汽车零部件中双扭弹簧强度分析方法技术

本发明专利技术公开了一种汽车零部件中双扭弹簧强度分析方法，具体步骤如下：1.CAE软件中建立自由状态的双扭弹簧，双扭弹簧的两挂接臂之间建立一个耦合的连接单元；2.输入双扭弹簧材料强度参数；3.获取双扭弹簧驱动臂在自由状态下和极限状态下的间距值；4.根据间距值计算出最大应力值；相比传统分析方法，化繁为简，关注弹簧的起始点位置，采用间距值代替传统方法的张角变化，缩短了产品研发周期，分析结果精确度高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
汽车零部件中双扭弹簧强度分析方法


[0001]本专利技术属于双扭弹簧分析方法领域，尤其是一种汽车零部件中双扭弹簧强度分析方法。

技术介绍

[0002]双扭弹簧作为汽车零部件中传力相关的关键零部件，如今不仅性能要求更高，使用寿命也更长，因此，双扭弹簧需要精细完善的设计。
[0003]如图1、图2、图3、图4和图5所示，离合器踏板主要包括底座1、双扭弹簧2、旋转轴3、踏板4和弹簧安装支架5，双扭弹簧的挂接臂201与底座固定连接，旋转轴安装在底座上，踏板总成4中的踏板臂401与旋转轴连接并能绕旋转轴转动，踏板臂通过弹簧安装支架与双扭弹簧的驱动臂202挂接。
[0004]传统的双扭弹簧强度分析方法：主要是测量自由状态和极限压缩状态双扭弹簧的张角变化值，通过公式和表格计算最大应力。双扭弹簧的运动过程为：压缩
‑‑
旋转
‑‑
扩张，实现整个运动过程需要旋转轴、弹簧安装支架等零件的配合，配合的零件会影响双扭弹簧的分析结果；因此，在设计的产品中对双扭弹簧强度进行分析，存在分析结果不准确的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了汽车零部件中双扭弹簧强度分析方法，目的是为了解决传统分析方法存在周期长及分析结果不准确的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：汽车零部件中双扭弹簧强度分析方法，具体步骤如下：第一步：CAE软件中建立自由状态的双扭弹簧，双扭弹簧的两挂接臂之间建立一个耦合的连接单元；第二步：CAE软件中输入双扭弹簧材料强度参数；第三步：对双扭弹簧施加位移边界条件，约束连接单元的五个自由度，使得双扭弹簧的两挂接臂能绕双扭弹簧中心轴转动，挂接臂转动至极限位置；CAE软件测量出双扭弹簧驱动臂在自由状态下和极限状态下的间距值；第四步：根据测得的间距值计算出双扭弹簧最大应力值，用最大应力值对比材料的抗拉强度值，如果低于抗拉强度值，说明双扭弹簧不会发生断裂，满足性能要求。
[0007]对上述技术方案进一步地限定，所述第二步中，材料强度参数包括：弹性模量、泊松比、密度、屈服强度、抗拉强度。
[0008]对上述技术方案进一步地限定，所述第四步中，双扭弹簧最大应力值计算公式是：胡克定律F=KX，F:外力载荷，K：材料的刚度，X：压缩量。
[0009]对上述技术方案进一步地限定，所述第四步中，材料抗拉强度值计算公式是：K=1/ρ=M/EI
｀
，K：代表曲率,ρ：中性层的曲率半径, M：材料弯矩，EI：代表抗弯刚度；其中，E：材料
的弹性模量，I：结构的惯性矩。
[0010]本专利技术有益效果：1）该CAE分析方法简便好用，计算效率高：传统分析方法是在产品中对双扭弹簧进行分析，本专利技术采用CAE软件仅需要分析双扭弹簧本身的应力，简化了分析方法，节省了传统方法需要计算、查表的繁琐步骤，使得弹簧设计周期大为缩短，设计效率大大提升；2）该分析方法精确度高：CAE软件能够完整的模拟双扭弹簧的全行程运动，通过最贴近实际使用状态的压缩模式来测试；双扭弹簧的压缩
‑‑
旋转
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扩张全行程简化为驱动臂位移量，考虑了弹簧的极限压缩量，无需查表，得到的分析结论优于传统分析方法，精确度高，与试验结果贴合度更高。
附图说明
[0011]图1是
技术介绍
中离合器踏板主视图。
[0012]图2是图1的左视图。
[0013]图3是图2中弹簧安装支架与双扭弹簧的连接结构图。
[0014]图4是
技术介绍
中离合器踏板中的双扭弹簧结构图。
[0015]图5是本专利技术中耦合状态的双扭弹簧结构图。
[0016]图6是本专利技术中自由状态和极限状态下双扭弹簧结构图。
[0017]图7是本专利技术中双扭弹簧最大应力值计算公式。
[0018]图8是本专利技术中材料抗拉强度值计算公式。
具体实施方式
[0019]汽车零部件中双扭弹簧强度分析方法，具体步骤如下：第一步：获取双扭弹簧的尺寸数据和结构图，CAE软件中建立自由状态的双扭弹簧，双扭弹簧的两挂接臂201之间建立一个耦合的连接单元203，连接单元能实现两挂接臂同步转动，提高后续分析结果的准确性，如图5所示；第二步：CAE软件中输入双扭弹簧材料强度参数；所述第二步中，材料强度参数包括：弹性模量、泊松比、密度、屈服强度、抗拉强度；材料的力学性能参数，有国标规定的性能参考范围值，一般由原材料厂商提供，零部件加工企业也会自己抽样进行试验，测试材料的性能是否满足国标要求;第三步：对双扭弹簧施加位移边界条件，约束连接单元的五个自由度，使得双扭弹簧的两挂接臂仅能绕双扭弹簧中心轴转动，挂接臂转动至极限位置处, 同时，双扭弹簧的驱动臂发生位移；在产品中，双扭弹簧中心轴可以理解为旋转轴，即双扭弹簧的两挂接臂能绕旋转轴转动，这样能贴近实际使用状态；CAE软件测量出双扭弹簧驱动臂202在自由状态下和极限状态下的间距值A，间距值即为弹簧的极限压缩量；如图6所示，图中的实线部分为自由状态的双扭弹簧，点画线部分为极限状态的双扭弹簧；第四步：根据测得的间距值计算出双扭弹簧最大应力值，用最大应力值对比材料的抗拉强度值，如果低于抗拉强度值，说明双扭弹簧不会发生断裂，满足性能要求；如图7所述，所述第四步中，双扭弹簧最大应力值计算公式是：胡克定律F=KX，F:外力载荷，K：材料的刚度，X：极限压缩量是指间距值；如图8所述，所述第四步中，材料抗拉强度值计算公式是：K=1/ρ=M/EI
｀
，K：代表曲
率,ρ：中性层的曲率半径, M：材料弯矩，EI：代表抗弯刚度；其中，E：材料的弹性模量，I：结构的惯性矩；根据结构的不同形状，有相应的惯性矩公式，比如本方法涉及到的圆形截面，则I=πD
4 /64，其中，D为直径；所述第四步中的两个公式都在CAE软件中内置，在分析中无需再设置，求解时候软件自动调用。
[0020]本专利技术专利的CAE分析方法是简化掉双扭弹簧需要其它零件的配合，将双扭弹簧的扭转角变化转为驱动臂的位移量变化值，从而将扭簧的压缩
‑‑
旋转
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扩展整个运动行程简化为驱动臂的位移变化值，将公式难以考量的曲线行程变为两点间直线距离，在CAE软件中方便的模拟扭簧变形过程。
[0021]该分析方法与传统方法相比，化繁为简，不关注弹簧的运动过程，关注弹簧的起始点位置，并且使用驱动臂的位移值变化来代替传统方法的张角变化，省却了传统计算方法需要测量弹簧运动过程中角度的来回变化的巨大工作量；同时计算效率高，无需查表对照经验公式，节省了设计人力成本。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.汽车零部件中双扭弹簧强度分析方法，具体步骤如下：第一步：CAE软件中建立自由状态的双扭弹簧，双扭弹簧的两挂接臂之间建立一个耦合的连接单元；第二步：CAE软件中输入双扭弹簧材料强度参数；第三步：对双扭弹簧施加位移边界条件，约束连接单元的五个自由度，使得双扭弹簧的两挂接臂能绕双扭弹簧中心轴转动，挂接臂转动至极限位置；CAE软件测量出双扭弹簧驱动臂在自由状态下和极限状态下的间距值；第四步：根据测得的间距值计算出双扭弹簧最大应力值，用最大应力值对比材料的抗拉强度值，如果低于抗拉强度值，说明双扭弹簧不会发生断裂，满足性能要求。2.根据权利要求1所述汽车零部件中双扭弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐涛，张波，杨进斌，田立胜，王佩瑶，杨启民，汪科，汪清华，
申请(专利权)人：东风十堰车身部件有限责任公司，
类型：发明
国别省市：