汽车离合器盖总成检测机有限元静力学分析

摘 要：有限元静力结构分析用来分析结构在给定静力载荷作用下的响应。本文通过分析离合器检测机的静力状态，得出其应力应变分布规律，为离合器检测机的动力学分析以及底板的结构优化提供参考。

一、有限元分析过程

首先，把离合器盖总成检测机模型导入到ANSYS中，模型是经过适当简化处理后导入的。

第二步是对离合器盖总成检测机模型完成网格划分。

为了能够比较准确的反应检测机的实际受力情况，本文选用三维结构实体单元SOLID45来构建整个有限元分析模型。检测机模型中升降板与连接杆之间、动力杆与定位板之间用接触连接，同时存在滑动摩擦，所以它们之间都设置接触对，选择TARGE170与CONTA174接触单元。

划分后检测机模型的总节点数目为41776，总单元数目为186680，检测机模型的网格生成。

离合器检测机网格模型的产生方式对边界约束条件和载荷施加方式都有较大的影响，对于由检测机几何模型建立而成的有限元模型，一旦生成检测机有限元模型，ANSYS软件可直接将边界条件施加到有限元模型的单元面、单元边和节点上。离合器盖总成检测机在实际工作中是通过动力系统推动传动系统，把力传递给测头，实现对离合器产品的检测。为了更好的还原检测机的实际工作状态，在对有限元模型进行约束的时，仔细考虑了各种因素的影响。首先，将模型的机身底板完全固定住，下滑块通过丝杠连接，固定在导轨上，只能沿导轨方向运动，约束时简化为约束下滑块底面和两臂底面方向，只留下滑块沿导轨方向自由度。上滑块与升降板焊接，只能沿上下方向运动。此外，检测机上滑块和下滑块之间通过摩擦滑动，做成接触形式。升降板和连接杆之间、动力杆和定位板之间也做成接触连接，它们在固定的轨道内运动。

下面对检测机下滑块进行受力分析研究，如图所示下滑块整体受到一个向下运动方向的合力，合力值R=60KN，把这合力分为X和Y两个方向的分力，分别记为Rx与Ry，其中下滑块斜面的倾斜角Ff=15°，根据牛顿力学知识可以分别求出水平方向Rx和竖直方向Ry的值大小。如图1所示。再对检测机丝杠进行受力分析，已知丝杠的牙形角大小是30°，假设F是丝杠螺纹牙所受的合力，其中丝杠的梯形螺纹截面示意如图2所示。

图1 检测机下滑块受力示意图 图2 丝杠螺纹受力分析示意图

从检测机下滑块受力分析图中，可得

f为摩擦系数，f=0.15。摩擦力：

摩擦力的水平分力：

则，下滑块所受的水平分力：

图3 检测机下滑块几何模型

检测机下滑块模型如图3，它的正面环形处面积主要承受丝杠产生的推力，环形处面积为：

环形处面积所受到的压力为：

二、分析结果

经过有限元计算，得到检测机的等效位移云图，如图4，检测机的最大位移发生在动力杆周围附近，最大变形量0.033mm，检测机其他部分的变形不是很明显，尤其下部结构变形量更小，对检测机的工作几乎没有影响。离合器检测机X方向的最大位移变化量是0.0204mm，它的Y方向的最大位移变化量是0.0228mm，它的Z方向的最大位移变化量是0.0333mm，它们三个方向的等效位移云图分别是图3.10、图3.11和图3.12。通过图形很直接地掌握了检测机位移的变化情况。

图4 检测机有限元模型等效位移云图

经过有限元计算，得到检测机的等效应力云图，如图3.13，检测机的最大应力发生在动力杆、力传感器连接板周围，最大应力为12.8MPa。造成这种结果是由于动力杆传来的载荷经过力传感器连接板，加载到离合器压盘，对压盘产生了一个较大的压力，同时离合器压盘给予检测机一个反方向的压力，最终造成这一部分的结构应力最大。离合器检测机X方向最大应力变化是12.9MPa，Y方向最大应力变化是12.9MPa，Z方向最大应力变化是4.01MPa，检测机三个方向的应力变化云图如图5所示。

如图5 检测机有限元模型等效应力云图

从检测机等效应力云图中，我们可以非常直接地获知检测机应力分布情况和最大、最小应力值。归纳出检测机应力分布规律如下：

（1）在检测机动力杆与力传感器连接板处周围应力达到最大值，是高应力分布区域。远离这些严重区域后检测机的应力变化值会越来越小，直至几乎变化不大。

（2）整体上看，检测机很大部分结构应力值变化非常小，有较大的优化空间。

参考文献

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