基于ANSYSWorkbench的轮毂轴承法兰盘轮毂有限元分析.pdf

012年3月
机床与液压
第40卷第5期
MACHTNE TOOL HYDRAULICS
Vol 40 No
DOI:10.3969/ l. Issn.1001-3881.2012.05.040
基于 ANSYS Workbench的轮毂轴承法兰盘轮瑴有限元分析
卢小辉,谢小鹏',汪浔,周彦平2
(1.华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510644;
2.韶关东南轴承有限公司,广东韶关512029)
摘要:根据从动轮所用第三代轮毂轴承单元的受力情况,针对法兰盘轮毂和内圈的接触模型,通过 Solid Works与
SYS Workbench进行协同仿真有限元分析,得出了法兰盘轮毂的强度和刚度,为进一步的优化设计奠定了基础。
关键词:轮毂轴承单元;有限元分析; ANSYS Workbench软件
中图分类号:U469;TH133文献标识码:B文章编号:1001-3881(2012)5-129-3
Finite Element Analysis on Hub Flange of Hub Unit Bearing
Based on ANSYS Workbench
LU Xiaohui, XIE Xiaopeng WANG Xun, ZHOU Yanping
(1. School of Mechanical &Automolive Engineerin, South China University of Technolog
Guangzhou Guangdong 510640, China;
2. Shaoguan Southeast Bearing Co, Ltd, Shaoguan Guangdong 512029, China
Abstract According to the stress condition of the 3rd generation hub unit bearing used in non-driven wheel and the contact mod
I of hub flange and inner rings, the strength and rigidity of the hub flange were obtained through co-simulation and finite element anal-
ysis based on olid Works and ANSYS Workbench. The research results provide basis for further optimal design
Keywords: Hub unit bearing; Finite element analysis; ANSYS Workbench software
轮毂轴承的作用主要是承受汽车的重力以及为轮
毂的传动提供精确的引导,它既承受轴向载荷又承受
内2钢锅球
带法兰盘
的外
径向载荷,是一个非常重要的安全件。轮毂轴承单元
内圈
是在标准角接触球轴承和圆锥滚子轴承的基础上发展
起来的,已广泛应用于轿车中。对于轮毂轴承单元,
不仅要具有轴承的功能,还需要保证结构的强度、刚
度等基本性能指标。为了发现和解决试验中难以发现
保持架
的问题,缩短产品开发周期,降低成本,有限元分析
法兰盘
轮毂
技术成为非常必要的手段
作者采用 Solid Works三维软件进行建模操作,
图1轿车轮毂轴承单元示意图
运用新一代多物理场协同CAE仿真软件 ANSYS
Workbench对轮毂轴承单元进行有限元强度、刚度
实体模型的建立
轮轂轴承单元是多体接触的结构,为了简化分析
分析。
和计算,作者主要对法兰盘轮毂进行有限元分析。由
1模型的建立
于内圈与法兰盘轮毂轴为过盈配合,在分析法兰盘轮
文中所研究的对象为某轿车从动轮所用第三代轮
毂时需要将内圈与法兰盘轮毂耦合成一个整体“。在
毂轴承单元,主要结构为双列角接触球轴承,包括内
建立实体模型时,不考虑小尺寸的圆角、倒角和其他
圈1、内圈2、带法兰盘的外圈、法兰盘轮毂、保持
架和钢球等,其结构示意图(不包含密封圈)如图1
对分析影响不大的尺寸;根据对称性,建立1/2实体
模型,如图2所示。
所示。
收稿日期:2011-03-22
基金项目:广东省教育部产学研结合项目(2009B090300188)
作者简介:卢小辉(1982-),硕土研究生,主要从事机械CAD/CAE方面的研究。E-mail:labe@seu.edu.cn。
机床与液压
第40卷
上,即在轿车的实际行驶过程中,路面对轮胎的径
向、轴向载荷等间接作用在了轮毂轴承上?,因此,
可认为轮毂轴承外部载荷等价于轮胎的外部载荷。由
于轮毂偏移量通常较小,径向载荷的作用点一般认为
在两列轴承载荷作用点的中间位置。对于后轴轮毂轴
承,取其所受较大径向和轴向外部载荷一侧,计算公
式为?:
F= ng
1+2
H
图2实体分析模型
1.2有限元模型的建立
F
(2)
法兰盘轮毂的材料为合金调质钢40G,内圈的式中:F.为径向载荷(N),方向垂直向上;F,为轴
材料为高碳铬轴承钢GCn5,它们的主要物理参数和向载荷(N),负号表示方向由轮胎的外侧指向内测;
力学性能见表1所示。
m为满载时后轴质量(kg);H为轿车质心高度
表1材料及主要物理参数和力学性能表
(m);T为后轴轮距(m);g为重力加速度,取
材料弹性模
弹性极限强度极限密度
泊松比μ
为9.81m/s2;a,为侧向加速度,取最大值为0.558
量E/GPa
o./MPao/MF(kg:m2)某轿车的整车参数见表2所示。
40
0.277
7820
表2某轿车的整车参数
CCr15207
0.29
400
650
7810
满载时后轴质量m/kg
1200
法兰盘轮毂和内圈以及两个内图间发生接触,采
质心高度/mm
用刚体与柔体的面面接触进行接触对的设置,目标单
后轴轮距7/mm
1550
元类型选用 Targel70单元,接触单元类型选用Con-
轮胎滚动半径R/mm
324
al74单元。具体设置如下:两个内圈内孔面为目标2.2确定边界条件
面,轮毂轴外圆面为接触面,采用绑定接触(Bond-
对于模型载荷与约束,主要参考文献[8]提供
ed);内圈1的右端面和内图2的左端面为目标面,
的加载及约束方式,将法兰盘轮毂的5个螺栓孔面进
与以上两个端面接触的法兰盘轮毂端面为接触面,采
行全约束,对称面采用对称约束叫。在约束了法兰盘
用粗糙接触( Rough),以保证法向可分离、切向不
轮毂螺栓孔面的情况下,模型在内圈滚道上受到来自
分离;内圈2的右端面为目标面,内圈1的左端面为
钢球的作用,将径向载荷、轴向载荷以及所形成的力
接触面,同样采用粗糙接触。
矩作用在两个内圈滚道上。载荷与约束如图4所示。
整个实体模型主要采用六面体单元划分(Hex
A Cylindrical