基于遗传算法的汽车离合器膜片弹簧优化设计

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1、2003年9月重庆大学学报Sep.2003第26卷第9期JOurnaIOfChOnggingUniversityVOI.26NO.9文章编号：l000-582X（2003）09-0077-05*基于遗传算法的汽车离合器膜片弹簧优化设计ll，22冉振亚，赵树恩，李玉玲（l.重庆大学机械工程学院，重庆400044；2.陕西理工学院机电系，陕西汉中723003）摘要：关于膜片弹簧的优化设计，可有多种不同的优化设计方案和模型。通过对比分析，以在摩擦片磨损极限范围内，弹簧压紧力变化的平均值最小及驾驶员作用在分离轴承装置上的分离操纵力的平均值最小为共同优化目标，建立数学模型，并应用此

2、模型，采用遗传算法对某轿车离合器膜片弹簧进行优化设计计算。结果表明，应用此模型优化后的膜片弹簧各决策变量的值明显优于利用传统经验公式设计所得的结果；对于多目标优化设计，遗传算法具有比传统优化方法更强的全局寻优能力。关键词：离合器；膜片弹簧；遗传算法；优化设计中图分类号：U463.2ll文献标识码：A离合器是汽车机械传动系的主要部件之一。它具会随之下降，若单独追求此目标，必然会使膜片弹簧载有传递动力、切断动力和防止传动系过载的功能。用荷-变形特性曲线!"段变陡而#!段上凸，从而使摩膜片弹簧作为压紧弹簧的膜片弹簧离合器与传统的螺擦片达到摩损极限后，操纵功反而增大，故也不宜单独

3、旋弹簧离合器相比，具有很多优点：l）膜片弹簧具有作为目标函数。由此可见，这两个目标总是矛盾的，但很好的非线性特性，故可使摩擦片磨损后，弹簧的压紧这两个目标又是设计人员必须关注的，因此笔者以这力几乎可保持不变，且可减轻分离离合器时的踏板力。两个目标共同作为设计指标建立优化数学模型，采用2）传递转矩容量较大且比较稳定。3）结构简单、紧遗传算法的优化方法，求得全局最优解。凑、散热通风较好。因此，随着制造膜片弹簧的工艺水平的提高，膜片弹簧离合器已广泛的应用于轿车、客车及轻、中型货车，甚至某些重型汽车。l问题提出图l为膜片弹簧载荷-变形特性曲线图。关于膜片弹簧离合器的优化设计，国内

4、许多学者提出了不同的数学模型，文献［l］曾分别对这些模型的目标函数、设计变量及约束条件进行了详细分析，认为：在摩擦片磨损范围内，弹簧的压紧力变化的平均值最小作为目图l膜片弹簧载荷-变形特性曲线标函数是最佳的。而作者认为有效地降低驾驶员作用在分离轴承上的操纵力也应是工程设计人员所要关注2数学模型的建立的问题。关于前者，它可使离合器在使用过程中传递稳2$l膜片弹簧的载荷-变形特性计算定转矩，但若单独追求此目标，就会使膜片弹簧载荷-变膜片弹簧是由碟簧部分和分离指部分组成（如图形特性曲线变得过于平坦（即图中曲线!"段），而使驾2所示）。膜片弹簧的工作情况可分为3种工作状态驶员的操

5、纵功增大；关于后者，由于膜片弹簧的非线性（如图3所示）。特性，离合器分离时弹簧压紧力会逐渐下降，操纵力也*收稿日期：2003-05-l2作者简介：冉振亚（l949-），男，重庆万州人，重庆大学副教授，从事汽车绿色技术及天然气汽车技术的开发研究工作。78重庆大学学报2003年Rl-rlF6=Fa（5）rl-rf将式（3）代入式（5），即可得到分离轴承推力F6与膜片弹簧末端变形"2的关系式：!Eh"lln（R/r）F6=2·6（l-#）（Rl-rl）（rl-rf）R-r"lR-r2（6）[（H-"l）（H-·）+h]Rl-rl2Rl-rl2.2目标函数根据以上分析，以在摩擦片

6、磨损范围内，弹簧的压Nl紧力变化的平均值最小，即f（lX）=minZIFai-H—碟簧部分内截锥高度；h—弹簧板厚度；L—外Ni=l支承半径；l—内支承半径；rF—小端加载半径；F6I及在离合器分离时，驾驶员作用在分离轴承上的r0—小端内半径；re—窗孔内半径；!l—小端槽lN宽；!2—窗孔槽宽操纵力的平均值为最小，即f（2X）=minNZIF6i-i=l图2膜片弹簧尺寸简图F6I这两个子目标函数为共同目标，利用权重系数变化法，分别给各子目标函数赋予不同的权重系数$i，构造成统一的目标函数：U（f（iX））=minZ$i·f（iX）（7）式中：U为评价函数；$iB0，Z$

7、i=l，i=l，2，文中取$l=0.7，$2=0.3。（a）自由状态（b）接合状态（c）分离状态2.3设计变量图3膜片弹簧工作时的受力及变形情况膜片弹簧的主要尺寸参数共有ll个，即H，h，R，［2］2.l.l膜片弹簧大端加载时r，L，l，re，rF，rO，!l，!（2如图2），但从弹簧载荷-变形式Rl-rl（3）可以看出，只需考虑H，h，R，r，L，l这6个尺寸参数"l="（l）R-r及弹簧大端加载时所对应的变形量"l即可，故膜片弹R-rFa=F（2）簧的优化设计变量为：Rl-rlTTX=［xl，x2，x3，x4，x5，x6，