1、本科毕业论文（20 届）北京吉普汽车离合器膜片弹簧的仿真设计所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 北京吉普汽车离合器膜片弹簧的仿真设计 1设计的主要任务及目标以 BJ2020 汽车为设计对象，根据相关车辆参数，运用某一仿真软件（学生自选一种）完成膜片弹簧的分析得出分析结果。2设计的基本要求和内容运动理论计算方法完成膜片弹簧的参数设计。完成膜片弹簧的仿真模型建立并加载。完成膜片弹簧的仿真分析，分析结
2、果并得出结论。提交设计说明书一份。提交膜片弹簧仿真模型、过程及图表各一份，提交膜片弹簧零件图一张（A3 图纸一张）。3主要参考文献1）孙恒. 机械设计（第八版）M. 西安：高等教育出版社，2012.72）濮良贵. 机械原理（第七版）M. 北京：高等教育出版社，2010.63）林宁. Pro/ENGINEER 中文野火版 5.0 快速入门教程 M. 北京：机械工业出版社，1999.74）詹友刚. 汽车设计. 北京：机械工业出版社,2012.75）王国权. 汽车现代设计制造. 北京：人民交通出版社，2011.16）龚微寒，龚国庆. 汽车设计课程指导书. 北京：机械工业出版社 ，19894进度安排设
3、计各阶段名称 起 止 日 期1 查阅文献，完成开题报告 2015.03.03 至 2015.03.232 完成膜片弹簧模型的初步建立 2015.03.24 至 2015.04.133 完成膜片弹簧的参数设计 2015.04.14 至 2015.05.044 完成仿真模型分析，得出结论并撰写设计说明书2015.05.05 至 2015.06.015 提交及修改设计说明书，答辩 2015.06.02 至 2015.06.22审核人 年 月 日I北京吉普汽车离合器膜片弹簧的仿真设计摘要：离合器是汽车传动系中重要的机构，为了保证汽车平稳起步，离合器使传动系在换档时能够平稳的工作。在各种各样的汽车离合器
4、中，很大一部分离合器都是通过分离和结合主、从动盘来实现工作需求的。因此，本文以北京吉普汽车车用离合器膜片弹簧为设计目标，主要实现对离合器力学性能的分析和运动学仿真的工作。此毕业设计是以北京吉普 BJ2020 汽车离合器膜片弹簧的参数为相关参数。在满足工作性能的前提下，采用数学建模的方法，设计的目标函数。确定模型的约束条件后，建立数学模型，最后运用 ANSYS 有限元分析软件对实验对象建立运动学仿真。通过ANSYS 运动学仿真，确定膜片弹簧工作时最大应力发生的区域。分析膜片弹簧材料的许用应力能否承受弹簧片所受的最大许用应力。通过膜片弹簧的运动仿真，确定力的分布并得出结论。设计过程中还借助 PRO
5、/E 软件建立膜片弹簧实体模型，最后切出一个齿作为ANSYS 运动学仿真的备用实验对象。关键词：膜片弹簧, 数学模型, 运动学仿真, 有限元分析IIThe Simulation Design of Beijing Jeep Automobile Clutch Diaphragm SpringAbstract：Clutch is an important institution in the automobile drive train. In order to ensure smooth start of the car, the clutch allows the transmission
6、to shift smoothly. In all kinds of automobile clutch, a large part of the clutch is accomplished by the separation and combination of the main and subordinate driven plate to achieve the work demand. Therefore, this paper takes Beijing jeep automobile clutch diaphragm spring as the design objectives
7、, mainly to achieve the analysis of mechanical properties and the kinematics simulation of the work.This graduation design is based on the parameters of Beijing Jeep BJ2020 Automobile clutch diaphragm spring for related parameters. At the same time to meet the work performance, we use the method of
8、mathematical modeling to design objective functions. After the constraint conditions of the model are established, the mathematical model is established. Finally, the kinematic simulation of ANSYS is realized. By kinematic simulation, the region of maximum stress occurred in the spring work. The all
9、owable stress of the diaphragm spring is the maximum allowable stress of the diaphragm. Through the kinematic simulation of the diaphragm spring, the distribution of the force is determined and the conclusion is drawn.In the design, the PRO/E software is used to establish the solid model of the diap
10、hragm spring, finally cutting a tooth as an alternate object of ANSYS kinematic simulation.Keyword: Diaphragm spring, Mathematical model, Kinematics simulation, The finite element analysisIII目 录1 引言 .12 离合器概述 .22.1 汽车离合器功用 .22.2 汽车离合器结构的演变 .22.3 离合器的控制方式 .32.4 离合器从动盘 .32.5 离合器未来的发展 .32.6 膜片弹簧的利用 .43
11、 膜片弹簧离合器 .53.1 膜片弹簧离合器的总体构成 .53.2 膜片弹簧离合器的工作原理 .63.3 离合器的种类 .73.4 膜片弹簧离合器存在的问题 .83.5 膜片弹簧离合器的优点及发展前景 .84 数学模型的建立 .94.1 膜片弹簧的强度计算 .94.2 建立目标函数 .104.3 确定约束条件 .134.4 建立数学模型 .134.5 求解 .145 膜片弹簧的有限元建模及分析 .155.1 ANSYS 软件的简介 .155.2 ANSYS 软件具备的分析类型 .156 膜片弹簧的三维建模 .166.1 膜片弹簧建模的具体步骤 .166.2 膜片弹簧的实体模型 .237 膜片弹
12、簧的运动学仿真分析 .257.1 膜片弹簧的前处理 .257.2 膜片弹簧的网格划分 .29IV7.3 膜片弹簧的运动学仿真 .32结 论 .38参考文献 .39致 谢 .40太原工业学院毕业设计11 引言19 世纪末，世界上第一辆汽车在德国诞生。卡尔 佛里特立奇 本茨设计出了改变世界汽车工业的三轮车，从此汽车就在我们的生活起着无可替代的作用。目前，世界上汽车的数量按照增长的速度以及统计的误差估计在 11 亿辆左右。改革开放以后，我国汽车工业也为世界汽车工业的发展做着巨大的贡献，随着我国国民经济的迅速发展，汽车工程已经成为我国国民经济不可或缺的一部分，汽车工业己经成为了我国国民经济的支柱性产业
13、。汽车技术的创兴与发展将起着至关重要的作用，而现在的缩小中国与发达国家该行业之间的距离、加快我国汽车工业发展的速度也成为我们要做的第一步，国家也要以加大创新科技的投入为出发目标，汽车企业也要以自主创新能力为生存手段。在汽车的传动机构中离合器作为汽车的核心部件是一个非常重要的部件，离合器主要是把发动机传出来的扭矩逐渐平稳转接到汽车的传动系上，实现汽车的平稳起步、换挡、停车。在汽车上，离合器和发动机飞轮连接，停止和平稳的实现变速器和发动机之间的扭矩动力的传递，从而保证汽车起步时能够将发动机与传动系平稳接合，保证汽车能够平稳起步；我们换挡时离合器又通过膜片弹簧实现发动机与传动系的分离再结合，从而减小
14、变速箱中换挡齿轮之间的相互冲击；在出现很大惯性负荷的紧急制动时，离合器又可以传递有限转矩，防止传动系各机构因过载而损毁，实现了传动系中振动和噪声的减小。目前，汽车膜片弹簧离合器得到广泛的应用。汽车膜片弹簧离合器不但用于轿车上，也在货车上完成了普及应用。国产汽车开始依赖膜片弹簧离合器。在汽车膜片弹簧离合器的仿真设计中需考虑的因素很多、设计难度大、计算公式繁琐。以前基本采用试凑法，即按计算步骤得出相应结果，若结果不合适，就得修改繁琐的参数进行重新计算，直到计算结果符合设计要求为止。这样的设计方法繁琐而漫长，而且很难获得最优化结果。采用优化设计的方法，可以将以前简化过的参数都考虑到设计实验中去，通过
15、 ANSYS 进行膜片弹簧的运动学仿真。以此确定离合器膜片弹簧所受压应力分布情况，从而确定所受压应力最大的点，我们就可以通过改变这个点的结构、材料来提高膜片弹簧的使用寿命以及工作性能。太原工业学院毕业设计22 离合器概述2.1 汽车离合器功用离合器是汽车传动系的重要组成机构，在汽车传动过程中离合器的作用是 ：（1）离合器可以让汽车在换挡、起步以及停车时变得稳定顺畅；（2）离合器可以缓冲汽车传动系收到发动机传输的瞬间高强度转矩，保护传动系中的零件因过载而损坏；（3）离合器的使用可有效地减小传动系中的噪音和震动。2.2 汽车离合器结构的演变最早的离合器是锥形离合器，该离合器操作难度大，很难保证汽车
16、平稳起步、换挡以及停车的操作。1893 年，摩擦片式离合器在法国诞生，从此以后摩擦片式多片离合器成为当时的主导离合器。好景不长，慢慢地多片湿式摩擦离合器片开始走向落寞。人们发现由于它易被油粘住，会使得换挡不彻底，起步不平稳。逐渐地它便被取缔。多片干式离合器由于接触面数多，结合分离也彻底而被人们认可。但因片数较多，从动部分的转动惯量很大，换挡时需要提供较大的操纵力；人们逐渐开始创新设计单片干式离合器，改善了上一代离合器从动部分转动惯量大的问题，散热效果也提升。而它唯一的缺点是它刚接合时不够平顺，人们还是感觉不满意。1911 年后，由于上述问题的存在，人们根据压紧弹簧的不同设计出了三代离合器产品，
17、并且经过不断优化改良。在降低成本的基础上提高了操控舒适性和驾驶可靠性。离合器发展历程中的三种离合器：螺旋弹簧离合器-1930 年得到完善的的干式单片离合器,。推式膜片弹簧离合器-1937 年美国通用汽车公司设计出来并将这种离合器用于雪拂兰轿车上。拉式膜片弹簧离合器-1959 年原西德 FS 首先研制出来，1970 国外的到广泛使用。太原工业学院毕业设计31978 年，克莱斯勒公司在自动变速器又开始开展新的创新，减小了汽车百公里耗油。 80 年代以来出现了新的、自动纯机械式变速器，通常比相同情况下的液力自动变速器省油 15%30%。2.3 离合器的控制方式离合器主要采用单参数控制法和最优控制法两
18、个主要控制方式。熟练的司机可借其驾驶技巧和丰富的经验，流畅地完成汽车在不同路况下的迅速、平稳起步停车。最初的离合器为了避免接合时发动机熄火，通常采用模糊技术控制的手段，借助电子液压阀模糊控制，自动控制离合器平稳的接合。目的是在保证接合柔和，分离彻底的同时提高膜片弹簧的使用寿命。2.4 离合器从动盘离合器从动盘在设计中存在的两个矛盾是：（1）设计者希望设计出尽可能大的从动盘直径，从而得到较好的传扭特性、减轻磨损使得使用寿命得以延长，（2）另一方面设计者们又想尽量减小从动盘的转动惯量，从而缩短同步变速的时间，实现变速器换档迅速平稳。为了形成轴向弹性，实现离合器接合柔和平稳，最初的离合器从动盘设计成
19、波浪的形状，这些矛盾都是难以调解的。最后设计出来的离合器，从动盘既保留具有轴向弹性特，增大了本体从动盘的面积，在如此大的面积下摩擦片与从动盘可以粘接连接在一起，这样，摩擦片上可以省去原来预留的钉钢背的厚度，以便减小了离合器摩擦片厚度，节约成本。从动盘的轴的向尺寸可节约 10%，但是转动惯量减小了约 25%。2.5 离合器未来的发展现在我国的汽车工业处于缓慢增长的常态发展时期，汽车离合器科技的发展与创兴制约着汽车工业的发展步伐，随着不可再生能源石油储备的不断减少，汽车能耗指标也成了制约汽车工业发展的一道坎，尤其在商务用车上。汽车离合器在可预见的未来很长一段期间内还将是汽车的基本配件机构。随着微电子技术的迅猛发展，人们就一直致力于将微电子技术引入汽车设计，想将汽车的操控完全智能化这样人类可以不费劳动力的驾驶汽车，人们还渴望通过创新汽
