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车辆传动轴的强度分析与方案改进

时间:2015-10-28 21:16 所属行业:汽车、车辆、方案改进、强度分析

方案改进
    车辆传动轴是货车传动系统中的关键零部件,具有传递功率大,所受载荷高等特点,在传动过程中受到较大扭矩,产生较大变形和应力。国内外研究者对传动轴的振动特性,抗冲力能力,热处理等做了相关研究,对传动轴承载能力提出了一些理论依据,总结出相关结论。
    但是在使用过程中,存在着轴承因摩擦生热导致十字轴与叉头烧坏失效,零部件在应力集中处断裂等情况。同时传动轴结构笨重,存在轻量化的可能。因此针对大型车辆的传动轴总成强度进行分析计算,提出了具体改进方案。
1、有限元模型
    由于两端万向节结构不同,载荷不对称,需要对整个传动轴进行亚洲城88。根据实际受载情况和简化分析模型的需要,作如下假设:
    (1)简化轴承模型,将滚针与轴承考虑为一个整体,只关心轴承外圈与叉头之间的应力关系。
    (2)忽略一些不重要和受力较小的局部区域,如凸缘叉底盘端而齿等。
    (3)简化花键部分,将花键轴叉和花键套之间设定为两个曲面的刚性连接,在他们之间建立绑定约束。
    根据低速档车速,在凸缘叉的底盘上施加10102 N.m的扭矩,另一个凸缘叉底盘上施加全约束。
    采用四面体实体单元对叉头进行有限元网格划分,六面体实体单元对十字轴、轴承、轴管、花键套进行有限元网格划分。将叉头与轴叉、十字轴与轴承接触区域的网格细化,以便更精确的得到他们之间的接触应力。调整网格后共计136265个单元,142817个节点。
2、传动轴亚洲城88计算
    对上述模型进行亚洲城88,得到低速档时的传动轴等效应力和综合位移云图。
    由分析结果可知,在低速档时,十字轴、花键轴叉的安全系数较低,分别为1.24和1.37,其它在1.5以上;它们的综合位移也较大。十字轴和花键轴叉最大应力出现在各自的倒圆角处,原因是由于形状突变引起的应力集中;凸缘叉最大应力出现在螺钉连接处,原因也是螺钉连接产生的应力集中。同时凸缘叉和花键轴叉与轴承配合部分最大应力值与万向节叉相同。
3、结构优化及亚洲城88
    通过上面的分析可知,需要改善轴承受力情况,于是提出以下两种改进方案:a)改变叉头结构,增加其与轴承的接触面而积;b)增加十字轴长度,释放轴承与叉头的应力集中,将应力集中到十字轴上,均衡应力场。
    根据这两种改进方案,计算结果可以得出,随着接触面积的增加,叉头和轴承的最大综合应力呈二次关系减小,十字轴最大应力变化不大。而将十字轴加长时,叉头和轴承的应力分别减小20%和15%左右,而十字轴的应力增大20%左右。根据分析可知,增加十字轴长度效果较好,但需要改动所有零部件,会增加成本,而且十字轴安全系数将至非常低,故采用增加接触面积的方案。
4、总结
    a)对传动轴总成进行有限元计算,得到各零部件的应力和变形情况。对其万向节系统做了研究,得到了接触面积对轴承影响的规律,得出在不干涉的情况下以接触而积达到80%以上为最合适的结论。b)综合各个因素,对传动轴的各零部件进行了结构改进,减少了原产品的应力集中,同时减少了非应力集中区域的材料,使各零部件结构更加合理。结构改进后传动轴在减轻重量的同时提高了性能,具有重要的参考价值。

                                                                                  专业从事机械产品设计│亚洲城88│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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