基于Hypermesh 的重卡傳動軸有限元分析

習偉博，田棟，馬相飛，申良奇

（1.陜西萬方汽車零部件有限公司，陜西 西安 710200；2.陜西汽車控股集團有限公司，陜西 西安 710200）

引言

作為汽車傳動系統的重要組成部分，傳動軸的主要作用是將發動機動力總成輸出不同檔位的動力和旋轉運動傳送到驅動橋，使得在傳動過程中受到較大扭矩，產生較大變形和應力[1，2]。另外，高速旋轉、十字軸萬向節的不等速運轉、傳動軸中間支承軸承高速運轉的發熱等復雜使用工況使得對傳動軸到的強度、抗沖擊能力等提出了更高要求。為縮短產品研發周期，降低研發成本，基于軟件分析傳動軸容易發生損壞的位置，提出合理的措施來改善產品缺陷已成為主流趨勢[3，4]。

1 重卡傳動軸總成結構

重卡車型傳動軸通常采用十字軸萬向節伸縮結構，由于其傳遞扭矩較大，通常采用端面齒法蘭連接傳遞扭矩，與乘用車和小型載貨車傳動軸的平面法蘭結構不同[5，6]。其基本結構如圖1 所示，各主要零部件的材料與強度極限如表1，中間支承橡膠剛度如表2 所示。

2 傳動軸有限元分析

傳動軸設計完成后，在其三維模型的基礎上建立其有限元模型進行分析，主要包括傳動軸強度、模態以及吊掛支架的動剛度。傳動軸強度分析結果見表3，對應各種材料的應力分布見圖2。

圖1 傳動軸總成

表1 某車型傳動軸材料清單

表2 傳動軸中間支承橡膠剛度

表3 傳動軸強度分析結果

圖2 傳動軸約束模態分析

汽車的動力系統不斷向傳動軸施加激振，傳動軸的一階彎曲模態比較容易激發共振。故要求傳動軸的一階彎曲模態比傳動軸最高轉速對應的頻率高出30%。即：

3 傳動軸吊掛分析

傳動軸吊掛支架模態強度分析結果見表4，應力分布見圖3、4 和5。

表4 傳動軸吊掛支架模態強度分析結果

圖3 傳動軸吊掛支架模態強度應力分布1

圖4 傳動軸吊掛支架模態強度應力分布2

圖5 傳動軸吊掛支架模態強度應力分布3

從分析結果中可以看出后吊掛支架強度過盛，出于降低成本及輕量化考慮現對后吊掛支架進行結構優化。經綜合分析，提出去掉加強筋方案，對優化后的吊掛支架重新進行CAE 分析，結果見圖6。由圖可看出最大應力為263.67N，計算可得安全系數為1.34，優化后的結果滿足強度要求。

圖6 傳動軸吊掛支架優化后模態強度應力分布

4 結束語

基于Hypermesh 的有限元法具有快捷、準確、高效的鮮明特點，通過對傳動軸強度、

模態及吊掛模態強度分析，對傳動軸各零部件進行了進一步改進和優化。另外，在條件允許的情況下可以采集傳動軸的實際載荷，對傳動軸做疲勞壽命分析，進一步提高傳動軸設計的質量，同時以上CAE 分析優化流程適用于它重卡車型的開發，具有重要參考價值。