三轮摩托车半轴静扭强度分析及结构优化.pdf

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1、第44卷第3期小型内燃机与车辆技术2015年6月SMAI．LIN7IERNALc0MBuSTIONENGINEANDVEHIcLE。IECHNIQuEVol-44No．3Jun．2015三轮摩托车半轴静扭强度分析及结构优化刘焕领景亚兵马娜白伟(天津大学内燃机研究所天津300072)摘要：针对三轮摩托车全浮式半轴法兰和轴结合处的断裂问题，进行了静扭强度分析，分析发现该结合处的应力较其他位置的应力大。为解决这个问题，对该结合处的结构利用结构优化方法提出优化方案。关键词：全浮式半轴静强度结构优化中图分类号：U463．218+．6文献标识码：A文章编号：2095—8234(

2、2015)03—0060一04StaticTensionalStrengthAnalysisandStructureOptimizationofMotorTricycleAxleShaftLiuH岫Illing，JingYabing，MaNa，BaiWeiTianjinIntemalCombustionEn百neResearchInstitute，TianjinUniversity(Tianjin，300072，China)Abst腿ct：ThefuU—noatinga)【leshaftofmotortricyclefracturedatthejunctionoft

3、henangeandtheshaft．Thefracturereasonwasstudiedbystatictensionalstren殍hanalysis，andtheresultshowedthatthestressvalueofthejunctionislargertllanotllerlocation．TosolVethisproblem，thestmctureoptimizationwasusedtooptimize￡hestllJcture0fthejunction．Keywords：Full—noatinga】【leshaft，Staticstren殍

4、h，Stmctureoptimization引言三轮摩托车是农业生产和运输的主要工具，半轴是其传递动力的关键零部件，在使用过程中半轴发生断裂，不仅危害用户的人身安全，严重影响用户的经济效益，同时也对生产厂家的声誉产生了恶劣的影响。受某三轮摩托车公司委托，对其生产的某型号三轮摩托车发生的半轴断裂破坏现象进行仿真分析，并利用结构优化的方法分析半轴结构，提出解决方案。1问题描述半轴是在差速器与驱动轮之间传递动力的实心轴，是传动系中传递扭矩的一个重要零件。从差速器传来的扭矩经过半轴、轮毂等，最终传递给车轮。半轴分为半浮式、全浮式和3，4浮式三种，所谓“浮”是指卸除半轴的弯曲

5、载荷而言，其中半浮式和全浮式两种型式应用得较为广泛。半浮式半轴除传递扭矩外，还要承受垂直力、侧向力及纵向力所作用的弯矩；全浮式半轴只传递扭矩，其它的力和力矩由桥壳来承受。本文分析的半轴属于全浮半轴形式，实物如图1所示。大多数半轴生产厂进行半轴法兰锻造时，大都采用卧式摆辗工艺。半轴卧式摆辗工艺的特点：比校平锻机操作简便，能耗低，易维修。图1全浮、卜车

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8、实物H该三轮摩托车半轴在法兰和轴的连接处发生横向断裂，据调查，该断裂现象在半轴损坏的各种形式中占比很大。图2为半轴断口的形式，初步分析判断作者简介：刘焕领(1982一)，女，工程师，主要研究方向为摩托车振动与噪声。第

9、3期刘焕领等：三轮摩托车半轴静扭强度分析及结构优化61是该处应力集中，超过材料的许用应力而产生裂纹，随着裂纹的不断扩展，最后发生断裂。接下来通过有限元静扭强度分析，计算该处的应力水平。2静扭强度分析2．1有限元模型建模利用HyperMesh对CAD三维几何模型进行有限元模型的建立。整体采用六面体单元进行网格划分，以提高计算精度。法兰盘的螺栓孑L用REB2单元进行连接。有限元模型如图3所示。匠a)整体有限元模型b)法兰盘部分c)花键部分图3半轴有限元模型2．2材料属性计算中所使用的材料参数如表1所示，取安全系数为2，计算得到许用扭转应力为392．5MPa。表1材料参数

10、材料40Cr杨氏模量E，MPa2l0000泊松比0．28密度，(kg·m4)7820屈服强度，MPa7852．3边界条件约束法兰盘螺栓孔中心节点的6个自由度(见图4)；j』√·一二：一在半轴另一端花键部位模拟实际中的花键配合，在内、外花键之间设置面接触(见图5)，在外花键端部施加扭矩。、一一，，。-_i全浮式半轴只承受扭矩的作用，关于半轴所承受最大扭矩值，应是发动机的最大输出扭矩与轮胎路面附着力所产生扭矩值两个之中小者，其计算转矩可由r=X·r求得，其中x的计算，可根据以下两种方法计算，并取两者中的较小眷n。若按最大附着力计算，即耻孚妒(1)式中：G：为满载静止