徐 蕾

(武漢理工大學機電工程學院，湖北武漢 430070)

目前，世界上成組分類編碼系統(tǒng)已經(jīng)有70多種。一般常見的成組編碼系統(tǒng)有德國的OPITZ系統(tǒng)、前蘇聯(lián)的BIITN系統(tǒng)、日本的KK-3系統(tǒng)及我國的JLBM-1系統(tǒng)等［1］。這些分類編碼系統(tǒng)都是面向某一類零件(如箱體類零件、回轉體類零件等)的專用系統(tǒng)，很難處理形狀復雜的零件。目前，還沒有專門針對壓盤的成組編碼系統(tǒng)，筆者根據(jù)離合器壓盤企業(yè)的實際需求，利用其在設計原理、制造工藝等方面的相似性和規(guī)律性，開發(fā)了適應壓盤生產(chǎn)的工藝編碼系統(tǒng)，并與參數(shù)化設計結合起來，使結構與工藝設計更加標準化，減少設計人員重復性勞動，在一定程度上加快了產(chǎn)品的開發(fā)周期。

1 壓盤參數(shù)化設計

1.1 壓盤結構

壓盤設計主要涉及到發(fā)動機、車型、傳動系統(tǒng)和材料4大類設計要素，發(fā)動機要素包括發(fā)動機最大轉矩和發(fā)動機角速度;車型要素包括汽車總質量和系數(shù)A;傳動系統(tǒng)要素包括主減速器傳動比和變速器傳動比;材料要素包括壓盤溫升、滑磨功所占百分比和壓盤的比熱容的確定，壓盤參數(shù)化設計流程如圖1所示，通過基本參數(shù)的輸入，實現(xiàn)主要幾何尺寸的自動計算與三維模型驅動。

圖1 壓盤參數(shù)化設計流程

圖2 壓盤的三維結構

壓盤是一個金屬圓盤，是汽車離合器的主動部分。圖2所示為壓盤的三維結構圖，它的主體結構由圓盤、壓盤孔、支承筋、壓盤耳和壓盤耳孔5個部分組成。正常的狀態(tài)是同離合器片緊密結合，成為一個整體，隨發(fā)動機一起旋轉，并把動力傳遞給變速箱。當踏下離合器踏板時，壓盤同離合器片分離，切斷發(fā)動機的動力輸出，就可以實現(xiàn)換擋。抬起離合器踏板，壓盤再次同離合器片結合，傳遞動力。

1.2 壓盤幾何尺寸的設計

1.2.1 壓盤內外徑尺寸的確定

由于壓盤和摩擦片是相互咬合的，因此摩擦片尺寸確定后，與其摩擦相接觸的壓盤的內、外徑也就基本確定。摩擦片的外徑是離合器的基本尺寸，它關系到離合器的結構重量和使用壽命［2］。離合器摩擦片外徑D的公式為:

式中，Temax為汽車起步時發(fā)動機最大轉矩;系數(shù)A反映了不同結構和使用條件對D的影響，與汽車類型直接相關。

在外徑D一定的情況下，選用較小的內徑d雖可增大摩擦面積，提高傳遞轉矩的能力，但會使摩擦面上的壓力分布不均勻，使內外緣圓周的相對滑磨速度差別太大而造成摩擦面磨損不均勻，且不利于散熱和扭轉減振器的安裝。摩擦片的內外徑比f應在0.53～0.70范圍內，如表1所示。

表1 壓盤內外徑尺寸對應表 mm

1.2.2 壓盤厚度的確定

滑磨功L和摩擦功Ja的公式分別為:

式中，ma為汽車總質量;rk為車輪滾動半徑;i0為主減速器傳動比;ik為變速器傳動比;ω0為發(fā)動機角速度。

由式(2)和式(3)得到L的值。壓盤溫升校核公式為:

式中，c為壓盤的比熱容;τ為溫升，不應超過8～10℃;k為分配到壓盤上的滑磨功所占的百分比，單片離合器壓盤k=0.50，雙片離合器壓盤k=0.25，雙片離合器中間壓盤k=0.50。

由式(4)可得壓盤總質量m壓，由經(jīng)驗值可知，圓盤質量m盤占壓盤總質量m壓的91%，壓盤質量公式為:

式中，ρ為密度;R為壓盤外徑。

經(jīng)計算即可得到壓盤厚度h［3］。

1.3 壓盤三維模型的驅動

確定了壓盤的幾何尺寸后，對壓盤的三維模型進行參數(shù)驅動，即可完成壓盤的結構尺寸設計。

SolidWorks是一個開放的CAD系統(tǒng)，它提供了API接口，可以對其二次開發(fā)［4］。模型驅動流程如圖3所示。首先利用C++語言，通過Solid-Works的最高層接口ISldWorks打開壓盤Solid-Works文件，然后通過SolidWorks的模型文檔接口IModelDoc提取零件的幾何特征信息，通過尺寸驅動三維模型［5］，則設計者面對的是尺寸列表，直接修改特定尺寸就可以完成模型的驅動，準確性和設計的效率得到大大提高。

圖3 模型驅動流程

其具體幾何信息的提取過程如圖4所示，在得到Feature對象后，就可進入幾何信息的提取過程環(huán)節(jié)。在SolidWorks中，幾何信息存儲在DisplayDimension對象下面的 Dimension中［6］。首先要從Feature中提取DisplayDimension信息，然后從DisplayDimension中獲取Dimension對象，最后再從Dimension中抽取幾何信息，根據(jù)所提取的幾何信息的類型調用SolidWorks中不同的API函數(shù)就可以直接實現(xiàn)［7］。

2 壓盤工藝編碼系統(tǒng)

通過對國內汽車市場上多種壓盤的結構分析，可以歸納出影響其工藝的因素如下［8］:

(1)汽車和離合器的類別。離合器直接影響壓盤的結構。

(2)壓盤的驅動方式。凸塊窗孔式、傳力片式、銷釘式和鍵塊式等多種。

(3)壓盤的材料。由式(4)可知，c是壓盤比熱容，它與壓盤的材料直接相關。

圖4 幾何信息的提取過程

(4)壓盤圓盤的外徑、內徑、厚度。這是壓盤結構設計中關鍵的幾何尺寸。

(5)壓盤支承筋的直徑、寬度、高度和棱邊角度。支承筋的合理設計可以保證在受熱的情況下，將壓緊力在摩擦面上的壓力分布均勻，使壓盤不會因產(chǎn)生翹曲變形而影響離合器的徹底分離和摩擦片的均勻壓緊。

(6)壓盤耳厚度、外直徑、孔徑和中心直徑。這關系著壓盤與摩擦片以及離合器蓋的合理連接，如果傳力處之間間隙超過0.2 mm，在傳力開始的一瞬間將產(chǎn)生沖擊和噪聲，隨著接觸部分磨損的增加而加大沖擊，有可能使壓盤耳根部出現(xiàn)裂紋而造成零件的早期損壞。

(7)壓盤圓盤、孔、支承筋、壓盤耳、耳孔的精度、粗糙度和形位公差。這些都是關系到壓盤零件加工質量的重要數(shù)據(jù)。

通過分析設計出專門針對壓盤的分類編碼系統(tǒng)PJLBM，它由17位碼組成，各位碼按特征類別采用直接的描述方式。每一位碼由從0～5的6個數(shù)字型特征代碼組成，特征不足6位特征代碼的預留出6位碼，以便能結合世界先進的工藝技術水平，以及新工藝、新技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢做增補，使分類編碼系統(tǒng)在一定時間內保持穩(wěn)定，避免頻繁修改［9］。詳細分類如表2所示。

表2 壓盤工藝編碼系統(tǒng)PJLBM

3 實例演示

筆者以離合器型號為180的壓盤為例，實際演示該系統(tǒng)。登錄系統(tǒng)后，選擇參數(shù)化設計界面，選擇離合器型號為180，可以方便地從典型壓盤模型庫中的文件庫中搜索出壓盤的SolidWorks文件，參數(shù)化設計系統(tǒng)界面圖如圖5所示，輸入基本設計參數(shù)，可以實現(xiàn)其主要幾何尺寸的自動計算，直接得到壓盤的導出參數(shù)，如壓盤的外徑、內徑和厚度，即用盡可能少的設計參數(shù)得到關于零件設計的關鍵性尺寸的導出參數(shù)。同時利用API接口調出參數(shù)化設計尺寸列表，尺寸驅動得到三維模型。

圖5 參數(shù)化設計系統(tǒng)界面圖

然后選擇分類編碼系統(tǒng)，其系統(tǒng)界面圖如圖6所示，系統(tǒng)采用程序邏輯與數(shù)據(jù)獨立的結構，按其各種特征進行分類編碼，輸入工藝信息能夠得到編碼，并能夠依賴自定義的搜索算法從數(shù)據(jù)文件中找到該產(chǎn)品對應的工序［10］。

圖6 分類編碼系統(tǒng)界面圖

4 結論

根據(jù)參數(shù)化設計和成組編碼的思想，對壓盤零件的重復性設計模式進行革新，提出了汽車離合器壓盤參數(shù)化與編碼系統(tǒng)，用該方法可解決設計人員反復設計和設計的不穩(wěn)定性等諸多問題，達到優(yōu)化生產(chǎn)周期和規(guī)范設計方式的效果。但由于壓盤結構復雜、種類繁多，結構和工藝數(shù)據(jù)的收集是一個非常復雜的過程，應考慮不同的壓盤生產(chǎn)企業(yè)，以及目前市面上層出不窮的關于新型壓盤設計的發(fā)明，如何考慮這些不確定因素對壓盤設計系統(tǒng)的影響是進一步研究的重點。

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