膜片弹簧离合器结构优化与仿真分析

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1、中北大学学位论文膜片弹簧离合器结构优化与仿真分析摘要离合器作为保证各类汽车起步与换档平稳性的关键部件，其主要的作用是实现汽车动力的传递和切断。膜片弹簧由于其工作时具有较强的稳定性且结构比较简单，逐渐代替了传统形式的螺旋弹簧离合器，而且得到了汽车行业内的普遍运用。膜片弹簧是离合装置的关键组成部件，其主要机械性能的好坏对整个离合装置工作过程的品质具有非常重要的影响，所以对关键原件膜片弹簧性能的优化设计逐渐成为汽车领域内研究的热点。目前，虽然在膜片弹簧多目标优化研究领域取得了不小的进展，但是国内外学者的主要研究领域主要集中在膜片弹簧的单目标优化研究。因为膜片弹簧的优化设计是一个比较典型

2、的多目标优化问题，不同的优化目标包含有不同的物理意义，同时其复杂度和相互之间的竞争性极大地增加了获得最优设计的难度。本论文建立了基于遗传算法与fmincon函数的关于膜片弹簧原件的双目标优化设计模型，并以此为基础通过线性组合获取最终所需的目标函数。最后，结合优化后的参数建模并进行有限元仿真分析，证明了本设计的合理性与可行性。（1）结合离合器的结构特点，对关键原件膜片弹簧进行了不同工作过程的系统分析，包含对膜片弹簧的加载形式、变形、工作位置的理论分析和相应的数学计算，分析其特性曲线，同时研究主要结构参数值的改变对特性曲线所产生的影响，实现对膜片弹簧力学模型的构建。（2）构建基于多目

3、标优化的膜片弹簧数学模型。选取在磨损极限范围内变化平均值最小的弹簧压紧力作为第一优化目标；选取在分离行程中驾驶员作用于分离轴承装置上的分离力的平均值最小作为第二优化目标。分别采用fmincon函数与遗传算法对所建立的数学模型进行求解后得到两组基本参数值，经由分析对比得出采用遗传算法综合优化效果更佳。分析优化后选取的最佳结果可知膜片弹簧几何结构减小，在发生磨损后压紧力的值略有下降，不过载荷变形曲线在磨损极限范围内的平坦程度方面明显优于优化改进以前，这表明压紧力的稳定性得到了一定程度的提高。（3）本文采用建模软件，以计算优化后的选取的最佳参数值构建三维模型。并在中北大学学位论文Wor

4、kbench中对所研究得对象进行仿真分析。由仿真结果得出分离指根部是此研究对象承受应力最大的部位，当此处的应力超过安全值时会发生断裂现象。经过计算校核60Si2MnA高精钢为材料的膜片弹簧的最大屈服强度值高于最大应力，证实了优化设计后参数的正确性。（4）以发动机的转速频率为参照值，分析研究优化后膜片弹簧1到12阶的固有频率值。其中刚性模态为1到6阶，7到12阶的固有频率均大于参照值可以保证膜片弹簧不会发生与发动机发生共振，验证了其与发动机工作的匹配性。关键词：膜片弹簧，特性曲线，双目标优化，模态分析中北大学学位论文StructuralOptimizationandSimulati

5、onAnalysisofDiaphragmSpringClutchAbstractClutchisakeycomponenttoensurethesmoothnessofstartingandshiftingofvarioustypesofvehicles.Itsmainfunctionistorealizethetransmissionofpowerandthereal-timecuttingoffofautomobiles.Duetoitsstrongstabilityandsimplestructure,thediaphragmspringgraduallyreplaces

6、thetraditionalformofhelicalspringclutchandhasbeenwidelyusedintheautomotiveindustry.Diaphragmspringisanimportantcomponentoftheclutch.Themechanicalperformanceofthediaphragmspringhasanimportantinfluenceontheperformanceoftheentireclutch.Therefore,theoptimizationdesignofdiaphragmspringperformanceh

7、asgraduallybecomearesearchhotspotintheautomotivefield.Atpresent,althoughtherehasbeennosmallprogressinthefieldofmulti-objectiveoptimizationresearchofdiaphragmsprings,themainresearchfieldsofdomesticandforeignscholarsaremainlyfocusedonthesingleo