基于ANSYS對(duì)離合器摩擦片進(jìn)行模態(tài)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(yùn)用ANSYS軟件中的Lanczos算法進(jìn)行模態(tài)計(jì)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(shè)計(jì)的改善提出建議。

關(guān)鍵詞：有限元；模態(tài)計(jì)算；ANSYS；離合器摩擦片

前言

離合器是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的重要部件。在重型汽車上使用時(shí)，仍然出現(xiàn)了不少問題。例如，離合器摩擦片、從動(dòng)盤波形片、盤轂、夾持盤開裂等，嚴(yán)重地影響了離合器及整車傳動(dòng)系統(tǒng)的正常工作。因此文章利用有限元技術(shù)對(duì)某重型汽車離合器零件進(jìn)行模態(tài)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(dòng)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(dòng)部分是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，見圖1為Solidworks軟件繪制的離合器從動(dòng)盤總裝配圖三維模型，該摩擦片的尺寸為？準(zhǔn)180×？準(zhǔn)125×3.5mm；其主要由摩擦片、波形彈簧片、從動(dòng)片、從動(dòng)盤轂、減振彈簧等零件組成。文章對(duì)摩擦片進(jìn)行有限元?jiǎng)澐志W(wǎng)格時(shí)，必須先對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，確定其單元類型。由于離合器摩擦片結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，采用簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，以 Solid95實(shí)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(shí)對(duì)其進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分后摩擦片共有單元數(shù)64087， 節(jié)點(diǎn)數(shù)121434，見圖2所示為摩擦片有限元模型。

圖1某離合器從動(dòng)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(jì)算結(jié)果

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)指出，當(dāng)結(jié)構(gòu)體在動(dòng)載荷激勵(lì)下產(chǎn)生共振時(shí)，一般只有少數(shù)幾個(gè)低階（2000Hz內(nèi)）共振情況比較危險(xiǎn)。因此在進(jìn)行振動(dòng)分析時(shí)，常常只需要知道頭幾個(gè)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(jì)算摩擦片的前幾階模態(tài)。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(duì)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?fàn)睿畲笳穹鶠?.3mm；八階整體振動(dòng)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(duì)位移等值線 圖4 第八階相對(duì)位移等值線

根據(jù)汽車在正常行駛中振動(dòng)系統(tǒng)主要承受0～50Hz的頻率振動(dòng)，本文的摩擦片在第一階模態(tài)中，固有頻率已經(jīng)大于50Hz，說明在外激勵(lì)作用下該摩擦片理論上不會(huì)和路面發(fā)生共振。而其他模態(tài)的固有頻率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50Hz更不會(huì)引起摩擦片共振。但是，實(shí)際車況是重型汽車行駛時(shí)離合器受到來自路面的力、車體重量、飛輪旋轉(zhuǎn)引起的載荷、自身旋轉(zhuǎn)引起的離心力和由發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的力以及各種復(fù)雜工況下所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷的作用下會(huì)產(chǎn)生共振，所以后期應(yīng)對(duì)整個(gè)重型汽車離合器進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

為了不讓離合器摩擦片產(chǎn)生共振，可考慮增加離合器摩擦片的質(zhì)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(jié)構(gòu)。

3 結(jié)束語

文章運(yùn)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(shè)計(jì)的改善提出建議并為以后重型汽車離合器的動(dòng)態(tài)性能研究奠定基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：師平（1982-），男，陜西三原，碩士，助教。研究方向：先進(jìn)制造技術(shù)。

白亞瓊（1983-），女，云南昆明，碩士，助教。研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論。