離合器分離撥叉有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

文衛(wèi)無

摘 要：文章以離合器分離撥叉為研究對象，根據(jù)客戶對分離撥叉的輸入要求，運(yùn)用PreoE4.0三維建模軟件對撥叉產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 設(shè)計(jì)出符合客戶要求的分離撥叉，并通過 有限元軟件計(jì)算撥叉強(qiáng)度，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出符合客戶要求的分離撥叉。

關(guān)鍵詞： 分離撥叉;Proe; 分離力;有限元分析

中圖分類號(hào)：U463.212 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）19-88-03

The Finite Element Analysis and Optimizationg of The Release ForK

Wen Weiwu

（ Shaanxi Fast Auto Drive Engineering Research Institute， Shaanxi Xi'an 710119 ）

Abstract： In this paper， a release fork for the research object， through the client's requirement， the release fork is designed by Proe and the strength of the performance of the finite element analysis is made. Finally the suitble release fork is designed by opitimizing the structure.

Keywords： Release fork; Proe; Release force; Finite element analysis

CLC NO.： U463.212 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）19-88-03

引言

離合器分離撥叉是在汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的一種關(guān)鍵零件之一，其長期處于沖擊和磨損的工況下，因此要求具有較高的耐磨性和抗沖擊性能以及一定的強(qiáng)度和硬度要求，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)馬力的提升，分離軸承的分離力也隨之增大，對分離撥叉的結(jié)構(gòu)、分離位置、分離姿態(tài)及強(qiáng)度提出了新的要求。為了滿足客戶新的要求，需要根據(jù)主機(jī)廠提供的分離力、分離行程、磨損行程重新設(shè)計(jì)大杠桿比的分離撥叉，在滿足分離姿態(tài)的前提下，還要滿足分離力的要求。本文基于Pore對分離撥叉進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，并在三維軟件中國校核撥叉的初始位置、分離位置、磨損位置，初步設(shè)計(jì)出分離撥叉，再采用Abaqus分析軟件對離合器分離撥叉的進(jìn)行強(qiáng)度分析，使分離撥叉在分離過程中保持應(yīng)力、變形最小，從設(shè)計(jì)源頭上優(yōu)化分離撥叉結(jié)構(gòu)，滿足客戶要求。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)客戶需求，開發(fā)設(shè)計(jì)一款拉式離合器分離撥叉，客戶要求參數(shù)如下：

要求承受的最大分離力為10000N。應(yīng)用Proe三維軟件進(jìn)行撥叉結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)，其工作原理如下圖1所示。

離合器分離撥叉工作原理是：分離撥叉支架通過4個(gè)螺栓與離合器殼裝為一體，分離撥叉裝在分離撥叉支架關(guān)節(jié)軸承上，分離撥叉繞關(guān)節(jié)軸承上下旋轉(zhuǎn)，分離撥叉叉頭與分離軸承接觸，分離撥叉的球窩與離合器助力分泵的推桿相連接，推桿推動(dòng)分離撥叉，分離撥叉旋轉(zhuǎn)推動(dòng)分離軸承在一軸軸承蓋上移動(dòng)，使離合器分離，因此分離力撥叉也稱為分離杠桿，如圖1所示。

為了借用離合器殼體，少出新零件，新設(shè)計(jì)的分離撥叉裝配在已有的拉式離合器殼體，離合器殼體厚度A、分離軸承初始位置B已知，由于分離撥叉杠桿比1.86已給定，就可初步確定分離撥叉的支點(diǎn)D=1.86*F的值，考慮到分離及磨損方向相反，分離撥叉初始狀態(tài)保持豎直比較好，另外為了保證變速器與發(fā)動(dòng)機(jī)合箱及拆裝，不需要拆分離軸承，必須讓分離撥叉可以裝入分離軸承，根據(jù)以上輸入，初步設(shè)計(jì)出分離撥叉，見圖2。

為了設(shè)計(jì)出分離撥叉，要反復(fù)在ProE中校核分離撥叉的外形結(jié)構(gòu)并保證分離時(shí)，分離撥叉與離合器殼體、分離軸承不會(huì)產(chǎn)生干涉，運(yùn)動(dòng)校核主要校核初試位置、分離位置、磨損位置、推桿安裝長度校核。

推桿安裝長度=100+8=108mm，故推桿自由長度=108+ 42=150mm，分離撥叉杠桿比=176.374/94.006=1.876，推桿最大偏角為3.139度。

分離撥叉運(yùn)動(dòng)校核表明，分離撥叉在運(yùn)動(dòng)中不會(huì)與離合器殼、分離軸承產(chǎn)生干涉，分離撥叉滿足設(shè)計(jì)要求。

2 有限元分析

為了最大限度的模擬真實(shí)情況，本文采用實(shí)體建模，將proe畫成的三維圖導(dǎo)入有元軟件，劃分網(wǎng)格并施加載荷。各零件的材料牌號(hào)及單元屬性如表2示。單位制采用mm-T-s。

材料采用彈塑性模型，其力學(xué)屬性查材料手冊。

零件的有限元網(wǎng)格模型如圖8所示，根據(jù)客戶體提供的數(shù)據(jù)，分離撥叉要求的最大分離力為10000N，根據(jù)杠桿比可以算出分離撥叉助力器處施加的作用力為5407N。

載荷及邊界條件施加如圖9所示。將旋轉(zhuǎn)中心耦合于一點(diǎn)，固定其他自由度，僅保留繞分離撥叉軸旋轉(zhuǎn)自由度;將分離撥叉叉腳處的自由度固定，限制其沿施力方向的位移，同時(shí)將助力分泵作用面耦合與一點(diǎn)，在其上施加作用力FP。

離合器分離撥叉的MISES應(yīng)力及位移分布如圖10、圖11所示。

可以看出分離撥叉的最大MISES應(yīng)力為385.7MPa（邊界條件位置除外），有7處MISES應(yīng)力大于材料的許用屈服應(yīng)力258.3MPa。因此選用ZG310-570，此結(jié)構(gòu)是不安全的，另外末端位移較大（2mm），故需要進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后有限元分析

改進(jìn)后的三維模型，如圖12所示，增大了應(yīng)力較大位置的圓角或者寬度，并將材料改為45#鋼。

改進(jìn)后離合器分離寧波出的MISS應(yīng)力及位移分布如圖13、圖14所示。

改進(jìn)后分離撥叉的最大MISS應(yīng)力為357.7MPa（邊界條件除外），安全系數(shù)為555/357.7=1.55，撥叉末端位移為1.65 mm，因此，調(diào)整撥叉結(jié)構(gòu)，選用材料為45#鋼，結(jié)構(gòu)是安全的。

4 總結(jié)

文中通過對客戶提的分離撥叉需求，采用ProeE三維軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核分析，初步設(shè)計(jì)出分離撥叉，再通過有限元對分離撥叉進(jìn)行強(qiáng)度分析，并對分離撥叉優(yōu)化結(jié)構(gòu)，最終設(shè)計(jì)出滿足客戶需求的分離撥叉，該撥叉已批量用于客戶。

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