膜片弹簧的力学性能分析

论文摘要

膜片弹簧是膜片弹簧离合器的关键零件,其设计质量的优劣不仅直接影响离合器的使用性能和使用寿命,而且还影响离合器与整车的匹配。因此在设计膜片弹簧离合器时,精确计算膜片弹簧的负载特性是非常重要的。目前,膜片弹簧的设计仍普遍采用美国人J.o.Almen和Laszlo所提出的近似公式（简称A-L公式）,但工程人员在设计制造膜片弹簧的实践中发现,根据A-L公式设计的膜片弹簧,在膜片弹簧试制后的试验中,其大端载荷、升程等均不能完全符合设计要求,往往需要修改膜片弹簧尺寸参数,再进行试验。这样,既延长了试制周期,又增加了成本。因此,有必要寻找一种更有效的计算方法。本文以膜片弹簧为研究对象,首先介绍了传统的A-L计算方法和膜片弹簧的基本特性。然后,采用有限元的方法对膜片弹簧进行力学性能的仿真分析研究。利用ANSYS参数化设计语言APDL,建立膜片弹簧自由状态下的三维参数化模型,大大简化了复杂繁琐的建模过程;通过适当的方法,对三维模型进行映射网格划分,确定相应的边界条件,建立起膜片弹簧的有限元模型。模拟加载过程,计算得到膜片弹簧负载特性曲线,通过实验结果的比较,验证了有限元模型的正确性。在膜片弹簧有限元分析的基础上,建立膜片弹簧负载特性的数学回归模型,对A-L公式系数进行了修正,提高了其计算的精度。通过对应力分布的分析和膜片弹簧失效的特点,确定了其疲劳危险区域,利用材料的σ-N曲线,采用ANSYS疲劳分析模块估算了膜片弹簧的疲劳寿命。最后,建立了膜片弹簧的优化模型,对其进行结构优化,取得了较好的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 汽车离合器简介
• 1.1.1 汽车离合器结构的演变
• 1.1.2 膜片弹簧离合器
• 1.2 膜片弹簧的研究概况
• 1.3 本课题研究的内容和意义
• 1.4 本章小结
• 第二章 膜片弹簧特性
• 2.1 膜片弹簧离合器的结构和工作原理
• 2.1.1 膜片弹簧离合器总成的结构
• 2.1.2 膜片弹簧离合器的工作原理
• 2.2 膜片弹簧的特点
• 2.2.1 膜片弹簧的工作状态
• 2.2.2 膜片弹簧的载荷—变形计算（A-L法）
• 2.2.3 膜片弹簧的载荷—变形特性（A-L法）
• 2.3 本章小结
• 第三章 膜片弹簧有限元模型的建立
• 3.1 有限元分析法概述
• 3.2 ANSYS软件简介
• 3.3 ANSYS非线性分析
• 3.4 有限元模型的建立
• 3.4.1 膜片弹簧的参数化模型
• 3.4.2 材料单元的设定
• 3.4.3 网格的划分
• 3.4.4 边界条件
• 3.4.5 设置求解控制
• 3.4.6 求解当前模型并查看结果
• 3.5 有限元模型的验证
• 3.5.1 有限元模型验证
• 3.5.2 实验方案的设计
• 3.5.3 实验结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 膜片弹簧有限元分析
• 4.1 膜片弹簧大端载荷—变形特性的分析
• 4.2 膜片弹簧应力分布分析
• 4.2.1 有限元方法与A-L公式的比较
• 4.2.2 膜片弹簧的应力分布
• 4.3 本章小结
• 第五章 膜片弹簧的疲劳分析及优化
• 5.1 疲劳分析基本理论与方法
• 5.1.1 疲劳应力和疲劳极限
• 5.1.2 疲劳寿命曲线
• 5.1.3 疲劳寿命的影响因素
• 5.1.4 ANSYS疲劳寿命分析流程
• 5.2 σ-N曲线的获得
• 5.3 膜片弹簧的疲劳寿命仿真分析
• 5.3.1 疲劳危险区域的确定
• 5.3.2 存储应力
• 5.3.3 输入σ-N曲线
• 5.3.4 建立疲劳计算规模并激活运算
• 5.4 膜片弹簧的优化设计
• 5.4.1 优化原则
• 5.4.2 优化设计步骤
• 5.4.3 优化模型
• 5.4.4 优化
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 主要工作和结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢