變速器殼體強(qiáng)度分析

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1、1變速器殼體強(qiáng)度分析4．1變速器箱體的有限元結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算分析變速器箱體是變速器系統(tǒng)的主要組成部分，在齒輪傳動(dòng)過(guò)程中，箱體承受較大的載荷并產(chǎn)生較大的變形和應(yīng)力。變速器的各軸均通過(guò)軸承支撐在箱體上，因此箱體的受力變形對(duì)變速器工作的可靠性和壽命有較大的影響。本節(jié)著重研究了變速器箱體的實(shí)體建模及有限元結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析。4．1．1變速器箱體三維實(shí)體模型的建立M5ZRI的箱體分為前箱體后箱體兩個(gè)部分由8個(gè)螺栓連接，為鑄鋁件，其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，外形不規(guī)則，尤其是前箱體的鐘型罩部分是由大量的曲面構(gòu)成。建模工作中使用大型CAD軟件uG進(jìn)行了箱體的三維實(shí)體建模，分別建立了前后兩個(gè)箱體后再將其裝配

2、到一起。建立的箱體實(shí)體模型如圖4一l：圖4一l變速器箱體的實(shí)體模型從上圖可以看出該實(shí)體模型十分復(fù)雜，直接導(dǎo)入ANSYS并劃分網(wǎng)格十分困難，并且由于鑄造結(jié)構(gòu)的大量小過(guò)渡圓角等結(jié)構(gòu)的存在將使有限元分析的規(guī)模過(guò)大以至計(jì)算機(jī)難以承受。因此在不影響分析精度的前提下，必須對(duì)這個(gè)實(shí)體進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到的簡(jiǎn)化模型參見圖3—9。4．1．2變速器箱體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析有限元模型的建立變速器箱體的有限元分析使用了通用有限元分析軟件ANSYS。箱體有限元強(qiáng)度分析采用與了上文有限元模態(tài)分析同樣的方法建立有限元模型，即在0G的結(jié)構(gòu)分析Structure模塊中進(jìn)行有限元模型的分網(wǎng)加載等前處理，利用inp命令流

3、文件導(dǎo)入ANSYS，使用ANSYS的求解器求解并進(jìn)行后處理。一、網(wǎng)格劃分單元類型及材料屬性的確定在UG的Structure結(jié)構(gòu)分析模塊中首先設(shè)定有限元模型使用ANSYS格式，設(shè)定網(wǎng)格劃分類型為自動(dòng)四面體網(wǎng)格劃分。對(duì)于比較復(fù)雜的模型，使用二次單元通常會(huì)比線性單元的求解效率高且產(chǎn)生良好的效果，因此單元類型使用了SOLID92，為3-D固體結(jié)構(gòu)二次單元，每個(gè)單元有l(wèi)O個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上有x，Y，zZ個(gè)方向上的平移自由度，此單元可以應(yīng)用于彈塑性、大變形及大應(yīng)變分析，與線性的實(shí)體單元SOLID45相比，SOLl992更適用于不規(guī)則的實(shí)體模型網(wǎng)格劃分。變速器箱體采用的材料是鑄鋁AD

4、Cl2，主要用來(lái)制造變速器箱體，氣缸體缸蓋等。其材料特性為：彈性模量70GPa，泊松比O．32，密度2．8×105Kg／m3，抗拉強(qiáng)度a．=329MPa。根據(jù)材料的性能，對(duì)材料屬性設(shè)置項(xiàng)進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)定。二、變速器箱體模型的網(wǎng)格劃分及加載、約束條件的確定如上文所述在uG的Structure模塊中采用自動(dòng)四面體網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格密度的控制根據(jù)計(jì)算規(guī)模的大小及變速箱簡(jiǎn)化模型的幾何尺寸，經(jīng)過(guò)幾次試算確定了較為合理的網(wǎng)格密度，確定全局單元尺寸為8．0，網(wǎng)格擴(kuò)展因子設(shè)定為1．0。變速箱實(shí)體模型劃分為147639個(gè)節(jié)點(diǎn)78525個(gè)單元，在uG中劃分的網(wǎng)格及導(dǎo)XANSYS后的網(wǎng)格模型見下

5、圖4—2。將有限元網(wǎng)格模型與變速箱簡(jiǎn)化實(shí)體模型對(duì)比，可以看出網(wǎng)格模型能準(zhǔn)確的反映實(shí)體模型的特征，可見劃分較為精確。uG中劃分網(wǎng)格的實(shí)體模型導(dǎo)入ANSY$獲得的有限元模型圖4—2變速器箱體的有限元模型網(wǎng)格模型建立后進(jìn)行模型的約束及加載。由于變速器箱體所受的載荷主要是齒輪傳動(dòng)引起的眾多軸承載荷，以及箱體自身的重量，箱體自身的重量ANSYS程序能夠自動(dòng)計(jì)算，而各軸承載荷通過(guò)軸承外圈作用在箱體上，將其作為箱體軸承支撐圓柱面上的法向均布面載荷來(lái)處理。變速器箱體的邊界約束條件則是按變速器的實(shí)際安裝狀態(tài)，將后箱體輸出端的支撐座處以及前箱體裙部的安裝面這兩處單元各節(jié)點(diǎn)的三個(gè)平動(dòng)自由度U

6、，、U，、u。約束為O。由于導(dǎo)入ANSYS后的有限元模型各加載面上單元數(shù)量眾多，而導(dǎo)入的有限元模型不包含實(shí)體的點(diǎn)線面特征，加載比較困難，因此所有的加載與約束均在uG的Structure模塊中進(jìn)行，然后通過(guò)in口命令流文件導(dǎo)入ANSYS。根據(jù)變速器的輸入扭矩以及五檔傳動(dòng)比和齒輪的基本參數(shù)計(jì)算得到箱體各軸支撐軸承處所受載荷如下：一軸支撐軸承處軸向力F。-3420N；徑向力F，=2652N；切向力F：=6433N。徑向力和軸向力均按照各自的方向作用在軸承支撐處相應(yīng)的半圓柱面上，而軸向力根據(jù)實(shí)際安裝情況，是通過(guò)軸承卡環(huán)作用在一個(gè)圓環(huán)面上，該受力面在簡(jiǎn)化處理模型時(shí)己經(jīng)做出，加載在

7、其上即可。二軸施加給箱體的力主要是后端的雙列角接觸球軸承處三個(gè)方向的力和后端輔助支撐軸承處的兩個(gè)方向的力：角接觸球軸承處軸向力F，=3379N；徑向力F，=1071N；切向力E=3000N。徑向力和軸向力均按照各自的方向作用在軸承支撐處相應(yīng)的半圓柱面上，而軸向力根據(jù)實(shí)際安裝情況，通過(guò)軸承卡環(huán)作用在前箱體上軸承安裝位置的沉孔圓環(huán)面E。輔助支撐軸承處徑向力F，=132lN；切向力F。=3699N按照各自的方向作用在軸承支撐處相應(yīng)的半圓柱面上。中間軸前端支撐軸承處軸向力F，：7941N；徑向力F，=2268N；切向力F：=5775N。徑向力和軸