三轮汽车半轴静扭强度有限元分析.pdf

第50卷第7期
农业装备与车辆工程
2012年7月
Vol 50 No. 7
AGRICULTURAL EQUIPMENT& VEHICLE ENGINEERING
July 2012
doi:10.3969/is.1673-3142.2012.07.011
三轮汽车半物静扭强度有限元分析
韩兴昌,陈光阔,李永武,薛明,汪伟,杜建刚
(250100山东省济南市山东省农业机械科学研究所
[摘要]利用 Solid Works建立了三轮年半轴的三维模型,在 Simulation下对其进行了有限元分析,将分析结果与
实际试验数据进行了对比分析,验证了该分析方法的可行性,为半轴优化设计提供了依据。
关键词]半轴;静强度; Simulation
[中图分类号]TH1332[文献标志码]A[文章编号]1673-3142(2012)07-005-03
Static Tensional Strength Analysis of Axle Shaft on Tri-wheel ehicles Based on Finite lement
HAN Xing-chang, CHEN Guang-kuo, LI Yong-wu, XUE Ming, WANG Wei, DU Jian-gang
Shandong Agricultural Machinery Research Institute, Jinan City, Shandong Province 250100, China)
[Astract D model of tri-wheel vehicles axle shaft is established by Slid Works, the model in the simulation is anal yzed
using finite element analysis, and the analysis results and the experiment data are contrasted. The conclusion shows this analysis
method is feasible, provides basis for the optimization design of axle shaft.
Keyword ax]e shaft; static strength; simulation
0引言
多余特征,利用 Solidworks建立其三维几何模型
三轮车半轴是三轮车结构中传递动力的关键如图1所示。
零件,它在实际工况下的性能好坏,将直接影响到
生产厂家及用户的经济效益,因此《CB/T23921
2009三轮汽车和低速货车半轴》中对半轴静扭强
度做出了规定。本文通过 Solidworks软件建立了
三轮汽车半轴的几何模型,通过 Solidworks软件
中的有限元分析插件 Simulation对半轴的静扭强
度进行了分析,并将分析的结果与三轮车半轴在
图1半轴摸型
静强度扭转试验台上获得真实试验数据进行了对
ig. 1 Axle shaft model
比分析,为三轮车半轴的优化设计提供了重要的2半轴的应力分析
科学依据。
半轴在静强度试验时,其变形已经超出了弹
1半轴模型的建立
性变形的范围,因此对半轴的静强度分析也不再
本文分析的试验对象为山东五征集团提供的是线性分析,而要运用非线性分析的方法计算其
wZ389型半轴,该半轴在三轮汽车结构中为全应力与应变。
浮动支撑,实际工作时只承受扭矩,对半轴的有限
Solidworks/ Simulation提供了十分明晰的界
元分析主要是分析在加载下,半轴的静扭变形及面与分析流程,半轴应力分析的步骤大致可分为:
失效情况。大量的半轴断裂失效统计表明,半轴裂(1)创建一个新算例;(2)指定分析对象的材料;
纹首先萌生于花键槽的底部,进而扩展到过渡区,(3)为分析对象添加约束条件;(4)对分析对象施
直至断裂。在进行有限元分析之前,为了生成理加载荷;(5)划分网格;(6)运行分析;(7)分析结果
想的网格,节省求解时间,我们对半轴的几何模型并生成硏究报告叫。
进行了必要的简化,压缩了对应力集中不敏感的
建立算例时选择静态分析,编辑算例属性,勾
选大型位移并选择 Direct sparse解算器,这是为
收稿日期:2012-04-06
万方数据
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了设置非线性分析及加快求解速度,如图2所示。应力最小。
第2步指定40Cr作为半轴的材料,并设置失效准2.2应变图解
则为最大 von Mises应力即第四强度理论]。
在 Simulation Study树中双击?(?)图
标,系统显示应变图解,通常选取等量应变作为分
选项自通应』动力效应』说明
析的最终结果,如图4所示。可以看出,与应力图
/擦
口包括体)
类似,半轴的最大应变发生在最大应力处,最大值
口为来接触路障Q)
为0.086,法兰盘处的应变同样是最小的。
回高无穿透接触来的稿度更慢
化的含触
3半轴静扭试验验证
四大型位移①
计算自由实体力C
对同一试件静扭试验台上进行了试验,如图
解算器
使用平面内效果
所示。将法兰盘固定在台架上,在花键处施加载
Diract swae
佛用按弹出稳定G
荷,扭矩传感器测量加载扭矩和相对扭转角度何。
O Pelu
口使用慣性線G
试验数据如图6所示。
2编辑算例属性
Fig. 2 Edit example attributes
盘用定加处
扭知传感器
2.1应力图解
分析完成后,在 Simulation Study树中双击
皮め(Ms)图标,系统显示应力图解,如图3所
示。从应力云图上可以看到在对半轴花键处施加
6000Nm的载荷时,最大切应力出现在花键轴的
根部。半轴的另一端法兰盘处则由于螺栓的固定,
图5半轴静扭试验
sun Hiset (r/1 (a)
Fig. 5 Axle shaft static torsion test
2,4275
L225.35
221
1,61
=18.8°
,416、11
1:11
1:111
6.01
4041
201423
2000
一少力500
0510152025303540
相对扭转角/°
图3应力图解
图6半轴扭转图
Fig 3 Stress diagram
Fig. 6 Axis shaft torsion figure
从图6上可以看出,加载的初始阶段,半轴处
于弹性变形阶段,扭转图曲线基本呈线性变化,加
载扭矩超过5500N·m后,扭转图开始出现较大的
波动,超过600N.m后,半轴开始屈服,扭转图不
再呈线性变化。众所周知,材料在扭矩作用下,其
表面的应力最大,心部最小。在弹性变形阶段,应
力在径向呈线性分布,利用胡克定律可方便地计
算其应力与应变。当产生塑形变形后,胡克定律不
图4应变图解
再适用,只能根据塑性力