基于matlab的离合器优化设计程序

基于matlab的离合器优化设计程序

车辆离合器碟形弹簧性能优化及CAD系统开发 -------------------------------------------------------------------------------- 来源： 作者：邵忍平 黄欣娜 吴永利 隆凤明 关键词：离合器,CAD 碟形弹簧轴向尺寸小、承载能力大、具有变刚度的非线性特性，因而在引进设备中获得广泛应用，特别是近年来在引进车辆的主离合器中，越来越多地采用了碟簧，以实现动力传递的分离与结合，因此，碟形弹簧设计的优劣，直接影响到车辆的使用性能。 为此，本文就碟簧工作特性、优化设计及CAD方法进行讨论。

同时开发了实用碟簧优化软件，根据优化结果对其进行了CAD设计，绘制了各种碟簧载荷与变形特性曲线、应力与变形曲线和碟簧零件工作图。

为便于用户使用，软件中采用中西文结合方式，设计了两级彩色界面菜单，从而形成了碟簧优化及CAD软件系统。这对于碟簧一体化设计及实现引进车辆离合器的国产化都具有重要意义。 碟形弹簧的变形特性 图1是碟簧的变形特性曲线。b点是离合器摩擦片未磨损时处于接合状态的工作点，该点应保证碟簧具有足够的压紧力，具备适当的储备系数。

P点为碟簧被压平时的工作点，故b点应选择在曲线SP之间。当摩擦片磨损Δλ后，碟簧工作点由b移到a点，这时应使压紧力Pa接近于Pb，以保证离合器储备系数基本不变。d点为离合器彻底分离后碟簧工作点，为了保证操纵时较小的踏板力，分离点d应靠近载荷最小点c。

碟簧特性计算的有关公式 载荷P与变形λ的关系式以及出现在碟簧内圆周上边缘处的最大应力为 (1) (2)图1式中:E——材料弹性模量; μ——材料波松比; H——碟簧部分内截锥高; h——碟簧厚度; Re——碟簧外半径; Ri——碟簧部分内半径; Re1——碟簧与压盘接触半径; Ri1——支承环平均半径; Rf——分离轴承作用半径; β2——分离爪根部宽度系数。 碟簧必须保证离合器接合时可靠地传递发动机最大转矩，则其工作载荷为 Pb=βMemax/(fRcZc) (3) 式中:β——离合器储备系数; Memax——发动机最大输出扭矩; f——摩擦系数; Rc——摩擦片平均半径; Zc——摩擦片总工作面数。图2 碟簧优化数学模型及方法 3.1 设计变量及目标函数 碟簧的内锥高度H、厚度h以及碟簧部分内半径Ri对其工作性能有显著的影响。

另外，分离点与压紧点变形λD和λb也是影响性能的主要因素，因此，考虑到结构与工作参数，确定设计变量为H、h、Ri、λb、λf，即X=[x1，x2，x3，x4，x5]=[H、h、Ri、λb、λf]。 对于车辆离合器，由于频繁接合与分离，导致摩擦片磨损，引起压力下降，使传递的扭矩出现不稳定现象。为保证离合器的储备系数及其工作可靠性，将摩擦片磨损前后碟簧工作载荷变化(|Pa-Pb|)作为一个目标函数。

离合器另一个重要特性是操作的轻便性，故分离时踏板力不能过大，碟簧分离力也作为一个目标函数式中: Δs——每个摩擦片允许最大磨损量; λD=λb+λf δ1、δ2——加权因子。3.2 约束条件 (1)碟簧的高厚比H/h对其特性影响最大，只有当它控制在一定范围内时才具有负刚度。故 故(2)摩擦片寿命要求压强不能过高，必须低于许用应力〔q〕(3)在载荷Pb作用下碟簧变形应符合λs<λb<λp，λp=H，λs为碟簧最大载荷处变形。由式(1)得(4)离合器彻底分离时，碟簧工作点d应靠近c点，即λd-λc (5)碟簧强度要求 在此将强度条件作为模糊问题来处理，现引入扩增系数β(β=1.05～1.30)，通过计算其模糊强度条件为:σmax(λD)<β〔σ〕-80λ*，λ*为最优水平截集。

g7(X)=β〔σ〕-80λ�-σmax(λD)>0 (6)碟簧结构及工艺要求 1.2 0.15 g8(X)=Re/x3-1.2>0 g9(X)=1.8-Re/x3>0; g10(X)=x1/(Re-x3)-0.15>0 g11(X)=0.28-x1/(Re-x3)>0 (7)碟簧变形限制 1.8<λb<13 1.0<λf<11 g12(X)=x4-1.8>0 g13(X)=13-x4>0 g14(X)=x5-1.0>0 g15(X)=11-x5>0 (8)边界条件要求 tgα=H/(Re-Ri);5°<α<11°;5 g16(X)～g23(X) (9)碟簧工作载荷满足离合器要求 P(λb)=Pb h1(X)=Pb-P(x4)=0 3.3 优化方法 综上所述，建立起23个不等式约束、1个等式约束、2个目标函数所组成的5维非线性优化数学模型，即 (5) 在此采用混合罚函数法进行优化，其表达式为通过以上方法完成了优化软件，经过计算可得结果。 碟形弹簧CAD 通过上述的优化可得碟簧的H、h、Ri、λb和λf，从而可计算出所有的结构参数及性能参数，并且通过改变其内外径比可得到不同规格的碟簧，形成一个全系列设计。在此基础上可绘制出碟簧的工作特性曲线、应力变形曲线及零件工作图等，将优化结果以图纸及数据形式输出。另外，CAD软件中还设计出了二级用户界面菜单，并带有三维立体字显示，供用户选用。

上述CAD程序软件，均采用Turbo C语言编写，在Turbo C 2.0集成开发环境下运行，以完成从查阅源程序、修改原始数据、运行优化程序、查阅运行结果，直到绘制特性曲线图以及零件图的全部过程，形成优化及CAD软件系统。 实例分析与讨论 某车辆离合器及碟簧有关参数为:N=14.7kW;n=2000r/min;β=1.7;f=0.25;Zc=2;Δs=1.0mm;e=0.2，μ=0.3;〔q〕=7MPa;〔σ〕=1570MPa;E=2.06×105MPa。通过优化和CAD分析得到其结果如表1和图3～图5所示。图3 碟簧载荷变形图 可见，当离合器传递扭矩相同的情况下，碟簧优化的结构尺寸基本相同，不随m=Re/Ri的变化而变化，但压力、变形、应力以及碟簧外径则随m不同而变化。

当m增大时，压力Pb和Pa也随之增大，而碟簧外径De=2Re以及Ri随之变小，这是由于外径减小时，只有Ri减小，才具备足够的摩擦面积，方能满足传递相同扭矩的要求，当然压力肯定是要增大的，也就是说，当结构尺寸较大时宜选小m值、当结构尺寸较小时选用较大m为好，这样碟簧压力变化ΔP较小、分离力也较小，如表1中m=1.2和1.4两组优化 结果。当m=1.7时碟簧压力变化达到23.92%，这种结果不可取，故建议m取值在1.2～1.6之间为好。因此碟簧的选取原则可按以下进行:对于大功率的结构尺寸较大的车辆离合器，碟簧宜选小m值，而对于小功率结构尺寸较小的离合器，碟簧宜选较大m值。

“国产化”意味着什么该买还是不该买

消费者心中已经形成了国产件的质量比不上进口件的印象，这种认知度是有现实依据呢，还是由于原装进口的东西就是好的观念积累造成的“我国生产的零部件不是所有的质量都不行，但行业现状确实不容乐观，加工能力差，精密度达不到标准，尤其是一些技术含量高的零部件，即使在外观上与进口件别无二样，品质也达不到标准。”“有些车在上市初期由于国产化率低，性能相对好，国产化率提高后，质量可能就会发生变化了。

”http://www.southcn.com/car/yjdt/deepreport/200204120937.htm“国产化”绝不是某一个产品的国内完全能够生产、制造的简单概念，而是涵盖了资金、技术、生产、市场等多项内容的、系统的体系不少企业之所以不搞国产化，热衷于KD，实际上是在钻国家政策的“空子”，某种意义上甚至是将国家应该向进口整车征收的关税利益转移到了企业身上，本该由国家得到的利益由企业得到了。

尽管目前国内汽车的产量、品种、技术含量、制造装备和规模等都有了飞速的发展，但是在产品的知识产权、核心技术、产品的集中度、产品的自主开发能力、专业技术人员的数量和业务素养、相关产业的同步发展、市场环境等方方面面还存在很大的差距和困难，都在制约着国产化进程的实现。这也就是为什么汽车业开始引进外资、合资20年来生产的产品绝大多数至今都是外国牌号汽车的中国版的根本原因。http://auto.163.com/channel/editor/031205/03120522697.html汽车技术产品的国产化，有利有弊。其利益主要表现在：其一，汽车工业属于综合性很强、涉及领域广泛、适宜大批量生产的制造业，它的发展会带动基础产业的发展，诸如钢铁、机械、电力、电子、橡胶、玻璃等行业；如果完全依靠进口零部件进行组装，则其本地附加值便会大幅度降低。

汽车及其相关产业的国产化，可以解决一部分人的就业问题。其二，汽车国产化的过程，也是吸收先进技术的过程。最近几年，通过国产化，我国的汽车生产企业不仅培养了大批人才，而且有助于国有企业提高管理水平。

一些大型骨干企业合资生产汽车，已可以运用CAD、CAM、CAE进行汽车动态模拟设计试验。其三，可以大幅度减少用于进口散件的外汇和关税支出，同时，利用劳动力的相对廉价以降低生产成本。

汽车的弹簧片是什么材质的硬度是多少

材质：
弹簧片可以选用磷青铜、锡青铜、65mn、55Si2Mn、60Si2MnA、55SiMnVB、55SiMnMoV、60CrMn、60CrMnB、302、316等牌号的扁钢带。
依材料之特性应用于不同环境之作动机构，弹簧片广泛用于各类接触装置中，而用的最多的是形状最简单的直悬臂式片弹簧。

接触片的电阻必须小，因此用青铜制造。

硬度：
根据使用性能要求提出对弹簧片热处理的要求，热处理后的硬度一般可以在36~52HRC之间确定。

新买的电动车被偷 我应该如何索赔

你这个可以去派出所报个案，不过想问党校或者大学索赔很难。主要是你停车的具体地点，可能只是一个临时的没人管理的停车点。

保安不一定有义务替你看守的，他们的责任更多在于保护学校的财产和人员安全。

好比你如果开汽车停到人家地下车库里去，保安肯定要负责。而你如果只是把车停在马路边上，虽然那个地方可能允许你停车，但是如果丢了没人负责的。即便是保安有责任，可是保安的责任只能是在一定范围内尽到他们的巡逻看守责任，也不能保证100%没人偷东西。除非你能举证，说保安没有尽到他们的责任，有玩忽职守之处，导致你的车被偷，又试问你如何举证。

校园里的摄像头那没用，只能碰运气看看能不能破案了。

弹簧是怎样工作的

弹簧历史
像大多数其他的基本机制，金属弹簧存在已久的青铜时代。即使是金属，木材被用作一个灵活的弓箭和军事弹射器的结构构件。

在文艺复兴时期的，精确的钟表，使得精密弹簧第一次成为必然。

十四世纪看到了发展的革命性天文导航的精确的时钟。世界的探索和征服欧洲殖民大国继续提供动力的钟表匠“科学与艺术。火器的另一个领域，推动弹簧开发。十八世纪的工业革命来临之际，提出了要大，准确，廉价的弹簧。

鉴于钟表匠'弹簧往往手工制造，弹簧大规模生产材质为琴钢线或者类似的材料。先进的制造方法，使的弹簧是无处不在的。计算机控制线和板料折弯机允许自定义弹簧的加工，显然这是一种专用机械。

弹簧只是个蓄能器，它有储存能量的功能，但不能慢慢地把能量释 [1]

弹簧 压簧 拉簧 扭簧 卡箍塔簧(14张)
放出来，要实现慢慢释放这一功能应该靠“弹簧+大传动比机构”实现，常见于机械表。弹簧很早很早之前就有应用了，古代的弓和弩就是两种广义上的弹簧。弹簧的发明家严格意义上应该是英国科学家胡克(RobertHooke），虽然那时螺旋压缩弹簧已经出现并广泛使用，但胡克提出了“胡克定律”——弹簧的伸长量与所受的力的大小成正比，正是根据这一原理，1776年，使用螺旋压缩弹簧的弹簧秤问世。

不久，根据这一原理制作的专供钟表使用的弹簧也被胡克本人发明出来。而符合“胡克定律”的弹簧才是真正意义上的弹簧。碟形弹簧是法国人贝勒维尔发明的，是用金属板料或锻压坯料而成的截锥形截面的垫圈式弹簧。

在近代工业出现之后，除了碟形弹簧之外还出现了气弹簧、橡胶弹簧、涡卷弹簧、模具弹簧、不锈钢弹簧、空气弹簧、记忆合金弹簧等新型弹簧。 [1]

行业格局
对于弹簧行业来说，长期以来形成了低档普通弹簧供过于求，高档产品（高强度、高应力、异性件、特种材料）供不应求的被动形势。我国弹簧行业的产量已趋于饱和，据专家统计我国弹簧年生产量已达40亿件，各类弹簧产品共有21个大类，1600多个品种，主要有气门弹簧、悬架弹簧、膜片弹簧、减震弹簧、液压弹簧、油泵弹簧、碟形弹簧、高温弹簧、卡簧、拉簧、扭簧、压簧、涡卷簧以及异性弹簧等。弹簧行业在“八五”、“九五”期间发展是比较快的，尤其是上海、天津、广州、山东、长春、重庆等地区发展较快，其他地区也有不同程度的发展，总的来说比其他行业要好一些。

汽车、摩托车、助动车、内燃机、电气、仪器等还要发展，这些行业的发展将会带动弹簧行业的发展。面对宏观经济形势，行业长期积累形成的产品质量低、组织结构松散、开发能力弱的矛盾进一步突出，从深层次挖掘，主要是市场、体制和机制方面的问题产业洞察研究员认为，随着国民经济由卖方市场向买方市场的转变，一些深层次的矛盾，尤其是多年来积累起来的结构性矛盾日益突出。当前产业结构不合理表现为：部分行业生产能力过剩，产品结构不合理；技术结构不合理，主要产业装备水平低；企业组织规模小而散，缺乏竞争实力和优势，区域结构趋同，未能体现比较优势和协作效益。 [1]

发展
弹簧行业在整个制造业当中虽然是一个小行业，但其所起到的作用是绝对不可低估的。

国家的工业制造业、汽车工业要加快发展，而作为基础件、零部件之一的弹簧行业就更加需要有一个发展的超前期，才能适应国家整个工业的快速发展。另外，弹簧产品规模品种的扩大、质量水平的提高也是机械设备更新换代的需要和配套主机性能提高的需要，因此，整个国家工业的发展，弹簧产品是起到重要作用的。日用品业及五金业，包括打火机、玩具、锁具、门铰链、健身器、床垫、沙发等等，就数量而言，对弹簧需求量最大，数以百亿件，技术要求不高，价格非常低，一般由分散在全国各地的小弹簧厂生产，它们在成本上有独特的优势，大弹簧厂难以和他们竞争。因而也不时引发新弹簧企业诞生，在未来，市场需求会以每年7%~10%的速度增长。

中国加入WTO之后，日用五金产品出口量明显增长，弹簧需求随之拉动，但受到国际市场需求量、贸易壁垒的影响，国际市场有其不确定的一面。 [1]

弹力公式
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F=kx，F为弹力，k为劲度系数（或倔强系数），x为弹簧拉长（或压短）的长度。例1：用5N力拉劲度系数为100N/m的弹簧，则弹簧被拉长5cm例2：一弹簧受大小为10N的拉力时，总长为7cm，受大小为20N的拉力时，总长为9cm，求原长和伸长3cm时受力大小 [1]

结构分类
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按受力性质，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧，按形状可分为碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、螺旋弹簧、截锥涡卷弹簧以及扭杆弹簧等，按制作过程可以分为冷卷弹簧和热卷弹簧。

普通圆柱弹簧由于制造简单，且可根据受载情况制成各种型式，结构简单，故应用最广。弹簧的制造材料一般来说应具有高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性及良好的热处理性能等，常用的有碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢以及铜合金、镍合金和橡胶等。弹簧的制造方法有冷卷法和热卷法。

弹簧丝直径小于8毫米的一般用冷卷法，大于8毫米的用热卷法。有些弹簧在制成后还要进行强压或喷丸处理，可提高弹簧的承载能力。 [1]
弹簧可以分为以下6类：
1、扭转弹簧，是承受扭转变形的弹簧，它的工作部分也是密绕成螺旋形。扭转弹簧端部结构是加工成各种形状的扭臂，而不是勾环。

扭力弹簧利用杠杆原理，通过对材质柔软、韧度较大的弹性材料扭曲或旋转，使之具有极大的机械能。2、拉伸弹簧是承受轴向拉力的螺旋弹簧。在不承受负荷时，拉伸弹簧的圈与圈之间一般都是并紧的没有间隙。

3、压缩弹簧是承受轴向压力的螺旋弹簧，它所用的材料截面多为圆形，也有用矩形和多股钢萦卷制的，弹簧一般为等节距的，压缩弹簧的形状有：圆柱形、圆锥形、中凸形和中凹形和少量的非圆形等，压缩弹簧的圈与圈之间会有一定的间隙，当受到外载荷的时候弹簧收缩变形，储存变形能。4、渐进型弹簧，这种弹簧采用了粗细、疏密不一致的设计，好处是在受压不大时可以通过弹性系数较低的部分吸收路面的起伏，保证乘坐舒适感，当压力增大到一定程度后较粗部分的弹簧起到支撑车身的作用，而这种弹簧的缺点是操控感受不直接，精确度较差。5、线性弹簧，线性弹簧从上至下的粗细、疏密不变，弹性系数为固定值。这种设计的弹簧可以使车辆获得更加稳定和线性的动态反应，有利于驾驶者更好的控制车辆，多用于性能取向的改装车与竞技性车辆，坏处当然是舒适性受到影响。

6、短弹簧短弹簧相比原厂弹簧要短一些，而且更加的 [1]
空气弹簧
粗壮，安装短弹簧，能够有效降低车身重心，减少过弯时产生的侧倾，使过弯更加稳定、顺畅，提升车辆弯道操控性。而原厂减震器的阻尼设定偏向舒适，所以短弹簧和原厂减震器在配合上不是很稳定，它不能够有效的抑制短弹簧的回弹和压缩，行驶在颠簸路面时，会有一种不适的跳跃感，长此以往，减震器的寿命会大大减短，而且还有可能出现漏油的情况。当然以上这些状况都是相对而言，日常行驶的话不会有这么严重的损坏，而且尽量不要激烈驾驶，毕竟原厂减震器承受不了高负荷的压力。

 [1]

扭力弹簧
扭力弹簧（扭簧）利用杠杆的原理，通过对材质柔
扭簧
软、韧度较大的弹性材料的扭曲或旋转，使之具有极大的机械能。是承受扭转变形的弹簧，它的工作部分也是各圈或是紧密围绕或是分开围绕。扭转弹簧的端部结构是加工成各种形状的扭臂，由单扭至�。

弹簧的分类

弹簧的分类：
1、按照受力性质可分为：压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧、弯曲弹簧；
2、按照形状可分为：螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、异形弹簧等；
3、按照制作过程可以分为冷卷弹簧、热卷弹簧；
4、按照制作材料可分为金属弹簧、塑料弹簧、橡胶弹簧及其他材料弹簧。
弹簧的主要功能为：
一、控制机械的运动，常见的有离合器中的控制弹簧和内燃机中的阀门弹簧等；
二、吸收震动和冲击能量，常见的有沙发座椅弹簧、火车车厢下的缓冲弹簧和联轴器中的吸振弹簧等；
三、储存及输出能量作为动力，常见的为钟表弹簧、枪械中的弹簧等；
四、测力元件，测力器、弹簧秤等。

扩展资料：
金属弹簧存在已久的青铜时代。

即使是金属，木材被用作一个灵活的弓箭和军事弹射器的结构构件。在文艺复兴时期的，精确的钟表，使得精密弹簧第一次成为必然。十四世纪看到了发展的革命性天文导航的精确的时钟。世界的探索和征服欧洲殖民大国继续提供动力的钟表匠“科学与艺术。

火器的另一个领域，推动弹簧开发。十八世纪的工业革命来临之际，提出了要大，准确，廉价的弹簧。鉴于钟表匠'弹簧往往手工制造，弹簧大规模生产材质为琴钢线或者类似的材料。

先进的制造方法，使的弹簧是无处不在的。计算机控制线和板料折弯机允许自定义弹簧的加工，显然这是一种专用机械。弹簧只是个蓄能器，它有储存能量的功能，但不能慢慢地把能量释。