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差速器壳体装配强度的有限元分析

发布于:2016-01-30 20:41
有限元分析

      零件在工作环境下的力学性能是设计人员所关注的重点,然而某些零件可能在没有进入工作状态前,由于装配环境恶劣而产生破损甚至破坏,从而影响零件的使用寿命和装配成功率。因此,对一些装配工况恶劣的零件进行强度校核很有必要。
      汽车差速器是驱动轿的主件,其作用就是在向两边半轴传递动力的同时,允许两边半轴以不同的转速旋转,满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶,减少轮胎与地面的摩擦。
      采用有限元分析对差速器壳体进行数值分析,为了获得较高的计算精度,对该壳体采用二阶的10节点四面体和较精细的网格进行离散。分析的差速器壳体的几何模型、有限元模型如图所示。模型包含单元数目为94963,节点数目为170933。有限元模型的前处理采用HyperMesh来完成,求解器使用MSC.Nastran,采用MSC.Patran进行后处理。壳体材料型号为QT500-7,弹性模量为140~154 GPa,密度为7.2×10-6kg/mm3,泊松比为0.3,屈服极限为320 MPa,强度极限为500 MPa。在装配过程中,用夹具夹住差速器壳体的面A和面B两侧,顶面C固定,由底面施加压力进入装配位置。
      为了充分考虑该过程中差速器壳体的受力情况,本次计算分别以2种工况(夹紧、装配)进行。其中夹紧工况模拟夹具夹紧壳体,即约束面A与面B对应方向(x轴方向)的平动自由度,并在面B施加面压力,以此确定夹具施加的夹紧力取值范围。装配工况模拟壳体被夹紧,顶部被支撑且底部受压的装配工况,即约束面A和面B的3个自由度以及顶面C与底面D对应方向上的平动自由度(z轴方向),在底面D上施加面压力,以确定装配时壳体底部所能施加的极限载荷。
      在上述边界条件下通过NASTRAN进行试算,使用PATRAN观察其计算结果,得到2个工况下差速器壳体的应力分布云图,如图所示。其中夹紧工况下侧面压力为100 MPa,最大应力值为318 MPa,装配工况下底面压力为130 MPa,最大应力值为490 MPa。
      由计算可以得到2种工况下差速器壳体应力水平接近强度极限时的各个承载面的压力值,由该压力值与各承压面的有效承压面积,可得到各工况下各面的载荷值和安全裕度。
      通常一般工程机械承受静态载荷时的安全系数要求:ns=1.5~2.0,nb=2.0~5.0。显然上述计算值远没有达到规定的安全裕度。由于本次分析对材料的屈服极限和强度极限取的是下限,因此计算结果偏于保守,为获得可靠的荷载范围,还需进行计算。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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