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鎂合金汽車(chē)變速箱殼體的強(qiáng)度分析

發(fā)布于:2016-04-05 18:47
強(qiáng)度分析

      鎂合金作為工業(yè)產(chǎn)品中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,又具有比較好的回收性能,在汽車(chē)減重、性能改善和環(huán)保中日益得到工業(yè)界重視。目前,鎂合金以壓鑄件的形式在汽車(chē)零部件中得到了應(yīng)用,如鎂合金變速箱殼體、輪毅等。某汽車(chē)公司采用鎂合金變速箱殼體代替鋁合金殼體,為盡可能利用原模具結(jié)構(gòu),降低設(shè)計(jì)成本,需要對(duì)在相同結(jié)構(gòu)下采用鎂合金后的殼體進(jìn)行強(qiáng)度分析。本研究采用有限元軟件對(duì)殼體進(jìn)行建模,并劃分有限元網(wǎng)格。選取啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)的載荷為計(jì)算工況,在MARC軟件中建立該殼體有限元力學(xué)模型,對(duì)變速箱殼體進(jìn)行載荷分析,分析了殼體的受力情況。隨后,針對(duì)變速箱殼體強(qiáng)度薄弱部位,對(duì)局部結(jié)構(gòu)改進(jìn)提出了建議。
      變速箱殼體擬采用型號(hào)為AZ91D的鎂合金,其彈性模量為45GPa,泊松比為0.35,體密度為1.8g/cm3。抗拉強(qiáng)度為200MPa,屈服強(qiáng)度為120MPa,疲勞強(qiáng)度為75MPa。變速箱輸入轉(zhuǎn)矩為74N.m,標(biāo)定轉(zhuǎn)速為3500r/min,最大轉(zhuǎn)速為5000r/min。根據(jù)變速箱受力情況,在變速箱懸掛螺紋孔處施加位移邊界條件,則變速箱所受外力為其自重和由于牽引所引起的力。根據(jù)汽車(chē)?yán)碚,?dāng)變速箱位于一檔即起步檔位置時(shí),所受到的牽引力最大,所以選取一檔時(shí)變速箱殼體所受外力作為外載荷。
      變速箱在工作過(guò)程中,受力是通過(guò)軸承與殼體相接觸來(lái)傳遞的,故分析殼體的受力情況,先要分析軸承的受力情況。為了計(jì)算出變速箱殼體內(nèi)所受的力,須先得到變速箱內(nèi)各齒輪對(duì)間的力,這些力通過(guò)齒輪和齒輪軸傳到軸承上,再由軸承傳到殼體上。齒輪之間有徑向力、周向力和軸向力,其計(jì)算公式分別為式中:T為扭矩,d為分度圓直徑,F(xiàn)為周向力,F(xiàn)Y為徑向力,F(xiàn)a為軸向力,a為分度圓上的壓力角,R為分度圓上的螺旋角。這三種力只有徑向力的方向和齒輪軸線垂直,而周向力可以分解為一個(gè)力矩和一個(gè)作用在齒輪軸線上并和齒輪軸線相垂直的力,因此可得到一個(gè)作用在齒輪軸線上的徑向合生支反力。由于軸承采用向心球軸承,主要承受徑向載荷,可忽略軸向因素的影響,因此只分析徑向力的影響。變速箱一軸和二軸及中間軸的軸承支反力根據(jù)材料力學(xué)不難求出,6個(gè)軸承孔處的支撐反力結(jié)果如表所示。
      變速箱殼體采用UG進(jìn)行造型。由于殼體形狀非常復(fù)雜,并且受力不均勻,因此取其整體作為分析對(duì)象,并將部分與材料強(qiáng)度無(wú)關(guān)的結(jié)構(gòu)(如倒角、螺紋孔等),進(jìn)行拉直,填平等結(jié)構(gòu)上的簡(jiǎn)化。將殼體劃分為四面體單元,外形網(wǎng)格如圖所示,該模型共有40813個(gè)節(jié)點(diǎn),149420個(gè)單元。分析計(jì)算及后處理采用軟件MARC Mentat進(jìn)行。軸受力時(shí),力經(jīng)過(guò)R軸承傳遞到殼體上。當(dāng)殼體的有限元模型建立好以后,這些力以節(jié)點(diǎn)力的形式施加。由于軸承與軸及殼體是通過(guò)過(guò)盈配合連接的,軸作用到軸承上的集中力F通過(guò)軸承作用到殼體上就轉(zhuǎn)換為沿殼體圓周的分布力Rp,R1,R2,...Rn,載荷F在包角范圍內(nèi)可假定按余弦分布。


                                                                                  專(zhuān)業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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