基于Hypermesh的重卡传动轴有限元分析

10.16638/ki.1671-7988.2019.17.031

基于Hypermesh的重卡传动轴有限元分析

习伟博1，田栋2，马相飞2，申良奇1

（1.陕西万方汽车零部件有限公司，陕西西安710200；2.陕西汽车控股集团有限公司，陕西西安710200）

摘要：传动轴作为重型卡车传动系统中的重要部分，起着传递发动机功率的重要作用，但其强度不足会引发失效和结构笨重等问题。针对这些问题，文章基于HYPERMESH有限元软件对某商用车的传动轴强度、模态与吊挂模态强度进行分析，检验此商用车的传动轴设计是否存在缺陷。根据强度分析结果与满足结构安全的要求，提出结构改进方案，对传动轴设计的进一步优化具有参考意义。

关键词：传动轴；强度；模态；传动轴模态强度

中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)17-86-03

Finite Element Analysis of Heavy truck drive shaft by ANSYS

Xi Weibo1, Tian Dong2, Ma Xiangfei2, Shen Liangqi1

( 1.Shaanxi Wanfang Auto Parts Co. Ltd, Shaanxi Xi'an 710200; 2.Shaanxi Automobile Co. Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )

Abstract: Drive shaft is the key part of truck driving system, and it plays important role in the transfer of the engine power. But there are still problems such as failure caused by lack of strength and structure rich. Based on HYPERMESH, this paper analyzes the transmission shaft strength, mode and hanging mode strength of a commercial vehicle, and tests whether the design of the drive shaft of this commercial vehicle is defective. According to the results of strength analysis and the require -ments of structural safety, a structural improvement scheme is proposed, which has reference significance for further optimization of drive shaft design.

Keywords: drive shaft; strength; modal; transmission shaft modal strength

CLC NO.: U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)17-86-03

引言

作为汽车传动系统的重要组成部分，传动轴的主要作用是将发动机动力总成输出不同档位的动力和旋转运动传送到驱动桥，使得在传动过程中受到较大扭矩，产生较大变形和应力[1,2]。另外，高速旋转、十字轴万向节的不等速运转、传动轴中间支承轴承高速运转的发热等复杂使用工况使得对传动轴到的强度、抗冲击能力等提出了更高要求。为缩短产品研发周期，降低研发成本，基于软件分析传动轴容易发生损坏的位置，提出合理的措施来改善产品缺陷已成为主流趋势[3,4]。

1 重卡传动轴总成结构

重卡车型传动轴通常采用十字轴万向节伸缩结构，由于其传递扭矩较大，通常采用端面齿法兰连接传递扭矩，与乘用车和小型载货车传动轴的平面法兰结构不同[5,6]。其基本结构如图1所示，各主要零部件的材料与强度极限如表1，中间支承橡胶刚度如表2所示。

2 传动轴有限元分析

传动轴设计完成后，在其三维模型的基础上建立其有限

作者简介：习伟博，就职于陕西万方汽车零部件有限公司。

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习伟博 等：基于Hypermesh 的重卡传动轴有限元分析

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元模型进行分析，主要包括传动轴强度、模态以及吊挂支架的动刚度。传动轴强度分析结果见表3，对应各种材料的应力分布见图2。

图1 传动轴总成 表1 某车型传动轴材料清单

表2 传动轴中间支承橡胶刚度

表3 传动轴强度分析结果

图2 传动轴约束模态分析

汽车的动力系统不断向传动轴施加激振，传动轴的一阶弯曲模态比较容易激发共振。故要求传动轴的一阶弯曲模态比传动轴最高转速对应的频率高出30%。即：

由此得

，由图2可得传动

轴一阶频率为41.2Hz ，有很大优化空间。对传动轴模态的优化有两个方向，一是更改传动轴布置，二是改变传动轴中间支承橡胶刚度。由于车架以及底盘总布置工作完成较早，更改传动轴布置方法比较困难，并且传动轴一阶模态与目标相差不多，可以采用改变橡胶刚度来解决此问题。由CAE 从正向出发计算出满足模态要求的橡胶刚度，与供应商协同开发新的中间支承橡胶，完成后重新提交CAE 再次分析传动轴模态验证是否满足要求。

3 传动轴吊挂分析

传动轴吊挂支架模态强度分析结果见表4，应力分布见图3、4和5。

表4 传动轴吊挂支架模态强度分析结果

图3 传动轴吊挂支架模态强度应力分布

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图4 传动轴吊挂支架模态强度应力分布

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图5 传动轴吊挂支架模态强度应力分布3

从分析结果中可以看出后吊挂支架强度过盛，出于降低

成本及轻量化考虑现对后吊挂支架进行结构优化。经综合分析，提出去掉加强筋方案，对优化后的吊挂支架重新进行CAE 分析，结果见图6。由图可看出最大应力为263.67N ，计算可得安全系数为1.34，优化后的结果满足强度要求。

图6 传动轴吊挂支架优化后模态强度应力分布

4 结束语

基于Hypermesh 的有限元法具有快捷、准确、高效的鲜明特点，通过对传动轴强度、 （下转第125页）