基于有限元法的离合器壳体静强度分析及改进

ｍｅ ｔＭｅｈ ｄ ｎ ｔｏ ）， ａ ｄａ ｍｏ ｉｃ ｔ ｎｍｅｈ ｄ ｗ ｓｐ ｏ ｏｅ ． Ｃ ｍｐ ｒｎ ｔ ｈ ｔａｎ ｔｓ ｒｓ ｌ，ｉ ｐ ｏｅ ｈ ｔｔｅＦ Ｍ ｄ ｌｉ ｒａｏ ａ ｌ ， ｎ ｄｆ ａｉ ｔｏ ａ ｒｐ ｓｄ ｉ ｏ ｏ ａ ｇｗｉ ｔｅｓｒｉ ｅｔ ｅｕｔ ｔ ｒｖｓｔａ ｈ Ｅ ｍｏ ｅ ｓ ｅ ｓｎ ｂｅ ｉ ｈ
１２ 边 界 条 件 ． 根 据 变 速 箱 悬 挂 时 的 受 力情 况 ，在 离 合 器 壳 前 端 连 接 孔 处 施 加 位 移 边 界 条 件 以模 拟 离合 器 壳 与 发 动 机 飞 轮 壳 连 接 处 的 约 束 。 变 速 箱 的 各 个 部 件 之 间 ， 笔 者 是 模 拟 了各 个 接 触 面 的 接 触 ，其 中包 括 上 盖 与 变速 箱 的接 触 面 ，后 盖 与 变 速 箱 壳 体 的 接 触 面 、离 合器 壳体 与 变速 箱 壳 体 的 接 触 面 ，副 箱 中 间 轴 盖 、 主
Ａ ｓ ａｔ ｎｏｄｒ ｏａａ ｚ ｅｓ ｅｇ ｆ ｈ ｌｔ ｏｓ ｇ ｈ ｈｌ ｔ ｎｍ ｓ ｏ ａｅｍ ｄｌ ａ ｂ ｉ ｐｂ Ｅ （ ｉｉ ｌ— ｂｔ ｃ：ｉ ｒｅ ｎｌ ｅｔ ｔ ｎ ｔ ｏ ｔｅｃ ｃ ｈｕｉ ，ｔｅｗ ｏｅ ｒ ｓ ｉ ｉｎｃｓ ｏｅ ｗ ｓ ｕｌ ｕ ｙＦ Ｍ Ｆｎ ｅＥｅ ｒ ｔ ｙ ｈ ｒ ｈ ｕｈ ｎ ａ ｓ ｔ ｔ
倍 的整 箱 重 量 。 文 中 用 ＰｏＥ建 立 相 关 零 件 的 三 维 实 体 模 型 ， ｒ— 其 中包 括 离合 器 壳 、变 速 箱 壳 体 、后 盖 、上 盖 、 副箱 中 间 轴 盖 等 ；并 在 Ａ Ｓ 中进 行 网格 划 分 、模 型 组 装 、边 界 条 件 和 载 荷 ＮＡ
采 用 ｃｕ ｌ ｇ耦 合 约 束 （ 图 １ 示 ） ｏｐｉ ｎ 如 所 。
施 加 ；最终 提 交 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ求解 器 进 行 计 算 和 后 处 理 。 １ １ 网格 划分 ．
表 １ 网格大小 与计 算结 果的关 系
离 合 器 壳 前 端 约 束
ｃ ｕ ｌｎ ｏ ｐ ｉｇ约 束
图 ｌ 载荷施 加位 置
研 究与 开 发
Ａｕ ｔ ｍ ｏ
ｏｂ １ ｉ ｅ
Ｐａ ｒ ｓ ２ １ ０ ｔ ０ １ ７
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０９０
２ 计算结果分析
有 限元 方法 … （ ｉｉ ｌ ｅｔ ｅ ｏ ） 是 当 今 工 程 分 析 中 应 用 Ｆ ｔ Ｅｅ ｎ Ｍ ｔ ｄ ｎｅ ｍ ｈ
加 密 。文 中选 取 了一 个 工 况 的 ３个 圆 角 处 的节 点 的 结 果 来 对 比 网格 大 小 对 结 果 的 影 响 （ 表 １所 示 ） 如 ，从 表 中可 知 ，网 格 越
细，应变越大。综合考虑计 算时间、结果精度并且 与试 验结果
进 行 对 比 ，最 终 选 择 ３～ ｍ 的二 次 修 正 单 元 （ ３ Ｉ Ｍ） 来 ４ｍ ＣＤＯ
划 分 网格 。 网 格 模 型 如 图 １ 示 。 所
最广 泛 的数 值计 算 方 法 。伴 随 着计 算机 科 学 和 技 术 的 快 速 发 展 ， 现 已成 为计 算 机 辅 助 设 计 和 计 算 机 辅 助 制 造 的 重 要 组 成 部 分 。 因此 ，利用 有 限 元 方 法 对 离 合 器 壳 体 进 行 分 析 并 改 进 ，不 但 可 以为优 化结 构提 供 理 论依 据 ，而且 节 省 了试 验 成本 和 时 间 。
了 １％ ，但仍不符合强度要求 ，如果继续加大此处的倒角 ，构 ６
建 造 型 比较 困 难 ，因此 需 要 进 一 步 改 变此 处 的 造 型 。
增加 ，容易引起缩松缺陷 ，对窗１ 内部进行减厚设计。 ２ １
２ １１０ ０ ７
０９１
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Ａｕｔ ｍ ｏ
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２ １ 评 价 标 准 ． 离合器壳体材料 为 Ｈ ２０ Ｔ ０ ，属于 脆性材料 ，一般采 用最大
主应 变来 评 定 其 强度 。对 于 此 型 号 的 离 合 器 壳 体 计 算 结 果 的 评 定 标 准 为 ：最 大 主应 变不 大 于 １３０ ８ ０ 。
如 图 ２所 示 ，忽 略 约 束 和载 荷处 的应 力 集 中 ，选 出 最 危 险 的 三
ｏ ｂ１ Ｐ ｒ ｓ ｉ ｅ ａ ｔ
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研 究与 开发
行 分 析 。 根据 分 析 结 果对 该 离合 器壳 体 提 出 了 改 进 方 案 ，并 通 过 应 变 测 试 试 验 对 比 ，证 明分 析 模 型 和改 进 措 施 的有 效性 。
关键词 ：有 限元 ；离合器壳 ；变速器
Ｃｌ ｃ ｏ ｉ ｔ ｔｃ Ｓ ｒ ｎｇ ｈ Ａ ｎ ｌ ｓｓ ａ ｏ ｉ ｃ ｔｏ ｓ ｄ ｏ ｕｔ ｈ Ｈ ｕｓｎｇ Ｓ ａ ｉ ｔ ｅ ｔ ａ ｙ ｉ ｎｄ Ｍ ｄ ｆ ａ ｉ ｎ Ｂａ ｅ ｎ ＦＥＭ ｉ
ａ ｄ ｔｅ ｍ ｏ ｆｃ ｔ ｎ ｉ ｆ ｃ ｉｅ ｎ ｈ ｄｉ ａｉ Ｓ ｅｆ ｔｖ ． ｉ ｏ ｅ Ｋｅ ｙｗｏ ｄｓ： ＦＥＭ ； Ｃｌ ｃ ｕ ｉｇ； Ｔｒ ｎ ｍ ｉｓｏｎ ｒ ｕｔｈ ｈｏ ｓｎ ａ ｓ ｓｉ
０ 引 言
随着 人 们对 汽 车 运 行 质 量 要 求 的提 高 ，并 且 迫 于 国 内 外 市 场更 新 换代 及 竞争 的 需要 ，离 合 器 壳体 的 强 度 要 求 也 越 来 越 高 。
图 ３ 第 一 轮优化后 模 型的应变 云 图
从 图 ３可 以发 现 位 置 Ｄ、Ｅ 、Ｆ 处 的 计 算 结 果 均 有 所 改善 ： Ｄ、Ｆ处 的 应 变分 别 降 低 了 ２ ％ 和 １％ 。而 Ｅ 处 虽 然应 变 降 低 ５ １
２３２ 改进方案 （ ） ．． ２ 改 变位 置 ３处 的 造 型 （ 图 ４所 示 ） 如 ，并 且 由 于 此 处 厚 度
对 于各 类复 杂 壳 体 ，一般 在过 渡 圆 角 处 容 易 出现 应 力 集 中
现 象 ， 因此 为 了校 核 离 合 器 壳体 的 应 变 ，在 建 立 离 合 器 壳 体 模
型 时对 于过 渡 圆弧 不 作 任 何 简 化 ，同 时 对 该 区域 网格 进 行 细 化
集 中 力 旌 加 位 置
基于 有 限 元法 的 离合 器 壳体 静 强 度分 析 及 改进
贾瑞 ，游春 秀 ，方伟
（ 西 法士特 集 团公 司汽车传 动 工程研 究 院 ，陕西 西安 ７ ０ １ ） 陕 １ １９
摘要 ：为了验证某 型号 变速器离 合器壳体 的强度 ，利用有限元方法建 立了变速 器壳体总成 的有 限元模 型 ，并对离合 器壳体进
轴 后 轴承 盖 、 气缸 盖 与 后 盖 的接 触 面 。
１ 有 限元 模 型 的 建 立及 受 力情 况
为 了验 证 离 合器 壳 体 的强 度 ，模 拟 实 际 变速 箱 悬 挂 在 车 辆 上 的情 况 ，从垂 直 整箱 方 向对 整 箱 后 盖 的输 出 要 求 ，将 １ 变 速 箱 的 重 量 作 为 集 中 力 施 加 在 法 兰 ０倍 盘 的位 置 ，利 用力 矩 相 等 原 理 将 其 转 化 成 等 效 集 中 力 和 力 矩 施 加在 主轴 后 轴 承 孔 中心 处 （ 图 １ 示 ） 如 所 ，孔 中心 与 周 围单 元
处位置 ，计算结果如表 ２所 示。
表 ２ 原始模 型微应 变计算 结果
２２ 计 算 结 果 ．
将计算文件提 交 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ求解器 并进行后处理 ，应 变云图
图 ２ 原 始模 型的应 变云 图
由计 算 结 果 可 以 看 出 ，Ｄ、Ｅ 处 的 应 变 大 于 １３０个 微 应 ０ 变 ，不 满 足 强 度要 求 ；而 位 置 Ｆ 处也 比较 接 近 １ ０ ０个微 应 变 。 ３ 因此 要 对 这 些 危 险部 位 进 行 改 进 设计 。
半 径 ，使 其 过 渡 更 加 平 滑 。 第 一 轮 改 进 后 计 算 结 果 如 表 ３所
示 ，应 变 云 图如 图 ３所 示 。
表 ３ 第 一轮优 化后 的应变计 算结 果
２ ３ 改 进 模 型 ．
２３１ 改进方案 （ ） ．． １
由于 危 险 均 出 现在 倒 角处 ， 因此 可 以加 大 危 险 位 置 的 圆 角
Ｊ Ａ Ｒ ｉ Ｙ０Ｕ Ｃ ｕ ｘｕ， Ｆ Ｉ ｕ ， ｈ ｎｉ ＡＮＧ Ｗ ｅ ｉ
（ ｈ ａｘ Ｆ ｓ Ａ ｔ Ｄ ｉｅＥ ｇｎｅｉ ｓ ｔｔ，Ｘ ’ｎＳ ａｎ ｉ Ｓ ａｎ ｉ ａｔ ｕｏ ｒ ｎ ｉｅｒ ｇＩ ｔｕｅ ｉａ ｈａ ｘ ７ １９，Ｃ ｉａ ｖ ｎ ｎｉ １ ０１ ｈｎ ）