等速驱动轴CAE分析

等速驱动轴CAE分析报告

模态/强度分析

等速驱动轴总成如上图所示，针对分析的问题不同，有以下几点说明：1、因模型的网格划分，将影响有限元模型的规模、速度和精度，以及计算的成败，整个等速驱动轴组件划分网格规模巨大，不易细分网格，影响计算的精度，故本次分析可以将等速驱动轴总成分解为三球销式万向节总成、球笼式万向节总成、中间轴三部分，所以采用此方法来校核总成强度；2、涉及到总成的频率计算（模态分析），又不能将分解总成，需要一体计算。所以，为保证本次分析结构有效，模态分析采用一体计算，强度分析则分别校核三大主件的应力。

一、模型

二、分析的目的

本次分析主要有以下目的：

1.静态扭矩加载1360.5Nm，查看各零件的应力分布，分析零件是否满足性

能要求；

2.总成一阶频率能否满足≥200Hz。

三、模态分析

为了满足客户要求的振动频率，进行模态分析，通过分析结果验证半轴总成结构能否满足要求。

1.模型

等速驱动轴其作用是将发动机的动力从变速器（差速器）传递到汽车的驱动轮，等速驱动轴仅承受转矩，等速驱动轴模态分析无需考虑惯性和阻尼的影响，故将等速驱动轴的防尘套、卡箍去除，零件不影响频率的花键、尖角、圆角去除，模型简化为图所示。

等速驱动轴总成由三大主件组成：球笼式等速万向节、中间轴、三球

4.载荷和约束

等速驱动轴总成的装配要求：三球销壳外花键与差速器半轴齿轮内花键配合，钟形壳外花键与轮毂单元内花键配合。从装配要求中，我们可以得出：驱动轴总成两端处于固定状态，所以分析时，施加的边界条件是三球销壳外花键和钟形壳外花键的自由度均为0（DOF=0，Fixed Support ），如下图

所示：3.

网格划分

本次共划分164088个节点，80737个单元。

5.分析结果

左轴

上图反应了左轴一阶频率和一阶振型，其中一阶频率为218.7Hz,满足总成一阶频率≥200Hz。

右轴

上图反应了右轴一阶频率和一阶振型，其中一阶频率为207.04Hz,满足总成一阶频率≥200Hz。

四、强度分析

模型

1.

等速驱动轴其作用是将发动机的动力从变速器（差速器）传递到汽车的驱动轮，等速驱动轴仅承受转矩，等速驱动轴静力分析无需考虑惯性和阻尼的影响，故将等速驱动轴的防尘套、卡箍去除，零件不影响强度处的花键、尖角、圆角去除，三大主件模型简化如图所示。通过计算等速驱动轴承受转矩后各个零件的应力值来判断零件强度是否满足设计

要求。

中间轴

钟形壳

三球销壳

2.零件材料属性同模态分析。

3.网格划分

钟形壳网格划分示意图，本次工划分38288个节点，20837个单元。

4.载荷和约束

汽车动力从变速箱（差速器）输出，传递到等速驱动轴的移动端万向节，通过中间轴刚性联接传递到固定端万向节输出至车轮，从而驱动汽车行驶。

4.1固定端万向节总成加载1360.5Nm扭矩在星形套花键圆柱面，钟形壳杆

部花键圆柱面全自由度固定约束，边界条件设置见图所示。

4.2移动端万向节总成加载1360.5Nm扭矩在三球销壳杆部花键圆柱面，三销架内花键圆柱面全自由度固定约束，边界条件设置如图所示。

4.3中间轴加载1360.5Nm扭矩在一端花键圆柱面，另一端花键圆柱面全自由度固定约束，边界条件设置如图所示。

5.分析结果

5.1固定端万向节分析

从最大剪应力云图可以看出，钟形壳杆部最大剪应力为373.17MPa，小于材料的抗剪强度（516MPa）。

5.1固定端万向节分析

从等效应力云图可以看出，钟形壳杆部最大等效应力为646.36MPa，小于材料的断裂强度（中频淬火后可达900MPa）。

综上，球笼式万向节满足现有的强度要求，设计合格。

5.2移动端万向节分析

从最大剪应力云图可以看出，钟形壳杆部最大剪应力为363.96MPa，小于材料的抗剪强度（480MPa）。

5.2移动端万向节分析

从等效应力云图可以看出，钟形壳杆部最大等效应力为630.4MPa，小于材料的断裂强度（中频淬火后可达1200MPa）。

综上，三球销式万向节满足现有的强度要求，设计合格。

5.3中间轴分析

中间轴只受转矩，不受弯矩，从最大剪应力分布云图可以看出，最大剪应力产生在移动端靠花键杆部，最大值达到474.85Mp（实际计算为443.5MPa，误差在7%左右），小于其抗剪强度（539MPa）。

中间轴在1360.5Nm的转矩条件下，中间轴满足试用条件。