膜片弹簧离合器基本特性的仿真研究文献综述

 2022-05-12 08:05

国外研究人员在技术水平有限的情况下,对汽车离合器及其零件进行力学计算。提出著名的铁摩幸柯假设进而推导为阿尔曼-拉斯路公式,为研究膜片弹簧的力学特性提供了计算方法,并且与实验结果相似。伴随技术水平的提升,开始采用数值仿真的方法对机械零件进行研究,一些研究人员也开始用此方法对离合器的分离特性、扭转特性进行仿真研究。有限元仿真技术运用范围非常广泛,一些国内研究人员对离合器盖总成、从动盘总成、膜片弹簧也分别进行特性研究。并且针对不同类型的发动机和车辆上的膜片弹簧离合器,建立静态与动态仿真模型进行研究与分析。

一、国外研究概况

国外对于汽车离合器系统做了许多的研究与探索,但是相对的资料与文献却较少。从目前能够查阅到的资料来看,对汽车离合器膜片弹簧在接合、分离状态下的力学特性进行分析与探索,并分析离合器工作过程中影响其接合性能的因素[1]。一些学者提出利用多体系统动力学对机械产品进行设计与研究,并利用计算机辅助软件[2~3]对离合器进行建模与力学分析。但是对汽车离合器力学特性的仿真研究还是很少。

自二十世纪初,各国的学者对膜片弹簧的力学计算做了很多的研究与分析。1930年,美国斯坦福大学教授对碟形弹簧的研究提出了著名的铁摩幸柯假设[4]。一位美国工程师在铁摩幸柯假设的基础上进行演算推导出了著名的阿尔曼-拉斯路公式,简称简称A-L公式。A-L公式是对碟形弹簧进行了假设,然后用板壳理论的基本公式推导得到了近似解,这种方法虽然简化了一些计算过程,但是实验结果基本一致。膜片弹簧属于碟形弹簧其中的一种,所以之后对膜片弹簧特性的研究也采用了这种方法,但计算出的结果与实验结果产生了一定的误差,为了减小这种误差,国外的研究人员开始对膜片弹簧的计算方法进行更深入的研究与分析。

1993年,国外研究人员Segel[5]在其学术论文发表会议上对汽车系统的动力学分析与发展做了较为全面的总结与探讨,并对汽车系统及其零部件在力学方面的研究提出未来的发展。对此提高了很多国外研究人员和企业对汽车离合器的关注度。伴随技术水平的上升,带动了一些研究人员对汽车系统和其零部件在力学方面的研究,也发布了很多相关的文献。

由于计算机技术水平的约束,采用数值仿真的方法研究汽车离合器受到了限制,直到20世纪80~90年代开始推广运用多体系统动力学技术。在1994年国外的研究人员提出研究多体系统动力学与运动学所面临的困难[6],之后西方的一些发达国家开展对技术的研究,并且伴随着技术水平的提高,多体系统运动学与数值仿真技术开始广泛应用与各种的机械产品的研究与设计中。

2000年,Gaillard[7]未采用数值仿真,只对汽车离合器中的阻尼器进行了动力学分析。2001年,Centea[8]主要在汽车离合器结合过程中对汽车离合器系统的扭转振动现象进行非线性多体系统动力学分析,通过建立非线性多体动力学模型,提出材料、几何模型、力等因素影响离合器系统扭转振动性能。2012年Cappetti[9]等对离合器中波形弹簧片的载荷与位移特性在不同的温度下进行仿真研究与分析,并研究了其对离合器的接合特性、扭转特性等的影响,为之后的研究人员提供了参考。

2015年,Xi jun qiang[10]等在研究缓冲弹簧轴向刚度和膜片弹簧载荷挠度的基础上,建立膜片弹簧离合器的静态模型并进行仿真研究与分析,在考虑温度和摩擦的情况下,得出分离轴承的位移改变了压力板上的法向力。这种模型可以应用于汽车的起动过程中,可以大大提升汽车的起动性能。

2017年,Hui Jin[11]等以AMT汽车为例,根据膜片弹簧离合器的工作原理和摩擦学的基本原理建立了离合器的数学模型并进行仿真研究与分析,将此模型与CarSim软件的模型进行比较。得出该模型更能够准确的模拟离合器的动态工作特性与接合特性。

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