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大型货车传动轴的强度分析及结构改进

发布于:2016-05-01 13:59
强度分析

      大型货车传动轴是货车传动系统中的关键零部件,具有传递功率大,所受载荷高等特点,在传动过程中受到较大扭矩,产生较大变形和应力。国内外研究者对传动轴的振动特性,抗冲力能力,热处理等做了相关研究,对传动轴承载能力提出了一些理论依据,总结出相关结论。
      但是在使用过程中,存在着轴承因摩擦生热导致一字轴与叉头烧坏失效,零部件在应力集中处断裂等情况。同时传动轴结构笨重,存在轻量化的可能。因此针对大型货车的传动轴总成进行强度分析计算,提出了具体改进方案。
      大型货车传动轴的结构主要由两端的万向节和中问的轴管组成,在SolidWorks中设计的传动轴总成的结构,如图1所示。其中一端由凸缘叉1、卡环3、一字轴总成(包括一字轴2、轴承4)、花键轴叉5组成,中问部分由护套管6、花键套7、轴管8组成,另一端由万向节叉9,一字轴总成、凸缘叉组成,花键轴叉与花键套通过花键配合,轴管焊接在花键套和万向节叉上。各零部件的材料与强度极限,如表所示。
      由于货车在行驶过程中存在不同的车速,对传动轴产生不同影响,所以这里以货车不同档位时的车速进行计算。货车主要有3种典型车速:在泥泞、坑汁、土路、上坡的情况下以一、二档,大致为10 km/h左右的车速行驶,在一般城镇公路上以三、四档大致为40km/h左右的车速行驶,在高速公路上以五档,大致为80km/h左右的车速行驶。根据货车发动机功率340匹马力,后桥齿轮箱速比4.8,传动效率98%以及各档位的车速,可以推算出传动轴最常用的3种扭矩为10102N/m、2517N/m和1117N/m。由此可以看出,在低速档时传动轴所受扭矩最大,最容易出现破坏,所以以低速档时的扭矩作为分析计算工况,具有典型的代表性。
      由于两端万向节结构不同,载荷不对称,需要对整个传动轴进行有限元分析。根据实际受载情况和简化分析模型的需要,作如下假设:
      简化轴承模型,将滚针与轴承考虑为一个整体,只关心轴承外圈与叉头之问的应力关系。力忽略一些不重要和受力较小的局部区域,如凸缘叉底盘端面齿等。
      简化花键部分,将花键轴叉和花键套之问设定为两个曲面的刚性连接,在他们之问建立绑定约束。
      根据低速档车速,在凸缘叉1的底盘上施加10102N/m的扭矩,另一个凸缘叉底盘上施加全约束。
      采用四面体实体单元对叉头进行有限元网格划分,六面体实体单元对一字轴、轴承、轴管、花键套进行有限元网格划分。将叉头与轴叉一字轴与轴承接触区域的网格细化,以便更精确的得到他们之问的接触应力。调整网格后共计136265个单元,142817个节点,传动轴总成的有限元模型,如图所示。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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