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1、第13卷第4期机械研究与应用Vol13No42000年12月MECHANICALRESEARCH&APPLICATION2000212X膜片弹簧的应力分析和疲劳寿命的计算程汉应(湖北飞碟离合器股份有限公司,湖北麻城438300)摘要:通过对膜片弹簧工作过程中应力-变形特性的分析,确定了材料疲劳破坏的起源点。同时,根据离合器膜片簧所承受的载荷特征及载荷循环的次数,运用数理统计方法和疲劳曲线方程,不仅描述了起源点的应力与循环次数σ—N曲线,而且计算出了膜片弹簧的应力衰减和安全使用寿命。关键词:膜片弹簧,应力分析,应力衰减,疲劳寿命中图分类号:TH1
2、35文献标识码:A文章编号:1007-4414(2000)04-0033-04由于膜片弹簧的弹力具有非线性特征,在当代汽规律,特别是疲劳破坏危险点Ⅱ点的应力分布状况及车离合器中被得到广泛的应用,它不仅使离合器具备应力2变形规律,对指导膜片弹簧的强度设计,延长离良好的使用性能,而且还大大延长了离合器的使用寿合器的使用寿命具有十分重要的意义。命。膜片弹簧的结构,可看成是均匀分布的径向槽(即分离指)和碟形弹簧两部分组成,如图1。图2膜片弹簧加载示意图1膜片弹簧弹力衰减的分析图1膜片弹簧简图膜片弹簧在长期交变载荷的作用下,随着时间的R为大端半径,r为碟
3、簧部分内径,h为碟簧内锥高,t为膜簧钢板厚,L为膜簧外支承半径,l为膜簧内支承半径,re为分离加载半径,rf为推移,即分离循环次数的增加,膜片弹簧的压紧力逐分离指舌部最宽处半径,δ1为分离指舌尖切槽宽,δ2为分离指舌根切渐降低———弹力衰减,弹力衰减是因为膜片某些部位槽宽。产生塑性变形的结果。而膜片出现塑性变形的因素很多,除了交变载荷作用外,还有增大分离行程,增加由于分离指在外载的作用下,离合器便获得接合工况温度等,都能使弹簧某些部位材料进入屈服状与分离,传递或切断发动机转距的功能。然而,正因态。因此,膜片的强度设计,疲劳寿命可靠性计算都为这种
4、外载是在不断地交变循环的作用,才使膜片某必须研究膜片弹簧的受力分析。些部位应力水平下降,产生塑性变形,甚至使材料受膜片弹簧处在离合器安装位置时,大端受力F1到破坏,膜片弹性失效。为了研究膜片弹簧的塑性变载荷(图2(a)中C、D两点),它主要使碟形部分产生形及疲劳寿命,必须研究膜片分离的应力2变形规律。变形,而为了使离合器分离,在小端施加力F2载荷根据大量的试验证明:膜片弹簧受循环交变载荷时,(图2(a)中E、G两点),使碟形部分继续变形,不论分离指根部窗口处Ⅱ点(如图2(a)(b)正是膜片弹簧是大端还是小端加载,膜片弹簧碟部部分在窗口处截疲劳破
5、坏的起源点,因此,研究膜片弹簧的应力2变形面(图2(b)中A-A截面)上的应力大于分离指部分X收稿日期:2000207203作者简介:程汉应,男,1946年生,高级工程师,毕业于华中理工大学,现主要从事离合器的设计与研究,曾发表多篇论文并获科技奖励。·33·©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.netVol13No4机械研究与应用第13卷第4期2000212MECHANICALRESEARCH&APPLI
6、CATION2000年12月的截面(图2(b)中B-B截面)上的应力,因而要搞应力与变形λ1特性曲线呈二次函数曲线σt=f(λ1)。清膜片应力分布状态,只要研究窗口处应力分布就行但是实际应力-变形曲线与计算值略有误差,常用修了。正系数K1、K2进行修正。如上所述膜片弹簧Ⅱ点的对于膜片弹簧在分离指端加载,其窗口处子午截切向拉应力σⅡt-λ1变形的修正公式为:面(图2(b)中A-A截面)上4个角点Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的-λ1ER-rσⅡt=2·[K1(-1)切向应力σt与小端变形量λ2的变化规律,见应力-(1-μ)(L-l)rlnRr变形σt—λ2曲线如
7、图3。hλ1t(-)-K2](5)R-r2(L-l)2r式(5)中,K1、K2修正系数与膜片本身所有窗口的累积宽度n0σ2和2πr的比值(称窗口累积宽度比H=n0σ2/2πr)有关,且成线性比例关系。窗口累积宽度比值越小,应力修正系数K1,K2就越大。2膜片弹簧疲劳破坏危险点的应力循环膜片弹簧4个角度的应力随着分离指的小端或膜片大端的变形而发生变化。即随着分离行程的变化而改变。从图2中看到,膜片弹簧的应力分布,在凸面上缘I、Ⅲ点产生切向压应力,凹面下缘Ⅱ、Ⅳ两点产生切向拉应力。在离合器接合时,在膜片弹簧的图3Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ点σt-λ2关系曲线大
8、端有初始变形λ1b,下缘Ⅱ点产生与变形λ1b相应的拉应力σⅡt,σⅡt为危险点应力循环中的应力最小图中计算值是根据A-L公式计算所得各点应值σtmin
