【摘要】离合器是汽车的重要传动系统，而碟簧是其主要的压紧零件，离合器的分离和接合是靠碟簧的变形实现的，所以研究碟簧的力学特性对于研究离合器的性能非常重要。文中针对碟簧在压紧过程中碟簧分离指的轴向受力问题进行模拟分析，基于ANSYS平台分析碟簧所受应力，分析分离指顶端应力集中的原因，着重研究碟簧分离指顶端的约束和受力问题，便于更好地设计碟簧。

　　【关键词】碟簧;分离指顶端;ANSYS平台;应力集中

　　0 引言

　　开槽碟簧是离合器中的一种压紧结构，其结构比膜片弹簧更为简单，作用类似，是由分离指和碟簧体组成，由于其具有更高的压紧力，故更适用于大型机械和重型军用机械。开槽碟簧与其他弹簧相比具有更高的几何非线性，即其载荷-位移的非线性较好，所以研究其非线性问题是很重要的内容。一般而言，计算碟簧的载荷-变形曲线常用到A-L公式计算，国内也有潘毓学认为用修正的A-L公式来设计和优化膜片弹簧达到比较好的效果;但也有学者认为，碟形弹簧在近似计算时膜片弹簧忽略了分离指的弯曲变形和分离指端部的应力集中;在应用有限元分析方面，曾环等验证了膜片弹簧的分析能满足设计强度的要求;张智裕等认为在一定的外载条件下，相对于初始锥角而言，碟簧的外径和内径参数对碟簧内的最大应力影响最大。鲜有提到对于开槽碟簧分离指顶端约束是变约束的问题而展开研究。本文着重研究碟簧分离指顶端的变约束问题并在ANSYS中仿真分析。

　　1 碟簧的模型和单元

　　模型在SolidWorks中建模以后保存成.x_t的格式的文件导入ANSYS中，图1左侧是碟簧建模时的半剖图，右侧是侧视示意图。

　　2 碟簧的ANSYS静力分析

　　2.1 零约束和非零约束

　　ANSYS认为零约束就是把所要约束的元素都约束在初始位置，可用Constraint(D命令)，也就是说给定的约束值必须总是0，然后在后续的加载和模型运动过程中，即使被约束的元素是变化的，相当于这一部分元素又重新被加载到初始位置了。当然，非零约束是给定的值不能是0的约束，也可用这个值约束模型以达到想要的效果。如果在ANSYS/LS-DYNA动力学部分，非零约束可以是随时间规律变化的曲线。

　　2.2 碟簧分离指零约束时受力分析

　　在ANSYS中，碟簧分离指顶端轴向零约束，大端沿轴向加载7.3mm时的应力状态图如图2所示，应力集中发生在碟簧分离指顶端的两侧。

　　3 碟簧分离指顶端力分析

　　3.1 分离指零约束的力分析

　　由于开槽簧是由锥形薄片冲压而来，冲压后碟簧分离指顶端的圆弧线所组成的间断圆弧在一个平面上，然后碟簧大端受力，分离指靠挡环约束，碟簧趋向于压平状态过程中，分离指顶端与挡环的接触位置就会发生变化，由原来的全部接触到后来的只有碟簧分离指顶端中部附近的点接触，所以，如果还对分离指顶端的线进行零约束就会出现两侧受拉、中间受压的情形，此时的受力一定会与实际有所偏差。

　　取碟簧原模型的1/20进行有限元分析，在大端加载，分离指顶端零约束的过程中，由图3所示，碟賛分离指顶端两侧所受的应力是最 大的，而在实际碟簧的分离指顶端的磨损来看，却是中间磨损较为严重，两侧较轻，由此可见，研究弹簧在顶端的受力部位及力的形式很有必要，进而可以排除小端在受力过程中分离指顶端处的最大应力问题，对于碟簧的设计分析提供一种参考。

　　由图3可以看出分离指顶端在零约束情况下，支反力从一侧到另外一侧有规律的变化过程，呈现出两侧的应力大，到中间应力变小又增大的情况。从ANSYS中提取小端的结点力情况如表1所示。

　　从表中数据可以看出，两侧的应力方向和中间部分节点的应力方向并不一致，也就是说中间节点是受压应力，两侧肯定是拉应力，用轴向零约束说明了分离指顶端的约束是变约束。

　　3.2 分离指变约束的力分析

　　依然取碟簧的1/20来做分析，本次采用的是变约束对分离指顶端进行约束，如图4所示，可知，在分离指顶端是变约束的情况下，碟簧的最大应力不是出现在分离指的顶端两侧，最大应力应该分布在碟簧的沟槽处，这才是应该考虑改善开槽碟簧所受应力最大的地方。

　　4 结论

　　从受力的角度证明了弹簧小端在ANSYS平台上分析其分离指顶端的约束方式是属于变约束的情况。从实际的零件使用过程中也验证了碟簧在工作过程中分离指顶端的磨损较为严重，而且其呈现两侧磨损少、中间磨损多的现象，也说明了其分离指小端的约束随着大端的加载过程是变化的。

　　对于用仿真软件真时提供了一种变加载的思路，对于提高开槽碟簧的仿真效果具有一定提示性作用。

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