基于UG的汽车膜片弹簧建模与设计毕业论文说明书

毕业设计说明书学生姓名： X X X 学 号： XXXXXXXX 学 院： XXXXXXXX 学院 专业年级： 201X 级 XXXXXXX 班 题 目： 基于 UG 的汽车膜片弹簧建模与设计 指导教师： X X X 教授 评阅教师： 201X 年 05 月XXXXXX 大学本科毕业设计 基于 UG 的汽车膜片弹簧的建模与设计摘 要离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，以保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；在工作中受到大的动载荷时；能限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；同时，由于离合器避免了发动机与变速箱的刚性连接，能有效地降低传动系中的振动和噪声。因此，离合器在使用过程中，故障率极高，其中以因压紧力不足而出现难挂挡而导致异常磨损或烧蚀以及踏板力沉重为主。膜片弹簧是离合器中最关键的部件，离合器的工作压力以及踏板力、压盘升程和分离行程都与膜片弹簧相关。因此，研究膜片弹簧的力学性能对查找离合器故障原因以及提出优化方案不仅具有理论意义，也具有巨大的现实利益。本论文的重点有三方面的内容：一、离合器的工作原理与结构；二、膜片弹簧的数学模型的建立以及理论推导；三、基于 UG 对于膜片弹簧的建模设计。首先，分析了离合器的国内外发展现状，并提出本文的研究内容，目的和意义。其次，分析离合器工作原理与结构，离合器的关键零部件在离合器工作中的作用，并提出膜片弹簧对离合器技术参数的影响。接着对膜片弹簧进行数学建模，强度校核等，并基于 UG 进行建模。最后结合前面所有的研究成果，总体宏观把握，提出了工作总结与展望。关键词：膜片弹簧；建模与设计；UG；汽车离合器XXXXXX 大学本科毕业设计 基于 UG 的汽车膜片弹簧的建模与设计XXXXXX 大学本科毕业设计 基于 UG 的汽车膜片弹簧的建模与设计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 大学本科毕业设计 基于 UG 的汽车膜片弹簧的建模与设计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 大学本科毕业设计 基于 UG 的汽车膜片弹簧的建模与设计目 录1 绪论 .11.1 研究背景 .11.2 课题的研究内容和目的 .21.3 汽车膜片弹簧的研究和发展现状 .21.3.1 汽车离合器的发展 .21.3.2 国内外汽车膜片弹簧研究现状 .62 膜片弹簧离合器结构分析 .82.1 膜片弹簧离合器工作要求 .82.2 膜片弹簧离合器的工作原理 .82.3 膜片弹簧离合器结构 .103 膜片弹簧的设计 .113.1 车型选择 .113.2 膜片弹簧的概念及弹性特性 .113.3 膜片弹簧的结构特点 .133.4 膜片弹簧基本参数的选择 .133.4.1 比值 和 的选择 .13/Hh3.4.2 比值和 、 的选择 .13Rrr3.4.3 膜片弹簧起始圆锥底角 .143.4.4 分离指数目 、切槽宽 、窗孔槽宽 、及半径 .14n12er3.4.5 膜片弹簧小段内半径 及分离轴承作用半径 的确定 .140rf3.4.6 压盘加载点半径 和支承环加载点半径 的确定 .141 R13.5 膜片弹簧的优化设计 .143.6 弹簧材料及制造工艺 .154 基于 UG 对膜片弹簧的建模 .174.1 UG 软件介绍 .174.2 UG 模型绘制 .18结论 .20致谢 .21参考文献 .22XXXXXX 大学本科毕业设计 基于 UG 的汽车膜片弹簧的建模与设计11 绪论1.1 研究背景汽车是重要的交通运输工具，是科学技术发展水平的标志，随着现代生活的节奏越来越快，人们对交通工具的要求也越来越高。汽车作为最普通的交通工具，在日常的生活和工作中起了重要的作用。因此，汽车工业的规模及产品的质量就成为衡量一个国家技术的重要标志之一。膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型汽车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。随着汽车发动机转速、功率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 1。从提高离合器工作性能的角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器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的形式发展。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纵，已成为离合器的发展趋势。随着社会节奏的加快以及人们生活水平的提高，对汽车来说，人们要求它有自重轻、行使速度 高、加速性能好、可以在各种路面上甚至无路地区行驶及机动灵活等特点。为了满足各种行驶的需求，在汽车上要需要有一套复杂的传动系统。现代汽车上最常用的是机械式传动系统，它是由发动机以及离合器、变速器、万向节传动轴、主减速器、差速器和驱动车轮的传动装置（如半轴）等部件组成。其中离合器是作为一个独立的部件而存在的。它在传动系统中起着传递扭矩、分离传动、减振和过载保护多重功用，其品质直接影响汽车性能，对于使用工况复杂、超载严重的中国汽车更是如此 2。为了满足汽车配套的需要，上世纪 80 年代，几个厂家先后从国外引进了膜片弹簧设计与制造技术。这些企业引进工作有力地促进国内汽车离合器行业的发展，为今后工作打下了一定的基础，但由于技术与资金的有限，缺乏长期高额投资的能力，形式不容乐观，与国外先进产家相比仍有相当大的差距 3。XXXXXX 大学本科毕业设计 基于 UG 的汽车膜片弹簧的建模与设计21.2 课题的研究内容和目的根据自选车型及整车技术参数，选择合适膜片弹簧的结构参数，设计计算其参数尺寸；目前汽车膜片弹簧离合器的应用越来越广泛。在国外,不但轿车上用,在中吨位货车上也得到了广泛的应用,甚至在重型货车上也有应用的趋势。国产的汽车上虽然还没有大量采用,但是我国同国外合资的汽车生产线所引进的样车都采用了膜片弹簧离合器。所以,各汽车生产厂家在这方面都做了许多工作,以便进一步提高合资生产汽车国产化的比重和改善国产汽车的性能。离合器是传动系中切断和传递动力的部件，是汽车传动系中的重要组成部分。而离合器中膜片弹簧特性对于离合器工作状况的影响非常大，改进离合器膜片弹簧就显得尤为重要。但由于膜片弹簧设计中需考虑的因素多、计算公式繁琐,膜片弹簧的设计过去一直采用试凑法,即按一定步骤计算得出结果。如果不合适,则修改参数,重新计算,直到满意为止 4。这样的设计方法慢而烦,工作量又大,很难得到最优结果。采用优化设计可将以前作为简化的参数都考虑进去,通过优化程序计算可以很快地得到满意的结果。所以,进行膜片弹簧优化设计是一项具有实际意义的工作 5。1.3 汽车膜片弹簧 的研究和发展现状1.3.1 汽车离合器的发展在 100 多年的汽车发展史中，几乎所有的零部件在技术方面都经历过巨大的发展变化：可靠性、生产成本、维护便利性、节能减排性等，都已经且将一直成为汽车行业的追求目标，这些发展目标要求汽车工程师们不断地开发出更新更好的解决方案 6。 离合器通过脚踏板来工作。踩下离合器踏板，通过分离拨叉拉回锥形座圈，释放弹簧，从而使离合器分离。在 1889 年，戴姆勒的钢轮汽车已使用这种设计原理的基本形式：配备了一个锥形/斜面摩擦离合器。这个可以自由移动的锥形盘位于变速器轴上，与曲轴上带锥形凹槽的飞轮可以牢牢地接合。螺旋弹簧将锥形盘压入到飞轮锥形凹槽里，离合器接合；可踩下脚踏板，通过分离套筒、弹簧将此锥形盘拉回，从而分离离合器，中断动力传输。最初使用驼毛做为锥形盘摩擦面的材料，但很快被皮革取代。后者在蓖麻油中浸泡过，可以防潮湿，防油/ 脂。其优点是：可以自动调节，变速器输入轴上不受应力，但也有缺点，XXXXXX 大学本科毕业设计 基于 UG 的汽车膜片弹簧的建模与设计3就是太重。一方面，摩擦片磨损太快，更换太复杂，后在皮革摩擦片中设计了压紧弹簧销或传动片以做改进。另一方面，飞轮和离合器锥盘体积太大，因而其惯性力矩较大导致换档时离合器比其要求的分离过程要慢很多。若干年后，单盘离合器就淘汰了锥形盘离合器。De Dion 和 Bouton 是第一个认识到单盘离合器是离合器未来发展方向的人 7。随着 Ferodo 石棉摩擦片的出现，离合器技术取得了一大进步。石棉摩擦片大概从 1920 年代起一直使用到当代，直到其被非石棉摩擦片取代。单盘干式离合器的优点是很明显的：较低的从动盘质量使其分离后可更快地停止转动，从而使换档更容易彻底告别了变速器制动结构 8。 单盘干式的最初构造相对较复杂。离合器外罩用法兰固定在飞轮上，离合器盖用螺栓固定在离合器外罩里。带弹簧向内侧压缩的分离杠杆的离合器盖从中间盘经由摩擦盘传递压力，将来自飞轮的转矩传到变速器。摩擦盘通过驾驶员将其连接到连接处或变速器输入轴。离合器通过一个可让锥形盘前后移动的滑动环片来实现分离和接合。锥盘的各侧相应地作用于分离杠杆，分离杠杆由螺旋弹簧起作用，受到压紧或分开，即中间盘接合/ 分离。由于锥盘是转动的，而滑动环片是静止的，故需要定期地润滑 9。 然而随着发动机转速的不断增加，离合器变得越来越重。除此以外，用来作用于分离杠杆的分离轴承一直处在受压状态下，使其和离合器外罩很容易发生磨损，尤其是在发动机高转速时换档，会很快地磨损。 为了解决上述这些系统性的不足，人们便开发出了膜片弹簧离合器，膜片弹簧离合器诞生于 1936 年通用汽车的研究实验室里，并在 1930 年代后期在美国大批量生产 10。在欧洲，是在第二次世界大战之后，人们通过美国通用公司的军用卡车才开始熟悉膜片弹簧离合器，并在 1950 年代中期应用在一些单一的欧洲车型上。保时捷 356，Goggomobil，宝马 700 和 DKW Munga 是第一批配备了膜片弹簧离合器的德国制造的汽车。膜片弹簧离合器大批量生产始于 1965年的欧宝 Rekord 车型 11。 由于膜片弹簧离合器能够均衡、对称地转动，因而不受发动机转速的影响。膜片弹簧离合器在 1960 年代获得了成功，那时凸轮轴顶置式高转速发动机(Glas，宝马，阿尔法罗密欧)大范围地取代了凸轮轴下置式发动机 12。1960 年XXXXXX 大学本科毕业设计 基于 UG 的汽车膜片弹簧的建模与设计4代末至今，几乎所有的汽车制造商都采用膜片弹簧离合器。当前，我国汽车离合器技术也正处于发生深刻变化的时期。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 13。2000 年以前，我国基本上还是摩擦式离合器一枝独秀，2000 年以后，随着汽车逐渐向舒适性和环保节能的要求转变，加上国外先进传动技术的