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《湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報》2015年第一期

1有限元建模與分析

1.1有限元建模針對寧波宏協(xié)離合器有限公司自調(diào)式離合器力感應(yīng)碟形彈簧進(jìn)行研究，該力感應(yīng)碟形彈簧材料為楊氏模量2.07×106MPa、泊松比0.29的彈簧鋼。力感應(yīng)碟形彈簧整體結(jié)構(gòu)如圖3a所示。鑒于力感應(yīng)碟形彈簧為典型的軸對稱結(jié)構(gòu)，為減少運算時間，節(jié)約計算資源，可僅分析1/12的力感應(yīng)碟形彈簧。圖3b為力感應(yīng)碟形彈簧1/12模型。對1/12模型使用六面體二階單元劃分網(wǎng)格，共得到4551個單元，24324個節(jié)點，如圖3c所示。

1.2約束與加載為保證模擬精度，使用接觸算法模擬力感應(yīng)碟形彈簧在工作時的負(fù)載情況。由于模型為軸對稱模型，在模型對稱面施加對稱約束。建立一剛性平面在加載與卸載過程中通過導(dǎo)向性節(jié)點施加位移，用來模擬摩擦片磨損后膜片彈簧對力感應(yīng)碟形彈簧施加負(fù)載，并于模型外緣施加軸向與切向約束，如圖4所示。

2實驗驗證

2.1實驗方法本實驗使用TLS-W2000型微機(jī)控制彈簧拉壓試驗機(jī)。實驗進(jìn)行時將力感應(yīng)碟形彈簧大端放置于環(huán)形夾具上固定，試驗機(jī)下端平面對力感應(yīng)碟形彈簧小端施加負(fù)載，并記錄所受反力與變形信息。實驗原理如圖5所示。

2.2試驗與仿真結(jié)果分析將理論計算結(jié)果、有限元分析結(jié)果與實驗結(jié)果相比較（圖6）。將有限元計算得到的曲線和試驗曲線相較，可以看出：用有限元軟件得到的特性曲線更接近于試驗值，只是在曲線的整段在6~10mm變形區(qū)間內(nèi)的載荷比試驗值稍大一點，曲線的峰值會比試驗值略大一點，但曲線的谷值與試驗值差異并不是很大，尾部的曲線的走向與試驗值一致。引起上述誤差的原因主要有：1）該型離合器材料涉及到熱處理，材料特性參數(shù)可能有誤差。2）由于建模時會忽略一些相對較小的圓弧，致使有限元模型力學(xué)特性與實際有差異。3）建模過程中無法描述生產(chǎn)工藝條件對力感應(yīng)碟形彈簧的影響。因此，對于圓錐度誤差和底面平面度誤差問題，計算模型難于處理。4）邊界與載荷的施加與實際有差異，由于力感應(yīng)碟形彈簧的內(nèi)外支撐半徑是一個準(zhǔn)確值，而劃分單元時將節(jié)點準(zhǔn)確定位有一定困難，所以約束和加載位置將存在一定的誤差；而且實際力感應(yīng)碟形彈簧加載過程中的內(nèi)外支撐半徑存在少量的變化，由此也將導(dǎo)致有限元法計算結(jié)果產(chǎn)生誤差。5）在力感應(yīng)碟形彈簧仿真過程中沒有考慮摩擦力，力感應(yīng)碟形彈簧的有限元分析中，摩擦力產(chǎn)生的變形并未考慮在內(nèi)，而且在力感應(yīng)碟形彈簧位移約束中，也沒有對摩擦面進(jìn)行約束，限制位移。所以力感應(yīng)碟形彈簧的摩擦力和摩擦面應(yīng)該是影響力感應(yīng)碟形彈簧特性曲線的重要因素。將有限元計算得到的曲線與理論計算曲線相比較，發(fā)現(xiàn)理論計算曲線始終高于有限元計算曲線與實驗結(jié)果曲線，但趨勢基本相同，總體而言，有限元分析的結(jié)果更接近試驗值。

3結(jié)論

通過力感應(yīng)碟形彈簧的仿真分析，理論推導(dǎo)與實驗結(jié)果的比較與分析，有限元仿真可以應(yīng)用于力感應(yīng)碟形彈簧的應(yīng)力分布計算，模擬整個變形的應(yīng)力變化過程，從而對力感應(yīng)碟形彈簧的設(shè)計提供指導(dǎo)。按照上述方法建立的有限元模型較好地反應(yīng)出該產(chǎn)品力感應(yīng)碟形彈簧的載荷—變形特性。

作者：侯秋豐陳浩王善南張瓊?cè)~單位：寧波宏協(xié)離合器有限公司西南交通大學(xué)