師平等

摘 要：文章建立某重型汽車離合器摩擦片有限元模型，確定載荷及邊界條件，運用ANSYS軟件中的Lanczos算法進行模態(tài)計算，求得重型汽車離合器摩擦片的前幾階固有頻率和振型，從而為其設(shè)計的改善提出建議。

關(guān)鍵詞：有限元；模態(tài)計算；ANSYS；離合器摩擦片

前言

離合器是汽車傳動系統(tǒng)中直接與發(fā)動機相連接的重要部件。在重型汽車上使用時，仍然出現(xiàn)了不少問題。例如，離合器摩擦片、從動盤波形片、盤轂、夾持盤開裂等，嚴(yán)重地影響了離合器及整車傳動系統(tǒng)的正常工作。因此文章利用有限元技術(shù)對某重型汽車離合器零件進行模態(tài)分析，找出原因，利用ANSYS軟件建立離合器摩擦片的有限元模型，并得出了離合器摩擦片的各階自由振動頻率和振型。

1 離合器摩擦片的有限元模型

某重型汽車離合器從動部分是一個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，見圖1為Solidworks軟件繪制的離合器從動盤總裝配圖三維模型，該摩擦片的尺寸為？準(zhǔn)180×？準(zhǔn)125×3.5mm；其主要由摩擦片、波形彈簧片、從動片、從動盤轂、減振彈簧等零件組成。文章對摩擦片進行有限元劃分網(wǎng)格時，必須先對其進行結(jié)構(gòu)分析，確定其單元類型。由于離合器摩擦片結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，采用簡化結(jié)構(gòu)，以 Solid95實體單元為主；摩擦片材料為石棉（溫石棉），其彈性模量為160GPa，泊松比為0.25，密度為2500kg/m3。同時對其進行自由網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分后摩擦片共有單元數(shù)64087， 節(jié)點數(shù)121434，見圖2所示為摩擦片有限元模型。

圖1某離合器從動盤總裝配圖 圖2摩擦片有限元模型

2 離合器摩擦片的固有頻率理論計算結(jié)果

根據(jù)以往經(jīng)驗指出，當(dāng)結(jié)構(gòu)體在動載荷激勵下產(chǎn)生共振時，一般只有少數(shù)幾個低階（2000Hz內(nèi)）共振情況比較危險。因此在進行振動分析時，常常只需要知道頭幾個固有頻率及振型，而不必求出所有的固有頻率和振型。因此本文計算摩擦片的前幾階模態(tài)。表1為重型汽車摩擦片的前8階固有頻率，第一階和第八階相對位移等值線見圖3、圖4為所示。

從表2以及圖3，圖4可以看出，一階，摩擦片邊緣沿Z軸正方向翹曲變形，呈凸?fàn)?，最大振幅?.3mm；八階整體振動位移差變小；再往后各階的振型變化逐漸趨于平緩。

圖3 第一階相對位移等值線 圖4 第八階相對位移等值線

根據(jù)汽車在正常行駛中振動系統(tǒng)主要承受0～50Hz的頻率振動，本文的摩擦片在第一階模態(tài)中，固有頻率已經(jīng)大于50Hz，說明在外激勵作用下該摩擦片理論上不會和路面發(fā)生共振。而其他模態(tài)的固有頻率都遠遠大于50Hz更不會引起摩擦片共振。但是，實際車況是重型汽車行駛時離合器受到來自路面的力、車體重量、飛輪旋轉(zhuǎn)引起的載荷、自身旋轉(zhuǎn)引起的離心力和由發(fā)動機振動產(chǎn)生的力以及各種復(fù)雜工況下所產(chǎn)生的動態(tài)載荷的作用下會產(chǎn)生共振，所以后期應(yīng)對整個重型汽車離合器進行結(jié)構(gòu)改進。

為了不讓離合器摩擦片產(chǎn)生共振，可考慮增加離合器摩擦片的質(zhì)量，增大摩擦片的厚度，提高摩擦片的彈性模量等辦法來提高摩擦片的固有頻率，從而改善重型汽車離合器摩擦片的結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)束語

文章運用ANSYS軟件求得重型汽車離合器摩擦片的前幾階固有頻率和振型，從而為其設(shè)計的改善提出建議并為以后重型汽車離合器的動態(tài)性能研究奠定基礎(chǔ)。

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作者簡介：師平（1982-），男，陜西三原，碩士，助教。研究方向：先進制造技術(shù)。

白亞瓊（1983-），女，云南昆明，碩士，助教。研究方向：機械設(shè)計及理論。