毕业论文--箱体轴承孔载荷加载方式对比研究

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1、箱体轴承孔载荷加载方式对比研究摘要:本文基于某款车型主减速器壳体强度有限元分析，提出壳体轴承孔处载荷的三种施加方式，该载荷为主减速器壳体内部齿轮轴对轴承座的径向压力，通过对比轴承孔处的位移分布及应力大小，得出轴承孔载荷的最优施加方式，结果表明该模拟方式是合理有效的，通过该方法进一步提升了壳体强度分析精度，有利于后续方案结构改进。关键词:轴承孔载荷设计改进1前言在汽车传动系统中，减速器、传动箱、变速器等不同功能的齿轮箱体中，内部齿轮的啮合力、传动力等都可通过轴承传到壳体上，轴承载荷是壳体工作载荷的重要组成部分，在传动系统总成设计开发阶段，壳体强度必须满足使用要求，如何

2、正确的施加壳体轴承孔处的载荷，直接关系到壳体分析的精确度。本文以某款车型主减速器壳体强度分析为例，系统介绍了壳体轴承孔处载荷的三种施加方式，通过对比其位移分布、应力大小、集中位置及从节约时间，提高工作效率的角度出发，得出了轴承孔处载荷最优施加方式，分析结果表明该方法是合理有效的，有利于提升壳体分析精度。2主减速器壳体模型建立主减速器是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。依据传动系统壳体建模方法，建立主减速器壳体的有限元模型，该壳体包括上壳体、下壳体及轴承座。壳体螺栓连接采用Rigide+Beam单元相结合的

3、方式模拟，因壳体内部特征较多，本文采用3*3mm的四面体实体单元建立壳体模型。建立完成后主减速器壳体由1127663个单元，611432个节点组成。壳体材料为QT450，材料的屈服极限为310MPa，材料相关参数如表1所示。表1主减速器壳体材料参数材料弹性模量E（MPa）泊松比μ密度ρ（t/mm3）QT4502.1e+50.37.9e-9本次分析的主减速器壳体共有六处轴承孔，分别为轴承1、轴承2、主锥外轴承3、主锥内轴承4、差速器前轴承5及差速器后轴承6，其各轴承孔的位置如图1和图2所示。差速器前轴承5差速器后轴承6主锥外轴承3主锥内轴承4轴承2轴承1图1主减速器壳

4、体轴承孔图2主减速器壳体轴承孔壳体各轴承孔处的径向力及轴向力如表2所示。表2壳体轴承孔载荷注：表中X和Y方向为轴承孔的径向，Z方向为沿轴承孔的轴向。3载荷施加主减速器壳体轴承连接于壳体轴承座上，该轴承为滚动轴承，其最终载荷是通过轴承外圈或者轴承座传递的，属于面上的分布压力载荷。在本次分析过程中，轴向载荷即上表中Z向载荷由各滚动体平均分担。其径向载荷即上表中X方向和Y方向载荷可形成一合力，等效为在作用在壳体轴承孔上的120度范围内的压力分布。其压力分布图如图3所示。图3轴承孔处接触压力图中，Fc为径向合力，R为轴承半径，为轴承接触压力角120度，Pa为壳体轴承孔处的压

5、力。在本次有限元分析中，轴承孔处载荷按三种方式进行加载。方式1：径向力Rbe3施加方式以轴承孔的中心为主节点，选取壳体轴承120度接触面内的节点为从节点，建立Rbe3单元，径向合力加载点为Rbe3单元的主节点，方向通过加载中面。以主锥内轴承4为例，其加载图形如图4所示。径向合力Rbe3单元图4径向力Rbe3加载图方式2：径向力余弦面压力加载以轴承孔中心为原点建立局部坐标系，其中Z轴为轴承孔的轴向，X轴通过加载中面。通过公式1建立壳体轴承孔处的余弦面压力。P=P0*cos(1.5*atan(y/x))公式1公式1中，P0=F/1.2RL其中F为径向合力，R为轴承孔的半

6、径，L为轴承轴向宽度。通过该方式加载，轴承孔加载面中间位置载荷最大。其加载图形如图5所示。面压力局部坐标系图5径向力余弦面压力加载图方式3:考虑接触关系的余弦面压力加载为更能反映实际装配关系，在壳体轴承孔处建立轴承，轴承以六面体实体单元模拟，其轴向宽度和半径与实际相符，在轴承外圈与壳体轴承座部分建立接触关系，在Abaqus求解器中以非线性进行计算。该面压力仍沿用方式2中加载方式进行，其加载面为轴承内圈，其加载图形如图6所示。面压力轴承局部坐标系图6考虑接触关系余弦面压力加载图以上三种加载方式中，其主减速器壳体的约束位置相同，均在壳体与车架及发动机螺栓连接孔处进行全约

7、束。4分析结果对比分别输出三种载荷加载方式的主减速器壳体整体位移云图及应力分布图。其位移云图如图7-图9所示。图7方式1位移云图图8方式2位移云图图9方式3位移云图通过对比得出，方式1中位移最大点出现在Rbe3单元上，位移分布不连续，方式2和方式3中位移大小相近，且位置相同，均出现在轴承孔1处，后两种方式中，位移分布连续，相对更加符合实际工况。三种加载方式的应力云图如图10-图12所示。图10方式1最大应力288MPa图11方式2最大应力265MPa图12方式3最大应力263MPa从三种加载方式的应力云图中可以看出，方式1应力最大为288MPa，集中分布在加载面