汽车差速器壳的三维造型及有限元分析

汽车差速器壳的三维造型及有限元分析

张敬芝

（枣庄学院机电工程学院 山东枣庄 277160）

摘　要：差速器壳设计是汽车设计环节的关键，尤其差速器壳的强度分析是设计的重点之一。本文通过运用PROE软件进行三维设计，运用ANSYS软件对差速器壳进行强度分析，通过对差速器壳模型进行网格划分、差速器壳负载及边界条件的设定，计算求解得出差速器壳应力分布图，从而找出差速器壳易破坏部位，寻找到提高差速器壳强度的措施。

关键词：差速器壳；强度；PROE；ANSYS

中图分类号：F407.471 文献标识码：A 文章编号：1000-9795（2012）04-0351-01

收稿日期：2012-03-06

作者简介：张敬芝（1978-），女，山东枣庄人，助教，从事和机械CAD/CAM技术及应用方向研究。

差速器壳在汽车设计中备受关注，随着计算机技术的发展，用CAD软件和有限元法对差速器壳进行设计和强度分析已成为差速器壳设计、校核分析中常用的方法。本文主要通过运用PROE绘制重型汽车差速器壳三维实体模型，然后运用ANSYS分析软件对差速器壳进行强度分析，通过对差速器壳模型进行网格划分、差速器壳负载及边界条件的设定，计算求解得出差速器壳应变分布图及应力分布图，找出差速器壳易破坏部位，寻找提高差速器壳强度的措施，为以后的差速器壳设计和开发打下良好的基础和提供准确而可靠的理论依据。

一、汽车差速器壳的PRO/E建模

1.Pro/ENGINEER概述

Pro/ENGINEER是目前市场上一款功能很强大的三维造型设计软件之一。Pro/ENGINEER的主要特征有：(1)3D实体模型；(2)单一数据库；(3)基于特征的参数化实体建模；(4)行为建模技术；(5)机构设计技术；(6)强大的装配功能；(7)NC加工；(8)二次开发技术。

2.三维实体建模建模主要步骤如下：

(1)首先在打开的窗口中，选择拉伸按钮，选择【放置】|【定义】，在图形显示区中选择右面，点击【草绘】，进入草绘状

态，根据图纸的设计尺寸要求，在草绘界面中绘出图后点击按

钮，完成【草绘】。检查无误后，点击按钮，通过此方法可得到

基本草图；(2)选择旋转工具，在窗口的左上角出现图对话框，以中

间轴线为对称轴旋转360度，击按钮。按照proe三维造型的方法，分别对其进行倒角和绘制螺纹孔，如图1所示；(3)选择阵列按钮，图2所示的阵列图；(4)画肋板，在差速器壳的顶端面上画肋板，点击阵列按钮，

得到如图3所示图形。

图1 倒角

图2 阵列图 图3 最终效果图

二、差速器壳强度有限元分析

1.ANSYS概述

ANSYS软件是一款目前应用最广泛的有限元软件，在电场，磁场，结构和流体等领域应用广泛，主要包括前处理模块、分析模块和后处理模块，应用ANSYS软件能够提高设计质量与效率。

2.ANSYS分析过程

找出某轻型车差速器壳体早期失效断裂的原因，我们对其进行了多种装配关系的对比分析，从而为判断失效原因和结构改进提供理论依据。

(1)CAD建模和有限元模型处理

采用PROE软件绘制该零件的三维数模，以便于进一步的结构强度分析和优化改进，通过ANSYS 软件专用接口将CAD 三维数模导入ANSYS中。

(2)材料特性及模型边界条件处理

根据结构实际运动状态，边界条件选择在一字轴孔和一字轴销孔处；该零件材料为QT450-10，弹性模量为1.73e 5MPa，泊松比为0.3，密度为7.0e 3kg/m 3，屈服极限为310MPa，抗拉强度为450MPa。考虑到该零件的断裂可能是由于局部应力集中过大造成的，本次分析采用实体单元，并尽量控制网格大小和密度，共划分为269456 个节点，88192个单元。

(3)载荷处理

考虑到实际结构的装配间隙情况，分三种极限工况：工况1：销轴与销轴孔间隙大于一字轴与一字轴孔间隙；工况2：销轴与销轴孔间隙等于一字轴与一字轴孔间隙；工况3：销轴与销轴孔间隙小于一字轴与一字轴孔间隙。

3.计算结果

通过计算，提取了不同工况下差速器壳结构的应力分布云图。由于篇幅限制，仅选取工况1、工况2的应力分布云图。工况1对应

的结构应力分布见图4，工况2对应的结构应力分布见图5。

图4 应力分布图 图5 应力分布图

提取了不同工况下差速器壳结构的局部最大mises应力值，其中工况1对应的最大应力值为408.37MPa，工况2对应的最大应力值为326.89MPa，工况3对应的最大应力值为317.55MPa。

三、结论

（下转第353页）

的人。所以，退休金的多少直接取决于整个劳动过程中所形成的账户的金额。

三、世界退休养老金危机时期俄罗斯退休养老金

2012年2月2日，在圆桌会议《俄罗斯和世界的养老保障危机》提出了很多观点。战略研制中心的主席米哈伊尔·德米特里耶夫指出：纵观危机时代世界养老体系的发展，俄罗斯是少数能够维持平均收入甚至高收入的国家之一，可能也是唯一的一个。在危机时代，俄罗斯不仅没有减少养老金，反而提高了70%。普京总统上台后便开始推行一系列改革，其中首先进行的是养老金改革和税制改革。2001年初国际石油价格大涨，普京政府借此机会用石油出口换回巨额收入用于清理长期积欠的工资和养老金，并大幅提高了工资和养老金水平，居民的实际收入有了很大的增长。同时政府还出台了一系列刺激内需的政策，使增加了的工资和养老金可以通过更通畅的渠道流入物质生产部门，促进经济增长。在世界上没有几个国家允许自己这样做。俄罗斯的养老支出已经处于顶峰，略超过了发达国家的平均水平。这些国家的退休者没有得到很好的救助，有的养老支出还完全依靠拨款，没有为突发事故做任何预想。这种条件下，国内生产总值仅够这些支出的几个百分点。通过一系列的计算表明，至少到2050年，养老体系才能得到平稳发展，这有很强的灵活性。 这种灵活性使它非常特殊，诸如人口老龄化问题。这个问题目前在俄罗斯很严峻。草率地说，专项地改革是不必要的。俄罗斯退休人员的结构构成允许它们改变，改变和养老基金等财政资源的协调方式。数据也表明，在保证维持成分构成和秩序的前提下，俄罗斯养老基金会可以拨款给一些组织：如果我们不给养老体系中的其他一些组织拨款，不改变退休期限的限制，则不能影响按现行退休年龄退休的人们，则退休金的数额会低于工作时的收入。这就是说钱足够了，则退休人员的组成还会按照这样的模式运转，退休金的增长要缓于工作时的工资。从2012年2月1日俄罗斯退休养老金的增加了7%。

四、结语

本文以俄罗斯丰富的经济改革实践中的社会保障制度的变迁为背景，考察社会保障制度中关键的退休养老金，俄罗斯人民对本国的退休养老金是赞不绝口的，对普京在此方面所做的工作也是一片赞扬之声。

参考文献：

[1]陈星,李珍.俄罗斯退休养老制度改革[J].黑龙江社会科学,2005(01).

[2]高际香.俄罗斯新一轮养老保障制度改革解析[J] .俄罗斯中亚东欧研究,2010(04).

Russia's retirement pension

Wang Ting

(Department of Russian, Liaoning University of International Business, Dalian Liaoning, 116052, China) Abstract: Pension problem is a global problem, on the one hand the pressure of the aging population is increasingly heavy, on the other hand, pension cost is obviously improved, many countries in the face of such difficult problem, the Russian Federation has obtained the whole nation praise, is worth us to draw lessons.

Key words: Russia; retirement pension; payment; crisis

［责任编辑：陈怀民］

本文分别应用proe和ansys对差速器壳进行造型设计和强度分析，从计算分析结果来看，局部存在较大的应力集中问题，并且出现超过材料屈服极限的情况。分析表明：(1)不同的装配间隙对局部的受力情况有很大影响，因此设计过程中应注意不同的间隙配合；

(2)较大应力主要发生在有销轴一侧，建议在设计改进中适当调整销轴孔位置，使其与一字轴相交处的壁厚内外均匀一些，同时可否考虑增加结构在此处的整体厚度；(3)三种情况最大应力值产生在销轴孔与一字轴孔相交处，并且处于内侧孔壁相对较薄的地方；(4)虽然最大应力值没有超过材料的强度极限450MPa，但最大值都超过了屈服极限310MPa，在这种情况下极易导致疲劳损坏，实际结构在最大应力处也是处于交变载荷作用的，如果上述薄弱部位存在材质缺陷时更容易导致非正常结构失效。根据受力情况，优化其结构设计，综合应用三维设计软件和有限元软件对差速器的结构设计与优化分析，对提高其性能，提高设计效率具有重大的意义。

参考文献：

[1]冯国胜,张幽彤.柴油机差速器壳静动特性的三维有限元分析[J].内燃机工程,2003(02).

[2]尹建民.6135柴油机差速器壳强度的三维有限元研究[J].内燃机工程,1997(02):71-78.

[3]孙军,桂长林,李震.内燃机差速器壳强度研究的现状、讨论与展望[J].内燃机学报,2002,20(02):179-184.

[4]Reinforcing Plate for Engine Crankcase[J].MAZDAMotor Corp,1998,4.

The three-dimensional modeling and finite element analysis of automobile differential shell

Zhang Jing-zhi

(School of Electrical Engineering, Zaozhuang University, Zaozhuang Shandong, 277160, China) Abstract: Differential shell design is the key of car design, especially strength analysis of differential shell is one of the key designs. This article through the use of PROE to carry on three-dimensional design, using ANSYS software to carry on strength analysis of differential shell, based on the differential shell model grid, the differential case load and boundary conditions of setting calculation, to obtain the differential shell stress distribution, so as to find out the easily damaged parts of differential shell, seeking to improve differential shell strength measures.

Key words: differential shell; strength; PROE; ANSYS

［责任编辑：陈怀民］（上接第351页）