[发明专利]斜撑式离合器楔块表面应力的有限元模型建立及修正方法

说明书

 

技术领域

本发明属于离合器技术领域，尤其涉及到一种斜撑式离合器楔块表面应力的有限元模型建立及修正方法。

背景技术

斜撑式离合器是一种只能传递单向扭矩的传动零件，在航空、船舶、汽车等领域应用广泛。

结合图1，斜撑式离合器包含有内环1、一定数量的楔块2和外环3，楔块2与外环3之间由外保持架5限位，楔块2与内环1之间由内保持架4限位，各楔块之间夹有螺旋弹簧6，楔块2的外接触面与外环3滚道接触，楔块2的内接触面与内环1接触。

斜撑式离合器在逆时针方向转动时，楔块2靠楔角楔紧以传递扭矩（或称为楔紧状态），内保持架4、外保持架5和螺旋弹簧6对楔块2的相互作用力可以忽略不计。楔块2的外接触面和内接触面与外环3和内环1之间产生压应力，当压应力超过楔块2所用材料的许用接触应力3040Mpa【参见（联轴器、离合器设计与应用指南）第230页表8-1】时，楔块2的外接触面和内接触面就会引起破坏并进而导致斜撑式离合器的整体失效。

斜撑式离合器在顺时针方向转动时，楔块2与内环1之间产生相对滑动，内环1相对外环3产生空转，此时楔块2与内环1和外环3之间仅存很小的滑动摩擦力，对楔块2的外接触面和内接触面影响不大。

因此，在楔紧状态下对楔块2外接触面和内接触面的有限元模型建立及修正是改变楔块几何形状参数的一个重要途径。

现有楔块几何形状参数的设计方法依照经验进行设计，需要大量的试验数据以检验斜撑式离合器的各项性能，缺乏有效的分析方法来获得楔块表面局部薄弱区域的具体应力和变形情况，这对改变楔块几何形状参数以及校验或是改进工作带来了一定难度，且通过试验来改变楔块几何形状参数的难度及加工成本带来了一定难度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种斜撑式离合器楔块表面应力的有限元模型建立及修正方法，利用该有限元模型建立可以对斜撑式离合器中楔块表面的应力分布作出评估，依据评估结果对楔块几何形状参数进行修正，通过对楔块几何形状参数的修正可以提高楔块应力集中区域的结构刚度，最终获得更为合理的楔块几何形状参数，进而有效提高斜撑式离合器在楔紧状态下的使用寿命。

为实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种斜撑式离合器楔块表面应力的有限元模型建立及修正方法，该有限元模型建立及修正方法将楔块与外环接触的面称为外接触面，将楔块与内环接触的面称为内接触面，楔块的结构刚度通过几何形状参数体现为：楔块外接触面的曲率半径R₁、楔块内接触面的曲率半径R₂、楔块外接触面的凸度d₁、楔块内接触面的凸度d₂和楔块悬臂梁的倒角半径r；本发明的特征是：

斜撑式离合器楔块表面应力有限元模型建立的基础是楔块处于实际扭转载荷和楔紧状态下，在忽略内保持架、外保持架和弹簧对楔块的相互作用而对楔块、内环和外环进行有限元网格划分，进而建立楔块、内环和外环的有限元模型，再根据所建立的有限元模型来对楔块的几何形状参数进行修正，修正的结果提高了楔块应力集中区域的结构刚度，进而有效提高斜撑式离合器的使用寿命；

Ⅰ、有限元模型建立方法如下：

根据斜撑式离合器中楔块、内环和外环的结构特征、实际扭转载荷和楔紧状态进行有限元网格划分，在进行所述有限元网格划分时应将楔块的有限元网格大小控制在1～5微米范围之内，将内环和外环的有限元网格大小控制在0.1～5毫米范围之内，在所述有限元网格划分后即可建立针对楔块、内环和外环的有限元模型；

上述有限元模型建立的其它设定条件如下：

①设定外环的位移量为0，这样可以确保有限元模型建立是处于刚性支撑状态；

②设定内环施加的是逆时针方向的力矩载荷，所述力矩载荷的大小与实际工作中斜撑式离合器所传递的最大扭矩相等；

③设定楔块外接触面的曲率半径R₁、楔块内接触面的曲率半径R₂、楔块外接触面的凸度d₁、楔块内接触面的凸度d₂和楔块悬臂梁的倒角半径r为某一特定值，这一特定值是指楔块的原始几何形状参数值，或是楔块的设计值；

Ⅱ、有限元模型修正方法如下：

利用ANSYS软件中自带的求解模块对有限元模型中的楔块外接触面和内接触面进行应力分析计算，所述求解模块可以得出楔块外接触面和内接触面的应力集中处并得到精确的应力极值：