基于ABAQUS的膜片彈簧改進(jìn)設(shè)計(jì)

李林 何新全 周金偉

摘要：以某型膜片彈簧為研究對象，建立了三維實(shí)體模型，應(yīng)用ABAQUS軟件進(jìn)行分析，對膜片彈簧設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，優(yōu)化膜片彈簧的應(yīng)力應(yīng)變分布情況，提高了離合器的相關(guān)性能，延長離合器的使用壽命。

Abstract： Taking a certain type of diaphragm spring as the research object， a three-dimensional solid model was established and analyzed with ABAQUS software. The design parameters of the diaphragm spring were improved， the stress and strain distribution of the diaphragm spring was optimized， and the relevant performance of the clutch was improved. The service life of the clutch.

關(guān)鍵詞：ABAQUS;膜片彈簧;改進(jìn)設(shè)計(jì)

Key words： ABAQUS;diaphragm spring;improved design

中圖分類號：U463.211? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）23-0022-02

0? 引言

膜片彈簧離合器是目前應(yīng)用最為廣泛的汽車離合器形式，根據(jù)膜片彈簧的工作狀態(tài)而分為拉式膜片彈簧離合器和壓式膜片彈簧離合器，其工作原理分離軸承作用于膜片彈簧之上是一個(gè)壓力，在該壓力的作用下實(shí)現(xiàn)膜片彈簧彈性桿內(nèi)段分離;拉式離合器與壓式離合器的區(qū)別在于分離軸承時(shí)收到一個(gè)拉力來實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)相比壓式離合器更為簡單，使用較少的零部件就能實(shí)現(xiàn)離合器的作用，極大地改善了離合器的整個(gè)受力狀態(tài)，另外該型離合器機(jī)構(gòu)簡單，無論是在前期組裝還是后期維修方面都較容易，是目前應(yīng)用最為廣泛的離合器形式，也是未來離合器發(fā)展的方向。本文以某車型離合器膜片彈簧為研究對象，應(yīng)用ABAQUS軟件進(jìn)行有限元計(jì)算和分析，改進(jìn)其結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高使用性能。

1? 膜片彈簧基本參數(shù)

離合膜片彈簧外徑D=200mm，離合器摩擦片內(nèi)徑d=140mm;離合器摩擦片厚度h=3.5mm;離合器摩擦片內(nèi)徑與外徑比值C′=0.7。（表1）

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2? 仿真模型導(dǎo)入

本文以膜片彈簧的研究過程為對象，建立三維模型保存成stp格式，并導(dǎo)入到ABAQUS中，根據(jù)離合器工作的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和分析，選定的膜片彈簧的材料為60Si2MnA彈簧鋼，該種材料具有良好的機(jī)械性能，而且彈性和疲勞強(qiáng)度都較好。（表2）對膜片彈簧的施加約束，主要對螺栓孔進(jìn)行自由度的限制，在一側(cè)設(shè)置為對U1、U2、U3、UR2、UR3進(jìn)行限制，只保留膜片彈簧沿X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)這一個(gè)自由度。膜片彈簧載荷和約束時(shí)間完成之后的效果如圖1，劃分網(wǎng)格后的膜片彈簧如圖2，在膜片彈簧工作過程中，壓緊力為7220N，施加在沿著膜片彈簧運(yùn)動(dòng)的方向上。

3? 仿真結(jié)果分析

從圖3、圖4應(yīng)變應(yīng)力分布圖上可以看出，在最大負(fù)荷情況下的最大應(yīng)力發(fā)生在孔的連接處，對連接孔處的最大應(yīng)力值為1587.4MPa，該最大應(yīng)力發(fā)生膜片彈簧拉壓盤的位置，比60Si2MnA鋼的最大許用應(yīng)力大（[σb]=1500MPa），滿載工況下的最大應(yīng)力大于材料的最大許用應(yīng)力，不滿足使用條件，需要改進(jìn)設(shè)計(jì)。

4? 膜片彈簧的改進(jìn)設(shè)計(jì)

對膜片彈簧的最大應(yīng)力處進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)改進(jìn)，適當(dāng)增大過渡圓的尺寸，由原來的直徑10mm增大到直徑12mm，并對其進(jìn)行有限元分析。膜片彈簧的應(yīng)力應(yīng)變分析圖如5、圖6所示。（表3、表4）

從圖5、圖6應(yīng)力應(yīng)變分布圖上可以看出，在最大負(fù)荷情況下的最大應(yīng)力發(fā)生在孔的連接處，對連接孔處的應(yīng)力取最大值，可以發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力值為1334.6MPa，該最大應(yīng)力發(fā)生膜片彈簧拉壓盤的位置，比已知的60Si2MnA鋼的最大需許用應(yīng)力要小，而且與改進(jìn)之前的結(jié)果進(jìn)行比較，應(yīng)力分布明顯更加均勻，最大應(yīng)力值也有所減小，所以此種改進(jìn)方法可行，但是該過渡圓不可能無限增大，該種改進(jìn)方法也有一定的局限性。同時(shí)彈簧的彈性壽命本次應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到2×106。完全滿足實(shí)際的使用要求。

5? 結(jié)語

本文主要對離合器的膜片彈簧主進(jìn)行了有限元分析，根據(jù)膜片彈簧的應(yīng)力應(yīng)變分布情況，對膜片彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)改進(jìn)設(shè)計(jì)，結(jié)果表明，改進(jìn)的參數(shù)可使彈簧的應(yīng)力分布更加均勻，最大應(yīng)力值也更小，達(dá)到了性能提升的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].四版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]王東華，孟永剛主編.隔離片表面處理對離合器摩擦特性的影響[D].清華大學(xué)摩擦學(xué)國家重點(diǎn)試驗(yàn)室，2007（10）：33-48.

[3]陳國金，尹凌鵬，殷小亮，龔友平.膜片彈簧離合器仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)電工程[J].2009，26（6）.

[4]習(xí)綱，張建武，陳俐主編.膜片彈簧離合器的非線性控制[D].上海交通大學(xué)，2000（9）：16-22.

[5]劉安陣主編.汽車離合器膜片彈簧力學(xué)分析和研究[J].武漢理工大學(xué)，2003（1）：22-41.

[6]王洋，等.膜片彈簧設(shè)計(jì)的概率化優(yōu)化研究[J].江蘇理工大學(xué)報(bào)，2001，22（1）.

[7]浦定真.膜片彈簧離合器的設(shè)計(jì)與研究[J].汽車技術(shù)，2006，6.

[8]趙波，趙曉昱.汽車離合器的相關(guān)參數(shù)優(yōu)化與分析[J].拖拉機(jī)與農(nóng)業(yè)運(yùn)輸車，2007，2.