輕型車傳動軸總成的有限元分析

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1、輕型車傳動軸總成的有限元分析 輕型車傳動軸總成的有限元分析 2015/04/28 《湖北汽車工業(yè)學院學報》2015年第一期 1軸管和花鍵軸靜力分析 軸管和花鍵軸的材料為40Cr,其彈性模量為210GPa,泊松比為0.3,屈服極限為800MPa。設(shè)計安全系數(shù)要求大于1.5。軸管采用4節(jié)點殼單元,網(wǎng)格尺寸4mm,節(jié)點數(shù)35148個,單元數(shù)35032個?;ㄦI軸采用10節(jié)點四面體和20節(jié)點六面體分網(wǎng),大多數(shù)為六面體網(wǎng)格,網(wǎng)格尺寸為4mm,節(jié)點數(shù)72778個,單元數(shù)21914個

2、,如圖5所示。對軸管和花鍵軸的端面施加扭矩,另端施加固定約束,理論解與有限元數(shù)值解很接近。驗證有限元模型是正確的。 傳動軸軸管為空心圓管,長度l為604mm,外徑D為76mm,厚度t為2.5mm。有限元計算結(jié)果與理論解的對比見表1。有限元解與理論解比較接近,有限元計算的安全系數(shù)?;ㄦI軸最大Mises應力為627.5MPa,發(fā)生在加載端部。這是應力奇異的體現(xiàn),因左端作用扭矩,整個凹槽段的應力分布應較為均勻。凹槽段末端發(fā)生最大Mises應力,其值為443.3MPa,如圖6a所示。計算其安全系數(shù)為。符合設(shè)計要求?;ㄦI軸實心軸段受純剪切,其最大切應力為199.8MPa,如圖6b所示?;ㄦI軸最大周向位

3、移0.336mm,如圖6c所示。該值除以半徑16.25mm得扭轉(zhuǎn)角為0.021rad。 2軸管極限扭矩計算 利用Ansys確定軸管極限扭矩的大致范圍,給結(jié)構(gòu)施加一個稍大的載荷,打開自動荷載步二分法,并進行彈塑性非線性靜力分析,最后計算會因不收斂終止,則倒數(shù)第2個子步對應的就是軸管的極限扭矩[5]。繪制扭矩扭轉(zhuǎn)角曲線至極限載荷時,應呈水平線。軸管采用理想彈塑性模型,理論計算極限扭矩。施加扭矩大小為10000Nm,分成30個子步加載,經(jīng)過計算后,模型在26個子步時不收斂。 讀取25子步結(jié)果,如圖7所示,軸管已經(jīng)全部屈服,TIME為1對應扭矩為10000,TIME為0.978101對應扭矩值為

4、極限載荷9781Nm。選擇一個節(jié)點(8716號),查看軸管的周向位移,位移值除以半徑,得到扭轉(zhuǎn)角,繪制其載荷位移曲線,得到曲線如圖8所示,從曲線上可以看出扭轉(zhuǎn)角隨著扭矩的增大而增大,最后隨著扭轉(zhuǎn)角的增大所需要的扭矩不再改變。有限元確定的極限扭矩與理論解相差較小,證明彈塑性模型正確和確定極限扭矩的方法可行。 3結(jié)論 1)輕型車傳動軸總成的十字軸、軸管、花鍵軸線彈性有限元分析結(jié)果表明滿足設(shè)計要求。2)線彈性和彈塑性的理論計算驗證傳動軸結(jié)構(gòu)各零件的有限元模型正確。3)利用有限元法可較為準確地確定結(jié)構(gòu)的極限載荷。 作者:尹長城馬迅楊強單位:湖北汽車工業(yè)學院汽車工程學院 上一個文章: 柴油轎車在國內(nèi)市場的展望下一個文章: 汽車注塑件典型外觀缺陷分析

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