差速器齒輪疲勞壽命仿真分析方法研究

2016-12-23 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網

本文以卡車常用的差速器齒輪為研究對象,采用hyperwork軟件+lsdyna軟件進行應力分析,將結果導入fatigue軟件中進行疲勞壽命仿真分析的方法,成功的對其進行了疲勞壽命仿真分析,得出了合理的結果,表明此種方法做差速器齒輪疲勞壽命仿真分析可行,為差速器齒輪的疲勞壽命仿真分析提供了一種可行的方法和途徑。

汽車差速器是汽車中很關鍵的一個零部件,它的主要作用是滿足汽車轉彎時兩側車輪轉速不同的需求。差速器由差速器殼、行星齒輪、行星齒輪軸和半軸齒輪等機械零件組成。差速器齒輪工況復雜,受力環(huán)境差,很容易出現(xiàn)疲勞破損和損壞等現(xiàn)象。如果在設計中能夠通過仿真分析預測其壽命,能夠為設計提供依據(jù),將會大大減少設計誤差,減少研發(fā)試驗成本,提高設計成功率,并且通過分析對結構進行優(yōu)化設計,能夠達到提高產品質量和壽命的目的。但是差速器齒輪涉及齒面接觸等非線性仿真分析,且結構復雜,對其進行疲勞壽命分析難度較大,所以研究一種切實可行的差速器齒輪的疲勞壽命仿真方法意義很大。

11 本文研究差速器齒輪簡介

本文所研究的差速器齒輪為卡車中常用的鎖止式差速器,其實物圖如圖1-1所示,1為主減輸入軸,2為差速器殼,3為行星齒輪,4為半軸齒輪。本文的研究對象為差速器齒輪,如圖1-2所示,左邊為行星齒輪,右邊為半軸齒輪。

差速器齒輪疲勞壽命仿真分析方法研究ls-dyna分析案例圖片1

圖1-1 差速器圖

差速器齒輪疲勞壽命仿真分析方法研究ls-dyna分析案例圖片2

圖1-2 差速器齒輪

22 差速器齒輪疲勞分析方法研究與結果

差速器齒輪由半軸齒輪和行星齒輪組成,由行星齒輪驅動半軸齒輪轉動,涉及齒面之間的接觸非線性分析。疲勞耐久性分析是在應力基礎上的一種壽命預測,首先得進行結構應力分析,lsdyna具有強大的非線性分析能力,能夠很好的進行接觸設置,本文采用lsdyna軟件對其進行結構應力分析。疲勞壽命仿真分析使用fatigue軟件。

2.1 結構應力分析

本文使用hyperworks軟件對其進行前后處理,使用lsdyna進行計算。本文選擇在直線行駛下的工況作為研究對象,直線行駛工況下的載荷為行星齒輪輸入36000NM的扭矩,半軸齒輪輸出18000Nm的扭矩,材料采用20CrMnTi,其參數(shù)如表2-1所示。將載荷和材料參數(shù)輸入,建立仿真模型,如圖2-1所示。

表2-1 差速器齒輪材料性能參數(shù)

材料	彈性模量	泊松比	材料密度	屈服強度σs	抗拉強度σb
20CrMnTiH	207GPa N/m2	0.25	7.8×103kg/m3Kg/3	≥850 MPa	≥1080 MPa

差速器齒輪疲勞壽命仿真分析方法研究ls-dyna培訓教程圖片4
圖2-1 差速器齒輪分析模型

通過lsdyna軟件計算,hyperview軟件進行結果后處理,得分析結果如表2-2所示,應力分布云圖如圖2-2所示, 從結果中看出行星齒輪、半軸齒輪的最大vonmises應力分別為724MPa、458MPa,均低于屈服極限850MPa。行星齒輪、半軸齒輪的最大拉應力分別為402MPa、402MPa,低于抗拉強度1080MPa。

表2-2 結構應力分析結果

零件名稱	最大Vonmises應力(Mpa)	最大拉應力(Mpa)
行星齒輪1	648	291
行星齒輪2	565	402
行星齒輪3	505	364
行星齒輪4	724	275
半軸齒輪1	458	402
半軸齒輪2	367	348

差速器齒輪疲勞壽命仿真分析方法研究ls-dyna培訓教程圖片5
a) 行星齒輪vonmises應力云紋圖

差速器齒輪疲勞壽命仿真分析方法研究ls-dyna培訓教程圖片6
b) 行星齒輪拉應力云紋圖

差速器齒輪疲勞壽命仿真分析方法研究ls-dyna培訓教程圖片7
c) 半軸齒輪vonmises應力云紋圖

差速器齒輪疲勞壽命仿真分析方法研究ls-dyna仿真分析圖片8
d) 半軸齒輪拉應力云紋圖

圖2-2 半軸齒輪應力云紋圖

2.2 疲勞壽命預測分析

本文使用fatigue軟件對其進行疲勞壽命預測,由于其為高周疲勞,故采用s-n分析方法,對其進行疲勞壽命分析。首先讀取lsdyna計算結果文件,導入后進行疲勞分析參數(shù)設置,然后進行材料參數(shù)設置,其sn曲線如圖2-3所示,進行載荷歷程設置,其載荷歷程使用簡化的載荷歷程曲線,如圖2-4所示。