数字化实践-离合器扭转减振器设计说明书

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1.2 离合器扭转减震器的机构原理
在现代汽车上一般都采用带扭转减振器的离合器 ,用以避免汽车传动系统的 共振,缓和冲击,减少噪声,提高传动系统零件的寿命,改善汽车行使的舒适性,并使 汽车平稳起步。 扭转减振器主要由从动片，从动盘毂，摩擦片，减振盘，减振弹簧等组成， 由下图 4.1 可以看出，摩擦片 1，13 分别用铆钉 14，15 铆在波形弹簧片上，而 后者又和从动片铆在一起。从动片 5 用限位销 7 和减振 12 铆在一起。这样，摩 擦片，从动片和减振盘三者就被连在一起了。在从动片 5 和减振盘 12 上圆周切 线方向开有 6 个均布的长方形窗孔，在在从动片 和减振盘之间的从动盘毂 8 法 兰上也开有同样数目的从动片窗孔，在这些窗孔中装有减振弹簧 11，以便三者 弹性的连接起来。 在从动片和减振盘的窗孔上都制有翻边，这样可以防止弹簧滑 脱出来。在从动片和从动盘毂之间还装有减振摩擦片 6，9。当系统发生扭转振 动时， 从动片及减振盘相对从动盘毂发生来回转动，系统的扭转能量会很快被减 振摩擦片的摩擦所吸收。
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3.1 模态分析概述
振动模态是弹性结构固有的、整体的特性。通过模态分析方法搞清楚了结构 物在某一易受影响的频率范围内的各阶主要模态的特性， 就可以预言结构在此频 段内在外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应。因此，模态分析是结构 动态设计及设备故障诊断的重要方法。 机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动模态各不相同。 模态分析提供了研究各类振动特性的一条有效途径。首先，将结构物在静止状态 下进行人为激振，通过测量激振力与响应并进行双通道快速傅里叶变换（FFT） 分析，得到任意两点之间的机械导纳函数（传递函数） 。用模态分析理论通过对 试验导纳函数的曲线拟合， 识别出结构物的模态参数，从而建立起结构物的模态 模型。根据模态叠加原理，在已知各种载荷时间历程的情况下，就可以预言结构 物的实际振动的响应历程或响应谱。
2.2 离合器扭转减震器三维建模
2.2.1 三维建模思路
在建立零件的三维模型时，一般是先对零件主要尺寸进行设计后再进行建 模，而此次数字化实践则是对实物进行建模，与一般的三维设计有些不同，是直 接量取零件尺寸进行建模，所以建模的一般思路如下：
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实物零件
装配
对零件结构进行分解
零件特征
模型
各个特征建模先后顺序 图 4 建模思路
三、ANSYS 模态分析 ........................................................................... 6
3.1 模态分析概述 ............................................................................................ 7 3.2 模态分析用处 ............................................................................................ 7 3.3 有限元模态分析 ......................................................................................... 7 3.4 扭转减震器从动盘毂的 ANSYS 模态分析 ............................................... 8 3.4.1 ANSYS 模型导入 ............................................................................. 8 3.4.2 定义模型 .......................................................................................................................................................................... 9 3.4.4 模态分析 ......................................................................................... 9
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而发动机转矩由从动片传给从动盘榖时必须通过沿从动片圆周切向布置的弹簧， 这样即将从动片和从动盘毂弹性的连接在一起，从而改变了传动系统的刚度。 但六个弹簧属统一规格并同时其作用时，扭转减振器的弹性特性为线性的。 这种具有线性特性的扭转减振器，结构较为简单，单级线性减振器的扭转特性， 其弹性元件一般采用圆柱螺旋弹簧，广泛应用于汽油机汽车中。 当六个弹簧属于两种或三种规格且刚度由小变大并按先后次序进入工作时， 则称为两级或三级非线性扭转减振器。这种非线性减振器，广泛为现代汽车尤其 是柴油发动机汽车所采用。 当发动机为柴油机时， 由于怠速时发动机旋转不均匀度较大，常引起变速器 常啮合齿轮齿间的敲击，从而产生令人厌烦的变速器怠速噪声。 在扭转减振器中另设置一组刚度较小的弹簧， 使其在发动机怠速工况下起作 用，以消除变速器怠速噪声，此时可得到两级非线性特性，第一级的刚度很小， 称为怠速级，第二级的刚度较大。
目录
一、离合器扭转减震器概述 .................................................................. 1
1.1 离合器扭转减震器的功用 .......................................................................... 1 1.2 离合器扭转减震器的机构原理 .................................................................. 2 1.3 离合器扭转减震器的结构类型 .................................................................. 2
二、CATIA 建模思路及关键技术 ........................................................ 3
2.1 CATIA 概述 ................................................................................................ 3 2.2 离合器扭转减震器三维建模 ..................................................................... 3 2.2.1 三维建模思路.................................................................................. 3 2.2.2 各个零件建模.................................................................................. 4 2.2.3 零件装配与渲染 .............................................................................. 5
量取尺寸
2.2.2 各个零件建模
以下为参照实物结构及其尺寸，运动 CATIA 进行三维模型的建立。 1. 从动片、从动盘毂建模
图 5 从动片模型 2. 前、后端盖建模
图 6 从动盘毂
图 7 前端盖模型
图 8 后端盖模型
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3. 前、后连接块建模
图 9 前连接块模型 4. 减震弹簧、限位销建模
图 1 离合器扭转减震器正面照片
图 2 离合器扭转减震器背面照片
1.1 离合器扭转减震器的功用
扭转减振器主要由弹性元件(减振弹簧或橡胶)和阻尼元件(阻尼片)等组成其 作用就是在汽车的动力传动系统中置入一个低刚度环节，并加入适当的阻尼，以 达到衰减发动机扭矩波动和控制传动系统扭振的目的。 当代扭转减振器主要具有 如下功能： 1) 降低发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，调节传动系的扭振固有 特性，把主要的低阶共振临界转速移出常用车速范围。 2) 增加传动系统的扭振阻尼，达到有效地吸收振动能量，减少扭转共振响 应振幅， 并衰减因冲击而产生的瞬态扭振， 改善了离合器接合平顺性并 易于设计为非线性弹性特性。 3) 控制动力传动系总成怠速时离合器—变速器轴系的扭振，消减变速器怠 速噪声和主减速器与变速器的扭振与噪声。 4) 缓和非稳定工况下（如快速接合离合器起步和紧急制动）传动系的扭振 冲击载荷和改善离合器的接合平顺性。
图 3 离合器扭转减震器结构图 在此次数字化实践中所选取的模型与此结构图有些差异，但是基本结构和 原理都与此结构相同。
1.3 离合器扭转减震器的结构类型
扭转减振器结构大体相近，主要差异在于采用不同的弹性元件和阻尼装置。 扭转减振器具有线性和非线性特性两种。 采用圆柱螺旋弹簧和摩擦元件的扭转减振器得到了最广泛应用。 在这种结构 中，从动片和从动盘毂上都开有六个窗口，在每个窗口中装有一个减振弹簧，因
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图 13 扭转减震器装配模型 图 14 扭转减震器装配爆炸图 2. 模型渲染 此处运用 keyshot 软件对所建立的离合器扭转减震器模型进行渲染， 渲染的 效果图如下图所示：
图 15 前部渲染图
图 16 后部渲染图
三、ANSYS 模态分析
模态分析是研究结构动力特性一种近代方法， 是系统辨别方法在工程振动领 域中的应用。 模态是机械结构的固有振动特性， 每一个模态具有特定的固有频率、 阻尼比和模态振型。 这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或 试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的， 则称为计算模态分析； 如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别 获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。
参考文献 ............................................................................................... 11
一、离合器扭转减震器概述
由发动机传到汽车传动系统中的转矩是周期性地不断变化的， 因此使传动系 统产生扭转振动。 如果这一振动频率和传动系统固有频率相重合， 就将发生共振， 从而对传动系统中零件的寿命有很大影响。 因此，在不分离离合器的情况下进行紧急制动或者进行猛烈结合离合器时， 在瞬间内将对传动系统的零件产生极大地冲击载荷，从而缩短零件的使用寿命。 为此， 为了避免共振和缓和传动系统所受的冲击载荷，在汽车离合器中设置了扭 转减振器。 以下为此次数字化设计的实物照片
图 10 后连接块模型
图 11 减震弹簧模型
图 12 限位销模型
2.2.3 零件装配与渲染
在将零件的三维模型建立完成之后， 则需要对所建立的模型进行装配以完成 整个部件的数字化建模设计， 之后也可运用模型渲染软件对装配后的模型进行渲 染，以达到更加逼真的效果。 1. 模型装配 在进行模型的装配时，需要对各个配合的零件添加约束，比如同轴约束、接 触约束以及偏移约束，以使得各个零件能够在其对应的位置实现整个部件的装 配， 最后生成所需的装配图， 并且生成爆炸图以更加直观的了解各个部件以及其 装配关系，具体如下图所示：
二、CATIA 建模思路及关键技术
2.1 CATIA 概述
CATIA 是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。作为 PLM 协同解决方案 的一个重要组成部分， 它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目 前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。 模块化的 CATIA 系列产品提供产品的风格和外型设计、机械设计、设备与系 统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟。CATIA 产品基于开放式可扩展 的 V5 架构。 通过使企业能够重用产品设计知识，缩短开发周期，CATIA 解决方案加快企 业对市场的需求的反应。自 1999 年以来，市场上广泛采用它的数字样机流程， 从而使之成为世界上最常用的产品开发系统。 以下为针对本次离合器扭转减震器的实物模型进行的 CATIA 三维建模。