汽車離合器踏板剛度與強度分析

林 彬

（江鈴汽車股份有限公司 產品開發技術中心，江西 南昌 330001）

引言

離合器踏板[1,2]是汽車傳動系統主要部件，駕駛員通過對踏板一端施加適當的作用力，使其另一端向下運動，與離合器其他附屬件一起工作使離合器摩擦片和驅動飛輪分開，以此斷開驅動系統和傳動系統之間的力矩傳遞關系。因此離合器踏板是保證掛檔平順性的關鍵部件，因此離合器踏板的剛度性能與強度性能是否滿足不同工況的要求，直接影響動力傳動系統特性。現采用有限元仿真技術對某新型汽車離合器踏板進行剛度與仿真分析，獲取其變形量和應力分布，驗證其是否滿足設計要求，為進一步的優化改進提供依據。

1 建立離合器踏板有限元模型

圖1 離合器踏板有限元模型

采用CATIA軟件建立離合器踏板三維模型，其主要包含離合蓋板、離合安裝板、離合踏板支架、踏板臂、離合總泵支架等，將其導入有限元前處理軟件 Hypermesh[3]中，對各個部件抽取中面，采用shell四邊形與三角形單元混合對其進行網格劃分，單元基本尺寸為5mm，各個部件之間的螺栓連接采用RBE2模擬，以此建立離合器有限元模型如圖1所示。離合蓋板、離合安裝板和離合踏板支架的材料為 SAPH37，踏板臂的材料為Q235，離合總泵支架為SAPH400。

2 剛度與強度分析

邊界條件：約束離合踏板與車身連接位置的所有自由度，當踏板位于行程中間位置時，在垂直踏板臂方向分別施加300N和800N的載荷，以此基于Nastran軟件[4,5]分析離合器的剛度和強度性能。

如圖2所示為離合器踏板在垂向300N載荷下的位移云圖，由圖2可知，離合器踏板的最大位移為3.5mm，小于實際工程目標至7mm，符合剛度性能要求。如圖3所示為離合器踏板在垂向300N載荷下的應力分布云圖，由圖3可知，離合器踏板的最大應力為153.4Mpa，小于其材料屈服強度，無等效塑性應變，滿足強度設計要求。

圖2 離合器踏板在垂向300N載荷下的位移云圖

圖3 離合器踏板在垂向300N載荷下的應力分布云圖

圖4 離合器踏板在垂向800N載荷下的殘余位移云圖

如圖4所示為離合器踏板在垂向800N載荷下的殘余位移云圖，由圖4可知，卸載垂向800N載荷后踏板的殘余位移為0.2mm，小于工程要求在5mm，滿足剛度設計要求。如圖5和圖6所示分別為離合器踏板在垂向800N載荷下的應力分布云圖和等效塑性應變云圖，由圖5可知，離合器踏板的最大應力為254.9MPa。由圖6可知，離合器踏板的最大等效塑性應變為 0.15%，離合器踏板未發生斷裂，滿足強度性能要求。

圖5 離合器踏板在垂向800N載荷下的應力分布云圖

圖6 離合器踏板在垂向800N載荷下的等效塑性應變云圖

3 結論

基于有限元原理模型和Hypermesh前處理軟件對離合器踏板進行網格單元劃分，建立其有限元分析模型，約束離合踏板與車身連接位置的所有自由度，當踏板位于行程中間位置時，離合器踏板在垂向300N載荷下的最大位移為3.5mm，其最大應力為153.4MPa；離合器踏板在垂向800N載荷下的最大殘余位移為0.2mm，其最大應力為254.9MPa，最大等效塑性應變為 0.15%。因此該離合器踏板的剛度性能和強度性能均滿足設計要求。

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