１.引 言
汽車離合器是傳動系統(tǒng)中與發(fā)動機直接聯(lián)系的重要部件，可將傳動系統(tǒng)隨時分離或接合，起著保證汽車平穩(wěn)起步、便于換擋、防止傳動系統(tǒng)過載、降低扭振沖擊等作用。壓盤是離合器的主要零件之一，正常工作時，受軸向正壓力、切向摩擦力、旋轉(zhuǎn)慣性力作用產(chǎn)生應(yīng)力和變形，進而對離合器性能及強度產(chǎn)生很大的影響。法蘭可用于離合器壓盤的連接，但是在實際應(yīng)用中，由于反復(fù)滑磨損傷會引起連接件或被連接件的強度破壞，從而引起法蘭密封的失效。因此，在汽車連接離合器壓盤法蘭的設(shè)計中，要求壓盤法蘭滿足 強 度要 求和 耐 久性 要求，且應(yīng)具有足夠大的剛度和合理的結(jié)構(gòu)形狀，以保證受力時和緊固時不發(fā)生破壞。
對于連接離合器壓盤的某型號法蘭（如圖１所示），當(dāng)所承受的軸向力較大時，會引起壓盤法蘭的開裂，開裂位置出現(xiàn)在四周靠近邊緣的位置，圖２為壓盤法蘭開裂位置照片。由于裂紋附近斷口明顯且無毛刺，可以判斷為屬于斷裂破壞，因此考慮采用強度分析方法進行分析。
針對這一問題，首先建立壓盤法蘭實體模型，對其采用有限元的方法進行分析，并擬通過改變壓盤法蘭的幾何尺寸，將力進行集中分散，從而進行改進設(shè)計。將修改幾何尺寸前后的數(shù)值進行比對，從而評價某型號汽車連接離合器壓盤法蘭強度的優(yōu)化效果。
２.壓盤法蘭有限元模型的建立
有限元建模的總則是根據(jù)工程分析的精度要求，建立合 適的、能 模擬 實 際結(jié) 構(gòu) 的 有 限元 模 型。在連續(xù)體離散化及用有限個參數(shù)表征無限個形態(tài)自由度過程中，不可避免地引入了近似。在建立分析模型時，既要如實反映實 際結(jié)構(gòu) 的 重 要 力學(xué) 特性，又要盡量采用簡單的單元形態(tài)，以保證較高的計算精度及縮小解題規(guī)模。為使分析結(jié)果有足夠的精度，所建立的有限元模型必須在能量上與原連續(xù)系統(tǒng)等價。連接離合器壓盤的某型號法蘭模型如圖３所示。
為保證計算結(jié)果的準確性，在計算過程中，選擇合適的網(wǎng)格，防止網(wǎng)格過于稀疏，在分析過程中產(chǎn)生與實際不符的應(yīng)力集中。選擇網(wǎng)格劃分模塊，將網(wǎng)格劃分形狀改為適應(yīng)性更強的四面體。同時，材料屬性設(shè)置與實際保持一致。網(wǎng)格劃分如圖 ４所示。
３.壓盤法蘭強度分析
３.１約束與加載
在強度分析中，主要考查壓盤法蘭的應(yīng)力分布情況。根據(jù)實體應(yīng)用模型，在標準荷載工況下提取實際工作時的載荷，施加在相隔５０ｍｍ 處，對法蘭進行強度分析。
約束方面，在實際情況下不可避免地進行了合理簡化，即在圖５位置施加法向位移約束，在圖６的４個固定點施加固定約束。
對上表面的兩個半徑為１．５ｍｍ 區(qū)域加載一對１８０Ｎ、相距５０ｍｍ 的力，如圖７所示。
３.２強度分析結(jié)果
經(jīng)過以 上的 分 析 與計 算，可 以 得 出 壓 盤 法 蘭上、下表面的應(yīng)力分布圖，如圖８、圖９所示。
從圖中，可以清楚地觀察到最大應(yīng)力為５４０ＭＰａ，最小應(yīng)力為０．０３０２５ＭＰａ，且應(yīng)力集中在壓盤法蘭四處。分析結(jié)果顯示，壓盤法蘭四周所承受的應(yīng)力較大與實際應(yīng)用中因承受軸向力開裂位置比較一致，超過該結(jié)構(gòu)的屈服極限，處于較高的應(yīng)力水平。
４.壓盤法蘭優(yōu)化方案及強度結(jié)果分析
４.１壓盤法蘭優(yōu)化方案
通過對壓盤法蘭的結(jié)構(gòu)進行強度分析，結(jié)果顯示，壓盤法蘭的四周處屬于薄弱位置，需要進行改進設(shè)計。主要的改進方案為：通過修改壓盤法蘭的幾何尺寸將受力集中點分散化。圖１０、圖１１分別為修改前和修改后的俯視圖。
壓盤法蘭的改進方案綜合考慮構(gòu)件的強度和結(jié)構(gòu)因素，將壓盤法蘭四周受力較大位置尺寸修改為弧形，增大與實際應(yīng)用時零部件的接觸面積，減小應(yīng)力集中，提高該結(jié)構(gòu)抵抗荷載的能力，減小破壞概率。同時，結(jié)構(gòu)的變化較小，工藝合理，沒有大幅度增加產(chǎn)品成本以及產(chǎn)品重量。工程實際圖如圖１２、圖１３所示。
４.２優(yōu)化方案強度分析結(jié)果
按照同樣的約束與加載方法，修改后壓盤法蘭的上、下表面應(yīng)力分布圖如圖１４、圖１５所示。
從圖中，可以觀察到最大應(yīng)力為４０６．６ＭＰａ，最小應(yīng)力為０．００３７７５ＭＰａ，且應(yīng)力集中在四處。計算結(jié)果顯示，優(yōu)化方案中，壓盤法蘭所受的強度明顯減小，同時最大應(yīng)力遠小于之前的最大應(yīng)力，低于材料的屈服極限４１８ＭＰａ，改進效果明顯。
５.結(jié) 論
針對連接離合器壓盤的某型號法蘭受軸向力破壞及 損 傷 的 問 題，本 文 采 用 有 限 元 分 析 軟 件ａｂａｑｕｓ對其進行仿真分析和計算，得出了應(yīng)力分布圖。通過對結(jié)果進行分析，提出了離合器壓盤法蘭的改進設(shè)計方案，并對其仿真和驗證。結(jié)果顯示，優(yōu)化方案能夠滿足強度要求，改進效果明顯，且改進后的壓盤法蘭已經(jīng)投入生產(chǎn)使用，工作流暢、可靠，未出現(xiàn)開裂問題，證明所提出的改進方案質(zhì)量符合要求，具有可行性和有效性。
|
