膜片弹簧力学特性CAE分析

A-L公式忽略了受载时膜片弹簧与支承 环和压盘之间的滑动摩擦, 但实际上这 个影响不能完全忽略, 因为它会带来 1%-4% 的误差。
三、分析结果
将数据导入matlab中处理，得到膜片弹簧压紧过程的弹性特性 曲线,其中x轴为支承环的位移，y轴为支承环与膜片弹簧之间沿 膜片弹簧轴向方向的接触力大小。
通过A-L法理论计算得到的弹性特性曲线：
两种方法得到的弹性特性曲线的对比: (如图，峰值大的是CAE分析曲线，峰值小的是理论计算曲线 )
数据对比
CAE分析 分析 曲线 峰值 2988N 分析 理论分析曲 CAE分析 线 相对理论分 析的误差 2737N 9.2％ ％
谷值
2026N
2038N
0.6％ ％
新摩擦片工 作点（ 作点（大端 位移 3.6mm） ）
2348N
2193N
7.1％ ％
产生误差的原因分析
A-L公式建立在碟形弹簧的基础上, 忽 略了膜片弹簧上分离指、窗孔和倒角等 结构的影响。实际上这些结构对膜片弹 簧的力学特性均有影响。 A-L公式假设膜片弹簧受载时其子午截 面本身没有变形, 但实际上该截面会发 生弯曲变形, 并不能完全保持矩形。有 限元分析过程则是通过计算确定其子午 截面形状。
基于有限元方法的膜片弹簧 力学特性分析
一、膜片弹簧模型的建立
1.应用CATIA建立膜片弹簧以及支承环的三维模型
支承环
膜片弹簧
模型参数
名称 膜片厚度 压盘加载点半径 支承环加载点半径 自由状态下碟簧部分大 端半径 自由状态下碟簧部分小 端半径 自由状态下碟簧部分内 截锥高度 符号 h R1 r1 R 数值 2mm 84.25mm 65.3mm 86.25mm
r
64.75mm
H
3.6mm百度文库
2. 基于轴对称零件的特点取膜片弹簧的1/18部分作为研究对象，提取 中性面，运用Hypermesh划分网格，网格类型是由三角形与四边 形组成的混合壳单元，共337个节点，299个单元。压盘用一圆环 来模拟，以简化分析。将支承环与压盘划分为四面体实体单元。
二、膜片弹簧压紧过程的CAE分析
模型导入 将hypermesh中生成的网格模型导入 到abaqus。设置膜片弹簧三角形单元类型 为STRI65，四边形单元类型为S8R，均为 二次单元。材料为60Si2Mn，弹性模量 E=206000MPa，泊松比为0.29。支承环与 压盘单元类型为C3D4， 材料为碳素钢，弹 性模量210000MPa，泊松比为0.27。
边界条件 约束压盘全部节点的所有自由度。在A 处建立局部坐标系，以在膜片弹簧平面内并 垂直于A边方向为Y方向，以轴向方向为X方 向。同理在B处也建立局部坐标系，以在膜 片弹簧平面内并垂直于B边方向为Y方向，以 轴向方向为X方向。在局部坐标系中约束膜片 弹簧A、B处所有节点的U2（Y方向）、UR1 （X方向转动）、UR3（Z方向转动）三个自 由度。将参考点RP-2与支承环所有节点刚性 耦合，约束RP-2除膜片弹簧轴向方向外的其 余五个自由度。
A-L公式假设膜片弹簧的转角与大端位 移之间是线性关系, 这会产生一定误差。 有限元分析没有事先假设转角与大端位 移之间的关系, 而是通过计算确定它们 之间的关系。 A-L公式认为膜片弹簧与支承面的接触 点位置在受载时保持不变, 实际上接触 点位置会不断改变, 使作用力臂和变形 量也受到影响, 进而影响载荷-位移曲 线, 尤其是峰值和谷值的位置。
接触条件 建立支承环与膜片弹簧之间的面接触， 建立膜片弹簧与压盘之间的面接触，两个接 触为库伦摩擦，摩擦系数为0.18。
施加位移载荷 位移载荷分两个分析步施加，两个分析 步均设置为非线性。第一个分析步使RP-2在 膜片弹簧轴向方向下压0.02mm（将膜片弹 簧压平），这样是为了先让两对接触面的接 触关系平稳的建立起来，这个分析步中时间 增量步设为1。第二个分析步使RP-2在膜片 弹簧轴向方向下压6mm，分20个时间增量步 进行加载，即每个增量步中支承环下压 0.3mm。