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《湖北汽車工業學院學報》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離合器有限公司自調式離合器力感應碟形彈簧進行研究，該力感應碟形彈簧材料為楊氏模量2.07×106MPa、泊松比0.29的彈簧鋼。力感應碟形彈簧整體結構如圖3a所示。鑒于力感應碟形彈簧為典型的軸對稱結構，為減少運算時間，節約計算資源，可僅分析1/12的力感應碟形彈簧。圖3b為力感應碟形彈簧1/12模型。對1/12模型使用六面體二階單元劃分網格，共得到4551個單元，24324個節點，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碟形彈簧在工作時的負載情況。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向性節點施加位移，用來模擬摩擦片磨損后膜片彈簧對力感應碟形彈簧施加負載，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型微機控制彈簧拉壓試驗機。實驗進行時將力感應碟形彈簧大端放置于環形夾具上固定，試驗機下端平面對力感應碟形彈簧小端施加負載，并記錄所受反力與變形信息。實驗原理如圖5所示。

2.2試驗與仿真結果分析將理論計算結果、有限元分析結果與實驗結果相比較（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變形區間內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特性與實際有差異。3）建模過程中無法描述生產工藝條件對力感應碟形彈簧的影響。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，由于力感應碟形彈簧的內外支撐半徑是一個準確值，而劃分單元時將節點準確定位有一定困難，所以約束和加載位置將存在一定的誤差；而且實際力感應碟形彈簧加載過程中的內外支撐半徑存在少量的變化，由此也將導致有限元法計算結果產生誤差。5）在力感應碟形彈簧仿真過程中沒有考慮摩擦力，力感應碟形彈簧的有限元分析中，摩擦力產生的變形并未考慮在內，而且在力感應碟形彈簧位移約束中，也沒有對摩擦面進行約束，限制位移。所以力感應碟形彈簧的摩擦力和摩擦面應該是影響力感應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，發現理論計算曲線始終高于有限元計算曲線與實驗結果曲線，但趨勢基本相同，總體而言，有限元分析的結果更接近試驗值。

3結論

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

作者：侯秋豐陳浩王善南張瓊葉單位：寧波宏協離合器有限公司西南交通大學