开题报告-奔腾B90离合器的优化设计.doc

哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）开题报告 本科毕业论文（设计）开 题 报 告论文题目 奔腾B90离合器的优化设计 班 级 车辆二班 姓 名 杨泽铭 院（系） 汽车工程学院 导 师 周遐余 开题时间 2013年12月23号 - 0 -1课题研究的目的和意义众所周知，汽车离合器的主要功用是切断和实现发动机对传东西的动力传递，保证汽车起步时将发动机与传动系平顺结合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换档齿轮之间的冲击；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所能承受的最大的转矩，以防止传动系各零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。现有自动离合器的各种结构中，离合器的摩擦力矩的力矩调节特性还不够理想，使用性能不尽完善。例如，汽车以高档低速上坡时，离合器往往容易打滑。因此必须提前换如低档以防止摩擦片的早期磨损以至烧坏。这些都需要进一步改善。随着汽车运输的发展，离合器还要在原有的基础上不断改进和提高，以适应新的使用条件。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。从国外的发展动向来看，近年来汽车的性能在向高速发展，发动机的功率和转速不断提高，载重汽车趋向大型化，国内也有类似的情况。此外，对离合器的使用要求也越来越高。因此，增加离合器的传扭能力，提高其使用寿命，简化操作，已经成为目前离合器的发展趋势。对汽车离合器的优化分析和研究主要具有如下几个方面的意义：1.为改善汽车传动系的扭转振动状况提供依据尝试对离合器扭转振动状况的优化分析，有利于对汽车传动系进行改进和优化，以减少起步阶段的共振发生概率和扭转振动响应的幅度，对提高汽车的乘坐舒适性和传动系的零部件使用寿命具有一定的意义。2.为传动系统的改进设计提供参考随着汽车技术的不断发展，人们对汽车的舒适性、可靠性、经济性等指标提出了新的要求，对汽车传动系的扭转振动进行研究和分析，找到影响汽车扭转振动性能的结构参数，可以为改善汽车传动系的整体性能，实现传动系的优化和改进设计提供参考。3.对国产汽车离合器的改进设计做出一些新的探索目前国产的离合器设计水平较低，多数还停留在仿制的阶段，各项性能指标分布较不合理，多以满足安全性为主要目标甚至是唯一的目标。未来汽车的发展方向对舒适性和经济性及环保性能提出更高的要求，离合器较好的减振性能将在提高整车舒适性和节省能源发挥更大作用，如果国内离合器企业不能在这些方面及时取得突破，未来的生存空间将非常有限。希望通过本次设计能对以后的工作学习起到导向作用，为汽车工业发展尽自己的努力。2国内外研究现状2.1离合器的总类与发展离合器基本上分有电磁离合器、摩擦式离合器、磁粉离合器、液力偶合器。摩擦片式离合器按其从动片数目又可分为：单片离合器、双片离合器以及多片湿式离合器。在离合器的发展初期普遍采用的是锥形摩擦离合器，其传递扭矩的能力较与之相同直径的但不同结构形式的摩擦式离合器都要强，但其缺点也非常明显，操作较复杂，需要驾驶员具有一定的驾驶经验技巧。因为锥形摩擦离合器传动部分转动惯量比较大，换挡困难，结合时若不够柔和，易卡住。因而随后锥形摩擦离合器被湿式多片离合器取代，但多片湿式离合器也有缺陷，其离合器中的片与片之间容易被油粘住，造成离合器的分离不彻底以致换挡困难。所以它慢慢被干式多片离合器所代替，干式多片离合器接触面多，结合柔和，可以保证汽车的平稳起步。但是由于片数较多，导致从动部分的转动惯量较大，因而换挡过程感觉不是很方便。中间压盘的散热通风效果不良也容易引发过热，加速离合器中摩擦片的磨损，甚至是烧伤、碎裂，影响离合器的寿命。而且如果调整不好的还可能导致离合器分离不彻底。因此人们总结实际经验，逐渐趋向于采用单片干式摩擦离合器，与干式多片离合器相比它的从动部分转动惯量要小很多，散热性能也好，结果简单，尺寸紧凑，调整也方便，分离彻底。初期使用时候虽然会有接合不够平顺的缺点，但是只要在结构上采用一点方法，就可以使其接合平顺。因此，它的应用非常广泛。如今，单片干式摩擦离合器在结构设计方面已经很完善了。比如，采用具有轴向弹性的从动盘，这样就提高了离合器的接合平顺性；在离合器中装扭转减振器，可以防止传动系统的共振，减少了噪音；以及采用摩擦较小的分离杆机构等。另外，由于采用了膜片弹簧作为压簧，可以同时起到分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。膜片弹簧和压盘的环行接触，可以保证压盘上的压力分布均匀。由于膜片弹簧本身的特性，当摩擦片磨损时，弹簧的压力几乎不会改变，且可减轻分离离合器时所需的踏板力。从国外的发展动向来看，近些年来汽车的性能在向高速发展，发动机的功率和转速不断提高，载重汽车趋向大型化，国内也有类似的情况。因此，对离合器的使用要求也变得越来越高。所以，增加离合器的传扭能力，提高其使用寿命，舒适操作，已经成为目前离合器的发展趋势。2.2 国内外研究现状随着电子技术在汽车上越来越广泛的运用，离合器上产生了很多新的技术。譬如：一种自动离合器系统进入了汽车领域。这种离合器采用控制单元 ECU 控制，省了人力操作离合器的动作，使离合器的断开和接合能够自动实时的完成，这样就使换挡动作方便了，便于更好的操控汽车，简化了驾驶员的操作动作。另外由于制造加工工艺水平的提高，离合器中摩擦片材料也得到了改进和提高。目前使用的一般是石棉材料摩擦片，但石棉材料对人体健康不利，因此这种材料正在逐渐被淘汰出去。采用金属陶瓷和陶瓷摩擦片就是在现在离合器上进行的新尝试。这类摩擦片具有很高的摩擦系数，在传递相同大小扭矩的情况下，这就允许了减小离合器压盘的压紧力，从而可减小作用与离合器踏板上的作用力或减小离合器的结构尺寸。与石棉材料相比较，这类材料对人体的健康就没有什么影响。离合器的控制方法也在不断的改进。传统控制方法是单参数控制法、最优控制法。近年来人们在离合器控制中引入智能控制技术，由于离合器的控制受多种复杂多变的因素影响。外界工作环境、驾驶员的主观意图等等。而且离合器的控制系统本身就存在有非线性、非模型化、干扰、时滞、变参数的问题。因而，对于离合器的优化分析就具有非常重要的意义。目前国内汽车离合器主要是干摩擦式离合器，其中，膜片弹簧离合器和螺旋弹簧离合器的产量比例已达到1：1，随着时间的推移将会由膜片弹簧离合器取代。膜片弹簧离合器现以推式为主，但拉式以其优越的性能，正作为研发重点，不久亦会面世。上海离合器总厂为通用别克轿车配套的4T65E液力变矩器，是自主开发成功的典范，而且已建成年产10万套生产能力。引进技术企业和中外合资企业的产品质量和技术水平都达到了国外同类企业的同期水准。如上海离合器总厂为桑塔纳配套的离合器达到了德国F&S公司水准，长春一东离合器股份有限公司为一汽配套的离合器达到了英国AP公司水准，南京法雷奥有限公司为依维柯配套的离合器达到了法国Valeo公司水准等。国内的离合器生产主要的掣肘因素是弹簧的生产。3. 本课题的研究内容及技术方案经过考虑本课题为针对奔腾B90轿车离合器进行设计优化。使用CATIA建模得到图纸，并使用MATLAB对膜片弹簧进行优化设计。在离合器设计中 , 为了保证离合器具有良好的工作性能 ,对汽车离合器设 计提出如下基本要求 :( 1)在任何行驶条件下均能可靠 地传递发动机的最大转矩 ,并有适当的转矩储备, 又能防止传动系过载;( 2)离合器从动部分转动惯量要小 ,以 减轻换挡时变速器齿轮间的冲击 ,便于换挡和减小同步器的磨损 ;( 3)结构应简单、紧凑、质量小等 。为了满足上述要求,需要对离合器的基本设计参数 进行优化选择,本设计采用MATLAB优化工具箱Fmincon函数对其基本参数进行优化 ,不但提高设计效率, 而且可以降低成本、提高性能 。4. 本设计的特色本设计建立在个人对离合器的理解，及资料查询的基础上，对一汽轿车奔腾B90的离合器进行设计与优化。通过设计的全过程回顾大学中所学课程及软件。从设计、绘图、仿真优化设计，完成离合器的设计优化全过程，为以后的工作奠定基础。三维建模及膜片弹簧的优化设计，分别使用CATIA、MATLAB进行，从舒适性、踏板力、离合器尺寸上进行优化，最终达到在规定参数下的最优化设计。膜片弹簧的优化采用MATLAB优化工具箱Fmincon函数对其基本参数进行优化 ,不但提高设计效率, 而且可以降低成本、提高性能 。5. 进度安排第1周至第3周：查阅相关资料，翻译外文资料，熟悉软件，撰写开题报告；第4周：开题答辩；第5周至第12周：确定离合器各个零部件相关参数，建立装配模型；第13周至第15周：使用MATLAB分析膜片弹簧的结构参数并进行最优化。第16周至18周： 撰写毕业设计论文，复查设计内容，准备答辩。6. 参考文献1 Ernst H.Kohlhage. Luk Colloquium. Kolon：6th Luk Sym-posium，1994： 36 2 郝琪，过学迅，罗永革 车用离合器的发展分析及应用研究汽车研究与开发 2001.043 张卫波 汽车膜片弹簧离合器智能优化