畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 開 題 報(bào) 告設(shè)計(jì)（論文）題目 : 離合器設(shè)計(jì) 院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí): 學(xué) 生 姓 名: 導(dǎo) 師 姓 名: 開 題 時(shí) 間: 指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn)：簽字： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告學(xué)生姓名 系部 汽車與交通工程學(xué) 院 專業(yè)、班級(jí) 車輛工程 B07-3指導(dǎo)教師姓名 職稱 教授 從事專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否題目名稱 離合器設(shè)計(jì)一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義1、研究現(xiàn)狀：從 1891 年摩擦式汽車離合器的誕生，到 1948 年液力變矩器的出現(xiàn)，再到各種智能控制技術(shù)不斷應(yīng)用于汽車工業(yè)，汽車離合器技術(shù)始終伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。隨著新興汽車傳動(dòng)技術(shù)的越來(lái)越普及應(yīng)用，傳統(tǒng)的汽車離合器將逐漸淡出歷史舞臺(tái)。據(jù)環(huán)咨人員調(diào)查，目前全國(guó)有汽車離合器生產(chǎn)企業(yè)約 200 多家，其中具有一定生產(chǎn)能力和規(guī)模的汽車離合器生產(chǎn)企業(yè)只有 30 多家，主要有：長(zhǎng)春一東、湖北三環(huán)、杭州西湖、杭州奇碟、桂林福達(dá)、東傳蘇汽配、上海薩克斯、南京法雷奧、重慶愛(ài)思帝、珠海華粵、寧波宏協(xié)等。2005 年，我國(guó)14 家離合器生產(chǎn)企業(yè)離合器總成產(chǎn)量約為 516.49 萬(wàn)套。2006 年，受國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)的迅猛發(fā)展的影響，汽車離合器產(chǎn)量也獲得快速增長(zhǎng)，12 家企業(yè)離合器總成產(chǎn)量突破 862 萬(wàn)套。但是從傳統(tǒng)汽車離合器所占市場(chǎng)份額來(lái)看，由于乘用車中自動(dòng)檔比例的上升，汽車離合器市場(chǎng)份額受挫，呈現(xiàn)下跌趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)主要汽車離合器生產(chǎn)企業(yè)按目標(biāo)市場(chǎng)的不同，可分為 OEM 市場(chǎng)、售后市場(chǎng)和出口市場(chǎng)三類。其中，OEM 市場(chǎng)如：長(zhǎng)春一東、湖北三環(huán)、東傳蘇汽配等；售后市場(chǎng)如：杭州西湖、杭州奇碟、重慶長(zhǎng)安等；出口市場(chǎng)如：杭州西湖、珠海華粵、寧波宏協(xié)等。由于各目標(biāo)市場(chǎng)對(duì)企業(yè)規(guī)模、供貨能力的要求不同，因而進(jìn)入各市場(chǎng)的難易程度也不同。目前，售后市場(chǎng)中企業(yè)間的差別最大，從小作坊到大型國(guó)企，從民營(yíng)私企到外方獨(dú)資、國(guó)有控股等呈多樣化，產(chǎn)品質(zhì)量也參差不齊。據(jù)環(huán)咨人員統(tǒng)計(jì)：2006 年我國(guó)汽車零部件市場(chǎng)中，正規(guī)企業(yè)產(chǎn)品約占市場(chǎng)份額的 30%，仿制產(chǎn)品約占40%，翻新產(chǎn)品約占 30%。從各類企業(yè)性質(zhì)來(lái)看，國(guó)企約占 26.2%，外企占 34.8%，民企占 39%。在產(chǎn)品配套方面，乘用車領(lǐng)域體系內(nèi)配套的情況較為明顯，而商用車的采購(gòu)范圍則較廣。我國(guó)汽車離合器行業(yè)在經(jīng)歷了改革改造、引進(jìn)消化、改制重組， 在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，汽車離合器市場(chǎng)在行業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理等方面取得了較好的發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)汽車離合器企業(yè)約 100 余家(不含家庭作坊)。2005 年汽車離合器市場(chǎng)總銷售額約 35 億元；從業(yè)人員 12880 人，其中工程技術(shù)人員 1075 人；固定資產(chǎn)總額 15．1 億元；利稅總額 2．79 億元；全年共產(chǎn)銷汽車離合器蓋總成 1 000 萬(wàn)件，汽車離合器從動(dòng)盤總成 2000 萬(wàn)件，液力變矩器 10 萬(wàn)套。到 2010 年,我國(guó)離合器總銷售額將達(dá) 84 億元。國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的快速發(fā)展吸引了零部件巨頭的加入， 國(guó)際著名汽車離合器企業(yè)：lValeo、 Luk、Sachs、Exedy、 Eaton 等都在中國(guó)設(shè)立了合資或獨(dú)資企業(yè)，完成了在華的戰(zhàn)略布局，使得該行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇。他們不僅向原來(lái)并無(wú)份額的配套市場(chǎng)和售后市場(chǎng)滲透，還不斷擴(kuò)大其投資規(guī)模，改變股比，提高控制力。加大了專利在中國(guó)申報(bào)及保護(hù)力度，使得國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)汽車零部件企業(yè)面臨巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)和壁壘。供應(yīng)商的資金實(shí)力、技術(shù)質(zhì)量水平和管理水平影響著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的維持及擴(kuò)大；技術(shù)進(jìn)步所帶來(lái)的替代品(如 AT、CVT、DCT 所引發(fā)傳動(dòng)產(chǎn)品概念的改變)對(duì)部分汽車離合器行業(yè)帶來(lái)根本性的改變。從企業(yè)內(nèi)部能力分析，總體上看，我國(guó)汽車離合器企業(yè)與國(guó)外企業(yè)相比處于明顯劣勢(shì)。在勞動(dòng)力成本、售價(jià)、售后服務(wù)、客戶關(guān)系和供應(yīng)商關(guān)系等方面，我國(guó)企業(yè)處于明顯優(yōu)勢(shì)；在市場(chǎng)營(yíng)銷能力、采購(gòu)成本和交貨期方面，我國(guó)企業(yè)與國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)者基本持平；在品牌價(jià)值、產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品質(zhì)量、規(guī)模效應(yīng)、生產(chǎn)效率、技術(shù)水平、研發(fā)能力和員工素質(zhì)方面，我國(guó)企業(yè)與國(guó)際同類先進(jìn)企業(yè)相比差距較大。在產(chǎn)品技術(shù)方面， 國(guó)內(nèi)汽車離合器企業(yè)經(jīng)過(guò)不斷地產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，國(guó)產(chǎn)膜片彈簧離合器的品種已經(jīng)能全面覆蓋國(guó)內(nèi)重、中、輕、轎、微及農(nóng)用等車型的需求，跟蹤國(guó)外動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)，研發(fā)新一代產(chǎn)品也取得了可喜成果，如雙質(zhì)量飛輪、液力變矩器、適用于 300 馬力以上動(dòng)力配套的由430 拉式膜片彈簧離合器都獲得了成功。在發(fā)展過(guò)程中，離合器企業(yè)無(wú)論是為了提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力， 還是為了進(jìn)入配套、出口市場(chǎng)，都十分重視強(qiáng)化企業(yè)內(nèi)部管理。在離合器委員會(huì)注冊(cè)的 95％以上企業(yè)都先后通過(guò)了ISO9000、QS9000 、ISO／TSl 6949 等質(zhì)量體系的認(rèn)證。 在采用離合器的傳動(dòng)系統(tǒng)中，早期離合器的結(jié)果形式是錐形摩擦離合器。錐形摩擦離合器傳遞扭矩的能力，比相同直徑的其他結(jié)構(gòu)形式的摩擦離合器要大。但是，其最大的缺點(diǎn)是從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量太大，引起變速器換擋困難。而且這種離合器在接合時(shí)也不夠柔和，容易卡住。次后，在油中工作的所謂濕式的多片離合器逐漸取代了錐形摩擦離合器。但是多片濕式摩擦離合器的片與片之間容易被油粘?。ㄓ绕涫窃诶涮煊鸵鹤儩鈺r(shí)更容易發(fā)生），導(dǎo)致分離不徹底，造成換擋困難。所以它又被干式所取代。多片干式摩擦離合器的主要優(yōu)點(diǎn)是由于接觸面數(shù)多，故接合平順柔和，保證了汽車的平穩(wěn)起步。但因片數(shù)較多，從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，還是感到換擋不夠容易。另外，中間壓盤的通風(fēng)散熱不良，易引起過(guò)熱，加快了摩擦片的磨損甚至燒傷和破裂。如果調(diào)整不當(dāng)還可能引起離合器分離不徹底。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)使人們逐漸趨向于采用單片干式摩擦離合器。它具有從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，散熱性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，尺寸緊湊，分離徹底等優(yōu)點(diǎn)。而且只要在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，也能使其接合平順。因此，它得到了極為廣泛的應(yīng)用。如今，單片干式摩擦離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面也相當(dāng)完善：采用具有軸向彈性的從動(dòng)盤，提高了離合器的接合平順性；離合器中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動(dòng)系統(tǒng)的共振，減少了噪音；以及采用了摩擦較小的分離桿機(jī)構(gòu)等。另外，采用了膜片彈簧作為壓簧，可同時(shí)兼起到分離杠桿的作用，使離合器結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，并顯著地縮短了離合器的軸向尺寸。膜片彈簧和壓盤的環(huán)行接觸，可保證壓盤上的壓力均勻。由于膜片彈簧本身的特性，當(dāng)摩擦片磨損時(shí)，彈簧的壓力幾乎沒(méi)有改變，且可減輕分離離合器時(shí)所需要的踏板力。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上多采用多片干式離合器。次外，近年來(lái)由于多片濕式離合器在技術(shù)上的不段改善，在國(guó)外的某些重型牽引汽車和自卸車上又開始采用多片濕式離合器，并有不斷增加的傾向。與干式離合器相比，由于用油泵進(jìn)行強(qiáng)制制冷的結(jié)果，摩擦表面的溫度較低（不超過(guò) 93℃）。因此，允許起步時(shí)長(zhǎng)時(shí)間地打滑或用高檔起步而不致燒損摩擦片，具有良好的起步能力。為了實(shí)現(xiàn)離合器的自動(dòng)操縱，有自動(dòng)離合器。采用自動(dòng)離合器時(shí)可以省去離合器踏板，實(shí)現(xiàn)汽車的“雙踏板”操縱。與其他自動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)（如液力傳動(dòng)）相比，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉及傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)。因此，在歐洲小排量汽車上曾得到廣泛的應(yīng)用。但是在現(xiàn)有自動(dòng)離合器的各種結(jié)構(gòu)中，離合器的摩擦力矩的力矩調(diào)節(jié)特性還不夠理想，使用性能不盡完善。例如，汽車以高檔低速上坡時(shí)，離合器往往容易打滑。因此必須提前換如低檔以防止摩擦片的早期磨損以至燒壞。這些都需要進(jìn)一步改善。隨著汽車運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，離合器還要在原有的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)和提高，以適應(yīng)新的使用條件。從國(guó)外的發(fā)展動(dòng)向來(lái)看，近年來(lái)汽車的性能在向高速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速不斷提高，載重汽車趨向大型化，國(guó)內(nèi)也有類似的情況。此外，對(duì)離合器的使用要求也越來(lái)越高。所以，增加離合器的傳扭能力，提高其使用壽命，簡(jiǎn)化操作，已經(jīng)成為目前離合器的發(fā)展趨勢(shì)。2、選題目的和意義：在以內(nèi)燃機(jī)作為為動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)汽車中離合器作為一個(gè)獨(dú)立的部件而存在。在中國(guó)乘用車中自動(dòng)擋車款式只占全國(guó)平均數(shù)的 26.53%。離合器便手動(dòng)擋變速器的主要助手，從目前到將來(lái)離合器這一部件將會(huì)伴隨著內(nèi)燃機(jī)一起存在，不可以在汽車上消失。研究意義：實(shí)現(xiàn)離合器產(chǎn)廠內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化，減少試制周期及其過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生的浪費(fèi)．提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，對(duì)于離合器廠有重要的經(jīng)濟(jì)意義，同時(shí)也為中國(guó)的離合器生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)化和標(biāo)準(zhǔn)化作出了一定的貢獻(xiàn)。通過(guò)進(jìn)行離合器的設(shè)計(jì)，使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，熟練 CAD 繪圖技術(shù)，力求設(shè)計(jì)合理，理論聯(lián)系實(shí)際，結(jié)構(gòu)和性能有所改進(jìn)，設(shè)計(jì)手段具有一定的先進(jìn)性。當(dāng)離合器工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪是離合器的主動(dòng)部件，帶有摩擦片的從動(dòng)盤和從動(dòng)盤轂借滑動(dòng)花鍵與變速器第一軸（離合器從動(dòng)軸）相連。壓緊彈簧將從動(dòng)盤緊在飛輪端面上。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩即靠飛輪與從動(dòng)盤接觸面之間的摩擦作用而傳到從動(dòng)盤上，在由此經(jīng)過(guò)變速器的第一軸和傳動(dòng)系統(tǒng)中一系列部件傳給驅(qū)動(dòng)輪。壓緊彈簧的壓緊力越大，則離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩也越大。由于汽車在行駛過(guò)程中需經(jīng)常保持動(dòng)力傳遞，而中斷傳動(dòng)只是暫時(shí)的需要，所以汽車離合器的主動(dòng)部分和從動(dòng)部分應(yīng)經(jīng)常處于接合狀態(tài)。摩擦副之間采用彈簧作為壓緊裝置即是為了適應(yīng)這一要求。欲使離合器分離時(shí)，只要踩下操縱機(jī)構(gòu)中的離合器踏板，套在從動(dòng)盤轂環(huán)槽中的撥叉便撥動(dòng)從動(dòng)盤，克服壓緊彈簧的壓力向右移動(dòng)而與飛輪分離，摩擦副之間的摩擦力消失，從而中斷了動(dòng)力傳遞。當(dāng)需要重新恢復(fù)動(dòng)力傳遞時(shí)，為使汽車速度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化比較平穩(wěn)，應(yīng)該適當(dāng)控制放松離合器踏板的速度，使從動(dòng)盤在壓緊彈簧的壓力作用下向左移動(dòng)，與飛輪恢復(fù)接觸，二者接觸面間的壓力逐漸增加，相應(yīng)的摩擦力矩也逐漸增加。當(dāng)飛輪和從動(dòng)盤接合還不緊密，摩擦力矩比較小時(shí)，二者可以不同步旋轉(zhuǎn)，即離合器處于打滑狀態(tài)。隨著飛輪和從動(dòng)盤接合緊密程度的逐步增大，二者的轉(zhuǎn)速也漸趨相等。直到離合器完全接合而停止打滑時(shí)，汽車速度才與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。摩擦離合器所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩取決于摩擦副間的最大靜摩擦力矩，而后者又取決于摩擦間的壓緊力、摩擦因數(shù)以及摩擦面的數(shù)目和尺寸。因此，對(duì)于結(jié)構(gòu)一定的離合器來(lái)說(shuō)，最大靜摩擦力矩是一個(gè)定值。當(dāng)輸入轉(zhuǎn)矩達(dá)到此值時(shí)，則離壓合器出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，因而限制了傳給傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩，以防止超載。由上述工作原理可以看出，摩擦離合器主要由主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)四部分組成。主、從動(dòng)部分和壓緊機(jī)構(gòu)是保證離合器處于接合狀態(tài)并能傳遞動(dòng)力的基本結(jié)構(gòu)，而離合器的操縱機(jī)構(gòu)主要是使離合器分離的裝置。在保證可靠的傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的前提下，離合器的具體結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足主、從動(dòng)部分分離徹底，接合柔和，從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要盡可能小，散熱良好，操縱輕便，良好的動(dòng)平衡等基本性能要求。二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容有：1.摩擦式離合器的基本結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)的選擇(摩擦片外徑 D、離合器后備系數(shù) β 和單位壓力p)及計(jì)算。2.離合器零件的結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)計(jì)算1) 繪制離合器裝配圖；2) 從動(dòng)盤總成設(shè)計(jì)；3) 離合器蓋總成設(shè)計(jì)；為了保證離合器具有良好的工作性能，對(duì)汽車離合器設(shè)計(jì)提出如下基本要求： 1)在任何行駛條件下均能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲(chǔ)備。 2)接合時(shí)要平順柔和，以保證汽車起步時(shí)沒(méi)有抖動(dòng)和沖擊。 3)分離時(shí)要迅速、徹底。 4)離合器從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕換擋時(shí)變速器齒輪間的沖擊，便于換擋和減小同步器的磨損。 5)應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)散熱效果，以保證工作溫度不致過(guò)高，延長(zhǎng)其使用壽命。 6)應(yīng)使傳動(dòng)系避免扭轉(zhuǎn)共振，并具有吸收振動(dòng)、緩和沖擊和減小噪聲的能力。 7)操縱輕便、準(zhǔn)確，以減輕駕駛員的疲勞。 8)作用在從動(dòng)盤上的壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在使用過(guò)程中變化要盡可能小，以保證有穩(wěn)定的工作性能。 9)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和良好的動(dòng)平衡，以保證其工作可靠、壽命長(zhǎng)。 10)結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量小，制造工藝性好，拆裝簡(jiǎn)單擬解決的主要問(wèn)題：1、區(qū)別各類型離合器，根據(jù)參數(shù)選取離合器類型2、如何優(yōu)化現(xiàn)有離合器，使其成本更低，性能更好3、如何提高離合器的使用壽命三、技術(shù)路線（研究方法）調(diào)研、收集資料及總體方案論證離合器的基本組成和工作原理根據(jù)車型進(jìn)行離合器的參數(shù)選擇離合器傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)計(jì)算是否合理利用 Autocad 軟件繪制離合器圖紙是否合理校核、修改、完善離合器操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)四、進(jìn)度安排（1）調(diào)研、資料收集、完成開題報(bào)告 第 1、2 周（2 月 28 日～3 月 13 日）（2）方案設(shè)計(jì)與分析、整理 第 3、4 周（3 月 14 日～3 月 27 日）（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算與分析 第 5～7 周（3 月 28 日～4 月 10 日）（4）完成繪圖工作 第 8～10 周（4 月 11 日～5 月 8 日）（5）說(shuō)明書撰寫 第 11、12 周（5 月 9 日～5 月 22 日）（6）校對(duì)、完善和打印 第 13、14 周（5 月 23 日～6 月 5 日）（7）畢業(yè)設(shè)計(jì)審核、修改 第 15、16 周（6 月 6 日～6 月 19 日）（8）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備及答辯 第 17 周（6 月 20 日～6 月 26 日）五、參考文獻(xiàn)[1]曹志剛著;?？饲?，劉之鐳指導(dǎo).自動(dòng)同步離合器設(shè)計(jì)技術(shù)及嚙合動(dòng)力學(xué)研究 [D]. 2009[2]王云成著;王慶年指導(dǎo).重型商用車不分離離合器 AMT 關(guān)鍵技術(shù)研究 [D]， 2010[3]王博著;呂振華指. 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In the process of moving vehicle, the driver may need Pedal or release the clutch pedal so that the engine and gearbox temporary separation and progressive joint, to cut off the engine or transmission to the transmission input power. This paper is the saloon car theca spring clutch design. According to traffic conditions and vehicle parameters, in accordance with the clutch system of steps and requirements, mainly for the following work：Select the design for the main parameters: the determination of friction-diameter, the determining factor clutch reserve, the pressure on the units identified. And the design of the main assembly: the separation device design, set design and follower and cylindrical coil spring design. And through the design of finite element software for structural analysis of clutch, Based on analysis results,the improved frictional design.preferred design option,can therefore be attained.Key words：Clutch ;Theca spring;Friction disc;Finite element analysis; DesignII目 錄摘要 ⅠAbstractⅡ第 1 章 緒 論 11.1 課題研究的目的意義 .11.2 課題的研究現(xiàn)狀 .11.3 膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn) .21.3.1 膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu) .21.3.2 膜片彈簧離合器的工作原理 31.3.3 膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn) 41.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與技術(shù)路線 .5第 2 章 有限元基本理論 .62.1 有限元法的發(fā)展及應(yīng)用 62.1.1 有限單元法的發(fā)展歷史 .62.2.2 有限元法的應(yīng)用 .62.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元基本理論 .72.2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析的基本理論 .72.2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)分析的有限元法 .72.2.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析有限元法 82.3 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 .92.4 本章小結(jié) .10第 3 章 方案選擇與基本尺寸參數(shù)確定 113.1 方案選擇 113.2 后備系數(shù)的選擇 .113.3 離合器基本性能關(guān)系式 .123.4 摩擦片外徑的確定 .123.5 摩擦片的有限元分析 .14III3.5.1 建立有限元模型 .143.5.2 摩擦片的計(jì)算結(jié)果及結(jié)果分析 .153.6 本章小結(jié) 17第 4 章 主動(dòng)部分設(shè)計(jì) 184.1 壓盤參數(shù)的選擇和校核 .184.2 壓盤的有限元分析 .184.2.1 建立壓盤有限元模型 184.2.2 壓盤的有限元計(jì)算及結(jié)果分析 .194.2 離合器蓋設(shè)計(jì) .214.3 傳動(dòng)片設(shè)計(jì) .214.4 本章小結(jié) .22第 5 章 從動(dòng)盤總成設(shè)計(jì) 235.1 摩擦片設(shè)計(jì) .235.2 從動(dòng)盤轂設(shè)計(jì) .235.3 從動(dòng)片設(shè)計(jì) .255.4 扭轉(zhuǎn)減振器設(shè)計(jì) .255.4.1 扭轉(zhuǎn)減振器的功能 255.4.2 扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)類型的選擇 255.4.3 扭轉(zhuǎn)減振器的參數(shù)確定 .275.4.4 減振彈簧的尺寸確定 285.5 本章小結(jié) .30第 6 章 膜片彈簧設(shè)計(jì) 316.1 膜片彈簧的概念 316.2 膜片彈簧的彈性特性 316.3 膜片彈簧的強(qiáng)度計(jì)算 336.4 膜片彈簧基本參數(shù)的選擇 346.5 膜片彈簧的有限元分析 366.5.1 建立膜片彈簧 PRO/E 模型 .366.5.2 膜片彈簧的有限元分析 .386.6 本章小結(jié) 40IV第 7 章 離合器分離裝置的設(shè)計(jì) 417.1 分離桿的設(shè)計(jì) .417.2 離合器分離套筒和分離軸承的設(shè)計(jì) .417.3 本章小結(jié) 42第 8 章 離合器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 438.1 操縱機(jī)構(gòu)踏板力和行程 .438.2 操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式 .438.3 操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 計(jì)算 .438.4 本章小結(jié) 45結(jié)論 46參考文獻(xiàn) .47致謝 48附錄 490第 1 章 緒 論1.1 課題研究的目的意義離合器是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的部件，其主要作用是：傳遞和切斷發(fā)動(dòng)機(jī)傳給傳動(dòng)系的動(dòng)力，以保證汽車的平穩(wěn)起步、停車和換擋；當(dāng)傳給離合器的轉(zhuǎn)矩超過(guò)它所能傳遞的最大摩擦轉(zhuǎn)矩時(shí)，離合器主、從動(dòng)部分之間產(chǎn)生滑磨，從而對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)起到保護(hù)作用。此外，離合器還可以有效地降低傳動(dòng)系中的振動(dòng)和噪聲。課題研究對(duì)象是應(yīng)用最廣泛的膜片彈簧離合器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、操縱輕便、傳動(dòng)可靠、傳遞準(zhǔn)確以及效率高等特點(diǎn)。主要零件包括膜片彈簧、離合器蓋、壓盤、傳動(dòng)片和分離軸承總成等，這些關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)離合器性能具有很大的影響。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)工程師根據(jù)自己的理論知識(shí)和豐富的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)首先針對(duì)用戶的需求進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，定出結(jié)構(gòu)的類型和形式，選擇材料，按規(guī)定要求和標(biāo)準(zhǔn)給出受力情況，提出初始設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，再根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行各個(gè)方面的校核;如果不符合經(jīng)濟(jì)和安全的要求，則修改初始設(shè)計(jì)，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)的重分析，重校核，直到滿足為止。這種設(shè)計(jì)的一個(gè)主要缺點(diǎn)是難以找到材料的合理分布，因而不易做出比較理想的既經(jīng)濟(jì)又安全的設(shè)計(jì)方案。采用有限元技術(shù)研究這些關(guān)鍵零部件的靜力學(xué)特性，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，是非常重要和必須的。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行離合器設(shè)計(jì)不但可以獲得最佳的離合器基本參數(shù)，還可以大大縮短離合器總成開發(fā)周期、降低開發(fā)費(fèi)用，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，保證其設(shè)計(jì)的精確性。1.2 課題的研究現(xiàn)狀在早期研發(fā)的離合器結(jié)構(gòu)中，錐形離合器最為成功。它的原型設(shè)計(jì)曾裝在 1889年德國(guó)戴姆勒公司生產(chǎn)的鋼制車輪的小汽車上。它是將發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的內(nèi)孔做成錐體作為離合器的主動(dòng)件。采用錐形離合器的方案一直延續(xù)到 20 世紀(jì) 20 年代中葉，對(duì)當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)，錐形離合器的制造比較簡(jiǎn)單，摩擦面容易修復(fù)。它的摩擦材料曾用過(guò)駱毛帶、皮革帶等。那時(shí)曾出現(xiàn)過(guò)蹄-鼓式離合器，其結(jié)構(gòu)有利于在離心力作用下使蹄緊貼鼓面。蹄- 鼓式離合器用的摩擦元件是木塊、皮革帶等，蹄-鼓式離合器的重量較錐形離合器輕。無(wú)論錐形離合器或蹄-鼓式離合器，都容易造成分離不徹底甚至出現(xiàn)主、從動(dòng)件根本無(wú)法分離的自鎖現(xiàn)象?，F(xiàn)今所用的盤式離合器的先驅(qū)是多片盤式離合器，它是直到 1925 年以后才出現(xiàn)的。多片離合器最主要的優(yōu)點(diǎn)是，汽車起步時(shí)離合器的接合比較平順，無(wú)沖擊。早期1的設(shè)計(jì)中，多片按成對(duì)布置設(shè)計(jì)，一個(gè)鋼盤片對(duì)著一青銅盤片。采用純粹的金屬的摩擦副，把它們浸在油中工作，能達(dá)到更為滿意的性能。浸在油中的盤片式離合器，盤子直徑不能太大，以避免在高速時(shí)把油甩掉。此外，油也容易把金屬盤片粘住，不易分離。但畢竟還是優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)。因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，許多其他離合器還在原創(chuàng)階段，性能很不穩(wěn)定。石棉基摩擦材料的引入和改進(jìn)，使得盤片式離合器可以傳遞更大的轉(zhuǎn)矩，能耐受更高的溫度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用較小的摩擦面積，因而可以減少摩擦片數(shù)，這是由多片離合器向單片離合器轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。20 世紀(jì) 20 年代末，直到進(jìn)入 30 年代時(shí)，只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才使用多片離合器。早期的單片干式離合器由與錐形離合器相似的問(wèn)題，即離合器接合時(shí)不夠平順。但是，由于單片干式離合器結(jié)構(gòu)緊湊，散熱良好，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，所以以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車經(jīng)常采用它，尤其是成功地開發(fā)了價(jià)格便宜的沖壓件離合器蓋以后更是如此。實(shí)際上早在 1920 年就出現(xiàn)了單片干式離合器，這和前面提到的發(fā)明了石棉基的摩擦面片有關(guān)。但在那時(shí)相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，由于技術(shù)設(shè)計(jì)上的缺陷，造成了單片離合器在接合時(shí)不夠平順的問(wèn)題。第一次世界大戰(zhàn)后初期，單片離合器的從動(dòng)盤金屬片上是沒(méi)有摩擦面片的，摩擦面片是貼附在主動(dòng)件飛輪和壓盤上的，彈簧布置在中央，通過(guò)杠桿放大后作用在壓盤上。后來(lái)改用多個(gè)直徑較小的彈簧，沿著圓周布置直接壓在壓盤上，成為現(xiàn)今最為通用的螺旋彈簧布置方法。這種布置在設(shè)計(jì)上帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的好處，使壓盤上的彈簧的工作壓力分布更均勻，并減小了軸向尺寸。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨向于首選單片干式摩擦離合器，因?yàn)樗哂袕膭?dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、散熱性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點(diǎn)，而且由于在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，已能做到接合盤式平順，因此現(xiàn)在廣泛采用于大、中、小各類車型中。如今單片干式離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面相當(dāng)完善。采用具有軸向彈性的從動(dòng)盤，提高了離合器的接合平順性。離合器從動(dòng)盤總成中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振，減小了傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲和載荷。隨著人們對(duì)汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎(chǔ)上得到不斷改進(jìn)，乘用車上愈來(lái)愈多地采用具有雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減振器，能更好地降低傳動(dòng)系的噪聲。對(duì)于重型離合器，由于商用車趨于大型化，發(fā)動(dòng)機(jī)功率不斷加大，但離合器允許加大尺寸的空間有限，離合器的使用條件日酷一日，增加離合器傳扭能力，提高使用壽命，簡(jiǎn)化操作，已成為重型離合器當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上可采用雙片干式離合器。從理論上講，在相同的徑向尺寸下，雙片離合2器的傳扭能力和使用壽命是單片的 2 倍。但受到其他客觀因素的影響，實(shí)際的效果要比理論值低一些。近年來(lái)濕式離合器在技術(shù)上不斷改進(jìn)，在國(guó)外某些重型車上又開始采用多片濕式離合器。與干式離合器相比，由于用油泵進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的結(jié)果，摩擦表面溫度較低(不超過(guò) 93℃)，因此，起步時(shí)長(zhǎng)時(shí)間打滑也不致燒損摩擦片。查閱國(guó)內(nèi)外資料獲知，這種離合器的使用壽命可達(dá)干式離合器的 5-6 倍，但濕式離合器優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮是一定要在某溫度范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)的，超過(guò)這一溫度范圍將起負(fù)面效應(yīng)。目前此技術(shù)尚不夠完善。1.3 膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn)1.3.1 膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)膜片彈簧離合總成由膜片彈簧、離合器蓋、壓盤、傳動(dòng)片和分離軸承總成等部分組成。1、離合器蓋離合器蓋一般為 120°或 90°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的板殼沖壓結(jié)構(gòu)，通過(guò)螺栓與飛輪聯(lián)結(jié)在一起。離合器蓋是離合器中結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜的承載構(gòu)件，壓緊彈簧的壓緊力最終都要由它來(lái)承受。2、膜片彈簧膜片彈簧是離合器中重要的壓緊元件，在其內(nèi)孔圓周表面上開有許多均布的長(zhǎng)徑向槽，在槽的根部制成較大的長(zhǎng)圓形或矩形窗孔，可以穿過(guò)支承鉚釘，這部分稱之為分離指；從窗孔底部至彈簧外圓周的部分形狀像一個(gè)無(wú)底寬邊碟子，其截面為截圓錐形，稱之為碟簧部分。3、壓盤壓盤的結(jié)構(gòu)一般是環(huán)形盤狀鑄件，離合器通過(guò)壓盤與發(fā)動(dòng)機(jī)緊密相連。壓盤靠近外圓周處有斷續(xù)的環(huán)狀支承凸臺(tái)，最外緣均布有三個(gè)或四個(gè)傳力凸耳。4、傳動(dòng)片離合器接合時(shí)，飛輪驅(qū)動(dòng)離合器蓋帶動(dòng)壓盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)壓盤與從動(dòng)盤摩擦片之間的摩擦力使從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)；在離合器分離時(shí)，壓盤相對(duì)于離合器蓋作自由軸向移動(dòng)，使從動(dòng)盤松開。這些動(dòng)作均由傳動(dòng)片完成。傳動(dòng)片的兩端分別與離合器蓋和壓盤以鉚釘或螺栓聯(lián)接，一般采用周向布置。在離合器接合時(shí)，離合器蓋通過(guò)它來(lái)驅(qū)動(dòng)壓盤共同旋轉(zhuǎn)；在離合器分離時(shí)，可利用它的彈性恢復(fù)力來(lái)牽動(dòng)壓盤軸向分離并使操縱力減小。5、分離軸承總成3分離軸承總成由分離軸承、分離套筒等組成。分離軸承在工作時(shí)主要承受軸向分離力，同時(shí)還承受在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力作用下的徑向力。目前國(guó)產(chǎn)的汽車中多使用角接觸推力球軸承，采用全密封結(jié)構(gòu)和高溫鏗基潤(rùn)滑脂，其端面形狀與分離指舌尖部形狀相配合，舌尖部為平面時(shí)采用球形端面，舌尖部為弧形面時(shí)采用平端面或凹弧形端面。1.3.2 膜片彈簧離合器的工作原理由圖 1.1 可知，離合器蓋 1 與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪用螺栓緊固在一起，當(dāng)膜片彈簧 3 被預(yù)加壓緊，離合器處于接合位置時(shí)，由于膜片彈簧大端對(duì)壓盤 5 的壓緊力，使得壓盤與從動(dòng)盤 6 摩擦片之間產(chǎn)生摩擦力。當(dāng)離合器蓋總成隨飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(構(gòu)成離合器主動(dòng)部分)，就通過(guò)摩擦片上的摩擦轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)從動(dòng)盤總成和變速器一起轉(zhuǎn)動(dòng)以傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力（1）接合位置 （2）分離位置1-離合器蓋 2-鉚釘 3-膜片彈簧 4-支撐環(huán) 5-壓盤6-摩擦片 7-分離軸承總成 8-離合器踏板 9-輸出軸圖 1.1 膜片彈簧離合器的工作原理圖要分離離合器時(shí)，將離合器踏板 8 踏下，通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)，使分離軸承總成 7 前移推動(dòng)膜片彈簧分離指，使膜片彈簧呈反錐形變形，其大端離開壓盤，壓盤在傳動(dòng)片的彈力作用下離開摩擦片，使從動(dòng)盤總成處于分離位置，切斷了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的傳遞。1.3.3 膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn)膜片彈簧離合器與其他形式離合器相比，具有一系列優(yōu)點(diǎn)：(1)膜片彈簧離合器具有較理想的非線性彈性特性；(2)膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量??；(3)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；(4)膜片彈簧以整個(gè)圓周與壓盤接觸，使壓力分布均勻，摩擦片接觸良好，磨損均4勻；(5)易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長(zhǎng)；(6)膜片彈簧中心與離合器中心線重合，平衡性好。1.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容與技術(shù)路線1、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容（1）離合器主、從動(dòng)裝置、膜片彈簧等主要零部件的設(shè)計(jì)；（2）主要零部件的有限元分析；（3）用 AutoCAD 完成裝配圖、零件圖。2、設(shè)計(jì)的技術(shù)路線設(shè)計(jì)的技術(shù)路線如圖 1.2 所示。圖 1.2 設(shè)計(jì)的技術(shù)路線選擇輕型車發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù) 結(jié)構(gòu)方案分析從動(dòng)盤數(shù)量選擇壓緊彈簧布置形式選擇膜片彈簧支撐形式壓盤驅(qū)動(dòng)方式離合器主要參數(shù)選擇離合器基本尺寸的計(jì)算確定離合器主要零件的有限元分析繪制裝配圖、零件圖5第 2 章 有限元基本理論2.1 有限元法的發(fā)展及應(yīng)用2.1.1 有限單元法的發(fā)展歷史離散化的思想可以追溯到 20 世紀(jì) 40 年代。1941 年，A.HRENNIKOFF 首先提出用構(gòu)架方法求解彈性力學(xué)問(wèn)題，當(dāng)時(shí)稱為離散元素法。1943 年 R.CUORANT 在求解扭轉(zhuǎn)問(wèn)題時(shí)為了表征翹曲函數(shù)而將截面分成若干三角形區(qū)域，在各三角形區(qū)域設(shè)定一個(gè)線形翹曲函數(shù)。這是對(duì)里茲法的推廣，實(shí)際上就是有限元法的基本思想，這一思想真正用于工程中是在電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后。20 世紀(jì) 50 年代應(yīng)航空工業(yè)的需要，美國(guó)波音公司的專家首先采用三節(jié)點(diǎn)三角形單元，將矩陣位移法用到平面問(wèn)題上。同時(shí)，聯(lián)邦德國(guó)斯圖加特大學(xué)的J.H.ARGYRIS 教授發(fā)表了一組能量原理與矩陣分析論文，為這一方法的理論基礎(chǔ)作出了杰出貢獻(xiàn)。1960 年美國(guó)的 R.W.CLOUGH 教授在一篇論文中首先使用有限元法（THE FANATE ELEMENT METHOD）一詞，以后這一名稱得到廣泛承認(rèn)。20 世紀(jì) 60 年代有限單元法得到迅速發(fā)展，除了力學(xué)界外許多數(shù)學(xué)家也參與了這項(xiàng)工作，奠定了有限單元法的理論基礎(chǔ)，搞清了有限單元法與變分法的關(guān)系，發(fā)展了各種各樣的單元模式，擴(kuò)大了有限單元法的應(yīng)用范圍。20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)，有限單元法進(jìn)一步得到蓬勃發(fā)展，其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到所有工程領(lǐng)域，成為連續(xù)介質(zhì)問(wèn)題數(shù)值解法中最活躍的分支。由分法有限元擴(kuò)展到加權(quán)殘數(shù)法與能量平衡法有限元，由彈性力學(xué)平面問(wèn)題擴(kuò)展到空間問(wèn)題、板殼問(wèn)題，有靜力平衡問(wèn)題擴(kuò)展到穩(wěn)定性問(wèn)題、動(dòng)力問(wèn)題和波形問(wèn)題，由線形問(wèn)題擴(kuò)展到非線形問(wèn)題，分析對(duì)象由彈性材料擴(kuò)展到塑性、粘彈性、粘塑性和復(fù)合材料等，由結(jié)構(gòu)分析擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)優(yōu)化乃至與設(shè)計(jì)自動(dòng)化，從固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域 [1]。2.1.2 有限元法的應(yīng)用在工程技術(shù)領(lǐng)域中，根據(jù)分析的目的，有限單元法的應(yīng)用可以分為三大類：一是進(jìn)行靜力分析，也就是求解不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)平衡問(wèn)題。如線彈性系統(tǒng)的6應(yīng)力分析，也可應(yīng)用在靜力學(xué)、靜磁學(xué)、穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)和多孔介質(zhì)中的流體流動(dòng)等的分析。二是模態(tài)分析和穩(wěn)定性分析。它是平衡問(wèn)題的推廣，可以確定一些系統(tǒng)的特征值或臨界值，如結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析及線彈性系統(tǒng)固有特性的確定等。三是進(jìn)行瞬時(shí)動(dòng)態(tài)分析。它可以進(jìn)行求解一些隨時(shí)間而變的傳播問(wèn)題。如彈性連續(xù)體的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)分析（或稱動(dòng)力響應(yīng)） ，流體動(dòng)力學(xué)等。在機(jī)械與汽車結(jié)構(gòu)分析中，有限單元法已作為一種常用的基本方法被廣泛使用。上述的有限單元法三大應(yīng)用領(lǐng)域也包含了機(jī)械與汽車結(jié)構(gòu)有限元分析的主要應(yīng)用范圍。具體來(lái)講，有限元分析應(yīng)用體現(xiàn)在一是在機(jī)械與汽車的設(shè)計(jì)中，對(duì)所有結(jié)構(gòu)件、主要機(jī)械零部件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性分析，有限單元法是不可替代的工具。二是在機(jī)械與汽車結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD） 、優(yōu)化設(shè)計(jì)中，有限元法作為結(jié)構(gòu)分析的工具，已成為其中主要組成部分之一。 三是應(yīng)用在機(jī)械與汽車結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析中，普遍采用有限單元法來(lái)進(jìn)行各構(gòu)件的模態(tài)分析，同時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕上直觀形象地再現(xiàn)各構(gòu)件的振動(dòng)模態(tài)，進(jìn)一步計(jì)算出各構(gòu)件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，較真實(shí)地描繪出動(dòng)態(tài)過(guò)程，為結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供方便有效的工具。有限單元法最初應(yīng)用于航空器的強(qiáng)度計(jì)算，但隨著研究的深入，有限單元法不僅應(yīng)用于力學(xué)問(wèn)題的分析計(jì)算，還在其他科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，成為一種應(yīng)用廣泛、實(shí)用高效的數(shù)值計(jì)算方法。2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元基本理論2.2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析的基本內(nèi)容(1)靜態(tài)分析。靜態(tài)分析是指在穩(wěn)定載荷的條件下對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變和位移的分析，同時(shí)不考慮慣性和阻尼特性，并且不考慮隨時(shí)間變化的載荷，但允許有穩(wěn)定的慣性載荷（重力和離心力）作用。隨時(shí)間變化的載荷可等效為靜態(tài)載荷之后，再進(jìn)行靜態(tài)分析。靜態(tài)分析驗(yàn)算其指向誤差是否超過(guò)給定的精度要求。(2)動(dòng)態(tài)分析。機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題是指結(jié)構(gòu)受到載荷作用沒(méi)有達(dá)到靜力學(xué)意義的平衡狀態(tài)，或由于在彈性力的作用下，結(jié)構(gòu)在平衡位置附近做有規(guī)律振動(dòng)。在分析動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)，位移和應(yīng)力等都是時(shí)間的函數(shù)，所以不僅考慮結(jié)構(gòu)的剛度，而且應(yīng)考慮其慣性和阻尼特性。動(dòng)態(tài)分析主要是計(jì)算結(jié)構(gòu)部件和系統(tǒng)的固有頻率及振型。2.2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)分析的有限元法機(jī)械結(jié)構(gòu)特性分析是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。目前，結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的方法有很多種，有限單元法是運(yùn)用最為成功、最為廣泛的方法。有限元法運(yùn)用離散概念，把一7個(gè)彈性連續(xù)體分割成由若干個(gè)有限單元組成的集合體，單元之間在節(jié)點(diǎn)處以鉸鏈相聯(lián)接，有單元組合而成的結(jié)構(gòu)近似代替原連續(xù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)求解單元內(nèi)的節(jié)點(diǎn)在一定約束和載荷條件下的位移，求解單元內(nèi)的應(yīng)力并組合得到一組代數(shù)方程組，最后求解得數(shù)值解。對(duì)于不同物理性質(zhì)和數(shù)學(xué)模型的問(wèn)題，有限元求解的基本步驟是相同的，只是具體公式推導(dǎo)和運(yùn)算求解是不同的，有限元求解問(wèn)題的基本步驟如下：(1)問(wèn)題及求解區(qū)域定義：根據(jù)實(shí)際問(wèn)題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域。(2)求解域的離散化：將求解域近似為具有不同有限大小和形狀彼此相連的有限個(gè)單元組成的離散域，習(xí)慣上稱為有限元網(wǎng)格劃分。顯然單元越?。ňW(wǎng)格越細(xì)）則離散域的近似程度越好，計(jì)算結(jié)果也越精確，但計(jì)算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法核心技術(shù)之一。(3)確定狀態(tài)變量及控制方法：一個(gè)具體的物理問(wèn)題通?？梢杂靡唤M包含問(wèn)題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程式表示，為適合有限元求解，通常將微分方程化為等價(jià)的泛涵形式。(4)單元推導(dǎo)：對(duì)單元構(gòu)造一個(gè)適合的近似解，即推導(dǎo)有限單元的列式，其中包括選擇合理的單元坐標(biāo)系，建立單元函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關(guān)系，從而形成單元?jiǎng)偠染仃嚒?5)求解：將單元形成離散域的總矩陣方程（聯(lián)合方程組） ，反映對(duì)近似求解域的離散域的要求，即單元函數(shù)的連續(xù)性要滿足一定的連續(xù)條件。聯(lián)合方程組的求解可用直線法、迭代法和隨機(jī)法。求解結(jié)果是單元節(jié)點(diǎn)處狀態(tài)變量的近似值。(6)計(jì)算單元應(yīng)力并整理計(jì)算結(jié)果：根據(jù)求得的位移可以求出結(jié)構(gòu)上所有需要的部件上的應(yīng)力。并能夠繪出結(jié)構(gòu)變形圖及各種應(yīng)力分量、應(yīng)力組合的等值圖 [2]。 2.2.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析有限元法靜態(tài)分析有限元法是指求解不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)平衡問(wèn)題。如線彈性系統(tǒng)的應(yīng)力等。線性方程的等效方程為：Error! No bookmark name given. ????FuK??(2.1)(2.2)ra?8式中： ____ 總剛度矩陣， ；??K????nmeK1______ 節(jié)點(diǎn)位移矢量；??uN ______單元數(shù)；____ 單元?jiǎng)偠染仃嚕??eK_____支反載荷矢量；rF_____所受的總外載荷。??a通過(guò)解有限元方程（2.1）式，得出各節(jié)點(diǎn)位移矢量{u}。根據(jù)位移插值函數(shù)，由彈性力學(xué)中給出的應(yīng)變和位移及應(yīng)變和應(yīng)力的關(guān)系，得單元節(jié)點(diǎn)的應(yīng)變和應(yīng)力表達(dá)式：(2.3)????theluB?????(2.4)elD?式中： ______ 由應(yīng)力引起的應(yīng)變；??el?______ 節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)變——位移矩陣；??B______ 節(jié)點(diǎn)的位移矢量；u______ 熱應(yīng)變矢量（本文不考慮） ；th?______ 應(yīng)力矢量；???______ 彈性矩陣系數(shù)。??D求解（2.3）和（2.4）式，得到各節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的應(yīng)力。綜上所述，我們用有限元分析法求出結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)位移及節(jié)點(diǎn)應(yīng)力，得到結(jié)構(gòu)靜態(tài)特性分析結(jié)果。2.3 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介ANSYS 軟件是一個(gè)功能強(qiáng)大的靈活的設(shè)計(jì)分析及優(yōu)化、融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元商用分析軟件，可廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車交通、國(guó)防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等一般工業(yè)及科學(xué)研究。該軟件提供了一個(gè)9不斷改進(jìn)的功能清單，具體包括：結(jié)構(gòu)高度非線性分析、電磁分析、計(jì)算流體動(dòng)力分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化、接觸分析、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分、大應(yīng)變/有限轉(zhuǎn)動(dòng)功能以及利用 ANSYS參數(shù)設(shè)計(jì)語(yǔ)言（APDL）的擴(kuò)展宏命令功能?；?Montif 的菜單系統(tǒng)使用戶能夠通過(guò)對(duì)話框、下拉式菜單和子菜單進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和功能選擇，方便用戶操作。在有限元的分析過(guò)程中，程序通常使用以下三個(gè)部分：前處理模塊（PREP7） ，分析求解模塊（SOLUTION ）和后處理模塊（ POST1 和 POST26） 。前處理模塊為一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分工具，通過(guò)這個(gè)模塊用戶可以建立自己想要的工程有限元模型。分析求解模塊是對(duì)已建好的模型在一定的載荷和約束條件下進(jìn)行有限元計(jì)算，求解平衡微分方程。后處理模型是對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理，可將結(jié)果顯示出來(lái)。ANSYS 公司成立于 1970 年，總部位于美國(guó)賓夕法尼亞洲的匹茲堡，目前是世界CAE 行業(yè)最大的公司。其創(chuàng)始人 John Swanson 博士為匹茲堡大學(xué)力學(xué)系教授、有限元屆的權(quán)威。他洞察了計(jì)算機(jī)模擬工程商品化的發(fā)展，把握住了有限元軟件發(fā)展方向，使 ANSYS 公司在同行業(yè)中一直處于領(lǐng)先地位。ANSYS 軟件的最初版本于今天的版本相比已有很大的區(qū)別，它僅僅提供了熱分析及線性結(jié)構(gòu)分析功能，是一個(gè)批處理程序，只能在大型計(jì)算機(jī)上使用。20 世紀(jì) 70 年代初，非線性、子結(jié)構(gòu)以及更多的單元類型的加入；20 世紀(jì) 70 年代末，圖形技術(shù)和交互式操作方法的應(yīng)用使得 ANSYS 軟件得到了很大的改善，前后處理技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。 今天 ANSYS 軟件更加趨于完善，功能更加強(qiáng)大，使用更加便捷。ANSYS 5.7 版本的推出對(duì)顯示動(dòng)力分析（LS-DYNA） 、概率設(shè)計(jì)系統(tǒng)（PDS） 、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)功能以及多物理場(chǎng)功能均作了很大的改進(jìn)與提高。2.４ 本章小結(jié)本章闡述了有限元法的發(fā)展、概念、原理和有限元靜力學(xué)分析法，以及對(duì)有限元應(yīng)用軟件 ANSYS 的介紹，奠定了下面有限元靜力分析的理論基礎(chǔ)。10第 3 章 方案選擇與基本尺寸參數(shù)確定3.1 方案選擇根據(jù)任務(wù)書所提設(shè)計(jì)參數(shù)如表 3.1。表 3.1 設(shè)計(jì)基本參數(shù)最大功率 95kw/5500r/min最大扭矩 165 N·m/3500r/min由汽車設(shè)計(jì)對(duì)乘用車和最大總質(zhì)量小于 6t 的商用車而言，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩一般不大，在布置尺寸容許條件下，離合器通常只設(shè)有一個(gè)從動(dòng)盤，所以采用單片離合器。本車采用的摩擦式離合器是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，維修方便，目前大多數(shù)汽車都采用這種形式的離合器。采用膜片彈簧離合器是因?yàn)槟て瑥椈呻x合器具有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此可設(shè)計(jì)成當(dāng)摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎可以保持不變，且可減輕分離離合器時(shí)的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對(duì)離合器軸的中心線是對(duì)的，因此其壓力實(shí)際上不受離心力的影響，性能穩(wěn)定，平衡性也好；再者，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，零件數(shù)目減少，質(zhì)量減小并顯著地縮短了其軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤是以整個(gè)圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，磨損均勻，也易于實(shí)現(xiàn)良好的散熱通風(fēng)等。由于膜片彈簧離合器具有上述一系列的優(yōu)點(diǎn)，并且制造膜片彈簧的工藝水平也在不斷地提高，因而這種離合器在轎車及微型、輕型客車上已得到廣泛的采用，而且逐漸擴(kuò)展到載貨汽車上。從動(dòng)盤選擇單片式從動(dòng)盤是一位其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。壓盤驅(qū)動(dòng)方式采用傳動(dòng)片式是因?yàn)槠錄](méi)有太明顯的缺點(diǎn)且簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了裝配要求又有利于壓盤定中。綜上本次設(shè)計(jì)選擇單片推式膜片彈簧離合器。3.2 后備系數(shù)的選擇離合器的后備系數(shù)，選擇時(shí)應(yīng)考慮摩擦片磨損后仍能傳遞 及避免起步時(shí)滑maxc?磨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；同時(shí)應(yīng)考慮防止傳動(dòng)系過(guò)載及操縱輕便等。表 3.2 后備系數(shù)表車 型 轎車 輕型貨車 中、 重型貨 越野車 牽引車11車后 備 系 數(shù) 1.30～1.75 1.60～2.25 2.0～3.5本設(shè)計(jì)是基于松花江微型客車 HFJ1010 的離合器設(shè)計(jì)，該車型屬于輕型貨車類型，故選擇本次設(shè)計(jì)的后背系數(shù) β 在 1.30～1.75 之間選擇。因?yàn)樵撥囆蜑樾⌒蛙?，不需要太大的后備系?shù)，取 =1.3。?3.3 離合器基本性能關(guān)系式離合器的基本功能之一是傳遞轉(zhuǎn)矩，因此離合器轉(zhuǎn)矩容量是離合器最為基本的性能之一。通過(guò)轉(zhuǎn)矩容量能初步定出離合器的原始參數(shù)、尺寸。為了能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 ，離合器的轉(zhuǎn)矩容量 應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 ，而離合器傳遞maxc?c?maxc?的摩擦力矩 又決定于其摩擦面數(shù) Z、摩擦系數(shù) f、作用在摩擦面上的總壓緊力 PΣ與摩擦片平均摩擦半徑 Rm，即N·m （3.1）ercRfP??ax?式中： —離合器的后備系。?—摩擦系數(shù)。f該車型發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 為 165N·m，取后備系數(shù) =1.3 可得離合器的轉(zhuǎn)矩容量maxc??= N·m[3]。c?5.2143.6??3.4 摩擦片外徑的確定摩擦片外徑是離合器的基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命，它和離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小有一定關(guān)系。顯然，傳遞大的轉(zhuǎn)矩，就需要大的尺寸。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是重要的參數(shù)，當(dāng)按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩來(lái)確定 D 時(shí)，可以查表 3.3 來(lái)確定摩擦片外徑 D 的尺。12表 3.3 離合器尺寸選擇參數(shù)表摩擦片外徑 D/mm 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 Te max/N·m單片離合器 雙片離合器 重負(fù)荷 中等負(fù)荷 極限值225 — 130 150 170250 — 170 200 230280 — 240 280 320300 — 260 310 360325 — 320 380 450350 — 410 480 550380 — 510 600 700410 — 620 720 830430 350 680 800 930450 380 820 950 1100所選的尺寸 D 應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(JB1457-74)的規(guī)定。表 3.3 給出了離合器摩擦片的尺寸系列和參數(shù)。另外，所選的 D 應(yīng)符合其最大圓周速度不超過(guò) 65～70m/s 的要求，且重型汽車不應(yīng)超過(guò) 50m/s。表 3.4 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)外徑 /Dm內(nèi)徑 /dm厚度 /h內(nèi)外徑之比 /dD單位面積 2/Fm160 110 3.2 0.687 10600180 125 3.5 0.694 13200200 140 3.5 0.700 16000225 150 3.5 0.667 22100250 155 3.5 0.620 30200280 165 3.5 0.589 40200300 175 3.5 0.583 46600325 190 3.5 0.585 5460013350 195 4 0.557 67800380 205 4 0.540 72900發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)該車型發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 Te max 為 165N·m根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，D= ，對(duì)于小轎車 A=47，得Aemax10D= =105.689mm，471650根據(jù) Te max 初選 D 以后，還需注意摩擦片尺寸的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，表 3.4 為我國(guó)摩擦片尺寸的標(biāo)準(zhǔn)。摩擦片外徑 D=180mm摩擦片內(nèi)徑 d=125mm摩擦片厚度 h=3.5mm摩擦片內(nèi)外徑比 d/D=0.694單面面積 F=13200mm2根據(jù) smDnveD/70~651603max?????式中： 為摩擦片最大圓周速度（m/s）; 為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速（r/min） 。maxe所以 ，smnvD /70/5.101856016033 ??????????故符合條件 [4]。3.5 摩擦片的有限元分析3.5.1 建立摩擦片的有限元模型建立有限元模型主要分為兩階段，即幾何模型階段和網(wǎng)格劃分階段。根據(jù)上邊計(jì)算選取摩擦片結(jié)構(gòu)尺寸建立模型。如圖 3.114圖 3.1 摩擦片模型本文采用實(shí)體塊單元（SOLID45） ，進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散，即網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分對(duì)于ANSYS 軟件來(lái)說(shuō)，有二種劃分方式：自由網(wǎng)格劃分、映射網(wǎng)格劃分。自由網(wǎng)格劃分主要用于劃分邊界形狀不規(guī)則的區(qū)域，生成排列不規(guī)則的網(wǎng)格，其單元的形狀也是大小不一的，常常用于復(fù)雜邊界形狀的網(wǎng)格劃分，但其分析精度不高；映射網(wǎng)格劃分是將規(guī)則的形狀（如正方形、三棱柱等）映射到不規(guī)則的區(qū)域（如畸變的四邊形、底面不是正多邊形的棱柱等） ，它所生成的網(wǎng)格相互之間是呈規(guī)則的排列的，分析精度也很高，但它要求劃分區(qū)域滿足一定的條件，否則不能劃分，對(duì)于復(fù)雜形狀的邊界模擬能力較自由網(wǎng)格劃分差。本文采用自由網(wǎng)格劃分，共生成了 2683 個(gè)單元，1055 個(gè)節(jié)點(diǎn)。生成有限元模型如圖 3.2。圖 3.2 摩擦片有限元模型3.5.2 摩擦片的計(jì)算結(jié)果與結(jié)果分析考慮分析類型為摩擦片在最大受載的情況下的靜力分析，摩擦片沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)，15摩擦力為最大摩擦力?？梢园涯Σ疗醋鲆幻嫒s束，另一面受壓力轉(zhuǎn)矩作用的單元體。壓力的加載方法可以轉(zhuǎn)換為受力面得壓強(qiáng)，轉(zhuǎn)矩的加載則需要引入一個(gè)具有旋轉(zhuǎn)自由度的節(jié)點(diǎn)。壓強(qiáng) mpasfp378.0125?轉(zhuǎn)矩 T= = N·m。c?5.6.?通過(guò)有限元分析軟件 ANSYS8.0 的計(jì)算，得到有限元模型在外載荷下的整體應(yīng)變圖。圖 3.3 節(jié)點(diǎn)應(yīng)力等值線圖第一應(yīng)力圖 第二應(yīng)力圖第三應(yīng)力圖 X 應(yīng)力圖16Y 應(yīng)力圖 Z 應(yīng)力圖圖 3.4 應(yīng)力強(qiáng)度云圖單位：Pa 表3.5 加載處及其周圍節(jié)點(diǎn)主應(yīng)力表節(jié)點(diǎn)號(hào) 402 386 35 434 993 416 主應(yīng)力 1.1074E5 1.1593E5 1.0876E5 1.1023E5 1.0403E5 1.1617E5單位：m 表3.6 節(jié)點(diǎn)位移表NODE UX UY UZ USUM402 0.24324E-08 -0.71951E-10 -0.61836E-13 0.24334E-08425 -0.17707E-08 -0.16692E-08 -0.11026E-13 0.24335E-08396 -0.24323E-08 0.71770E-10 -0.15040E-12 0.24334E-08386 -0.51070E-10 -0.25554E-08 0.82071E-13 0.25559E-08由圖 3.3 可看出摩擦片從內(nèi)圈到外圈變形逐漸變大。取摩擦片變形最大的幾個(gè)點(diǎn)，列出位移表，見(jiàn)表 3.6，該表列出了這些節(jié)點(diǎn)在各個(gè)方向上的變形。由表得第 402 號(hào)節(jié)點(diǎn)位移最大，大小是 0.25559E-08m,，遠(yuǎn)小于經(jīng)驗(yàn)許用剛度，滿足設(shè)計(jì)要求。由圖 3.4 可以看出在摩擦片內(nèi)圈和鉚釘處應(yīng)力強(qiáng)度最大，列出應(yīng)力表，見(jiàn)表 3.5。由表得第 416 號(hào)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力最大，大小是 1.1617E5Pa，遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力 345 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。由分析得知摩擦片的應(yīng)力應(yīng)變都遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力許用剛度，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)沒(méi)有強(qiáng)度校核是有根據(jù)的。3.6 本章小結(jié)本章對(duì)離合器的摩擦片進(jìn)行了設(shè)計(jì)選擇，確定了離合器摩擦片的外徑尺寸，對(duì)以后其他多個(gè)部件總成的外形尺寸選擇起了決定作用。通過(guò)有限元軟件 ANSYS 對(duì)摩擦片有限元模型進(jìn)行了有限元靜力分析，驗(yàn)證了摩擦片設(shè)計(jì)的合理性。17第 4 章 主動(dòng)部分設(shè)計(jì)4.1 壓盤參數(shù)的選擇和校核壓盤形狀較復(fù)雜，要求傳熱性好、具有較高的摩擦系數(shù)及耐磨。故通常由灰鑄鐵HT200 鑄成，金相組織呈珠光體結(jié)構(gòu)，硬度 HB170～227。另外可添加少量金屬元素(如鎳、鐵、錳合金等) 以增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度。壓盤的外徑可根據(jù)摩擦片的外徑由結(jié)構(gòu)確定。為了使每次接合的溫升不致過(guò)高，壓盤應(yīng)具有足夠大的質(zhì)量以吸收熱量；為了保證在受熱情況下不致翹曲變形，壓盤應(yīng)具有足夠大的剛度且一般都較厚(載貨汽車的離合器壓盤，其厚度一般不小于 15mm)。此外，壓盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)注意其通風(fēng)冷卻要好，例如在壓盤體內(nèi)鑄出導(dǎo)風(fēng)槽。壓盤的厚度初步確定后，應(yīng)校核離合器一次接合的溫升不應(yīng)超過(guò) 8℃～10 ℃溫升 τ 的校核按式為：τ=γL/mc （4.1 ）式中：γ—傳到壓盤的熱量所占的比率。對(duì)單片離合器，γ=0.5 ；m—壓盤的質(zhì)量，kg；c—壓盤的比熱容，鑄鐵的比熱容為 ℃)；kgJ/(4.81L—滑磨功，J。若溫升過(guò)高，可適當(dāng)增加壓盤的厚度。壓盤單件的平衡精度應(yīng)不低于 15～20g·cm。選擇壓盤厚度為 15mm，外徑 185mm，內(nèi)徑 120mm。代入公式（4.1）進(jìn)行校核計(jì)算，τ=4.24℃符合標(biāo)準(zhǔn) [5]。4.2 壓盤的有限元分析184.2.1 建立壓盤有限元模型在 ANSYS 交互界面直接建立模型，合理的對(duì)壓盤進(jìn)行了簡(jiǎn)化不影響分析結(jié)果。通過(guò)體與體之間的加和減形成圖 4.1 的模型，壓盤材料為 HT200 剛密度：ρ=7.85×10 3 kg/m3彈性模量 ： E=2.1×e11 Pa最大許用應(yīng)力：240MPa泊松比 ：μ=0.30圖 4.1 ANSYS 建立壓盤模型采用實(shí)體塊單元（SOLID45） ，進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散，即網(wǎng)格劃分。該單元在有限元法中具有 8 個(gè)節(jié)點(diǎn)，3 個(gè)自由度。采用自由網(wǎng)格劃分，共生成了 10106 個(gè)單元，2626 個(gè)節(jié)點(diǎn)，生成的有限元模型如圖 4.2、4.3。圖 4.2 壓盤有限元模型 圖 4.3 壓盤有限元模型4.2.2 壓盤有限元計(jì)算及結(jié)果分析考慮分析類型為壓盤在最大受載的情況下的靜力分析，壓盤沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)，可以把壓盤看做一面全約束，另一面受壓力轉(zhuǎn)矩作用的單元體。壓力的加載方法可以轉(zhuǎn)換為受力面得壓強(qiáng)，轉(zhuǎn)矩的加載則需要引入一個(gè)具有旋轉(zhuǎn)自由度的節(jié)點(diǎn)。19壓強(qiáng) mpasfp312.0)625.8(????轉(zhuǎn)矩 T= = N·m。c?.3.1?通過(guò)有限元分析軟件 ANSYS8.0 的計(jì)算，得到有限元模型在外載荷下的整體應(yīng)變圖。圖 4.3 節(jié)點(diǎn)應(yīng)力等值線圖 圖 4.4 第一應(yīng)力圖圖 4.5 第二應(yīng)力圖 圖 4.6 第三應(yīng)力圖圖 4.7 X 應(yīng)力圖 圖 4.8 Y 應(yīng)力圖20圖 4.9 Z 應(yīng)力圖單位：Pa 表4.1 加載處及其周圍節(jié)點(diǎn)主應(yīng)力表節(jié)點(diǎn)號(hào) 18 286 365 534 316 主應(yīng)力 1.40286E6 1.13073E6 1.11202E6 1.29122E6 1.28197E6單位：m 表4.2 節(jié)點(diǎn)位移表NODE UX UY UZ USUM86 0.84324E-08 -0.71951E-10 -0.81836E-13 0.86319E-08304 -0.146087-08 -0.16692E-08 -0.11026E-13 -0.14695E-08547 -0.24323E-08 0.71770E-10 -0.15040E-12 -0.84393E-081124 -0.51070E-10 -0.25554E-08 0.82071E-8 0.84386E-08由圖 4.3 可看出壓盤從內(nèi)圈到外圈變形逐漸變大。取壓盤變形最大的幾個(gè)點(diǎn)，列出位移表，見(jiàn)表 4.1，該表列出了這些節(jié)點(diǎn)在各個(gè)方向上的變形。由表得第 86 號(hào)節(jié)點(diǎn)位移最大，大小是 0.86319E-08m,，遠(yuǎn)小于許用剛度，滿足設(shè)計(jì)要求。由圖 4.4-圖 4.9 可以看出在壓盤內(nèi)圈應(yīng)力強(qiáng)度最大，列出應(yīng)力表，見(jiàn)表 4.2。由表得第 18 號(hào)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力最大，大小是 1.40286E6，遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力 240 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。由分析得知壓盤的應(yīng)力應(yīng)變都遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力許用壓強(qiáng)，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)壓盤沒(méi)有強(qiáng)度校核而是進(jìn)行了溫度校核，由此得知壓盤做為離合器中的主要散熱件之一溫度場(chǎng)才是其最主要的設(shè)計(jì)依據(jù) [6]。4.2 離合器蓋設(shè)計(jì)一般采用厚 2. 5～5mm 的低碳鋼鋼板沖壓制造。離合器蓋的形狀和尺寸由離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。在設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意的是剛度、對(duì)中、通風(fēng)散熱等問(wèn)題。離合器蓋的剛度不夠，會(huì)產(chǎn)生較大變形，這不僅會(huì)影響操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，還可能導(dǎo)致分離不徹底、引起摩擦片早期磨損，甚至使變速器換檔困難。離合器蓋內(nèi)裝有壓盤、分離杠桿、壓緊彈簧等，因此，其對(duì)于飛輪軸線的對(duì)中十分重要。對(duì)中方式可采用定位銷或定位螺栓以及止口對(duì)中。為了加強(qiáng)通風(fēng)散熱和清除摩擦片的磨損粉末，在保證剛度21的前提下，可在離合器蓋上設(shè)置循環(huán)氣流的入口和出口，甚至將蓋設(shè)計(jì)成帶有鼓風(fēng)葉片的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)離合器蓋要求離合器蓋內(nèi)徑大于離合器摩擦片外徑，能將其他離合器上的部件包括其中即可。4.3 傳動(dòng)片設(shè)計(jì)壓盤與飛輪通過(guò)彈性傳動(dòng)片連接時(shí)，則傳動(dòng)片應(yīng)進(jìn)行拉伸應(yīng)力的強(qiáng)度校核；若通過(guò)凸塊一窗孔、傳力銷或鍵連接時(shí)，則應(yīng)進(jìn)行擠壓應(yīng)力的強(qiáng)度校核：??RzFTe/maxj???（4.2）式中： —考慮發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 分配到壓盤上的比例系數(shù)，單片離合器取 ；?maxe 5.0??—力的作用半徑，m；R—工作元件(例凸塊一窗孔、傳動(dòng)銷、鍵)的數(shù)目，這里取 3 組每組 4 片；z—接觸面積，mm 2，這里取長(zhǎng)為 45mm，寬為 10mm，所以 F=450 mm2 。F計(jì)算得 =5.22 符合標(biāo)準(zhǔn) [5]。j?1-傳力裝置；2-分離杠桿中間支承；3-支承叉；4- 調(diào)整螺母圖 4.10 壓盤及分離杠桿計(jì)算用圖4.4 本章小結(jié)本章對(duì)離合器主動(dòng)件進(jìn)行了設(shè)計(jì)、計(jì)算、選擇及校核。主動(dòng)件包括離合器蓋、壓盤等。這些部件都是給離合器傳遞扭矩的部件，他們共同的特點(diǎn)是都要有良好的散熱22能力，能有效把在主動(dòng)部分的熱傳遞出去的能力。這些部件總成都是符合標(biāo)準(zhǔn)的部件，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的校核計(jì)算，可以符合使用的標(biāo)準(zhǔn)，滿足使用的需要。23第 5 章 從動(dòng)盤總成設(shè)計(jì)5.1 摩擦片設(shè)計(jì)離合器表面片在離合器接合過(guò)程中將遭到嚴(yán)重的滑磨，在相對(duì)很短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱，因此，要求面片應(yīng)有下列一些綜合性能：（1）在工作時(shí)有相對(duì)較高的摩擦系數(shù)；（2）在整個(gè)工作壽命期內(nèi)應(yīng)維持其摩擦特性，步希望出現(xiàn)，摩擦系數(shù)衰退現(xiàn)象；（3）在短時(shí)間內(nèi)能吸收相對(duì)高的能量，且有好的耐磨性能；（4）能承受較高的壓盤作用載荷，在離合器接合過(guò)程中表現(xiàn)出良好的性能；（5）能抵抗高轉(zhuǎn)速下大的離心力載荷而不破壞；（6）在傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)，有足夠的剪切強(qiáng)度；（7）具有小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，材料加工性能良好；（8）在整個(gè)正常工作溫度范圍，和對(duì)偶材料壓盤、飛輪等有良好的兼容摩擦性能；（9）摩擦副對(duì)偶面有高度的溶污性能，不易影響它們的摩擦作用；（10）具有良好的性能/價(jià)格比。鑒于以上各點(diǎn)，近年來(lái)，摩擦材料的種類增長(zhǎng)極快。挑選摩擦材料的基本原則是：（1）滿足性能標(biāo)準(zhǔn)；（2）成本最??；本設(shè)計(jì)離合器摩擦片選用石棉基材料。這種材料能和好的的完成上邊提到的各種要求，所以選擇這種材料。摩擦片的尺寸參數(shù)在第 3.4 節(jié)中已經(jīng)查表得出，不再敘述。5.2 從動(dòng)盤轂設(shè)計(jì)從動(dòng)盤毅的花鍵孔與變速器第一軸前端的花鍵軸以齒側(cè)定心矩形花鍵的動(dòng)配合相聯(lián)接，以便從動(dòng)盤毅能作軸向移動(dòng)?；ㄦI的結(jié)構(gòu)尺寸可根據(jù)從動(dòng)盤外徑和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩按 GB1144-74 選取(見(jiàn)表 4.1)。從動(dòng)盤毅花鍵孔鍵齒的有效長(zhǎng)度約為花鍵外徑尺寸的(1.0～1. 4)倍 (上限用于工作條件惡劣的離合器)，以保證從動(dòng)盤毅沿軸向移動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生偏斜。24表 5.1 GB1144-74從動(dòng)盤外徑D/mm發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩/N·maxe?花鍵齒數(shù)n花鍵外徑D/mm花鍵內(nèi)徑d/mm鍵齒寬b/mm有效齒長(zhǎng)l/mm擠壓應(yīng)力/MPa?160 50 10 23 18 3 20 10180 70 10 26 21 3 20 11.8200 110 10 29 23 4 25 11.3225 150 10 32 26 4 30 11.5250 200 10 35 28 4 35 10.4280 280 10 35 32 4 40 12.7300 310 10 40 32 5 40 10.7325 380 10 40 32 5 45 11.6350 480 10 40 32 5 50 13.2380 600 10 40 32 5 55 15.2410 720 10 45 36 5 60 13.1430 800 10 45 36 5 65 13.5450 950 10 52 41 6 65 12.5花鍵尺寸選定后應(yīng)進(jìn)行擠壓應(yīng)力 ( MPa)及剪切應(yīng)力 τj ( MPa)的強(qiáng)度校核：j?????MPaznldDjej 3082max??????（5.1）??aznlbdjej 154max???（5.2）式中： ， —分別為花鍵外徑及內(nèi)徑，mm；Ddn—花鍵齒數(shù)；， b—分別為花鍵的有效齒長(zhǎng)及鍵齒寬，mm；lmaxe?