基于ABAQUS的主减速器及差速器总成壳体强度分析

2015-05-30王轶群陈伟伟彭雷史学峰

科技与企业 2015年7期

王轶群陈伟伟彭雷史学峰

【摘要】基于ABAQUS有限元分析软件，介绍某SUV车型后主减速器及差速器总成壳体强度分析方法。对模型施加主减速器最大输入扭矩，用ABAQUS软件进行求解计算，并对分析结果进行评价。此方法对于车辆主减速器及差速器壳体强度分析及结构优化具有一定参考作用。

【关键词】主减速器及差速器；壳体；强度；ABAQUS；有限元分析

1.引言

主减速器及差速器总成、整体式车桥作为车辆传动系统关键零部件，对保证发动机动力顺利传输起到关键作用。其壳体起到支撑、保护内部零件、承载动力及保存润滑油等作用，一旦壳体开裂，将严重影响主减速器及差速器总成的工作，甚至导致车辆的基本行驶功能丧失。故其壳体强度尤为重要。

以某款SUV车型主减速器及差速器总成壳体为例，在产品设计阶段应用ABAQUS有限元分析软件对其强度进行分析，识别应力集中部位，为其设计开发提供参考，避免后期产品因强度问题产生失效。

有限元分析法是一种运用各种数值计算方法在计算机上对产品结构的原理、功能、性能等进行前期预测或改进的一种仿真分析技术，在缩短产品开发周期，降低产品开发成本，提高产品的性能品质，提升企业的竞争力等方面起着非常重要的作用。

2.几何模型及有限元模型

运用三维设计软件CATIA建立后主减速器及差速器总成壳体三维模型，如图一所示。为方便有限元模型建立，对三维模型进行局部简化处理[1-2]：省略局部细小特征及花键、螺纹、部分倒角、圆角。完成后的有限元网格模型如图二所示。其中壳体采用四面体单元，轴承、主齿等机构采用六面体单元。最终得到体单元328924个。

3.边界条件及模型载荷加载

3.1边界条件

对于整体式后桥，约束安装螺栓孔及主齿螺母安装处的三向平移自由度，如图三所示。

3.2模型载荷加载

3.2.1后主减速及差速器总成输入扭矩计算

此款SUV车型由发动机计算的后主减速器及差速器总成最大输入扭矩为4911N·m，由单边车轮打滑计算的后主减速器及差速器总成打滑输入扭矩为1261.4N·m。两者取小值作为模型的输入计算扭矩。

3.2.2模型载荷加载[3-4]

由打滑扭矩计算出主、被齿受力，作为模型的载荷进行加载。主齿旋向为左旋，齿轮旋转方向为顺时针（从汽车前部向后看）。其中主齿受力如图四所示：

首先确定齿轮啮合点圆周力F：

式中T为被齿转矩；为被齿齿面宽中点处分度圆直径。

式中D2是被齿大端分度圆直径；b2被齿齿面宽；被齿节锥角。

对于螺旋锥齿轮副，作用在主、被齿的圆周力大小相等，方向相反，对于双曲面齿轮副。他们的圆周力关系如下：