王成明，刘晓东，陈云升，秦书祺，张得富

(1．郑州大学机械工程学院，郑州 450001;2．许昌远东传动轴股份有限公司，河南许昌 461111)

本文以合作公司设计的传动轴为研究对象，对传动轴总成进行建模，利用ANSYS Workbench进行静扭强度和疲劳寿命的分析，并与传动轴的台架试验进行对比来验证其可行性。

1 有限元分析

1.1 有限元模型的建立

根据设计参数在SolidWorks中完成传动轴三维模型的建立，如图1所示。并将模型转换成X_T文件，在 Workbench的 Static structural分析系统中载入［1－2］。依据实际情况在结合面处建立各零件之间的接触对，由于结合面之间没有相对位移产生，接触方式选用 Bonded［3－4］。

图1 传动轴模型

根据实际中所用材料，在Engineering Data项中进行材料的设置，详细材料属性见表1。

表1 材料属性

六面体网格单元具有网格质量好、同部件所需网格数量更少、计算结果精度高和易收敛等优点［5］。因此，在网格划分方法中选择六面体主导，单元尺寸设为2 mm，将传动轴总成模型离散化，生成的单元总数为832 854，节点总数为1 488 060。

1.2 静扭强度分析

为了让有限元分析更加符合实际情况，依据传动轴台架试验来进行载荷和约束的施加。在传动轴输入端凸缘叉端面加载额定扭矩10 000 N·m，在另一端凸缘叉端面施加固定约束。在Workbench后处理模块中求解模型的等效应力，整个总成的最大应力发生在花键轴叉轴径处，为426 MPa。最小安全系数1.74在轴管端部，如图2(a)所示。可以通过最小安全系数求出屈服扭矩，屈服扭矩等于加载额定扭矩的1.74倍，即为17 400 N·m。

图2 传动轴有限元分析结果