基于有限元的離合器蓋強度優化設計與分析

洪 君

（湖北工業大學，湖北 武漢 450009）

汽車離合器是汽車所有部件中較為重要的部件，該部件能夠保證汽車的平穩起步，還能夠實現汽車換擋的平順，以及防止傳動系過載。而離合器主要是有兩部分內容構成，一部分是蓋總成，另一部分是動盤總成，雖然蓋總成的作用主要是在于密封遮擋離合器與變檔機構、支撐離合器的分離，但是，離合器蓋的結構以及強度也是會對發動機的振動、離合器的分離產生較大的影。

1 離合器蓋的工作內容

當前，多數離合器蓋為自動離合器蓋，在整體上高度相對較高，在受力的過程中容易發生變形，這就會對離合器蓋的強度產生影響，由于在設計過程中，要求離合器蓋為離合器分離臂的受力支撐點，在變檔的過程中作用在離合器蓋上的力相對較大，根據實驗分析，如果在離合器蓋上作用的力過大，就會導致離合器蓋產生變形，而其最大變形超過可控范圍，就會影響到汽車變檔功能的實現。綜上分析可以看出，離合器蓋的結構強度對于實現汽車的功能具有重要的影響，需要對其進行合理地布置與設計，才能夠實現離合器蓋強度的優化。

2 基于有限元的離合器蓋強度優化設計

2.1 有限元法概述

有限元法在數學中是一種為求解偏微分方程邊值問題近似解的數值技術，在求解的過程中對整個問題區域進行分解，這樣每一個子區域都是比較簡單的，能夠用比較簡單的方式進行求解，其中，這些子區域就被稱作為有限元。

2.2 基于有限元的離合器蓋強度優化

（1）需要進行建模與網絡劃分操作。在這一階段中，需要對離合器蓋進行3D建模，并根據其結構空間，預先估計布置加強筋。在這個階段需要注意，如果加強筋布置的不合理就會導致離合器蓋產生應力集中的問題，這會在較大程度上導致變形加大。為了避免出現這一問題，需要在離合器蓋主要的受力部位的關鍵受力點加加強筋。在完成建模以后，需要對其進行網絡劃分。相對來說，有限元法的本質在于用比較簡單的問題解決較為復雜的問題，在實際應用的過程中將目標體看成是有眾多有限連續的單元構成，對每一個單元假定一個近似解，然后不斷推導直至求得最終的解。在計算之前，需要對零部件的事跡材料進行參數設定，包括離合器蓋的材料、彈性模量、泊松比以及密度和許用應力等。在這之后應該根據零部件的實際安裝情況，給與模型相同的約束條件。模型的約束條件與零部件的實際工作情況越接近，最終得出的結果也是愈加的可靠。

（2）向零部件實際的受力情況施加載荷，在施力的過程中，需要給與模型或者是網格施加的力相同。在這里比較需要明確的一點是，給模型或者是網格施加載荷有所不同，最大的區別在于施加在模型上的載荷不會隨著網格的重新劃分而有所變化，但是，施加在網格上的力需要在重新劃分時進行重新施加。之后就要根據離合器蓋受力情況進行力的施加，方向一定要為垂直向里。在給與模型施加約束與荷載后，需要進行相應的靜態計算，進而得出應力云圖與其變形量云圖。這一環節需要根據離合器蓋的最大變形量進行分析，如果離合器蓋最大應力小于材料的許用應力，但是其最大變形量不滿足設計要求的話，此離合器蓋的設計也是NG的。

（3）由于離合器蓋變形量的變化與設計要求之間存在著較大的差距，在這樣的情況下，就需要對加強筋的數量以及位置進行重新的調整與布置。在具體實施這一環節的過程中，可以根據應力云圖以及變形量云圖的情況，看到離合器蓋受力后期應力大小以及變形大小的趨勢變化，需要根據這個趨勢對筋條進行相應的優化設計，并確定準確的位置與方向。最后，需要根據經過有限元法分析出來的模型進行重新網格劃分、材料選定以及邊界約束和施加荷載等方面的操作，經過再次計算之后得出優化的應力云圖與變形量云圖。在這個過程中，如果離合器蓋的最大應力小于材料的許用應力，離合器蓋的總變形量符合設計的要求，此時設計出來的離合器蓋強度就是滿足設計要求的，能夠在實際中進行大規模生產。

3 結語

有限元分析法對于離合器蓋強度的優化具有重要的作用，可以在實際分析的過程中通過對離合器蓋的仿真靜態分析，直觀地看到離合器蓋在實際使用過程中的變形量大小以及分布的趨勢，為結構優化設計提供相應的理論依據。因此，文章在之后的研究中將針對實際案例進行研究，進一步優化理論研究中存在的不足之處，為設計出符合要求的產品提供精確可靠的理論依據。

［1］ 張馳，胡應存，梁寶錢，等.汽車離合器高強度波形片成形回彈數值模擬及模具優化［J］.重慶理工大學學報（自然科學），2012，（1）：17-21.