汽车离合器的设计及模态分析【全套含CAD图纸、说明书、三维模型】
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压缩包内含CAD图纸和三维建模及说明书,咨询Q 197216396 或 11970985目 录摘 要Abstract1 绪 论12 离合器的设计定位及结构方案设计32.1 离合器的设计定位32.2 从动盘的选择32.3 压紧弹簧及布置形式的选择42.4 离合器的散热通风42.5 离合器类型的确定53 离合器基本参数的确定和尺寸选择63.1 离合器后备系数的确定73.2 单位压力0的确定73.3 摩擦片基本尺寸的选择73.4 基本参数的校核84 离合器压盘和离合器盖的设计104.1 选择压盘的传动方式及材料104.2 压盘的性能校核104.3 离合器盖的设计115从动盘的设计125.1摩擦片的选择125.2从动片的选择及设计125.3从动毂的设计135.4转矩减振器的设计 156膜片弹簧的设计196.1膜片弹簧的弹性特性196.2膜片弹簧的强度设计196.3膜片弹簧的参数校核217基于ANSYS对离合器主要零件进行模态分析227.1基于ANSYS对膜片弹簧进行自由模态分析227.2基于ANSYS对从动毂进行模态分析248结 论27参考文献28致 谢29II压缩包内含CAD图纸和三维建模及说明书,咨询Q 197216396 或 11970985汽车离合器的设计及模态分析摘 要汽车离合器是汽车传动系统中重要的一个组成部分,安装在发动机和变速箱之间的飞轮壳体中,通过离合器盖和飞轮用螺钉固定,与变速箱的输入轴共轴。离合器可以说是汽车动力传递的开关,能够临时切断汽车的动力输出,确保汽车能够平稳起步,防止传动系统过载。如今汽车离合器的设计及制造工艺已经十分成熟,而离合器的发展也趋于自动化。本设计主要分析了在汽车离合器设计中最常用的离合器类型膜片弹簧离合器的机构特点和工作原理,并对其主要零件:摩擦片、压盘、扭转减震器、膜片弹簧等进行了具体尺寸设计及强度校核。并运用PROE绘制出离合器的三维模型,再基于ANSYS Workbench对膜片弹簧和从动盘毂进行模态分析,找出设计中所遗漏的点和检验零件的结构强度。关键词:汽车传动系统;膜片弹簧;磨擦片;PROE;ANSYS Workbench;模态分析VIII AbstractDesign and modal analysis of automobile clutchAbstractThe automobile clutch is an important component of the automotive transmission system. It is located in the flywheel housing between the engine and the transmission and is directly connected to the engine. The output shaft of the clutch is the input shaft of the transmission. Its role is to temporarily cut off the power output of the car to ensure that the car can start steadily and prevent the transmission system from being overloaded. Nowadays, the design and manufacturing process of automotive clutches is very mature, and the development of clutches is also becoming more automated. This design mainly analyzes the clutch type used in the clutch design of the automobile: the mechanism and working principle of the diaphragm spring clutch, and its main parts: friction plate, pressure plate, torsion damper, diaphragm spring, etc. Specific size design and strength check. And use PROE to draw the assembly diagram of the clutch assembly for modal analysis to find out the missing points in the design.Key words: automotive transmission system;diaphragm springs,;grinding discs,;PROE;IX 第1章 绪论1 绪 论 现在的汽车虽然出现了以电动机为动力的,但大部分还是以内燃机为动力,而离合器是以内燃机为动力的汽车传递动力的总成,属于汽车传动系。离合器的安装位置在发动机与变速箱的中间,用螺钉固定在飞轮后面,作为一个发动机动力传递的开关,安装在飞轮壳内。汽车行驶时,驾驶员通过控制离合器踏板,去实现离合器分离与接合,于此同时发动机的动力也随着切断与接入,是汽车传动系的重要零部件。离合器的作用主要是以下三个:(1)平顺换档:在换档时,驾驶员踩下离合器踏板,离合器处于分离状态,此时发动机动力传递被切断,变速器才能进行换;若离合器不能彻底分离,动力传递没有完全切断,变速器将产生换档困难、换档冲击响甚至不能换换,对变速器的损伤很大.在换档过程中,如果出现换档困难、换档冲击响甚至不能换换的情况,一定要记得很有可能是离合器分离不彻底导致的,而不是变速器故障。(2)平稳起步:在挂入档位后,驾驶员控制离合器的接合过程,可以逐渐传递发动机的动力,使得汽车起步时候平稳,接合不能过快而导致汽车熄火。(3)防止传动系过载:若传动系统负载过大,离合器的摩擦表面的摩擦力过小而打滑,这样就防止因传动系统过载而产生的异常损坏。所有设计离合器时,汽车的发动机功率是一个很重要的参考数据。如果从安装在1889年德国戴姆勒公司生产的钢制车轮小汽车上的离合器原型算起,汽车离合器至今已发展了一百多年的。从最开始的锥形离合器到现今的盘式离合器,从单片到双片、多片;从干式到湿式;从手动到自动;如今汽车离合器在不同领域的不同类型十分之多。而其中在小型汽车上所用的离合器,膜片弹簧离合器是最为常见的。因为膜片弹簧具有较理想的非线性弹性特性,使得它在工作时所受到的压力分布的较为均匀,和压盘及离合器盖接触良好,这样它的磨损也会比其他离合器会均匀很多,使得它的使用寿命长变长。主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构作为离合器的四个组成部分,有着不同的零件和功能。从动盘就是从动部分,它包括从动盘毂、从动片、摩擦片、扭矩减震器;压紧机构就是压紧弹簧和安装固定它的一些部件。驾驶员通过控制操纵机构去控制离合器的分离及接合,压紧机构是主动机构的动力,从动部分受主动部分控制,四个部分相互配合而切断和接入发动机的动力。随着汽车行业的高速发展,汽车的性能也越来越好,因而动发动机的功率也越来越高,也就需要更好的离合器与之相匹配。所以增加离合器的传递最大扭转的能力,提高离合器的使用寿命和操作手感,简化结构是离合器未来的发展趋势。5 第2章 离合器的设计定位与结构方案设计2离合器的设计定位与结构方案设计2.1离合器的设计定位近十年来,我国的机动车和驾驶人的数量都保持着较高的增长速度,截止到2017年,我国汽车的保有量就有2亿辆,占全球的20%。而根据中商产业研究院的2017年中国私人汽车拥有量情况分析报告中指出2016年中国私人汽车拥有量为16330.22万辆,同比增长15.8%。预计2017年中国私人汽车的拥有量将会达到18128.94万辆。 目前中国家庭偏爱小型载客私人汽车,2016年其拥有量为14645.61万辆,占不同类型私人汽车拥有量的98.3%。而根据2017年的统计,我国平均6.7人拥有一辆私家车,远不及英、美、日、韩等国家。可以看出我国的私人汽车的增长空间还是十分之大的。所以本次设计是针对小型载客私家车而设计一款离合器,车重为:(目前型载客私家车的吨位大多数在之间),发动机功率为,发动机的最大扭矩。2.2从动盘的选择对于一辆重量为,发动机的最大转矩为,最大功率为的轻型轿车,所用的离合器只需要一个从动盘就足够了。因为只有一个从动盘,所以离合器的布置尺寸的限制会较小。这样离合器的结构就会简单、容易设计散热结构、内部零件的尺寸紧凑、维修方便,发动机和变速器动力分离彻底,接合平顺。从动盘的数目越多,离合器转递扭矩的能力也会越强。在传递相同转矩时对比,从动盘越多的离合器,径向尺寸和踏板力就会越小,接合就会越平顺。但是由于摩擦面多了,导致离合器结构变得较为复杂,其散热通风的能力就会下降,负载不均匀,容易烧坏离合器,导致分离不够彻底。因此在设计汽车离合器的时候并不是从动盘越多越好,而是根据车辆的各种参数和使用环境的不同而进行合理的设计。而这次设计的重量为的轻型轿车,决定选用单片离合器,只有一片从动盘。2.3压紧弹簧及布置形式的选择压紧弹簧选择采用膜片弹簧,与其余不同形式的压紧弹簧比较,膜片弹簧的优势在于:(1) 膜片弹簧的非线性弹性特征比较符合理想;(2) 膜片弹簧能够同时起到压紧弹簧和分离杠杆的作用;(3) 膜片弹簧具有简洁而紧密的结构,轴向尺寸小、质量小;(4) 在高速旋转的状态下,弹簧压紧量的降低程度相较其他形式的压紧弹簧低,性能不变;(5) 膜片弹簧周边与整个压盘接触,使得其受力均匀;(6) 能够很好地散热通风,工作年限长;(7) 膜片弹簧中心与离合器中心重叠,因此提供了良好的平衡功能。膜片弹簧的布置形式是属于中央布置形式,采用拉式分离的安装方法。在膜片弹簧的大端装配一个支撑圈,在接合的时候,离合器的盖可以给膜片弹簧的大端提供支撑,用中部压紧压盘让压盘能够给从动盘压力,从而使从动盘、压盘和飞轮的表面压紧,此时扭矩是通过摩擦力的方式进行传递;分离时,通过操纵机构操纵分离轴承拉动膜片弹簧,膜片弹簧继而拉动压盘导致压盘、从动盘和飞轮之间产生一条间隙,达到离合器分离的效果。安装方式采用的是拉式安装法,用以避免出现支承环受到损坏时,膜片弹簧与支承环之间产生的间隙致使离合器踏板自由行程变大的情况。2.4离合器的散热通风膜片弹簧离合器的散热通风性能相较于其他形式的离合器本身具有一定的优势。而离合器内的热量产生一般是源于压盘跟从动盘上的磨擦片、从动盘上的磨擦片跟飞轮之间的相互摩擦。所以磨擦片的材料选择会关系到离合器的散热通风,这点在设计磨擦片是会有详细的介绍。另外磨擦片的磨损程度跟压盘的温度直接相关,压盘的温度越高,磨擦片磨损就越严重。而且当摩擦表面温度过高时,压盘的温度也会容易变高,温度过高会使压盘在受到压力时发生形变而形成裂纹和碎裂,因此设计的压盘时要有保证足够的热容量的质量,离合器盖会开通风口或者鼓风片。2.5离合器类型的确定通过以上的分析,得到所设计得离合器的从动盘只有一个,压紧弹簧采用就有非线性弹性特征的膜片弹簧,而湿式的离合器一般用于自动挡车型的离合器(变速箱和离合器一体式)或者多个从动盘的离合器,所以采用干式。综合确定本设计的离合器类别为:干式单片膜片弹簧离合器。 第3章 离合器的基本参数确定和尺寸选择3离合器的基本参数确定和尺寸选择膜片弹簧离合器是摩擦类的离合器中的一种,发动机的转矩的传递是通过摩擦表面的摩擦力矩来完成的。其静摩擦力矩摩擦定律可用下式表示: (3.1)其中,代表静摩擦力矩;代表摩擦面间的静摩擦因素;代表压盘施加在摩擦面上的工作压力;代表摩擦面的数目,和从动盘的数量直接相关。 假设,摩擦片上受力均匀,则: (3.2)其中,代表摩擦面单位压力;代表单个摩擦面的面积;代表摩擦片外径;代表摩擦片内径。 假设摩擦片的平均摩擦半径所受压力均匀,则: (3.3)将式(3.3)、式(3.2)代人式(3.1)中,得: (3.5)其中,c为摩擦片的内外径的比,。为了保证发动机的最大转矩得以稳定被传递,设计离合器时的应比发动机的最大转矩大,即: (3.6)其中,代表汽车发动机的最大转矩;代表离合器的后备系数,是离合器所能传递的最大静摩擦转矩与的比值,应大于1。以上可知,离合器的基本重要参数有:离合器的后备系数,摩擦面单位压力,摩擦片的外径D、内径d,以及厚度b。其中和为性能参数,会影响到离合器的性能。而摩擦片的内外径尺寸会影响到离合器的整体大小。3.1离合器后备系数的确定考虑到本次设计的是单片膜片弹簧离合器,其在工作过程中摩擦片的工作压力十分稳定,加上小型轿车本身的后备功率比较大,参考下表,确定=1.6。3.1各类汽车值的取值范围表轿车和小型货车中型和重型货车越野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽车3.2单位压力的确定摩擦面的单位压力直接影响到离合器的工性能及使用寿命。在选取单位压力时应考虑下面这些要素:离合器的工作条件,发动机后备系数,磨擦片的尺寸、材料及质量,离合器后备系数等。本次设计的离合器的磨擦片所选用的材料是目前应用最广泛,工艺最为成熟的石棉基材料,参考下表,确定=2.5MPa。 3.2当摩擦片采用不同材料时,P0的范围选取石棉基材料粉末冶金材料金属陶瓷材料3.3摩擦片的基本尺寸的选择磨擦片的外径尺寸是离合器的基本尺寸,它关系到整个离合器的整体大小、结构布置和工作年限。因此其他零件的尺寸的设计依赖于摩擦片的外径尺寸的确定。离合器所需传递的最大转矩与摩擦片的外径尺寸也存在一定联系,即摩擦片的外径尺寸与需要传递的转矩成正比。汽车发动机的转矩作为一个重要的参数,以下公式可作为参考: (3.3.1)其中,系数A是反应不同机构和使用条件下对D的影响,它的选取可参考下表:3.3发动机转矩系数选取表即。将代人上式(3.3.1),计算得,参考下表:3.3.1摩擦片尺寸选取表取外径,内径,厚度,内外径之比。3.4基本参数的校核 在确定了所设计离合器的类型后,需要根据其类型确定它的主要参数,其中包括性能参数和尺寸参数,并对些参数进行校核。约束条件:(1)摩擦片的外径的选取应使其最大圆周速度不超过。 (3.4.1)其中,为发动机的最大转速6000r/min得:=62.83m/s 故符合要求(2)的值应在内 C=0.70,故符合要求(3)为保证离合器能够可靠地传递转矩,防止过载,的值应在1.24范围内=1.6,故符合要求(4) 为了减低汽车起步时离合器的滑摩,防止摩擦片表面温度过高,离合器每一次接合的单位摩擦面积滑摩值工w应小于许用值,即 (3.4.2)其中,其中,=0.4j/mm2;=2500r/min;=360mm;=3.4;=4.5计算得w=0.37j,故符合要求。10 第4章 离合器压盘和离合器器盖的设计4离合器压盘和离合器盖的设计4.1选择压盘的传动方式及材料4.1.1压盘传动方式的选择压盘在从动部分也占有重要地位。在离合器传递发动机转矩时,从动盘因为被压盘和飞轮共同压着而受到摩擦转动,这个过程会令摩擦表面快速升温。压盘应与飞轮和离合器盖连接在一起,但轴向方向不能固定死,让其在分离过程中能自由地沿轴向移动。它的结构强度对汽车行驶安全有重要作用。压盘的传动方式一般有几下几种:1.凸块-窗口式、2.传力销式、3.键槽-指销式、4.键齿式、5.弹性传动片。前四种传动方式的安装时会使飞轮与压盘间有间隙,这样压盘在传动时会产生冲击和噪声,当离合器使用时间长了,就会容易形成更大的间隙,导致离合器使用寿命减短。故选择采用弹性传动片。4.1.2压盘的尺寸压盘内外径大小与摩擦片的内外径大小相应,为:,。压盘的厚度参考市面上相同种类的轿车的离合器采用的压盘厚度后,综合考虑。初选厚度为。材料选用灰铸铁HT200。4.2压盘的性能校核汽车离合器接合一次升温为: (4.2.1) (4.2.2)其中,代表传动压盘的热量占有的比重,单片离合器的一般为0.5;c为压盘的比热容,灰铸铁HT200约为:520J/kgC;为压盘的质量;V为压盘的估算面积;p为灰铸铁的密度:代人数据计算得:,故符合要求。4.3离合器盖的设计离合器盖一般与飞轮相连,也起到传递发动机的部分转矩的作用,同时也是膜片弹簧和分离机构的支撑,所以在设计时需要注意以下几点:(1) 具有足够的刚度;(2)有良好的散热通风;(3)对中良好;(4)内外径尺寸要能将其他零件包在壳内又不能过大。故材料选用08刚(低碳钢)厚度初选为3.5mm;盖体四周开通风口;采用止口对中方式;内径初定为230mm.13 第5章 从动盘的设计 5从动盘的设计从动盘是离合器的从动部分,它主要由:从动片、摩擦片、减震器、从动盘毂这几个零件组成。它处在飞轮与压盘中间,运用摩擦转换,将发动机的扭矩传给变速器,同时因为有转矩减振器也会起到减振和保护的作用。5.1摩擦片的设计对于离合器摩擦片的性能要求一般有以下几点:(1)所选材料具有较高的摩擦系数;(2)需具备短时间内吸收较高的能量的能力,且有较好的内核性能;(3)能够承受较高的载荷;(4)拥有比较小的转动惯量,所选材料易于加工。目前市面上的摩擦片材料主要为石棉基材料、冶金材料和陶瓷材料。后两种材料的摩擦系数较高,且工艺还不成熟、成本较高。而虽然石棉基的混合材料,对环境有一定污染,但工艺成熟,稳定性好,故采用石棉基的混合材料。环采用较软的黄铜柳钉直接铆接的固定方式,用这种固定方式,能够适应较高温的工作环境,并且在钉头与从动盘表面直接接触时,不会加剧从动盘的局部磨损。稳固可靠、换片方便。综合以上得出:摩擦片外径摩擦片内径;摩擦片厚度;摩擦片材料为:石棉材料;连接方式选用黄铜柳钉铆接的方式。5.2从动片的选择及设计在设计传动片时,从动片的重量尽量要小,质量尽可能分布居中,这样以获得较小的转动惯量。所以,从动片一般做得很薄,一般用的钢板冲制而成,外缘磨薄至。为了减缓离合器工作时的冲击,从动片的轴向弹性显得尤为重要。离合器应用的主要从动片类型为整体式弹性从动片、分开式弹性从动片、组合式弹性传动片。本设计选用常用于小轿车的分开式弹性从动片。综合上述考量:本次设计选用的从动片的外径为;厚度为:;外缘厚度:。5.3从动盘毂的设计从动盘毂承担了离合器的最大载荷,与传动轴以花键的形式相互协作,因此从动盘毂的强度与花键的强度密不可分。以摩擦片的外径及发动机的最大转矩根据国标GB1144-74对花键进行选择取值。5.3.1离合器从动盘毂花键尺寸系列根据磨擦片外径,发动机的最大转矩查上表,得:;;。已知离合器的原理是通过摩擦面的摩擦来控制动力的接合和分离,因此在花键轴上从动盘毂也应能自由滑动。国内从动盘毂花键一般采取的是SAE标准。155.3从动盘毂花键5.3.2SAE从动盘毂花键尺寸系列SAEDD1L1D2D3L218.520.42325.528.230.7533.238.0535.840.8 综合以上花键选择SAE标准.挤压应力(MPa)和剪切应力(MPa)的强度检验: (5.3.1) (5.3.2)计算得:=8.7MPa;=12.8MPa,符合要求。5.4扭转减震器的设计扭转减震器安装与从动盘的最外围,其上装有一定数目的减震弹簧,能够降低发动机传递过来的振动,有一定的保护作用。5.4.1扭转减震器参数的确定1、 角刚度按下列公式初选角刚度: (5.4.1)其中为极限转矩,按下列公式计算: (5.4.2)本次设计的离合器是用于乘用车故取2,计算得:;。2、 最大摩擦力矩由于角刚度受结构和发动机最大扭矩限制,为了在发动机工作转速的的范围内最有效地消振,必须合理选择减震器阻尼装置的最大摩擦力矩: (5.4.3)取值为0.15,计算得=25.5Nm。3、 预紧转矩在安装减震弹簧时都要有一定的预紧,增加时,共振频率将向减小频率的方向移动,这样是有利的,但不能大于,不然将反向工作,减震器提前停止工作,故: (5.4.4)取值0.1,计算得:。4、 减震弹簧的位置半径减震弹簧的位置半径应尽量取大,一般取: (5.4.5)取值0.7,计算得:=49mm。5、 减震弹簧的数目参照下表选取减震弹簧的数目5.4减震弹簧选取表摩擦片外径故取值为4。6、 减震弹簧的总压力减震弹簧受到的压力,参考以下公式: (5.4.6)代人数据,计算得:=6.93KN。每个弹簧的工作压力: (5.4.7)代入数据,算得:P=1.73KN。7、 极限转角 (5.4.8)代入数据,计算得:=5。195.4.2减震弹簧的尺寸设计1、 弹簧中径其由布置结构决定,通常:故取。2、 弹簧钢丝的直径d (5.4.9)式中,t取值,代入数据,计算得:。3、 减震弹簧的刚度C (5.4.10)代入数据,计算得:。4、 减震弹簧的有效圈数 (5.4.12)式中,G代表材料的扭转弹性模数,值为(对刚),代入数据,计算得。总圈数取5.5、减震弹簧的最小长度 (5.4.13)式中,=0.1d,代入数据,计算得:。 6、 减震弹簧的总变形量: (5.4.14)代入数据,计算得:。7、 减震弹簧的自由高度 (5.4.15)21代入数据,计算得:。8、 减震弹簧的预变形量 (5.4.16)代入数据,计算得:。9、 减震弹簧高度 (5.4.17)代入数据,计算得:。22 第6章 膜片弹簧的设计6膜片弹簧的设计6.1膜片弹簧的弹性特性膜片弹簧自身的弹性特征是其碟簧部分的决定性因素。线性特性随自由状态下的比值的不同而不同。膜片弹簧的内锥高度用表示,为钢板厚度。的比值为以下情况时:(1) 当时,弹簧的刚度非常大,膜片弹簧的变形量与其载荷成正比,因此它具有承受很大的载荷能力。(2) 当时,膜片弹簧中段有一段零刚度状态,此状态下变形增加,载荷却几乎不变。中段的曲线几乎为直线。(3) 当时,弹簧特性曲线在中段有一个开口向上的曲线,说明在此段变形增加的情况下,负载反而减小。离合器膜片弹簧的特征正体现于此。(4) 当时,特性曲线表现为载荷和变形都为零的状态。(5) 当时,特性曲线具有一个为负值的负刚度区域,此类弹簧适用于汽车液传动的锁止机构。6.1 H/h比值不同时的无弹性特性曲线6.2膜片弹簧的基本参数选择1) 的比值选择汽车膜片弹簧的比值一般取:取,取1.8,则:2)的比值和的选择根据压紧力需要:在之间。取=,则:。取,则。3) 圆锥底角的选择圆锥底角与内锥高H关系膜片弹簧在膜片弹簧变形状态下密切,一般在 (6.2.1)代入数据,计算得:。4) 工作位置点的选择右图为膜片弹簧的弹性曲线,曲线上的点都有其特殊的弹性。T点是膜片弹簧的压平位置点,位于最高点M和凹点N的中间;B点是离合器无磨损状态下的工作点,其横坐标的位置一般为的位置,是摩擦片的最大磨损量;A点是膜片弹簧工作的起点,为了保证A点处压紧力变化不大,用以下列公式求得: (6.2.2)式中,=2,一般为.取,则。点C表示离合器完全分离,越靠近N点越理想。5) 明确膜片弹簧小端半径和分离轴承作用半径取决于离合器的结构,其最小值应该要比变速器第一轴的花键外径大,应小于。需在的范围内,取,则,取。6) 切槽宽度、及半径由于,应满足。所以,取:=3.2mm;=9mm;=60mm7) 压盘加载点和支撑环加载点、的取值直接影响到膜片弹簧的刚度,需大于且趋近于r,大于且趋近于R,故取:=92mm,=75mm。6.3膜片弹簧的参数校核根据膜片弹簧的布置要求,和、和r、和之差应该在以下范围内:代入数据,计算得:,符合要求。膜片弹簧的杠杆比应在下面的范围内:带人数据,计算得:,符合要求。选择膜片弹簧的材料及制造工艺出于确保膜片弹簧的载荷特性,形状,硬度,表面质量等要求的目的,取60SIMnA优质高精度钢板材料,碟簧部分应为均匀的回火屈式体和少量索氏体,凹面采用喷丸处理,成型后进行高温处理和强压处理,以提高其承载能力,疲劳寿命和弹性恢复。 26 第7章 基于ANSYS对主要零件进行模态分析7基于ANSYS对主要零件进行模态分析模态分析是所有动力学分析中最为基本的方式,它被广泛应用于结构振动特征的计算。在模态分析里的结构振动特性中有两个需要引起我们重视的点,即固有频率和振型。模态分析提供的优势为:消除结构设计中的共振现象或在特定的频率水平上振动;在不同载荷下结构的响应状况会反映在分析结果中,使工程师能够从中得到认识;有利于在其他的动力分析中控制参数的估计和求解。由以上设计得出离合器主要零件的尺寸参数和性能参数后,利用PROE软件绘制出它们的三维模型,再将直接关系到离合器工作性能的膜片弹簧和承受发动机载荷最大的从动盘毂的三维模型导入ANSYS Workbench进行模态分析,根据分析结果与发动机的各个参数对比,检验是否符合工作要求。7.1基于ANSYS对膜片弹簧进行自由模态分析膜片弹簧的工作性能会直接影响到离合器的工作状况和汽车传动系统的使用寿命。所以为了要保证膜片弹簧的结构强度,对其进行模态分析是十分必要的。1.首先在PROE软件中画出它的三维模型。7.1膜片弹簧三维模型图2.然后打开ANSYS Workbench软件,建立一个modal模块;再新增加一个材料属性,名称为:60Si2MnA,材料密度为:,设置弹性模量为:;泊松比为。 3.把膜片弹簧的文件格式改为(*igs)格式,导入ANSYS软件中,再将模型添加上刚才新增的材料属性。4.设置网格,将单元尺寸设置为1mm。7.1.1膜片弹簧网格图5.设置模态数为15,计算生成自由模态图。7.1.2第7阶模态图297.1.3 112阶实验数据数据结果分析:由112阶实验数据图可知,膜片弹簧前6阶的频率为0Hz,为刚体模态,故将其忽略不计入分析,只参考715阶的数据。可见7到15阶的振动频率从183.13Hz到470.35Hz逐渐增高。而最大功率为150KW的发动机的转速在30005000r/min,频率在100Hz以下。故发动机在工作时不会对膜片弹簧产生共振,膜片弹簧的结构设计合格。7.2基于ANSYS对从动盘毂进行模态分析离合器的从动盘毂承受了最大载荷,它几乎承受了发动机赋予的全部转矩,在整个从动盘总成的扮演主要受力点的重要角色。所以从动盘毂的结构强度直接会影响到从动盘的工作状态,对其进行模态分析和检验是十分有必要的。1. 首先在PROE软件上绘制出三维模型,并保存为(*.igs)格式。7.2从动盘毂三维图2. 打开ANSYS Workbench软件,建立一个modal模块。3. 将从动盘毂的三维模型图导入ANSYS Workbench,设置材料属性为结构钢。4. 设置网格,根据从动盘毂的结构尺寸,将单元尺寸设置为3mm。7.2.1从动盘毂网格图5. 在花键处设置一个固定约束。6. 设置模态数为15,计算生成模态图。317.2.3从动盘毂的一阶模态图7.2.4从动毂115阶实验数据数据结果分析:由模态分析数据可知,从动盘毂的一阶振动频率就为1566.9Hz。而最大功率为的发动机的转速在的区域内,其振动频率在100Hz左右,远低于从动盘毂的一阶振动频率。故从动盘结构设计强度符合要求。32 结论结论本次设计是针对家用小型汽车所设计的一款干式单片膜片弹簧离合器。一开始简单地介绍了一下离合器的分离情况以及发展历史。再阐释了膜片弹簧离合器的原理、结构特点、性能优点。通过详细的推导和计算,得出一些主要零件的尺寸参数和性能参数,进行校核之后,最终画出三维图并对部分重要零件进行模态分析。首先根据汽车的重量和发动机的最大转矩确定了从动盘的数目,然后确定离合的重要参数和尺寸。首先确定了摩擦片的内外径尺寸和厚度,其他零件的外形尺寸根据摩擦片的尺寸进行确定。依次对离合的压盘、离合器盖、从动片、从动毂、扭矩减震器、膜片弹簧进行设计和校核。根据尺寸绘制出三维图。再基于ANSYS对从动毂和膜片弹簧进行模态分析。通过这次对膜片弹簧离合器进行设计,让我对离合器的工作原理、种类、发展历史有了一定的了解。对离合器未来的发展趋势有着自己的观点。设计过程中,翻阅了大量的文献、公式、资料,极大地巩固了以往所学的知识以及丰富了我的知识储备。绘图能力有了很大的进步。 33 参考文献参考文献1赵凤伟,罗佳.汽车离合器分类及常见故障检测J.企业导报,2014(22):22+19. 2段君,赵多滨.汽车离合器的工作原理及常见故障分析J.哈尔滨轴承,2014,35(02):104-105+107+110. 3胡静. 汽车离合器基本特性的仿真研究D.南京理工大学,2014. 4周永,时培成.汽车离合器滑转过程动力学性态仿真J.巢湖学院学报,2015,14(06):64-71. 5任雪平.浅谈汽车离合器的设计及优化J.科技创新导报,2014(18):41. 6崔鹏.浅谈汽车离合器的设计与优化J.科技传播,2015(01):68-69. 7罗明军,徐高新,舒杨.基于Hypermesh汽车离合器有限元分析J.南昌大学学报(工科版),2008,30(04):385-388. 8刘安阵,莫易敏,吕俊成,汤春球.经济型汽车离合器动力学分析J.机械工程师,2008(09):33-35. 9徐旭,鲁统利.汽车离合器操纵机构的分析与改进设计J.机械设计与制造,2007(11):13-14. 10孙吉树.汽车离合器基本参数的优化J.林业科技情报,2005(04):52-54. 11杨橙.汽车离合器膜片弹簧的有限元分析J.机电技术,2005(01):37-38. 12余仁义,梁涛.汽车离合器操纵机构的设计J.专用汽车,2003(04):17-19. 13张铁山,高翔,夏长高,朱茂桃.汽车离合器传动片设计研究J.江苏理工大学学报(自然科学版),2001(06):26-29. 14马璐,万耀青.考虑动态过程的汽车离合器优化设计J.北京理工大学学报,1993(01):84-92. 15李林,刘惟信.汽车离合器膜片弹簧的优化设计J.清华大学学报(自然科学版),1990(05):96-103. 16林明芳,葛安林,吴晓荣.汽车离合器膜片弹簧的优化设计J.汽车工程,1988(01):41-48. 17邵泽良.汽车离合器分离轴承的结构和应用J.轴承,1987(01):2-11+63.18林世裕.汽车离合器拉式膜片弹簧的设计J.江苏工学院学报,1985(03):1-26.19Yongkui Wen;Xugang Hua.Design and Evaluation of Tuned Inerter-Based Dampers for the Seismic Control of MDOF StructuresJ2017(07):143-157.20Hua Shen , Ruifu Zhang.Simple design method of structure with metallic yielding dampers based on elasticplastic response reduction curveJ2017:95-114.35 致谢致谢这次的膜片弹簧离合器设计,还有很多地方不够完善,也遇到了很多的困难。在老师和同学的帮助下,我还是得以完成了本次设计。在设计过程中我也学到了很多东西,成长了许多。对汽车了和其有了一定的理解。特别要感谢王旭老师的严格要求和悉心教导。从初选课题到完成设计,王老师给了我很多建议和帮助。每次遇到不懂得的问题时,王老师总是能耐心地进行指导。在此,向王旭老师表示感谢和崇高的敬意。同时,也感谢任教老师四年的栽培,同学们的帮助,谢谢。36
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