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
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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=14.7kWn=2000r/minβ=1.7f=0.25Zc=2Δs=1.0mme=0.2，μ=0.3〔q〕=7MPa〔σ〕=1570MPaE=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。
图4 碟簧应力变形图
图5 碟簧零件工作图
建筑工程中施工质量评价标准应用 1 建筑工程施工质量评价标准 建筑工程施工质量是工程建设的核心，是决定工程安全性能的关键，是实现工程施工三大控制目标(质量、投资、进度)控制的重点。它对提高工程项目的经济效益、社会效益和环境效益均具有重大意义。 建筑工程施工质量管理是有国务院建设行政主管部门对全国的建设工程质量实施统一监督管理。国务院铁路、交通、水利等有关部门按照国务院规定的职责分工，负责对全国的有关专业建设工程质量的监督管理，县级以上地方人民政府建设行政主管部门对本行政区域内的建设工程质量实施监督管理。县级以上地方人民政府交通、水利等有关部门在各自的职责范围内，负责对本行政区域内的专业建设工程质量的监督管理。随着建筑工程施工质量评价标准的实施，企业应认识到工程创优的紧迫性，以及长期发展的社会责任，并组建项目评价组，使评价工作科学、公正、有序地开展许多的企业开始进行优创工程。创优工程应在项目承包合同中明确质量目标以及各方责任。施工单位在工程开工前应依据订立的质量目标，进行质量策划，确定各道工序的操作工艺要求和质量指标。施工单位项目部应建立质量保证体系，重视施工现场的质量保证能力及持续改进能力，推行科学管理，强化过程管理的精品意识，动态地实施质量目标控制，定期对收集的信息进行对比分析来针对出现的偏差及时制定对策加以调整。2 建筑工程施工质量评价标准应用在施工过程中质量监控的范围较广，从设计图纸、原材料到分部分项工程施工，每一个环节都不能被忽视，熟悉和掌握监控的范围及重点、有利于事前采取措施、使质量处于预控状态、便于进一步的对施工管理进行控制。所以在进行建筑工程项目施工管理控制时，我们应该从以下方面进行。1、管理者需要“多看”。针对质量实施标准，对施工的原材料进行质量控制。由于原材料、半成品、成品的质量直接影响工程质量，因而要对它进行监控。不仅要检查进场实物，还要检查质保书，看它的型号、规格、性能等是否符合设计要求，对钢化、水泥、防水材料等还要根据规定做复试，在施工过程中并根据所在地区选择适当的材料。2、“多听“。根据质量标准，管理者需要听取主申报单位全面而系统的汇报(主申报单位可以是建设单位，也可以是施工单位)，单位管理人员从建设立项、勘察、设计、施工、监理、业主等对工程建设的全过程进行描述。并根据具体施工的地点来进行设计，针对有些设计人员往往只满足于规范对设计强度计算上的安全度需要，计算图形和受力路线不明确，造成局部受力过大，或者混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄，削弱了建筑结构耐久性；3、”多管”。管建立完善的管理组织机构，来进行全方位系统化的管理。只有建立管理组织机构，制定工作制度，并明确各方面的业务关系，选择组织好施工队伍、材料和实施方案及安全施工的管理。签订施工承包合同与专业分包合同，以及合同文件的准备；合同的谈判、修改、签订及合同执行过程中的管理等工作。并进行进度控制主要包括施工进度、材料设备供应以及满足各种需要的进度计划的编制和检查，施工方案的制定与实施，做好计划进度与实际进度的比较及时调整进度计划。并进行费用控制及财务管理，对成本进行预测预控和成本核算，处理索赔事项和做出工程施工结算等。一个施工项目的好坏和其管理是密不可分的。有许多的单位没有建立建设监理制度而追求项目投资的有效控制按照监理规定和实施细则，不讲责任落实到个人，在施工过程中，很难建立其强有力的管理制度。对于施工单位来说齐全的职责分工及有关制度，落实责任。并且对于施工材料，从材料的采购、运输、存储和使用等过程进行控制。3 建筑工程对施工质量的控制对于建筑工程质量问题，我们对此进行解决，主要从以下几个方面进行。1.要重视质量意识,提高施工人员整体素质,加强施工质量的教育。工程质量管理是一项集法律、技术、经济于一体的综合性工作。因此,良好的管理队伍素质,是搞好工程质量管理的基础。人员的素质涵盖参与施工活动的人群的决策能力、管理能力、经营能力、控制能力、作业能力及道德品质等诸多方面。人员素质的高低直接影响到工程质量目标的成败,是工程质量高低、优劣的决定性因素。因此,控制工程质量首先要从严格人员准入和提高人员素质抓起。目前在一部分施工单位,管理人员技术力量薄弱,技术人员对钢筋或混凝土工程的一些基本常识还不清楚,就仓促上岗,对施工过程很不了解 ,因此,施工教育便显得十分重要,必须将素质教育落实到人,明确责任。 2、施工单位要不断完善自身的质保体系。质保体系的完善与否将直接影响施工期间能否真正进行质量控制的重要环节,施工单位一定要不断完善自身的质保体系,才能真正保证质量控制的实施,要建立一个质保体系,最重要的是使其有效运行。依据房屋的建筑、结构、安装的设计情况，按照房屋建造的规律和程序进行施工，由基础—结构—初装修—安装—精装饰顺序进行。具体建造时，按照施工工艺流程和工作量大小，划分若干流水段，优化资源配备，合理安排技术工人和劳力人员，实现工、料、机的有效结合，完成不同结构，实现进度部位，达到质量要求。装修施工，使用施工电梯上料，以实现楼层水平运输的需要。人人提高质量意识,才能确保质量的提高。3、对建筑施工过程中的质量控制，必须加强施工现场的管理。为了加强项目施工现场质量控制,明确各个施工阶段质量控制重点,在施工现场质量管理过程中确立事前质量控制、事中质量控制和事后质量控制三个阶段。事前质量控制,是指在正式施工前,以整个项目施工现场为对象而进行的各项施工准备。事中质量控制,是指在施工过程中进行的质量控制。事后质量控制,是指在工程项目完成施工过程形成产品的质量控制。准备竣工验收资料,按规定的质量评定标准,对已完成的分项、分部工程,单位工程进行质量评定。4、建立严格的现场控制制度。现场管理制度包括质量责任制度、技术复核制度、现场会议制度、施工过程控制制度、现场质量检验制度、质量统计报表制度、质量事故报告和处理制度等。质量责任制度。人是工程施工的操作者、组织者和指挥者。人既是控制的动力又是控制的对象人是质量的创造者,也是不合格产品和工程质量事故的制造者。因此,在整个现场质量管理的过程中,应该以人为中心,建立质量责任制,明确从事各项质量管理活动人员的职责和权限,并对工程项目所需的资源和人员资格做出规定。工程建设过程中,由于设计失误,原材料、半成品、构配件、设备不合格,施工工艺、施工方法错误,施工组织、指挥不当等责任过失的原因造成工程质量不符合规定的质量标准和设计要求,或造成工程倒塌、报废或重大经济损失的事故,都是工程质量事故。4 结束语：建筑工程施工质量是工程建设的核心，是决定工程安全性能的关键，是实现工程施工三大控制目标(质量、投资、进度)控制的重点。在建筑企业施工过程中，企业应该按照建筑工程施工质量评价标准为准则，来约束自己，并合理应用。参考文献：[1]刘永夫.在施工中如何控制建筑安装的质量[Z].[2]徐洪刚胡鹏飞.工程项目成本、进度、质量集成控制的研究J]科技管理研究2006年03期 [3]刘江海.工程施工中的质量管理和控制[J]广东建材2010年05期,来源： http://www.lwabc.net
