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含柔性元件和复杂接触的阻尼器动力学仿真与分析

DynamicSimulationandAnalysisofDamperwith

FlexibleComponentsandComplexContact

谢继鹏

南京理工大学

摘要:阻尼器在工业生产中广泛应用，针对摩擦损耗后阻尼力变化的问题，提出利用碟形弹

簧非线性特性获得稳定的阻尼力的设计方法，由于该新开发的阻尼器含有柔性大变形的非

线性弹性碟形弹簧和复杂接触碰撞关系，使用多体动力学软件Simpack并结合阻尼器结构

设计思想和碟形弹簧工作点设置等方法建立了阻尼器的动力学模型。通过该多体动力学模

型完成了碟形弹簧的碟簧大端加载过程、碟形弹簧的分离指指尖加载过程和转动摩擦过程

的多时序过程分析，获得了碟形弹簧的受力过程以及摩擦转矩和转角的关系。通过多体动

力学软件Simpack的使用验证了设计思想的正确性并提高了产品开发的进程。

关键词:摩擦式阻尼器，刚柔耦合，多边形接触模型，Simpack

1.引言

摩擦式阻尼器具有稳定的阻尼力因此在工业产品中被广泛使用，摩擦阻尼力与摩擦面

所受到的法向载荷紧密相关，在结构中设置法向预载荷用于获得稳定的摩擦阻尼力，而产

品在长期使用后随着摩擦面的磨损使得预载荷出现变化直接影响到产品的阻尼力稳定性，

因此提出一种新型的摩擦式阻尼结构，利用碟型弹簧在一定变形量内较稳定的弹性特性为

阻尼器提供法向预载荷，同时碟型弹簧的变形量对摩擦片的磨损量可进行自动补偿。由于

碟形弹簧的弹性特性与诸多结构参数相关，常规理论计算存在较大的误差，且由于安装状

态和工作状态的碟型弹簧均处于弹性大变形状态下，结构中存在多个复杂接触面和时序动

作，因此本文采用具有刚柔耦合和复杂接触功能的高效多体系统动力学Simpack软件来快

速开发和验证该新型阻尼器的动力学特性。

2.基于开槽碟形弹簧的摩擦式阻尼器的结构及功能

2.1摩擦式阻尼器的结构

新开发的摩擦式阻尼器结构包含碟形弹簧装配部件和摩擦盘装配部件，如图1所示，

结构装配与工作包含碟形弹簧的碟簧大端加载、开槽碟形弹簧的分离指指尖加载和转盘摩

擦转动等时序过程。

碟形弹簧装配部件包含压环、上支承环、开槽碟形弹簧、下支承环、上安装盘、固定

螺钉等结构，开槽碟形弹簧包括碟簧和分离指两部分，碟簧位于压环和上安装盘之间，支

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撑点设置于碟簧小端处通过上、下支承环实现支撑，自由状态下的开槽碟形弹簧呈倒锥

状，压环通过固定螺钉将碟簧大端下压，分离指由朝下指向转为水平指向，实现了碟形弹

簧的碟簧大端加载过程，此时开槽碟形弹簧处于初始安装状态；摩擦盘装配部件包含上摩

擦片、转盘、连杆、转轴、下摩擦片、下安装盘等结构，转盘位于上、下摩擦片之间，转

轴将三者固定于下安装盘上，碟形弹簧装配部件和摩擦盘装配部件通过上安装盘与下安装

盘的卡扣接口实现锁止，锁止过程中上摩擦片上端与分离指指尖接触并将分离指由水平指

向强推至朝上指向，从而实现分离指指尖加载过程，此时分离指上的弹性作用力均匀地作

用于上摩擦片上端为转盘的上、下接触面提供了法向载荷，开槽碟形弹簧进入工作状态；

当转盘在上、下摩擦片之间转动时产生摩擦阻尼力。

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图1工作状态下的摩擦式阻尼器结构图

1-固定螺钉，2-开槽碟形弹簧，3压环，4-转轴，5-上安装盘，6-下支承环，7-上支承环，

8-上摩擦片9-下摩擦片，10-转盘，11-下安装盘

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