基于ANSYS對離合器摩擦片進行模態分析

師平等

摘 要：文章建立某重型汽車離合器摩擦片有限元模型，確定載荷及邊界條件，運用ANSYS軟件中的Lanczos算法進行模態計算，求得重型汽車離合器摩擦片的前幾階固有頻率和振型，從而為其設計的改善提出建議。

關鍵詞：有限元；模態計算；ANSYS；離合器摩擦片

前言

離合器是汽車傳動系統中直接與發動機相連接的重要部件。在重型汽車上使用時，仍然出現了不少問題。例如，離合器摩擦片、從動盤波形片、盤轂、夾持盤開裂等，嚴重地影響了離合器及整車傳動系統的正常工作。因此文章利用有限元技術對某重型汽車離合器零件進行模態分析，找出原因，利用ANSYS軟件建立離合器摩擦片的有限元模型，并得出了離合器摩擦片的各階自由振動頻率和振型。

1 離合器摩擦片的有限元模型

某重型汽車離合器從動部分是一個復雜的結構，見圖1為Solidworks軟件繪制的離合器從動盤總裝配圖三維模型，該摩擦片的尺寸為？準180×？準125×3.5mm；其主要由摩擦片、波形彈簧片、從動片、從動盤轂、減振彈簧等零件組成。文章對摩擦片進行有限元劃分網格時，必須先對其進行結構分析，確定其單元類型。由于離合器摩擦片結構較為復雜，采用簡化結構，以 Solid95實體單元為主；摩擦片材料為石棉（溫石棉），其彈性模量為160GPa，泊松比為0.25，密度為2500kg/m3。同時對其進行自由網格劃分，網格劃分后摩擦片共有單元數64087， 節點數121434，見圖2所示為摩擦片有限元模型。

圖1某離合器從動盤總裝配圖 圖2摩擦片有限元模型

2 離合器摩擦片的固有頻率理論計算結果

根據以往經驗指出，當結構體在動載荷激勵下產生共振時，一般只有少數幾個低階（2000Hz內）共振情況比較危險。因此在進行振動分析時，常常只需要知道頭幾個固有頻率及振型，而不必求出所有的固有頻率和振型。因此本文計算摩擦片的前幾階模態。表1為重型汽車摩擦片的前8階固有頻率，第一階和第八階相對位移等值線見圖3、圖4為所示。

從表2以及圖3，圖4可以看出，一階，摩擦片邊緣沿Z軸正方向翹曲變形，呈凸狀，最大振幅為6.3mm；八階整體振動位移差變小；再往后各階的振型變化逐漸趨于平緩。

圖3 第一階相對位移等值線 圖4 第八階相對位移等值線

根據汽車在正常行駛中振動系統主要承受0～50Hz的頻率振動，本文的摩擦片在第一階模態中，固有頻率已經大于50Hz，說明在外激勵作用下該摩擦片理論上不會和路面發生共振。而其他模態的固有頻率都遠遠大于50Hz更不會引起摩擦片共振。但是，實際車況是重型汽車行駛時離合器受到來自路面的力、車體重量、飛輪旋轉引起的載荷、自身旋轉引起的離心力和由發動機振動產生的力以及各種復雜工況下所產生的動態載荷的作用下會產生共振，所以后期應對整個重型汽車離合器進行結構改進。

為了不讓離合器摩擦片產生共振，可考慮增加離合器摩擦片的質量，增大摩擦片的厚度，提高摩擦片的彈性模量等辦法來提高摩擦片的固有頻率，從而改善重型汽車離合器摩擦片的結構。

3 結束語

文章運用ANSYS軟件求得重型汽車離合器摩擦片的前幾階固有頻率和振型，從而為其設計的改善提出建議并為以后重型汽車離合器的動態性能研究奠定基礎。

參考文獻

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作者簡介：師平（1982-），男，陜西三原，碩士，助教。研究方向：先進制造技術。

白亞瓊（1983-），女，云南昆明，碩士，助教。研究方向：機械設計及理論。