汽車離合器踏板剛度與強(qiáng)度分析

林 彬

（江鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330001）

引言

離合器踏板[1,2]是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)主要部件，駕駛員通過對(duì)踏板一端施加適當(dāng)?shù)淖饔昧?，使其另一端向下運(yùn)動(dòng)，與離合器其他附屬件一起工作使離合器摩擦片和驅(qū)動(dòng)飛輪分開，以此斷開驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)之間的力矩傳遞關(guān)系。因此離合器踏板是保證掛檔平順性的關(guān)鍵部件，因此離合器踏板的剛度性能與強(qiáng)度性能是否滿足不同工況的要求，直接影響動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)特性?，F(xiàn)采用有限元仿真技術(shù)對(duì)某新型汽車離合器踏板進(jìn)行剛度與仿真分析，獲取其變形量和應(yīng)力分布，驗(yàn)證其是否滿足設(shè)計(jì)要求，為進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)提供依據(jù)。

1 建立離合器踏板有限元模型

圖1 離合器踏板有限元模型

采用CATIA軟件建立離合器踏板三維模型，其主要包含離合蓋板、離合安裝板、離合踏板支架、踏板臂、離合總泵支架等，將其導(dǎo)入有限元前處理軟件 Hypermesh[3]中，對(duì)各個(gè)部件抽取中面，采用shell四邊形與三角形單元混合對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元基本尺寸為5mm，各個(gè)部件之間的螺栓連接采用RBE2模擬，以此建立離合器有限元模型如圖1所示。離合蓋板、離合安裝板和離合踏板支架的材料為 SAPH37，踏板臂的材料為Q235，離合總泵支架為SAPH400。

2 剛度與強(qiáng)度分析

邊界條件：約束離合踏板與車身連接位置的所有自由度，當(dāng)踏板位于行程中間位置時(shí)，在垂直踏板臂方向分別施加300N和800N的載荷，以此基于Nastran軟件[4,5]分析離合器的剛度和強(qiáng)度性能。

如圖2所示為離合器踏板在垂向300N載荷下的位移云圖，由圖2可知，離合器踏板的最大位移為3.5mm，小于實(shí)際工程目標(biāo)至7mm，符合剛度性能要求。如圖3所示為離合器踏板在垂向300N載荷下的應(yīng)力分布云圖，由圖3可知，離合器踏板的最大應(yīng)力為153.4Mpa，小于其材料屈服強(qiáng)度，無等效塑性應(yīng)變，滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

圖2 離合器踏板在垂向300N載荷下的位移云圖

圖3 離合器踏板在垂向300N載荷下的應(yīng)力分布云圖

圖4 離合器踏板在垂向800N載荷下的殘余位移云圖

如圖4所示為離合器踏板在垂向800N載荷下的殘余位移云圖，由圖4可知，卸載垂向800N載荷后踏板的殘余位移為0.2mm，小于工程要求在5mm，滿足剛度設(shè)計(jì)要求。如圖5和圖6所示分別為離合器踏板在垂向800N載荷下的應(yīng)力分布云圖和等效塑性應(yīng)變?cè)茍D，由圖5可知，離合器踏板的最大應(yīng)力為254.9MPa。由圖6可知，離合器踏板的最大等效塑性應(yīng)變?yōu)?0.15%，離合器踏板未發(fā)生斷裂，滿足強(qiáng)度性能要求。

圖5 離合器踏板在垂向800N載荷下的應(yīng)力分布云圖

圖6 離合器踏板在垂向800N載荷下的等效塑性應(yīng)變?cè)茍D

3 結(jié)論

基于有限元原理模型和Hypermesh前處理軟件對(duì)離合器踏板進(jìn)行網(wǎng)格單元?jiǎng)澐?，建立其有限元分析模型，約束離合踏板與車身連接位置的所有自由度，當(dāng)踏板位于行程中間位置時(shí)，離合器踏板在垂向300N載荷下的最大位移為3.5mm，其最大應(yīng)力為153.4MPa；離合器踏板在垂向800N載荷下的最大殘余位移為0.2mm，其最大應(yīng)力為254.9MPa，最大等效塑性應(yīng)變?yōu)?0.15%。因此該離合器踏板的剛度性能和強(qiáng)度性能均滿足設(shè)計(jì)要求。

[1] 宋洋勇,張瑞乾,趙建中,等.汽車離合器踏板構(gòu)件的有限元分析與優(yōu)化[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2016（3）:18-20.

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