研究生课程（论文类）试卷汽车弹簧
2014/2015学年第 2 学期
课程名称：    车辆动态设计基础             
课程代码：      14000018                 
论文题目：  离合器膜片弹簧的自由模态分析                           
学生姓名：                           
专业﹑学号：                     
学院：      机械工程学院               
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日期： 年 月 日
课程（论文）题目：离合器膜片弹簧的自由模态分析
摘要：本文利用CATIA建立汽车离合器膜片弹簧的三维模型，再导入ANSYS Workbench进行自由模态分析，得到膜片弹簧的前15阶固有频率和模态振型，为分析结构的动力学响应和其他动力学问题提供理论依据。根据分析结果，膜片弹簧不会与发动机发生共振。
关键词：膜片弹簧，CATIA，ANSYS Workbench，自由模态分析
1、概论
离合器膜片弹簧工作性能的优劣直接影响着整个离合器的工作状况和整车传动系统的使用寿命。膜片弹簧作为机械结构件，首先应该保证它的结构强度，因此在离合器设计中对膜片弹簧进行模态分析是非常有必要的。
模态分析(Modal Analysis)亦即自由振动分析，是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报、结构动力特性的优化设计提供依据。
二、膜片弹簧三维建模
本文使用CATIA进行膜片弹簧的建模，建模过程如下：
（1）草绘膜片弹簧旋转体的截面图。
图1 膜片弹簧草绘截面图
（2）旋转得到膜片弹簧圆盘结构
图2 膜片弹簧圆盘
（3）草绘切槽的形状，如下：
图3 切槽草绘图
（4）阵列切槽，得到膜片弹簧模型，如下：
图4 膜片弹簧模型
（5）另存为mo_pian_del，方面导入ANSYS Workbench。
三、膜片弹簧自由模态分析
（1）如图5所示启动workbench并建立modal模块，
图5 modal模块
（2）双击Engineering Data，新建材料。膜片弹簧料为60Si2MnA，弹性模量为2.06e11，泊松比为0.3，密度为7850kg/m3。设置图如图6所示。
图6 材料设置图
（3）右击Geometry，选择import Geometry，选择mo_pian_del.
（4）右击model，左击edit，点击SOL1，将材料设置为60Si2MnA。如图7所示。
图7 材料选择
（5）右击Mesh，左击Generate Mesh使用自动划分网格功能生成网格，效果如图8所示。
图8 网格划分
（6）点击Analysis Settings，将模态数改为12如图9所示。
图9 模态数设置
（7）右击Solution，选择insert，选择deformation，选择Total。
（8）点击Solve，生成自由模态图。
(9)前6阶为模型的刚体模态，本文略去介绍，只考虑第7～12阶的弹性体模态。12阶的模态振型如图10所示，实验数据如图11所示。
图10 12阶的模态振型
图11 实验数据
4、分析结论
通过实验数据分析，就可以得出以下结论：由于膜片弹簧的振动激励主要来自发动机，而发动机的最高扭矩转速和最大功率转速分别为3500rpm和5600rpm，对应的频率为58.33Hz、93.33Hz，因此，均不会与膜片弹簧产生共振。
参看文献：
[1] 徐石安，江发潮．汽车离合器[M]．北京：清华大学出版社，2005．
[2] 杨橙．汽车离合器膜片弹簧的有限元分析[J]．机电技术，2009（1）．
[3] 刘从权，陈照忠．汽车离合器膜片弹簧有限元分析[J]．农业装备与车辆工程，2011，（11）.