基于ANSYS对离合器摩擦片进行模态分析

摘 要：文章建立某重型汽车离合器摩擦片有限元模型，确定载荷及边界条件，运用ANSYS软件中的Lanczos算法进行模态计算，求得重型汽车离合器摩擦片的前几阶固有频率和振型，从而为其设计的改善提出建议。

关键词：有限元；模态计算；ANSYS；离合器摩擦片

前言

离合器是汽车传动系统中直接与发动机相连接的重要部件。在重型汽车上使用时，仍然出现了不少问题。例如，离合器摩擦片、从动盘波形片、盘毂、夹持盘开裂等，严重地影响了离合器及整车传动系统的正常工作。因此文章利用有限元技术对某重型汽车离合器零件进行模态分析，找出原因，利用ANSYS软件建立离合器摩擦片的有限元模型，并得出了离合器摩擦片的各阶自由振动频率和振型。

1 离合器摩擦片的有限元模型

某重型汽车离合器从动部分是一个复杂的结构，见图1为Solidworks软件绘制的离合器从动盘总装配图三维模型，该摩擦片的尺寸为？准180×？准125×3.5mm；其主要由摩擦片、波形弹簧片、从动片、从动盘毂、减振弹簧等零件组成。文章对摩擦片进行有限元划分网格时，必须先对其进行结构分析，确定其单元类型。由于离合器摩擦片结构较为复杂，采用简化结构，以 Solid95实体单元为主；摩擦片材料为石棉（温石棉），其弹性模量为160GPa，泊松比为0.25，密度为2500kg/m3。同时对其进行自由网格划分，网格划分后摩擦片共有单元数64087， 节点数121434，见图2所示为摩擦片有限元模型。

图1某离合器从动盘总装配图 图2摩擦片有限元模型

2 离合器摩擦片的固有频率理论计算结果

根据以往经验指出，当结构体在动载荷激励下产生共振时，一般只有少数几个低阶（2000Hz内）共振情况比较危险。因此在进行振动分析时，常常只需要知道头几个固有频率及振型，而不必求出所有的固有频率和振型。因此本文计算摩擦片的前几阶模态。表1为重型汽车摩擦片的前8阶固有频率，第一阶和第八阶相对位移等值线见图3、图4为所示。

从表2以及图3，图4可以看出，一阶，摩擦片边缘沿Z轴正方向翘曲变形，呈凸状，最大振幅为6.3mm；八阶整体振动位移差变小；再往后各阶的振型变化逐渐趋于平缓。

图3 第一阶相对位移等值线 图4 第八阶相对位移等值线

根据汽车在正常行驶中振动系统主要承受0～50Hz的频率振动，本文的摩擦片在第一阶模态中，固有频率已经大于50Hz，说明在外激励作用下该摩擦片理论上不会和路面发生共振。而其他模态的固有频率都远远大于50Hz更不会引起摩擦片共振。但是，实际车况是重型汽车行驶时离合器受到来自路面的力、车体重量、飞轮旋转引起的载荷、自身旋转引起的离心力和由发动机振动产生的力以及各种复杂工况下所产生的动态载荷的作用下会产生共振，所以后期应对整个重型汽车离合器进行结构改进。

为了不让离合器摩擦片产生共振，可考虑增加离合器摩擦片的质量，增大摩擦片的厚度，提高摩擦片的弹性模量等办法来提高摩擦片的固有频率，从而改善重型汽车离合器摩擦片的结构。

3 结束语

文章运用ANSYS软件求得重型汽车离合器摩擦片的前几阶固有频率和振型，从而为其设计的改善提出建议并为以后重型汽车离合器的动态性能研究奠定基础。

参考文献

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作者简介：师平（1982-），男，陕西三原，硕士，助教。研究方向：先进制造技术。

白亚琼（1983-），女，云南昆明，硕士，助教。研究方向：机械设计及理论。