专利名称：：塑料离合踏板总成设计的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种离合踏板总成设计，尤其是一种由塑料制成的离合踏板总成的设计。技术背景目前，轻量化设计己成为当今汽车产业努力发展的方向之一，同时汽车轻量化设计也是一个重要的研究课题。减轻汽车自重，不仅可以减少原材料的消耗，降低汽车的成本，还可以显著降低汽车能源消耗，减少有害气体的排放，提高汽车的动力性等。国内外开展轻量化设计的方案主要有三种一种是汽车用材料的轻量化设计，即选用轻质化、高强度的材料来代替钢铁材，这些材料主要有铝合金、镁合金、塑料及其复合材料等。另一种是结构技术的轻量化设计，常用有限元法和优化设计方法进行结构改进和优化设计，以减少零部件的质量和数量来减轻整车的重量。第三种是工艺的轻量化设计,例如利用金属材料的低载强化特性，对变速箱齿轮使用新的磨合规范，可以提高齿轮的强度和寿命，从而进行轻量化设计。在继续推进汽车轻量化设计的过程中，采用轻结构设计与创新制造工艺是相辅相成的。通过对传统的工艺进行变革，采用创新的工艺制造出集成、中空的零部件，从而减轻零部件的质量。汽车用塑料量的多少，作为衡量汽车设计和制造水平的一个重要标志。汽车轻量化使塑料作为原材料在汽车零部件领域被广泛采用，从内装件到外装件以及结构件，塑料制件的身影随处可见。踏板是汽车的重要安全部件。由于塑料的强度、刚度要求以及其它考虑因素与钢结构件不同，这对设计者要求比较高。这项新型离合踏板无论从材料选择、制造工艺以及力学特性均与以往不同，它的特点是对汽车踏板总成的开发结合了汽车用材料轻量化设计和技术轻量化设计的优点，将先进工程塑料材料引入到轿车踏板总成的结构设计中，并利用有限元方法对其结构进行分析、设计，从而走出一条汽车零部件轻量化设计的新途径和新方法，为企业产品改造、新产品设计提供一种新思路、新方法。
发明内容本发明是进行一种塑料离合踏板总成设计，其目的是要研发塑料总成产品来代替相应的金属产品，对汽车踏板总成的开发结合汽车用材料轻量化设计和技术轻量化设计的优点，将先进工程塑料材料引入到轿车踏板总成的结构设计中，并利用有限元方法和仿真分析对其结构进行分析、设计。为实现上述目的，本发明的技术方案如下一种塑料离合踏板总成设计，具体步骤是1.踏板总成外形结构设计离合踏板外形的结构设计综合考虑安装环境、人体力学、成型工艺、塑料结构特征；按照踏板总成设计的各种标准、环境要求，以及踏板总成的空间要求、位置要求、功能要求，兼顾塑料制品成型工艺要求，利用三维造型软件SolidWorks软件初步设计出符合要求的踏板总成外形结构模型；2.踏板总成功能仿真针对离合踏板系统的设计要求，采用一个辅助踩踏力机构，此机构使得在踏板臂运动过程中，脚对踏板面的作用力始终保持在一个合理，舒适的状态，减轻驾驶员的驾驶疲劳；3.强度设计及实验验证利用有限元分析方法和有限元分析软件对设计的离合踏板总成结构进行强度设计，确保其强度和刚度要求。上述第一步骤中，具体方法为(1)造型设计初步确定实现使用功能的零件的形状尺寸、尺寸精度、形位公差和表面质量，并且做静载荷条件下短期和长期的形变校核及动载荷条件下冲击、疲劳和磨损校核；(2)材料设计根据加工性能、力学性能、热性能和物理性能有关性能要求选定材料；(3)工艺结构设计根据聚合物加工流变学的理论基础，设计时必须合理的处理流动性、收縮率、嵌件和脱模技术问题；上述第三步骤中，对离合踏板总成的强度设计，采用类比分析的方法，即通过参考模型的有限元分析结果和实验进行验证，做出可性评估，再对设计的离合踏板总成进行设计；然后参照参考模型有限元分析的条件设置，对设计模型进行有限元分析。对比设计模型和参考模型的强度和刚度分析结果，符合要求则对模型保留作进一步细节修改，否则需要对结构进行重新设计。本发明的有益效果是塑料离合踏板系统设计，其特征是采用了有限元分析方法，为国内相关企业进行塑料零部件的设计提供借鉴和参考，为企业的产品设计提供新思路和新方法。有助于提高国内中小企业塑料材料结构的设计和分析能力，推动了企业的新产品开发和新技术应用；促进了我国新材料、新工艺在汽车结构设计中的开发应用，縮短同国外塑料材料在汽车尤其是轿车塑料踏板总成设计技术上的差距；并且为课题合作企业提供塑料踏板系统研发的方案和技术储备；本发明研究的是纤维增强塑料踏板总成的设计与分析，其采用的研究方法和思路也适用于其它塑料零部件结构设计及分析；本发明对汽车塑料踏板总成的开发结合了汽车用材料轻量化设计和技术轻量化设计的优点，将先进工程塑料材料引入到轿车踏板总成的结构设计中，并利用有限元方法对其结构进行分析、设计，从而发明出一种新型的轿车塑料离合踏板总成。图1是本发明所设计的塑料离合踏板总成结构示意图；图2是辅助踩踏力机构中踏板面中心作用力F与运动行程的关系图；图3是踩踏板机构示意图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。本发明主要的设计方面包括以下几项(l)造型设计即与零部件生产、使用和装配有关的设计。主要是初步确定实现使用功能的制品形状尺寸、尺寸精度、形位公差和表面质量等，并且做静载荷条件下短期和长期的形变校核及动载荷条件下冲击、疲劳和磨损等校核。对于外型美观和方便装箱的要求，要通过外部造型设计予以修饰和美化。对踏板臂和踏板支座需要外观光滑、整洁，并附有材料型号和生产公司的商标等模塑图案修饰。造型结构设计要用工程制图进行形体的空间思维，各种草图、轴侧图和三视图也是交流的工程语言。现代的电子计算机绘图和三维造型，不但保证了设计质量，也为下一步计算机数值模拟分析准备了形乂士敝抵—斤从w;(2)材料设计制品的加工方法往往因材料性质的不同而异，此时要确定加工方法，根据加工性能、力学性能、热性能和物理性能等有关性能要求选定材料；(3)工艺结构设计这是制品生产的前提，关系到塑件的质量、生产率和成本。聚合物加工流变学是工艺结构设计的理论基础，用以考虑模塑成型的可行性。在这个设计阶段必须合理的处理流动性、收縮率、嵌件和脱模等技术问题；(4)性能检测即塑料制品工作性能侧试方法设计。所研制或设计的塑料制件，能否满足产品的目标和功能，设计师必须提出明确的性能指标与相应的检测方法。必要时，应有行之有效的补救措施。完成了塑料件的图纸设计后，还必须与工艺工程师和模具工程师合作，对制品进行计算机模拟和生产验证，并进行修改，直至定型。根据踏板总成设计的安装环境要求和企业生产类似产品的经验，以及国内外的研究发展现状，可以确定本发明的整体技术思路(1)对国外汽车塑料零部件的设计进行研究，了解塑料踏板总成设计的特征，以及利用有限元法设计、分析塑料零部件的方法；(2)对踏板总成使用的纤维增强塑料材料进行深入的研究，了解其力学特征对结构分析的影响，通过对材料力学性能参数的试验测定，掌握准确的材料参数；(3)根据踏板总成的各项设计指标要求，完成塑料踏板总成的外型设计，形成初步方案；(4)对参考塑料踏板总成零部件进行有限元分析、实验验证、改进有限元分析过程，为塑料踏板总成的设计提供参考依据，保证设计的质量；(5)对设计的踏板总成进行强度分析，并对结构设计进行改进，最终达到最优化设计。本发明的总成的设计过程是(1)首先査询汽车踏板总成设计，塑料制品设计的相关标准、手册，以及汽车使用的各种极限环境；(2)参照国内外汽车塑料踏板总成使用的材料，为设计的踏板总成寻找出符合要求的纤维增强塑料，并获得材料的各项性能参数；(3)将国外某成熟的塑料踏板总成产品作为参考，选用基本合适的板厚，筋板分布形式；(4)按照踏板总成设计的各种标准、环境要求，以及主机厂设置的踏板总成的空间要求、位置要求、功能要求，兼顾塑料制品成型工艺要求，利用三维造型软件SolidWorks软件初步设计出符合以上要求的踏板总成外形；(5)参照参考模型有限元分析的条件设置，对设计模型进行有限元分析。对比设计模型和参考模型的强度和刚度分析结果，符合要求则对模型保留作进一步细节修改，否则需要对结构进行重新设计；(6)对离合踏板总成的设计模型，利用仿真分析软件ADAMS进行运动学、动力学仿真，验证其结构是否满足功能要求；(7)对满足强度、刚度要求，功能要求，成型工艺要求的模型做出物理模型进行实物验证。对设计模型进行进一步的修改和优化。具体可分为三个关键步骤一、踏板总成外形结构设计离合踏板外形的设计综合考虑了安装环境、人体工学、成型工艺、塑料结构特征的要求，得到的外型结构如图1所示本发明所设计的塑料离合踏板总成包括有踏板臂1，反压弹簧2，上止点螺栓3,辅助弹簧4，销轴、卡环5，衬套6，内嵌螺母7，螺钉8，塑胶垫9。二、踏板总成功能设计、仿真针对主机厂对离合踏板系统的设计要求，需要其自身有一个辅助踩踏力机构。辅助踏板力机构使得在踏板臂运动过程中，脚对踏板面的作用力始终保持在一个合理，舒适的状态，减轻驾驶员的驾驶疲劳。由于塑料踏板臂相对于金属踏板臂其重量有很大的减轻，因此为了减轻踏板行程初始时对踏板面中心的踩踏力，使用了辅助弹簧3来抵消反压弹簧的作用，具体要求的踏板面中心踩踏力F与运动行程的关系如下图2所示，对应的辅助踩踏力机构如图3所示。三、强度设计及实验验证本发明利用有限元分析方法和有限元分析软件对新设计的离合踏板总成结构进行强度设计，确保其强度和刚度要求。对离合踏板总成的强度设计，采用类比分析的方法，即通过参考模型的有限元分析结果和实验进行验证，做出可行性评估，再对新设计离合踏板总成进行设计。在各个载荷状况下，参考模型的踏板臂有限元分析结果，设计的离合踏板总成踏板臂以及总成有限元分析结果如下表所示表一各载荷状况下的有限元分析结果<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>对参考实物进行实验的结果表二实验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>通过对比两者结果发现，实验结果和对模型进行实验验证两者结果误差为10%左右，有限元分析结果基本能真实反映结构的强度和刚度，并且有一定的保守值。最终设计的离合踏板总成产品强度值如下:设计模型分析结果表6-l各载荷状况下的有限元分析结果分析对象载荷(N)最大位移变形(mm)最大应力)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>结果设计要求，得到合格的产品。本发明实现减重40%，可广泛用于轿车中，为自主品牌汽车的研发提供了支持。权利要求1.一种塑料离合踏板总成设计，其特征在于，具体步骤是(1)踏板总成外形结构设计离合踏板外形的结构设计综合考虑安装环境、人体工学、成型工艺、塑料结构特征；按照踏板总成设计的各种标准、环境要求，以及踏板总成的空间要求、位置要求、功能要求，兼顾塑料制品成型工艺要求，利用三维造型软件SolidWorks软件初步设计出符合要求的踏板总成外形结构模型；(2)踏板总成功能仿真针对离合踏板系统的设计要求，采用一个辅助踩踏力机构，此机构使得在踏板臂运动过程中，脚对踏板面的作用力始终保持在一个合理，舒适的状态，减轻驾驶员的驾驶疲劳；(3)强度设计及实验验证利用有限元分析方法和有限元分析软件对设计的离合踏板总成结构进行强度设计，确保其强度和刚度要求。2.根据权利要求1所述的塑料离合踏板总成设计，其特征在于，所述第一步骤中，具体方法为(l)造型设计初步确定实现使用功能的零件的形状尺寸、尺寸精度、形位公差和表面质量，并且做静载荷条件下短期和长期的形变校核及动载荷条件下冲击、疲劳和磨损校核；(2)材料设计根据加工性能、力学性能、热性能和物理性能有关性能要求选定材料；(3)工艺结构设计根据聚合物加工流变学的理论基础，设计时必须合理的处理流动性、收縮率、嵌件和脱模技术问题。3.根据权利要求1所述的塑料离合踏板总成设计，其特征在于，所述第三步骤中，对离合踏板总成的强度设计，采用类比分析的方法，即通过参考模型的有限元分析结果和实验进行验证，做出可行性评估，再对新离合踏板总成进行强度设计；然后参照参考模型有限元分析的条件设置，对设计模型进行有限元分析，对比设计模型和参考模型的强度和刚度分析结果，符合要求则对模型保留作进一步细节修改，否则需要对结构进行重新设计。全文摘要本发明涉及一种塑料离合踏板总成设计，设计的具体步骤是1.踏板总成外形结构设计，2.踏板总成功能设计、仿真，3.强度设计及实验验证。本发明对汽车塑料踏板总成的设计开发结合了汽车用材料轻量化设计和技术轻量化设计的优点，将先进工程塑料材料引入到轿车踏板总成的结构设计中，并利用有限元方法对其结构进行分析、设计，从而开发出符合主机厂技术要求的新型塑料踏板总成。文档编号B60K23/00GK101239585SQ200810034918公开日2008年8月13日申请日期2008年3月20日优先权日2008年3月20日发明者清井,倪志伟,刘仁山,瑾张,成永刚,杜月鑫,锋袁,郑松林申请人:上海理工大学