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膜片弹簧的力学性能分析

作　者: 吴志辉
导　师: 蹇兴东；史庆春
学　校: 南京农业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 膜片弹簧参数化有限元法特性曲线疲劳分析结构优化设计
分类号: U463.211
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 192次
引　用: 4次
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内容摘要

膜片弹簧是膜片弹簧离合器的关键零件,其设计质量的优劣不仅直接影响离合器的使用性能和使用寿命,而且还影响离合器与整车的匹配。因此在设计膜片弹簧离合器时,精确计算膜片弹簧的负载特性是非常重要的。目前,膜片弹簧的设计仍普遍采用美国人J.o.Almen和Laszlo所提出的近似公式(简称A-L公式),但工程人员在设计制造膜片弹簧的实践中发现,根据A-L公式设计的膜片弹簧,在膜片弹簧试制后的试验中,其大端载荷、升程等均不能完全符合设计要求,往往需要修改膜片弹簧尺寸参数,再进行试验。这样,既延长了试制周期,又增加了成本。因此,有必要寻找一种更有效的计算方法。本文以膜片弹簧为研究对象,首先介绍了传统的A-L计算方法和膜片弹簧的基本特性。然后,采用有限元的方法对膜片弹簧进行力学性能的仿真分析研究。利用ANSYS参数化设计语言APDL,建立膜片弹簧自由状态下的三维参数化模型,大大简化了复杂繁琐的建模过程;通过适当的方法,对三维模型进行映射网格划分,确定相应的边界条件,建立起膜片弹簧的有限元模型。模拟加载过程,计算得到膜片弹簧负载特性曲线,通过实验结果的比较,验证了有限元模型的正确性。在膜片弹簧有限元分析的基础上,建立膜片弹簧负载特性的数学回归模型,对A-L公式系数进行了修正,提高了其计算的精度。通过对应力分布的分析和膜片弹簧失效的特点,确定了其疲劳危险区域,利用材料的σ-N曲线,采用ANSYS疲劳分析模块估算了膜片弹簧的疲劳寿命。最后,建立了膜片弹簧的优化模型,对其进行结构优化,取得了较好的结果。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第一章绪论  8-12
  1.1 汽车离合器简介  8-10
    1.1.1 汽车离合器结构的演变  8
    1.1.2 膜片弹簧离合器  8-10
  1.2 膜片弹簧的研究概况  10-11
  1.3 本课题研究的内容和意义  11
  1.4 本章小结  11-12
第二章膜片弹簧特性  12-23
  2.1 膜片弹簧离合器的结构和工作原理  12-15
    2.1.1 膜片弹簧离合器总成的结构  12-15
    2.1.2 膜片弹簧离合器的工作原理  15
  2.2 膜片弹簧的特点  15-22
    2.2.1 膜片弹簧的工作状态  15-17
    2.2.2 膜片弹簧的载荷—变形计算(A-L法)  17-20
    2.2.3 膜片弹簧的载荷—变形特性(A-L法)  20-22
  2.3 本章小结  22-23
第三章膜片弹簧有限元模型的建立  23-34
  3.1 有限元分析法概述  23-25
  3.2 ANSYS软件简介  25-26
  3.3 ANSYS非线性分析  26-27
  3.4 有限元模型的建立  27-31
    3.4.1 膜片弹簧的参数化模型  27-28
    3.4.2 材料单元的设定  28-29
    3.4.3 网格的划分  29-30
    3.4.4 边界条件  30
    3.4.5 设置求解控制  30
    3.4.6 求解当前模型并查看结果  30-31
  3.5 有限元模型的验证  31-33
    3.5.1 有限元模型验证  31
    3.5.2 实验方案的设计  31-32
    3.5.3 实验结果分析  32-33
  3.6 本章小结  33-34
第四章膜片弹簧有限元分析  34-43
  4.1 膜片弹簧大端载荷—变形特性的分析  34-39
  4.2 膜片弹簧应力分布分析  39-42
    4.2.1 有限元方法与A-L公式的比较  39-41
    4.2.2 膜片弹簧的应力分布  41-42
  4.3 本章小结  42-43
第五章膜片弹簧的疲劳分析及优化  43-56
  5.1 疲劳分析基本理论与方法  43-46
    5.1.1 疲劳应力和疲劳极限  43-44
    5.1.2 疲劳寿命曲线  44-45
    5.1.3 疲劳寿命的影响因素  45-46
    5.1.4 ANSYS疲劳寿命分析流程  46
  5.2 σ-N曲线的获得  46-47
  5.3 膜片弹簧的疲劳寿命仿真分析  47-51
    5.3.1 疲劳危险区域的确定  47-48
    5.3.2 存储应力  48-49
    5.3.3 输入σ-N曲线  49-50
    5.3.4 建立疲劳计算规模并激活运算  50-51
  5.4 膜片弹簧的优化设计  51-55
    5.4.1 优化原则  51
    5.4.2 优化设计步骤  51-52
    5.4.3 优化模型  52-53
    5.4.4 优化  53-55
  5.5 本章小结  55-56
第六章结论和展望  56-58
  6.1 主要工作和结论  56-57
  6.2 研究展望  57-58
参考文献  58-60
攻读硕士学位期间发表的学术论文  60-61
致谢  61

膜片弹簧的力学性能分析

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