基于ABAQUS的膜片彈簧改進設計

李林 何新全 周金偉

摘要：以某型膜片彈簧為研究對象，建立了三維實體模型，應用ABAQUS軟件進行分析，對膜片彈簧設計參數進行了改進，優化膜片彈簧的應力應變分布情況，提高了離合器的相關性能，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.

關鍵詞：ABAQUS;膜片彈簧;改進設計

Key words： ABAQUS;diaphragm spring;improved design

中圖分類號：U463.211? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：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用最為廣泛的汽車離合器形式，根據膜片彈簧的工作狀態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壓力，在該壓力的作用下實現膜片彈簧彈性桿內段分離;拉式離合器與壓式離合器的區別在于分離軸承時收到一個拉力來實現，其結構相比壓式離合器更為簡單，使用較少的零部件就能實現離合器的作用，極大地改善了離合器的整個受力狀態，另外該型離合器機構簡單，無論是在前期組裝還是后期維修方面都較容易，是目前應用最為廣泛的離合器形式，也是未來離合器發展的方向。本文以某車型離合器膜片彈簧為研究對象，應用ABAQUS軟件進行有限元計算和分析，改進其結構參數，提高使用性能。

1? 膜片彈簧基本參數

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

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2? 仿真模型導入

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，并導入到ABAQUS中，根據離合器工作的結構特點和分析，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械性能，而且彈性和疲勞強度都較好。（表2）對膜片彈簧的施加約束，主要對螺栓孔進行自由度的限制，在一側設置為對U1、U2、U3、UR2、UR3進行限制，只保留膜片彈簧沿X軸的轉動這一個自由度。膜片彈簧載荷和約束時間完成之后的效果如圖1，劃分網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動的方向上。

3? 仿真結果分析

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

4? 膜片彈簧的改進設計

對膜片彈簧的最大應力處進行適當的結構改進，適當增大過渡圓的尺寸，由原來的直徑10mm增大到直徑12mm，并對其進行有限元分析。膜片彈簧的應力應變分析圖如5、圖6所示。（表3、表4）

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

5? 結語

本文主要對離合器的膜片彈簧主進行了有限元分析，根據膜片彈簧的應力應變分布情況，對膜片彈簧的結構參數改進設計，結果表明，改進的參數可使彈簧的應力分布更加均勻，最大應力值也更小，達到了性能提升的目的。

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