膜片弹簧力学特性CAE分析课件.ppt

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1、基于有限元方法的膜片弹簧力学特性分析一、膜片弹簧模型的建立1.应用CATIA建立膜片弹簧以及支承环的三维模型膜片弹簧支承环模型参数名称符号数值膜片厚度h2mm压盘加载点半径R184.25mm支承环加载点半径r165.3mm自由状态下碟簧部分大端半径R86.25mm自由状态下碟簧部分小端半径r64.75mm自由状态下碟簧部分内截锥高度H3.6mm2.基于轴对称零件的特点取膜片弹簧的1/18部分作为研究对象，提取中性面，运用Hypermesh划分网格，网格类型是由三角形与四边形组成的混合壳单元，共337个节点，299个单元。压盘用一圆环来模拟，

2、以简化分析。将支承环与压盘划分为四面体实体单元。二、膜片弹簧压紧过程的CAE分析模型导入将hypermesh中生成的网格模型导入到abaqus。设置膜片弹簧三角形单元类型为STRI65，四边形单元类型为S8R，均为二次单元。材料为60Si2Mn，弹性模量E=206000MPa，泊松比为0.29。支承环与压盘单元类型为C3D4，材料为碳素钢，弹性模量210000MPa，泊松比为0.27。边界条件约束压盘全部节点的所有自由度。在A处建立局部坐标系，以在膜片弹簧平面内并垂直于A边方向为Y方向，以轴向方向为X方向。同理在B处也建立局部坐标系，以在膜

3、片弹簧平面内并垂直于B边方向为Y方向，以轴向方向为X方向。在局部坐标系中约束膜片弹簧A、B处所有节点的U2（Y方向）、UR1（X方向转动）、UR3（Z方向转动）三个自由度。将参考点RP-2与支承环所有节点刚性耦合，约束RP-2除膜片弹簧轴向方向外的其余五个自由度。接触条件建立支承环与膜片弹簧之间的面接触，建立膜片弹簧与压盘之间的面接触，两个接触为库伦摩擦，摩擦系数为0.18。施加位移载荷位移载荷分两个分析步施加，两个分析步均设置为非线性。第一个分析步使RP-2在膜片弹簧轴向方向下压0.02mm（将膜片弹簧压平），这样是为了先让两对接触面的接

4、触关系平稳的建立起来，这个分析步中时间增量步设为1。第二个分析步使RP-2在膜片弹簧轴向方向下压6mm，分20个时间增量步进行加载，即每个增量步中支承环下压0.3mm。三、分析结果将数据导入matlab中处理，得到膜片弹簧压紧过程的弹性特性曲线,其中x轴为支承环的位移，y轴为支承环与膜片弹簧之间沿膜片弹簧轴向方向的接触力大小。通过A-L法理论计算得到的弹性特性曲线：两种方法得到的弹性特性曲线的对比:(如图，峰值大的是CAE分析曲线，峰值小的是理论计算曲线)数据对比CAE分析曲线理论分析曲线CAE分析相对理论分析的误差峰值2988N2737N

5、9.2％谷值2026N2038N0.6％新摩擦片工作点（大端位移3.6mm）2348N2193N7.1％产生误差的原因分析A-L公式建立在碟形弹簧的基础上,忽略了膜片弹簧上分离指、窗孔和倒角等结构的影响。实际上这些结构对膜片弹簧的力学特性均有影响。A-L公式假设膜片弹簧受载时其子午截面本身没有变形,但实际上该截面会发生弯曲变形,并不能完全保持矩形。有限元分析过程则是通过计算确定其子午截面形状。A-L公式假设膜片弹簧的转角与大端位移之间是线性关系,这会产生一定误差。有限元分析没有事先假设转角与大端位移之间的关系,而是通过计算确定它们之间的关系

6、。A-L公式认为膜片弹簧与支承面的接触点位置在受载时保持不变,实际上接触点位置会不断改变,使作用力臂和变形量也受到影响,进而影响载荷-位移曲线,尤其是峰值和谷值的位置。A-L公式忽略了受载时膜片弹簧与支承环和压盘之间的滑动摩擦,但实际上这个影响不能完全忽略,因为它会带来1%-4%的误差。