基于CAE分析的微卡后橋主減殼優化設計

張翠

(安徽江淮汽車股份有限公司 ，安徽合肥 230601)

基于CAE分析的微卡后橋主減殼優化設計

張翠

(安徽江淮汽車股份有限公司 ，安徽合肥 230601)

介紹基于CAE分析的一種微卡后橋主減速器殼體的優化設計。運用Patran建立該主減速器殼體的有限元分析模型，并通過Romax施加載荷，通過仿真分析對主減速器殼體強度、剛度進行評估，并進行優化設計，為后期新車型開發時后橋主減速器殼體的設計提供了參考。

CAE分析；主減速器殼體；優化設計

0 引言

有限元法是一種現代化的機構設計計算方法，在一定的前提條件下，它可以計算各種機械零件的強度，表征任何部位的應力和變形。以主減速器殼體為研究對象，用有限元方法計算極限工況下主減速器殼體的應力和變形，通過優化結構實現主減速器殼體的優化設計，并對優化前后主減速器殼體仿真結果進行比較分析。

1 主減速器殼體功能

主減速器殼體是主減速器的座艙，提供對主減速器的支承、防護，主要是對主動齒輪和被動齒輪起支承作用，同時在汽車啟動或倒車的過程中承受傳動軸、車架和道路傳遞的載荷及扭轉力矩。主減速器殼體根據主動齒輪的支承形式及安置方式的不同，分為懸臂式和騎馬式兩種。

(1)懸臂式

懸臂式是指主動齒輪以其輪齒大端的一側軸頸懸臂式地支承于一對軸承上。為了增強主減速器殼體的支承剛度，應使兩軸承中心間的距離比齒輪齒面寬中點的懸臂長度大2 倍以上。

(2)騎馬式

騎馬式是指齒輪前后兩端的軸頸均以軸承支承，故又稱為兩端支承。騎馬式支承使支承剛度大為增加，使齒輪在載荷作用下的變形大為減小。

文中以騎馬式主減速器殼體為研究對象，根據該主減速器殼體結構的特點，對該模型進行整體分析計算。

2 主減速器殼體設計原則

由于主減速器殼體是主減速器的座艙，對主減速器起支承、防護作用，并承受傳動軸、車架和道路傳遞的載荷，因此對主減速器殼體的設計應充分考慮其支撐剛度、扭轉剛度、主動齒輪的安裝及與橋殼的配合安裝方便性等。

3 主減速器殼體強度分析

運用Patran建立一種承載2 t的微卡主減速器殼體的有限元分析模型，并通過Romax施加運行工況載荷，通過仿真分析計算對主減速器殼體強度進行評估，并進行優化設計。

3.1 有限元模型建立

3.1.1 網格劃分

將幾何清理后的CAD模型(見圖1)導入MSC.PATRAN中進行網格劃分，如圖2所示。

圖1 主減速器殼體模型

圖2 主減速器殼體有限元網格劃分模型

3.1.2 材料屬性

主減速器殼體的材料為QT450-10，其屬性如表1所示。

表1 主減速器殼體材料QT450-10的屬性

3.1.3 邊界條件及載荷

通過Romax對主減速器殼體進行加載，Romax工況載荷加載情況見表2和圖3。

表2 加載情況

圖3 工況載荷圖

3.2 主減速器殼體強度與剛度分析結果

3.2.1 主減速器殼體強度分析結果

從主減速器殼體應力云圖分析結果(圖4—5)可以看出：主減速器螺栓孔處應力較大，但小于應力極限；主減速器殼體安裝止口局部位置出現應力集中，局部應力達到392 MPa，應力值遠超于材料的屈服強度，安全系數為0.795。

圖4 主減速器殼體應力云圖

圖5 應力集中部位

3.2.2 主減速器殼體剛度分析結果

主減速器殼體剛度分析結果見圖6，主減殼軸承安裝部位最大位移量為0.132 mm。

圖6 位移云圖

綜上分析結果，主減速器殼體出現局部應力集中，應力超過材料的屈服強度，但低于材料的抗拉強度，建議通過結構設計進行優化。

4 主減速器殼體優化

4.1 優化方案

主減速器殼體安裝止口直徑增加3 mm，尖角圓弧過渡。優化后方案如圖7所示。

圖7 優化方案

4.2 優化后主減速器殼體強度與剛度分析結果

4.2.1 主減速器殼體強度分析結果

從優化后主減速器殼體應力云圖(圖8)可以看出：主減螺栓孔處應力較大，最大應力為286.2 MPa，小于材料的屈服強度，應力最大處安全系數1.08。

圖8 主減速器殼體應力云圖

4.2.2 主減速器殼體剛度分析結果

主減速器殼體剛度分析結果見圖9，主減殼軸承安裝部位最大位移量為0.129 mm。

5 結論

綜上分析，通過對主減速器殼體應力薄弱部位進行優化設計，主減速器殼體最大應力由原來的392 MPa降低為286.2 MPa，安全系數提升為1.08，最大應力處強度小于材料的屈服強度，滿足主減速器殼體強度設計要求。

由此可見CAE分析可以快速預測設計零部件的強度和剛度情況，為前期設計開發提供理論依據，縮短了零部件的開發周期，減少了不必要的試驗，節約了設計成本，提供了一種快速有效的產品開發思路。

[1]劉惟信.汽車設計[M].北京:清華大學出版社,2001:296.

[2]劉惟信.汽車車橋設計[M].北京:清華大學出版社,2004.

[3]陳家瑞.汽車構造[M].3版.北京:機械工業出版社,2009.

[4]陳言東，王解生.驅動橋主減速器殼體的有限元分析[J].機械工程師,2009(10)：70-72.

[5]江淮汽車技術中心.江淮輕型卡車設計規范[M].合肥:安徽江淮汽車股份有限公司，2006.

歡迎投稿!

歡迎訂閱!

歡迎刊登廣告!

www.qclbjzz.com

OptimalDesignofOneMainReducerShellofaMinitruckRearAxleBasedonCAEAnalysis

ZHANG Cui

(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Hefei Anhui 230601,China)

The optimal design of one main reducer shell of a mini truck rear axle was introduced based on CAE analysis. By using Patran, a finite element analysis model of the main reduction shell is established and the working load was applied through Romax. The strength and rigidity of the main reducer shell were evaluated and its structure was optimized.The research provides reference for the design of new main reducer shell when new model is developed.

CAE analysis; Main reducer shell; Optimal design

2017-03-27

張翠，女，碩士，目前從事輕型卡車底盤設計工作。E-mail：1187816027@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.08.011

U463.2

A

1674-1986(2017)08-049-03