鎂合金作為工業(yè)產(chǎn)品中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，又具有比較好的回收性能，在汽車減重、性能改善和環(huán)保中日益得到工業(yè)界重視。目前，鎂合金以壓鑄件的形式在汽車零部件中得到了應(yīng)用，如鎂合金變速箱殼體、輪毅等。某汽車公司采用鎂合金變速箱殼體代替鋁合金殼體，為盡可能利用原模具結(jié)構(gòu)，降低設(shè)計(jì)成本，需要對在相同結(jié)構(gòu)下采用鎂合金后的殼體進(jìn)行強(qiáng)度分析。本研究采用有限元軟件對殼體進(jìn)行建模，并劃分有限元網(wǎng)格。選取啟動狀態(tài)時的載荷為計(jì)算工況，在MARC軟件中建立該殼體有限元力學(xué)模型，對變速箱殼體進(jìn)行載荷分析，分析了殼體的受力情況。隨后，針對變速箱殼體強(qiáng)度薄弱部位，對局部結(jié)構(gòu)改進(jìn)提出了建議。
      變速箱殼體擬采用型號為AZ91D的鎂合金，其彈性模量為45GPa，泊松比為0.35，體密度為1.8g/cm3。抗拉強(qiáng)度為200MPa，屈服強(qiáng)度為120MPa，疲勞強(qiáng)度為75MPa。變速箱輸入轉(zhuǎn)矩為74N.m，標(biāo)定轉(zhuǎn)速為3500r/min，最大轉(zhuǎn)速為5000r/min。根據(jù)變速箱受力情況，在變速箱懸掛螺紋孔處施加位移邊界條件，則變速箱所受外力為其自重和由于牽引所引起的力。根據(jù)汽車?yán)碚摚��?dāng)變速箱位于一檔即起步檔位置時，所受到的牽引力最大，所以選取一檔時變速箱殼體所受外力作為外載荷。
      變速箱在工作過程中，受力是通過軸承與殼體相接觸來傳遞的，故分析殼體的受力情況，先要分析軸承的受力情況。為了計(jì)算出變速箱殼體內(nèi)所受的力，須先得到變速箱內(nèi)各齒輪對間的力，這些力通過齒輪和齒輪軸傳到軸承上，再由軸承傳到殼體上。齒輪之間有徑向力、周向力和軸向力，其計(jì)算公式分別為式中：T為扭矩，d為分度圓直徑，F(xiàn)為周向力，F(xiàn)Y為徑向力，F(xiàn)a為軸向力，a為分度圓上的壓力角，R為分度圓上的螺旋角。這三種力只有徑向力的方向和齒輪軸線垂直，而周向力可以分解為一個力矩和一個作用在齒輪軸線上并和齒輪軸線相垂直的力，因此可得到一個作用在齒輪軸線上的徑向合生支反力。由于軸承采用向心球軸承，主要承受徑向載荷，可忽略軸向因素的影響，因此只分析徑向力的影響。變速箱一軸和二軸及中間軸的軸承支反力根據(jù)材料力學(xué)不難求出，6個軸承孔處的支撐反力結(jié)果如表所示。
      變速箱殼體采用UG進(jìn)行造型。由于殼體形狀非常復(fù)雜，并且受力不均勻，因此取其整體作為分析對象，并將部分與材料強(qiáng)度無關(guān)的結(jié)構(gòu)(如倒角、螺紋孔等)，進(jìn)行拉直，填平等結(jié)構(gòu)上的簡化。將殼體劃分為四面體單元，外形網(wǎng)格如圖所示，該模型共有40813個節(jié)點(diǎn)，149420個單元。分析計(jì)算及后處理采用軟件MARC Mentat進(jìn)行。軸受力時，力經(jīng)過R軸承傳遞到殼體上。當(dāng)殼體的有限元模型建立好以后，這些力以節(jié)點(diǎn)力的形式施加。由于軸承與軸及殼體是通過過盈配合連接的，軸作用到軸承上的集中力F通過軸承作用到殼體上就轉(zhuǎn)換為沿殼體圓周的分布力Rp，R1，R2，...Rn，載荷F在包角范圍內(nèi)可假定按余弦分布。

                                                                                  專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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