膜片弹簧离合器.doc

《计算机辅助设计及应用》
课 程 设 计 说 明 书

专 业： 机械设计及自动化
班 级： 110106 班
姓 名： 李正辉
学 号： 20110130 号
指导教师： 于志新 李静

2014年11月19日

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目录
一、 课程设计任务书 2
1、 设计目的 2
2、 设计任务 2
3、 设计要求 2
4、 日程安排 3
二、 磨片弹簧离合器的装配与仿真设计 4
1、 磨片弹簧离合器的工作原理 4
2、 膜片弹簧离合器的结构及其优点 4
2.1 膜片弹簧离合器的结构
2.2 膜片弹簧离合器的工作原理
2.3 膜片弹簧离合器的优点
3、基本尺寸参数选择 7
4、设计内容
4.1 膜片弹簧离合器上壳体零件设计
4.2 装配设计
5、 仿真设计 16
6、 装配体爆炸图 19
7、 装配体工程图 20
三、 总结 21
四、 参考文献 22

一、 课程设计任务书
1、 设计目的
计算机辅助设计及应用课程设计是在学习《计算机辅助设计及应用》课程基础上，综合运用所学知识，应用CATIA V5软件进行具体零部件实体设计、曲面设计、装配设计及运动仿真的训练过程。其目的旨在分析了解产品对象的外形结构、工作原理与制造工艺的基础上，运用软件的测量、绘制、装配及模块转换功能，进行产品设计整个过程的综合应用与训练。
2、 设计任务
磨片弹簧离合器的装配与仿真设计

图1-1 磨片弹簧离合器
3、 设计要求
（1）课程设计是一次较全面的设计训练，可以综合运用所学的专业课程知识，对以后的设计工作具有重要意义。在设计的过程中必须严肃认真，刻苦钻研，一丝不苟，精益求精，才能在设计思想、方法和技能方面获得较好的锻炼和提高。
（2）必须发挥设计的主动性，主动思考问题，积极完成设计任务。本次设计以计算机辅助三维设计能力为主，它需要是在长期的设计实践中逐步提高，要求利用现有的设计资料，掌握与发展并存来提高自身设计能力。从模仿开始，逐渐达到熟练应用是我们不可缺少的能力。
（3）在设计操作绘图阶段，应拓宽思路、应用更多的手段来解决图形问题。
（4）在设计的总体过程中，积极的听取他人的设计意见，形成团队研讨模式，采纳有价值的设计方法和观点。

4、 日程安排
2014-2015学年第一学期，第10周至11周（2014年11月10日～2014年11月21日）
（1）磨片弹簧离合器主要零件设计 （3.0 天）
1）尺寸测量及设计 （0.5天）
2）零件绘制 （2.5天）
（2）磨片弹簧离合器总成的绘制与装配 （4.0天）
1）总成的测量 （0.5天）
2）箱体及标准零件绘制 （1.5天）
3）产品装配设计 （1.5天）
4）生成工程图 （0.5天）
（3）仿真设计 （2.0天）
运动仿真设计 （1.0天）
撰写、整理说明书 （1.0天）
（4） 答辩 （1.0天）
二、 蜗杆曲柄指销式转向器机构的装配与仿真设计
2.1蜗杆曲柄指销式转向器的工作原理

图1-1 磨片弹簧离合器
膜片弹簧离合器是用膜片弹簧代替了一般螺旋弹簧以及分离杆机构而做成的离合器，因为它布置在中央，所以也可算中央弹簧离合器。膜片弹簧是一个用薄弹簧钢板制成的带有一定锥度，中心部分开有许多均布径向槽的圆锥形弹簧片。膜片弹簧是碟形弹簧的一种，由碟簧部分和分离指部分组成 。
由图1-1可知，离合器盖与发动机飞轮用螺栓紧固在一起，当膜片弹簧被预加压紧，离合器处于接合位置时，由于膜片弹簧大端对压盘的压紧力，使得压盘与从动盘摩擦片之间产生摩擦力。当离合器盖总成随飞轮转动时(构成离合器主动部分)，就通过摩擦片上的摩擦转矩带动从动盘总成和变速器一起转动以传递发动机动力，要分离离合器时，将离合器踏板踏下，通过操纵机构，使轴承总成前移推动膜片弹簧分离指，使膜片弹簧呈反锥形变形，其大端离开压盘，压盘在传动片的弹力作用下离开摩擦片，使从动盘总成处于分离位置，切断了发动机动力的传递。

2.2膜片弹簧离合器的结构
膜片弹簧离合总成由膜片弹簧、离合器盖、压盘、传动片和分离轴承总成等部分组成。
l 离合器盖
离合器盖一般为120°或90°旋转对称的板壳冲压结构，通过螺栓与飞轮联结在一起。离合器盖是离合器中结构形状比较复杂的承载构件，压紧弹簧的压紧力最终都要由它来承受。
l 膜片弹簧
膜片弹簧是离合器中重要的压紧元件，在其内孔圆周表面上开有许多均布的长径向槽，在槽的根部制成较大的长圆形或矩形窗孔，可以穿过支承铆钉，这部分称之为分离指；从窗孔底部至弹簧外圆周的部分形状像一个无底宽边碟子，其截面为截圆锥形，称之为碟簧部分。
l 压盘
压盘的结构一般是环形盘状铸件，离合器通过压盘与发动机紧密相连。压盘靠近外圆周处有断续的环状支承凸台，最外缘均布有三个或四个传力凸耳。
l 传动片
离合器接合时，飞轮驱动离合器盖带动压盘一起转动，并通过压盘与从动盘摩擦片之间的摩擦力使从动盘转动；在离合器分离时，压盘相对于离合器盖作自由轴向移动，使从动盘松开。这些动作均由传动片完成。传动片的两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联接，一般采用周向布置。在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转；在离合器分离时，可利用它的弹性恢复力来牵动压盘轴向分离并使操纵力减小。
l 分离轴承总成
分离轴承总成由分离轴承、分离套筒等组成。分离轴承在工作时主要承受轴向分离力，同时还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。目前国产的汽车中多使用角接触推力球轴承，采用全密封结构和高温铿基润滑脂，其端面形状与分离指舌尖部形状相配合，舌尖部为平面时采用球形端面，舌尖部为弧形面时采用平端面或凹弧形端面。
3、技术参数
3.1、离合器基本性能关系式
摩擦片或从动盘的外径是离合器的重要参数，它对离合器的轮廓尺寸有决定性的影响，并根据离合器能全部传递发动机的最大转矩来选择。为了能可靠地传递发动机最大转矩Te max，离合器的静摩擦力矩Te f应大于发动机最大转矩Te max，而离合器传递的摩擦力矩N f又决定于其摩擦面数Z、摩擦系数f、作用在摩擦面上的总压紧力PΣ与摩擦片平均摩擦半径Rm。
f—摩擦系数，计算时一般取0.25～0.30。（2.1）
该车型发动机最大转矩Te max=102N·m，取摩擦系数f为3.0,可得离合器的静摩擦力矩
N c = 102*3.0=306N·m。
3.2后备系数的选择
离合器的后备系数，选择时应考虑摩擦片磨损后仍能传递Te max及避免起步时滑磨时间过长；同时应考虑防止传动系过载及操纵轻便等。
表2.1后备系数表
本设计是基于长城赛弗F1汽车的离合器设计，该车型属于越野车类型，故选择本次设计的后背系数β在2.0～3.5之间选择。因为该车型为城市越野车，不需要太大的后备系数，取β=2.0。
3.3摩擦片外径的确定
摩擦片外径是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和使用寿命，它和离合器所需传递的转矩大小有一定关系。显然，传递大的转矩，就需要大的尺寸。发动机转矩是重要的参数，当按发动机最大转矩来确定D时，可以查表2.2来确定摩擦片外径D的尺。表2.2离合器尺寸选择参数表所选的尺寸D应符合有关标准(JB1457-74)的规定。表2.2给出了离合器摩擦片的尺寸系列和参数。另外，所选的D应符合其最大圆周速度不超过65～70m/s的要求，且重型汽车不应超过50m/s。
表2.3离合器摩擦片尺寸系列和参数根据发动机参数该车型发动机最大转矩Te max为102N·m及表2.1可查出本车将使用单片式离合器，且离合器摩擦片外径为180mm。再查表2.3即可得到摩擦片的具体参数，如下：摩擦片外径D=180mm 摩擦片内径d=125mm 摩擦片厚度h=3.5mm 摩擦片内外径比d/D=0.694 单面面积F=13200mm2
4、设计内容
4.1主体零件的绘制过程
以离合器盖为主要零件，采用曲面设计，详述其绘制过程如下：
（1）单击【开始】——【形状】——【创成式外形设计】进入曲面设计界面，XY平面，使用草图命令进入草图绘制界面，并绘制出如图2-2所示的草图。

图1-2
2）选择退出工作台命令，退出草图界面，并使用旋转曲面命令将草图旋转成旋转曲面，单击确定完成，如图2-3所示：

图1-3

3)在曲面上画出一个圆，选中所画圆用旋转命令画出其他9个圆

图1-4
4）将上一个草图拉伸曲面

图1-5
5）修剪

图1-6
6）创建偏移平面，在新创建的平面上画出上曲面草图

图1-7
7）拉伸上曲面草图

图1-8
8）重复上两步，作出下曲面草图

图1-9
9）下草图拉伸曲面

图1-10
10）重复3、4、5步，画出上、下曲面的孔

图1-11
11）上曲面旋转120°和240°变成3个

图1-12

12）将3个上曲面结合

图1-13

13）修剪

图1-14
14）画出辅助曲面草图

图1-15

15）将辅助草图旋转

图1-16
16）将辅助曲面与下曲面进行修剪

图1-17
17）将下曲面旋转

图1-18
18）将旋转后的下曲面结合

图1-19
19）修剪

图1-20
20）将曲面结合

图1-21
21）将结合曲面进行定义厚曲面

图1-22
22）隐藏草图和坐标，添加材料

图1-23
4.2装配设计
将所有零部件按装配关系、装配顺序分类，每一类零件装配在一起，形成装配体零件组，再将各零件组进行装配，具体步骤如下：
（1）离合器总成零件组装配
1）、使用相合约束命令将各零件装配到同一条轴线上，如图2-14所示：

图2-1
2）、使用接触约束命令将各零件相接触的平面约束在一起，如图2-15所示，完成装配。

图2-2
（2）推力机构零件组装配
1）、使用相合约束命令将各零件装配到各自的轴线上，如图2-16所示：

图2-3
2）、使用接触约束命令和偏移约束命令将各零件相接触的平面约束在一起，偏移平面的偏移量设置好，如图2-17所示，完成装配。

图2-4
（3）旋转机构零件组装配（飞轮和上壳体）
1）、使用相合约束命令将各零件装配到同一条轴线上，如图2-18所示：

图2-5
2）、使用偏移约束命令将各零件的偏移平面的偏移量设置好，如图2-19所示，完成装配。

图2-6
（4）旋转和直线机构组装配（膜片弹簧和压盘）
1）、使用相合约束命令飞轮机构和压盘、上壳体装配到同一条轴线上，如图2-18所示：

图2-7
2）、使用偏移约束命令将各零件的偏移平面的偏移量设置好，如图2-19所示，完成装配。

图2-8
（5）直线机构组装配（推力机构和分离差）
1）、使用相合约束命令飞轮机构和压盘、上壳体装配到同一条轴线上，如图2-18所示：

图2-9
2）、使用偏移约束命令将各零件的偏移平面的偏移量设置好，如图2-19所示，完成装配。

图2-10
（6）总体装配
使用相合约束命令、接触约束命令及偏移约束命令将各零件组装配在一起，如图2-22所示：

图2-11
5.仿真设计
（1）将总装配体激活为工作对象，【开始】——【数字化装配】——【DMU运动机构】进入运动仿真编辑界面。使用固定零件命令，选择轴，将其固定
（2）使用旋转结合命令，创建轴与固定机构的旋转运动副。
（3）使用棱形连接命令，将直线机构和固定机构进行棱形连接。
（4）使用圆柱面连接命令，将转动和滑动机构和固定机构进行圆柱面连接。
（5）使用旋转结合命令，创建旋转机构与固定机构的旋转运动副。
（6）使用圆柱面连接命令，将离合器制动片机构和固定机构进行圆柱面连接。

图3-1

（7）、单击使用命令进行模拟命令，进行运动仿真的编译，如图2-17所示：

图3-2
（8）、单击使用命令进行模拟命令，观看运动仿真，如图2-17所示：

图3-3

6、装配体爆炸图

图3-4 装配体爆炸图
7、装配体工程图

图3-5 装配体工程图
三、 总结
本学期我们开设了《计算机辅助设计（三维）》课程，本门学科属于辅助设计软件，其实用性很强，对我们的专业有很强的联系。学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期即将结束之际，紧接着来一次课程设计是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对Catia软件的认识，而且还及时、真正的做到了学以致用。从选题到定稿，从理论到实践，在整整一个星期的日子里，可以说得是遇到很多困难，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力 
在这次课程设计过程中，我也遇到了很多问题。比如在建模时遇到一些复杂的模型，我也能静静的用心去想，希望能找到更好的建模方法，最后还是如愿以偿的完成了我个人对它的制作。但在材质和灯光的处理上不是那么一帆风顺了，经过同学的帮忙和自己的慢慢摸索最后做出这样的效果，但终于做出来的效果并不是那么完美的，还有很多缺陷，感觉很惭愧。这次课程设计让我学到了很多，不仅是巩固了先前学的Catia的理论知识，而且也培养了我的动手能力，更令我的创造性思维得到拓展。希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些。 
四、 参考文献
1. 《CATIA V5实例应用教程》，于志新主编，北京大学出版社，2013年8月出版；
2. 《CATIA V5实体造型与工程图设计》，李苏红主编，科学出版社，2008年6月出版；
3. 《CATIA基础教程》，江洪主编，机械工业出版社，2006年1月；
4. 《CATIA V5机械设计》，单岩、谢龙汉主编，清华大学出版社，2004年11月；
5. 《CATIA V5机械设计应用实例》，单岩、谢龙汉主编，清华大学出版社，2004年10月；
6. 《CATIA V5曲面造型应用实例》，单岩、谢龙汉主编，清华大学出版社，2004年11月；
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