車技術(shù)參數(shù)，選擇合適膜片彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計計算其參數(shù)尺寸；目前汽車膜片彈簧離合器的應(yīng)用越來越廣泛。在國外,不但轎車上用,在中噸位貨車上也得到了廣泛的應(yīng)用,甚至在重型貨車上也有應(yīng)用的趨勢。國產(chǎn)的汽車上雖然還沒有大量采用,但是我國同國外合資的汽車生產(chǎn)線所引進的樣車都采用了膜片彈簧離合器。所以,各汽車生產(chǎn)廠家在這方面都做了許多工作,以便進一步提高合資生產(chǎn)汽車國產(chǎn)化的比重和改善國產(chǎn)汽車的性能。離合器是傳動系中切斷和傳遞動力的部件，是汽車傳動系中的重要組成部分。而離合器中膜片彈簧特性對于離合器工作狀況的影響非常大，改進離合器膜片彈簧就顯得尤為重要。但由于膜片彈簧設(shè)計中需考慮的因素多、計算公式繁瑣,膜片彈簧的設(shè)計過去一直采用試湊法,即按一定步驟計算得出結(jié)果。如果不合適,則修改參數(shù),重新計算,直到滿意為止 4。這樣的設(shè)計方法慢而煩,工作量又大,很難得到最優(yōu)結(jié)果。采用優(yōu)化設(shè)計可將以前作為簡化的參數(shù)都考慮進去,通過優(yōu)化程序計算可以很快地得到滿意的結(jié)果。所以,進行膜片彈簧優(yōu)化設(shè)計是一項具有實際意義的工作 5。1.3 汽車膜片彈簧 的研究和發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1 汽車離合器的發(fā)展在 100 多年的汽車發(fā)展史中，幾乎所有的零部件在技術(shù)方面都經(jīng)歷過巨大的發(fā)展變化：可靠性、生產(chǎn)成本、維護便利性、節(jié)能減排性等，都已經(jīng)且將一直成為汽車行業(yè)的追求目標，這些發(fā)展目標要求汽車工程師們不斷地開發(fā)出更新更好的解決方案 6。 離合器通過腳踏板來工作。踩下離合器踏板，通過分離撥叉拉回錐形座圈，釋放彈簧，從而使離合器分離。在 1889 年，戴姆勒的鋼輪汽車已使用這種設(shè)計原理的基本形式：配備了一個錐形/斜面摩擦離合器。這個可以自由移動的錐形盤位于變速器軸上，與曲軸上帶錐形凹槽的飛輪可以牢牢地接合。螺旋彈簧將錐形盤壓入到飛輪錐形凹槽里，離合器接合；可踩下腳踏板，通過分離套筒、彈簧將此錐形盤拉回，從而分離離合器，中斷動力傳輸。最初使用駝毛做為錐形盤摩擦面的材料，但很快被皮革取代。后者在蓖麻油中浸泡過，可以防潮濕，防油/ 脂。其優(yōu)點是：可以自動調(diào)節(jié)，變速器輸入軸上不受應(yīng)力，但也有缺點，XXXXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 基于 UG 的汽車膜片彈簧的建模與設(shè)計3就是太重。一方面，摩擦片磨損太快，更換太復(fù)雜，后在皮革摩擦片中設(shè)計了壓緊彈簧銷或傳動片以做改進。另一方面，飛輪和離合器錐盤體積太大，因而其慣性力矩較大導(dǎo)致?lián)Q檔時離合器比其要求的分離過程要慢很多。若干年后，單盤離合器就淘汰了錐形盤離合器。De Dion 和 Bouton 是第一個認識到單盤離合器是離合器未來發(fā)展方向的人 7。隨著 Ferodo 石棉摩擦片的出現(xiàn)，離合器技術(shù)取得了一大進步。石棉摩擦片大概從 1920 年代起一直使用到當(dāng)代，直到其被非石棉摩擦片取代。單盤干式離合器的優(yōu)點是很明顯的：較低的從動盤質(zhì)量使其分離后可更快地停止轉(zhuǎn)動，從而使換檔更容易徹底告別了變速器制動結(jié)構(gòu) 8。 單盤干式的最初構(gòu)造相對較復(fù)雜。離合器外罩用法蘭固定在飛輪上，離合器蓋用螺栓固定在離合器外罩里。帶彈簧向內(nèi)側(cè)壓縮的分離杠桿的離合器蓋從中間盤經(jīng)由摩擦盤傳遞壓力，將來自飛輪的轉(zhuǎn)矩傳到變速器。摩擦盤通過駕駛員將其連接到連接處或變速器輸入軸。離合器通過一個可讓錐形盤前后移動的滑動環(huán)片來實現(xiàn)分離和接合。錐盤的各側(cè)相應(yīng)地作用于分離杠桿，分離杠桿由螺旋彈簧起作用，受到壓緊或分開，即中間盤接合/ 分離。由于錐盤是轉(zhuǎn)動的，而滑動環(huán)片是靜止的，故需要定期地潤滑 9。 然而隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的不斷增加，離合器變得越來越重。除此以外，用來作用于分離杠桿的分離軸承一直處在受壓狀態(tài)下，使其和離合器外罩很容易發(fā)生磨損，尤其是在發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時換檔，會很快地磨損。 為了解決上述這些系統(tǒng)性的不足，人們便開發(fā)出了膜片彈簧離合器，膜片彈簧離合器誕生于 1936 年通用汽車的研究實驗室里，并在 1930 年代后期在美國大批量生產(chǎn) 10。在歐洲，是在第二次世界大戰(zhàn)之后，人們通過美國通用公司的軍用卡車才開始熟悉膜片彈簧離合器，并在 1950 年代中期應(yīng)用在一些單一的歐洲車型上。保時捷 356，Goggomobil，寶馬 700 和 DKW Munga 是第一批配備了膜片彈簧離合器的德國制造的汽車。膜片彈簧離合器大批量生產(chǎn)始于 1965年的歐寶 Rekord 車型 11。 由于膜片彈簧離合器能夠均衡、對稱地轉(zhuǎn)動，因而不受發(fā)動機轉(zhuǎn)速的影響。膜片彈簧離合器在 1960 年代獲得了成功，那時凸輪軸頂置式高轉(zhuǎn)速發(fā)動機(Glas，寶馬，阿爾法羅密歐)大范圍地取代了凸輪軸下置式發(fā)動機 12。1960 年XXXXXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 基于 UG 的汽車膜片彈簧的建模與設(shè)計4代末至今，幾乎所有的汽車制造商都采用膜片彈簧離合器。當(dāng)前，我國汽車離合器技術(shù)也正處于發(fā)生深刻變化的時期。隨著多種變速箱技術(shù)的發(fā)展和齊頭并進，我國離合器技術(shù)也逐漸由單一的、傳統(tǒng)的摩擦式離合器向多種傳動技術(shù)并存的方向發(fā)展 13。2000 年以前，我國基本上還是摩擦式離合器一枝獨秀，2000 年以后，隨著汽車逐漸向舒適性和環(huán)保節(jié)能的要求轉(zhuǎn)變，加上國外先進傳動技術(shù)的