基于有限元的離合器蓋強度優(yōu)化設(shè)計與分析

洪 君

（湖北工業(yè)大學(xué)，湖北 武漢 450009）

汽車離合器是汽車所有部件中較為重要的部件，該部件能夠保證汽車的平穩(wěn)起步，還能夠?qū)崿F(xiàn)汽車換擋的平順，以及防止傳動系過載。而離合器主要是有兩部分內(nèi)容構(gòu)成，一部分是蓋總成，另一部分是動盤總成，雖然蓋總成的作用主要是在于密封遮擋離合器與變檔機構(gòu)、支撐離合器的分離，但是，離合器蓋的結(jié)構(gòu)以及強度也是會對發(fā)動機的振動、離合器的分離產(chǎn)生較大的影。

1 離合器蓋的工作內(nèi)容

當(dāng)前，多數(shù)離合器蓋為自動離合器蓋，在整體上高度相對較高，在受力的過程中容易發(fā)生變形，這就會對離合器蓋的強度產(chǎn)生影響，由于在設(shè)計過程中，要求離合器蓋為離合器分離臂的受力支撐點，在變檔的過程中作用在離合器蓋上的力相對較大，根據(jù)實驗分析，如果在離合器蓋上作用的力過大，就會導(dǎo)致離合器蓋產(chǎn)生變形，而其最大變形超過可控范圍，就會影響到汽車變檔功能的實現(xiàn)。綜上分析可以看出，離合器蓋的結(jié)構(gòu)強度對于實現(xiàn)汽車的功能具有重要的影響，需要對其進(jìn)行合理地布置與設(shè)計，才能夠?qū)崿F(xiàn)離合器蓋強度的優(yōu)化。

2 基于有限元的離合器蓋強度優(yōu)化設(shè)計

2.1 有限元法概述

有限元法在數(shù)學(xué)中是一種為求解偏微分方程邊值問題近似解的數(shù)值技術(shù)，在求解的過程中對整個問題區(qū)域進(jìn)行分解，這樣每一個子區(qū)域都是比較簡單的，能夠用比較簡單的方式進(jìn)行求解，其中，這些子區(qū)域就被稱作為有限元。

2.2 基于有限元的離合器蓋強度優(yōu)化

（1）需要進(jìn)行建模與網(wǎng)絡(luò)劃分操作。在這一階段中，需要對離合器蓋進(jìn)行3D建模，并根據(jù)其結(jié)構(gòu)空間，預(yù)先估計布置加強筋。在這個階段需要注意，如果加強筋布置的不合理就會導(dǎo)致離合器蓋產(chǎn)生應(yīng)力集中的問題，這會在較大程度上導(dǎo)致變形加大。為了避免出現(xiàn)這一問題，需要在離合器蓋主要的受力部位的關(guān)鍵受力點加加強筋。在完成建模以后，需要對其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分。相對來說，有限元法的本質(zhì)在于用比較簡單的問題解決較為復(fù)雜的問題，在實際應(yīng)用的過程中將目標(biāo)體看成是有眾多有限連續(xù)的單元構(gòu)成，對每一個單元假定一個近似解，然后不斷推導(dǎo)直至求得最終的解。在計算之前，需要對零部件的事跡材料進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，包括離合器蓋的材料、彈性模量、泊松比以及密度和許用應(yīng)力等。在這之后應(yīng)該根據(jù)零部件的實際安裝情況，給與模型相同的約束條件。模型的約束條件與零部件的實際工作情況越接近，最終得出的結(jié)果也是愈加的可靠。

（2）向零部件實際的受力情況施加載荷，在施力的過程中，需要給與模型或者是網(wǎng)格施加的力相同。在這里比較需要明確的一點是，給模型或者是網(wǎng)格施加載荷有所不同，最大的區(qū)別在于施加在模型上的載荷不會隨著網(wǎng)格的重新劃分而有所變化，但是，施加在網(wǎng)格上的力需要在重新劃分時進(jìn)行重新施加。之后就要根據(jù)離合器蓋受力情況進(jìn)行力的施加，方向一定要為垂直向里。在給與模型施加約束與荷載后，需要進(jìn)行相應(yīng)的靜態(tài)計算，進(jìn)而得出應(yīng)力云圖與其變形量云圖。這一環(huán)節(jié)需要根據(jù)離合器蓋的最大變形量進(jìn)行分析，如果離合器蓋最大應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力，但是其最大變形量不滿足設(shè)計要求的話，此離合器蓋的設(shè)計也是NG的。

（3）由于離合器蓋變形量的變化與設(shè)計要求之間存在著較大的差距，在這樣的情況下，就需要對加強筋的數(shù)量以及位置進(jìn)行重新的調(diào)整與布置。在具體實施這一環(huán)節(jié)的過程中，可以根據(jù)應(yīng)力云圖以及變形量云圖的情況，看到離合器蓋受力后期應(yīng)力大小以及變形大小的趨勢變化，需要根據(jù)這個趨勢對筋條進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計，并確定準(zhǔn)確的位置與方向。最后，需要根據(jù)經(jīng)過有限元法分析出來的模型進(jìn)行重新網(wǎng)格劃分、材料選定以及邊界約束和施加荷載等方面的操作，經(jīng)過再次計算之后得出優(yōu)化的應(yīng)力云圖與變形量云圖。在這個過程中，如果離合器蓋的最大應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力，離合器蓋的總變形量符合設(shè)計的要求，此時設(shè)計出來的離合器蓋強度就是滿足設(shè)計要求的，能夠在實際中進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。

3 結(jié)語

有限元分析法對于離合器蓋強度的優(yōu)化具有重要的作用，可以在實際分析的過程中通過對離合器蓋的仿真靜態(tài)分析，直觀地看到離合器蓋在實際使用過程中的變形量大小以及分布的趨勢，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供相應(yīng)的理論依據(jù)。因此，文章在之后的研究中將針對實際案例進(jìn)行研究，進(jìn)一步優(yōu)化理論研究中存在的不足之處，為設(shè)計出符合要求的產(chǎn)品提供精確可靠的理論依據(jù)。

［1］ 張馳，胡應(yīng)存，梁寶錢，等.汽車離合器高強度波形片成形回彈數(shù)值模擬及模具優(yōu)化［J］.重慶理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)），2012，（1）：17-21.