螺旋弹簧离合器建模及装配

南京林业大学本科毕业设计（论文）题目：某型螺旋弹簧离合器的三维建模及虚拟装配学院：汽车与交通工程专业：机械设计制造及其自动化（汽车设计方向）学号：学生姓名：指导教师：职称：二O一一年六月一日I摘要汽车离合器是汽车传动系机构中的重要部件，其传统设计方法已经不能满足企业对离合器结构以及性能提出的新要求。采用三维CAD软件对汽车离合器实现参数化设计，对缩短产品开发周期、降低生产成本等具有十分重要的意义。本设计利用三维CAD建模软件CATIA对某型汽车离合器进行了实体建模和虚拟装配。首先对CATIA软件的三维建模技术及虚拟装配技术进行了简单的介绍。接着，对给定的螺旋弹簧离合器实体进行了拆解和主要建模尺寸的测量。基于测量结果利用CATIA软件，对螺旋弹簧离合器总成进行了实体建模，包括压盘总成实体建模、离合器从动盘实体建模、离合器盖实体建模、飞轮实体建模、螺旋弹簧实体建模、轴的实体建模、分离杠杆定位弹簧实体建模等。最后，基于已建立的离合器总成各实体模型，应用CATIA软件中的虚拟装配技术对其进行了虚拟装配，包括离合器压盘总成的装配、从动盘总成的装配以及离合器总成的装配，并制作了装配动画的视频文件。关键词：汽车离合器；螺旋弹簧离合器；CATIA；实体建模；虚拟装配IIABSTRACTAutomobileclutchisanimportantcomponentoftheautomobilepowertrain.Todaythetraditionaldesignmethodofclutchcannotsatisfythenewstructureandperformancerequirementsproposedbyenterprise.Realizationofautomobileclutchparametricdesignwith3DCADsoftwareisvitalsignificanttoshortenthedevelopmentcycleandreduceproductioncost.Inthispaperthe3DmodelofacertaintypeofcarmanualtransmissioncasewasmadeandvirtuallyassembledwiththeCADmodelingsoftwareofCATIA.First,befamiliarwiththeCATIAsoftwareand3Dmodelingtechnologyandvirtualassemblytechnology.Second,makeuseofCATIAsoftware,accordingtocarryingonparameterforthebasicparameterofautomobileclutchcasetoturnanentitymodel.Finally,basedonthebuiltsolidmodelofautomobileclutchtheassemblyofclutchwasmadeandthevideofileofthevirtualassemblywasmade.Virtualassembliesincludethepressureplateassemblyandtheclutchassembly.Keywords:Automobileclutch;Coilspringclutch;CATIA;Solidmodeling;VirtualassemblyIII目录摘要……………………………………………………………………………………………ⅠABSTRACT……………………………………………………………………………………Ⅱ1绪论……………………………………………………………………………………………11.1离合器简介……………………………………………………………………………11.1.1离合器的功用……………………………………………………………………11.1.2离合器的类型……………………………………………………………………21.2离合器三维建模及虚拟装配的研究现状……………………………………………21.3本文的研究内容及意义………………………………………………………………32CATIA软件简介…………………………………………………………………52.1软件的特点……………………………………………………………………………52.2软件功能模块介绍……………………………………………………………………53离合器的实体建模…………………………………………………………………73.1压盘总成实体建模……………………………………………………………………73.1.1压盘底座实体建模………………………………………………………………73.1.2压盘其余各部件实体建模……………………………………………………113.2离合器从动盘实体建模………………………………………………………………153.3离合器盖实体建模……………………………………………………………………213.4飞轮实体建模…………………………………………………………………………313.5螺旋弹簧实体建模……………………………………………………………………323.6轴的实体建模…………………………………………………………………………333.7分离杠杆定位弹簧实体建模……………………………………………………………344离合器总成虚拟装配………………………………………………………………………354.1虚拟装配技术简介……………………………………………………………………354.2离合器压盘总成装配…………………………………………………………………354.3离合器从动盘总成装配………………………………………………………………364.4离合器总成装配………………………………………………………………………375结论…………………………………………………………………………………………39致谢…………………………………………………………………………………………40参考文献………………………………………………………………………………………4111绪论1.1离合器简介在汽车行驶过程中，需要经常换用不同变速箱档位，以适应不断变化的行驶条件。如果没有离合器将发动机与变速箱暂时的分离，那么变速箱里啮合的传力齿轮会因载荷没有卸除，使其啮合齿面间的压力过大而难于分开。另一对待啮合齿轮会因两者圆周速度不等而难于啮合。即便强行进入啮合也会产生很大的齿端冲击，容易对机件造成损坏。利用离合器使发动机和变速箱暂时性分离进行换档，原来啮合的一对齿轮因载荷卸除，啮合面间的压力减小，就容易分开。待啮合的另一对齿轮，由于主动齿轮与发动机分开，转动惯量很小，因而采用合适的换档动作就能够使待啮合的齿轮圆周速度相等或者接近相等，从而避免或减轻齿轮间冲击。汽车紧急制动时，车轮会突然急剧降速，与发动机相连的传动系由于旋转惯性，仍将保持原有的转速，这往往会在传动系统中产生远大于发动机转矩的惯性矩，使传动系的零件容易遭受损坏。由于离合器是靠磨擦力来传递转矩的，所以当传动系内载荷超过磨擦力所能传递的转矩时，离合器的主从动部分就会自动打滑，因此起到了防止传动系过载的作用[1]。1.1.1离合器的功用现代汽车离合器的功用是：（1）保证汽车平稳起步。在汽车起动之前，首先要起动发动机。这时使变速器处于空挡位置，将发动机与驱动车轮之间的联系断开，以便于卸除发动机负荷。待发动机起动并开始正常怠速运转后，才能够将变速器挂上一定的档位，使汽车起步。汽车起步时，汽车从完全静止的状态逐步增加。如果传动系统与发动机刚性联系，则变速器一挂上档，汽车就会突然前冲，而使发动机熄火。这是因为发动机从静止到前冲，会产生很大的惯性力，对发动机造成巨大的阻力矩。在这个惯性阻力矩作用下，发动机在瞬间转速会急剧下降到最低稳定转速以下，发动机就会熄火而不能工作，汽车也就不能起步。在传动系统中装设离合器之后，在发动机起动后，汽车起步前，驾驶员踩下离合器踏板，将离合器分离，使发动机与传动系统分开，再将变速器挂上档，然后松开离合器踏板，使离合器接合。在离合器接合的过程中，发动机所受的阻力矩也在增加，所以应该同时踩下加速踏板，增加对发动机的燃油供给量，使发动机转速始终保持在最低稳定转速以上而不致于熄火。由于离合器接合紧密程度逐渐增大，发动机经传动系统传给车轮的转矩便逐渐地增加，到驱动力足以克服起步阻力的时候，汽车就会从静止开始运动并逐步加速。因而保证了汽车能平稳起步。2（2）保证传动系统在换挡时工作平顺。在汽车行驶的过程中，为了适应变化的行驶条件，传动系统要换用不同的档位工作。实现齿轮式变速器的换挡，一般需要拨动齿轮或其他挂档机构，使原用档位某一齿轮副退出传动，再使另一档位齿轮副进入工作。在换档前也必须要踩下离合器踏板，中断动力传递，以便使原档位的啮合副脱开，同时可能使新档位啮合副的啮合部位的速度趋向相等，这样，进入啮合时冲击可以大为减轻，使换挡时工作平顺。（3）防止传动系统过载。当汽车进行紧急制动时，如果没有离合器，则发动机将因和传动系统刚性相连而急剧降低转速，因此其中所有运动件将产生很大的惯性力矩，对传动系统造成的超过其承载能力的载荷，而使机件损坏。有了离合器，便可以依靠离合器主动部分与从动部分之间可能产生的相对运动来消除这一危险。因此，离合器这一功用是限制传动系统所承受的最大转矩，防止传动系统过载[2]。1.1.2离合器的类型摩擦离合器，随着所用摩擦面的数目、压紧弹簧的形式以及安装位置、操纵机构形式的不同，其总体构造也有差异。（1）摩擦离合器按从动盘的数目可分为单盘离合器和双盘离合器。（2）摩擦离合器按压紧弹簧的结构形式可分为螺旋弹簧离合器和膜片弹簧离合器。其中螺旋弹簧离合器按弹簧在压盘上的布置又可分为周布弹簧离合器和中央弹簧离合器[3]。1.2离合器三维建模及虚拟装配的研究现状随着计算机辅助设计—CAD技术的飞速发展和普及，越来越多的工程设计人员开始利用计算机进行产品的设计与开发，CATIA作为一种当前最流行的高端三维CAD软件，越来越受到我国工程技术人员的青睐。在当代的汽车离合器设计中，CATIA得到了广泛的应用。CATIA是法国达索公司的大型高端CAD/CAE/CAM一体化应用软件，在世界CAD/CAE/CAM领域中处于领先者地位。其中提供了多个功能模组，他们是：基础结构、机械设计、形状、分析与模拟、AEC工厂、加工、数字模型、设备与系统、制造的数字处理、加工模拟、人机工程学设计与分析、智件和ENOVIAV5VPM，各个模组里又有一个到几十个不同的模块。其内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维建模设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图输出，到生产加工成产品的全过程，其应用范围设计机械、航空航天、汽车、造船、通用机械、医疗器械和电子等诸多领域[4]。3虚拟装配技术已成为数字化制造技术在制造业中研究和应用的典范，针对复杂产品利用该技术可优化产品设计，避免或减少物理模型的制作，缩短开发周期，降低成本，从而实现产品的并行开发，提高装配质量和效率，改善产品的售后服务。虚拟装配以产品及其零部件的三维实体模型为基础，借助虚拟现实技术在计算机上仿真装配操作的全过程，进行装配操作及其相关特性的分析，实现产品的装配规划和评价，制定合理的装配方案。一般情况下，虚拟装配是指在计算机上所进行的零部件模型“装配”，虚拟现实环境无关紧要，只是表现手段不同而已。虚拟装配主要实现2个层次的映射，即底层的产品数字化模型映射产品物理模型，顶层的装配过程仿真映射真实的装配过程。底层的映射避免了产品模型的物理实现，同时使工程分析、装配仿真成为可能；顶层的映射使得产品装配规划、仿真验证及评价成为可能。虚拟装配是虚拟制造的关键组成部分，利用计算机工具，通过分析、预测产品模型，对产品进行数据描述和可视化，做出与装配有关的工程决策，而不需要实物产品模型作支持。虚拟装配虽然被定义为一种技术，实际上是许多技术的综合利用，例如可视