汽车膜片弹簧离合器优化设计方法

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1、⑧．鞠2007机械工程全国博士生学术论坛2007年8月汽车膜片弹簧离合器优化设计方法刘涛1，宋宝玉2‘(1．哈尔滨工业大学汽车工程学院山东威海264209；2．哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001)摘要：以轻型载货汽车离合器为例，根据设计要求和特点，建立了汽车膜片弹簧离合器的优化设计数学模型，在保证可靠传递发动机转矩条件下，使其结构尺寸最小，并运用M棚，AB优化工具箱对其进行了优化设计；运用Pro／E对优化结果进行了三维实体建模，并对实体模型进行了有限元分析。结果表明：采用优化设计

2、方法可缩，短设计周期、减小体积和降低成本。关键词：离合器；优化设计；MATLAB；有限元Optimumdesignofautomob¨ediaphragmspringcIutchLiuTaol，SongBao．yu2(1．sch∞IofAⅡ的I∞biIcEn舀n∞血吕HarbinlnstituIcofl知llIlolo科，weiIlai。sh卸dong2“2∞0．Sch∞IofMedha仃onic豁E呜ine鲥ng’№IbinII蜘tuIcof1鼬∞lo科。Haeb氓Hcnon西i锄g150∞1

3、)Absn鼍ct：Accordingtodesi舯req∞st锄dch掘哦ersofa∞rtoftrucktlle叩tim哪matllematicalmodeloftlle_劬ck’Sdiaphmgms田ngclutchis∞t叩t0decre∞eit’s∞bagewhentlle饥gi∞t0吗ueistnlstiIy咖s向心d，tllenuck'sdutchisopt妇izcdbyoptiIll啪细lboxofMArLAB．netlIme-diIII朗si∞aImodelissetupbyPm

4、厄ac∞rdingtomeo面m啪瞄ult'FiniIeEl锄entAnalysiSisputupbyt11efor∞eff酏tof∞lidmodel．1rhemsultm锄i脑tstllattIIepcriod啪beShonened，tlIecubage伽bereduoed●锄dtlIe∞st咖beIowered．keywOrds：Clutch；optimumdesign；MATLAB；Finiteel锄ent1前言作为现代设计理论和方法的重要组成部分，优化设计方法是二十世纪六十年代计算机引入

5、工程设计领域后，逐步形成并迅速发展起来的一种新的有效的工程设计方法。它可以缩短设计周期、提高设计精度、改善产品性能、降低生产成本【1卅。MATLAB优化工具箱提供的FMINCON函数可有效求解优化问题，之后利用PR《)／E的三维实体建模和有限元分析模块可对优化结果进行强度分析，以验证优化数学模型的正确作者简介：刘涛，(1966·)，男，山东威海人，机械设计及理论E一∞il：I“325@163．∞m117⑧；嘲2007机械工程全国博士生学术论坛2007年8月性及优化结果的合理性。目前优化设计方法已

6、广泛应用于汽车设计中‘5】【6】。一个理想的汽车离合器除保证可靠传递发动机转矩和操纵省力外，还应在可靠的工作条件下体积最小、成本最低。2离合器基本参数优化数学模型离合器的基本性能参数主要有后备系数∥和单位压力po，主要尺寸参数有摩擦片外径D和内径d及摩擦片厚度西，这些参数的变化影响离合器的结构尺寸和工作性能。2．1设计变量后备系数∥可由式(1)确定，它取决于离合器工作压力F、摩擦片外径D和内径d。瓦=脚。=吾励。D3(1_c3)=肛一(1)式中：￡为静摩擦力矩，N．m；厂为摩擦面间的静摩擦因数；

7、F为压盘施加在摩擦面上的工作压力，N；足为摩擦片的平均摩擦半径，mm；z为摩擦面数；c为摩擦片内外径之比；∥为离合器后备系数。单位压力po可由式(1)确定，肌也取决于F和D和d。因此，离合器基本参数的优化设计变量选为：2．2目标函数x=k．x：x，r=【FDd】r离合器基本参数的优化设计追求的目标是在保证离合器性能要求的条件下，使其结构尺寸尽可能的小，即目标函数为：刷=min[署∞2搿)]∽2．3约束条件(1)摩擦片的外径D的选取应使最大圆周速度’，D不超过65—70m／s，即：l，。=吾‰觚D

8、×lo。3≤65～70柳，syD2丽刀咖口×10。<65～70柳，s式中：他一为发动机的最高转速，r，H1in。(2)摩擦片的内外径比c应在0．53~o．70范围内，即：O．53≤c≤4．O．(3)为保证离合器可靠传递转矩，并防止传递系过载，∥值应在1．2^4．o之间选取，即：118⑧；嘲2007机械工程全国博士生学术论坛2007年8月1．2≤∥≤4．0(4)为了安装扭转减震器，摩擦片内径d须大于减震器弹簧位置直径2R约50mm，即：d>2氐+50(7)(5)为反映离合器传递转矩保护过载能力，单