膜片弹簧载荷变形特性有限元分析

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1、膜片弹簧载荷变形特性有限元分析1111付建蓉，王青春，牛浩龙，王玉鑫(1.北京林业大学工学院，北京100083)摘要：本文通过实验研究、理论计算和有限元方法对膜片弹簧载荷变形进行了研究。首先进行了膜片弹簧大端加载时的载荷变形实验，然后根据A-L理论公式进行了计算，最后根据实验工况利用MSC.MARC进行了有限元计算。将理论计算所得的膜片弹簧大端载荷变形曲线、有限元模拟分析所得的膜片弹簧大端载荷变形曲线与实验所得的膜片弹簧大端载荷变形曲线进行比较，分析膜片弹簧几个关键大端位移处的载荷与实验对应值的误差。通过对比，得出采用

2、有限元模拟计算所得计算结果与实验值更为接近的结论。关键词：膜片弹簧；非线性；有限元分析；载荷变形曲线LoadDeformationCharacteristicsofDiaphragmSpringBasedonFiniteElementAnalysis1111FUJian-rong,WANGQing-chun,NIUHao-long,WANGYu-xin(1.SchoolofTechnology,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China)Abstract:Inthisar

3、ticle,experimentalresearch、theoreticalcalculationandfiniteelementmethodhavebeenusedtoanalyzetheloaddeformationcharacteristicsofdiaphragmspring.First,anexperimentofdiaphragmspringloaddeformationhasbeendone,andthenacalculationbasedontheA-Ltheoreticalformulahasbeen

4、done,finally,accordingtotheexperimentalconditionsbyusingthefiniteelementmethodMSC.MARCtodoacalculation.WecomparetheloaddeformationcureofA-LandFEAtotheonefiguredoutbyexperiment,analysistheerrorswhichcomparetotheexperimentofseveralkeybigenddiaphragmspringloadanddi

5、splacementvalues.Bycontrast,thefiniteelementsimulationresultsarequiteclosertotheexperimentalresults.Keywords:diaphragmspring;nonlinear;finiteelementanalysis;loaddeformationcurve1引言膜片弹簧离合器采用膜片弹簧为压紧弹簧，与采用圆柱弹簧为压紧弹簧的离合器相比突出的优越性是膜片弹簧具有更理想的非线性弹性特性。膜片弹簧是膜片弹簧离合器中最重要的零部件

6、，由碟簧部分和分离指部分组成。在离合器中采用膜片弹簧为压紧弹簧具有以下几[1-3]方面优点：第一，膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，零件数目少、重量轻；第二，离合器结构简化、显著缩短了离合器轴间尺寸；第三，设计合适时，良好的非线性特性可使摩擦片磨损到极限时压紧力仍维持不变，使离合器分离轻便。虽然膜片弹簧离合器比普通螺旋弹簧离合器具有更多的优点，但是其设计、制造技术要求也比普通的螺旋弹簧离合器更高；如果设计、制造不当，其性能可能还不如普通的螺旋弹簧离合器。因此国内外很多学者对膜片弹簧载荷-变形特性进行了研究。目前，膜

7、片弹簧设计所采用的设计计算方法主要是美国通用汽车公司Almen和Laszlo[4]于1936年提出A-L法。A-L公式是在碟形弹簧的基础上推导出来的，有学者指出用碟形弹簧近似计算膜片弹簧，其假设本身存在缺陷，同时会忽略分离指的弯曲变形和分离指端部[5]的应力集中，将其运用在膜片弹簧的设计计算时存在一定误差。为了降低设计误差，一些外国学者做了如下研究：利用计算机程序计算不同高厚比的膜片弹簧载荷变形曲线，其中6]Curti、Niepage采用NON-SAP程序计算了不同高厚比碟簧的载荷-变形特性曲线；Wagner编制了适用

8、于具有非线性和负刚度区段非稳定特性的、各种高厚比碟形弹簧的计算程序1[7]AXISHELL。格力戈柳克和洛帕尼征在A-L法与Γ法的基础上，提出了考虑分离指牵连变[8]形的Γ-JI法。采用这种修正公式后得到的结果与实验值误差较小。国内学者进行的研究主要是采用修正公式、有限元法计算膜片弹簧的载荷变形特性。张[9]铁山在探讨A-L公式假