差速器是汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋總成中的主要功能部件，其作用是向車(chē)橋的兩邊半軸傳遞動(dòng)力的同時(shí)，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，滿足兩邊車(chē)輪盡可能以純滾動(dòng)的形式做不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。差速器的重要性可想而知，在用戶使用的過(guò)程中，如果差速器出現(xiàn)任何故障，都會(huì)影響整車(chē)的正常安全行駛。
EFRZ% Y qP;{3FSkAF 某輕型車(chē)的售后反饋資料顯示，該車(chē)差速器的常見(jiàn)故障中，差速器的殼體易出現(xiàn)早期失效斷裂，影響用戶使用。為找出該車(chē)型差速器殼體早期失效斷裂的原因，我們對(duì)其進(jìn)行了多種裝配關(guān)系的對(duì)比分析，希望為判斷失效原因和結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供理論依據(jù)。
vNC$f(cQ [>$\s=` h CAD建模和有限元模型處理
V`g\ja* Y bIb6yVnHi 該車(chē)型差速器的CAD三維數(shù)模見(jiàn)圖1-a，這是我們進(jìn)行進(jìn)一步結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析和優(yōu)化改進(jìn)的基礎(chǔ)。通過(guò)ANSYS軟件的專用接口，我們將這個(gè)CAD三維數(shù)模讀入ANSYS WORKBENCH分析環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行計(jì)算和分析。
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q'% [[< 圖1 差速器的CAD三維數(shù)模及其
CAE網(wǎng)格模型
G>=9gSLM 3 ^02fy 該零件的材料為QT450-10，彈性模量為1.73e5MPa，泊松比為0.3，密度為7.0e3kg/m3，屈服極限為310MPa，抗拉強(qiáng)度為450MPa。在ANSYS WORKBENCH分析環(huán)境中，根據(jù)差速器結(jié)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，我們將其邊界條件選擇在一字軸孔和一字軸銷(xiāo)孔處，然后根據(jù)設(shè)計(jì)載荷在模型上施加扭矩。
5U-p'c9IC *or2 考慮到實(shí)際結(jié)構(gòu)的裝配間隙情況，我們分三種極限工況：一是銷(xiāo)軸與銷(xiāo)軸孔間隙大于一字軸與一字軸孔間隙；二是銷(xiāo)軸與銷(xiāo)軸孔間隙等于一字軸與一字軸孔間隙；三是銷(xiāo)軸與銷(xiāo)軸孔間隙小于一字軸與一字軸孔間隙。
: $M9XZ~\ 3@P Ug(M 另外，考慮到該零件的斷裂可能是由于局部應(yīng)力集中過(guò)大造成的，本次分析采用實(shí)體單元，并盡量控制網(wǎng)格大小和密度，共劃分為269456個(gè)節(jié)點(diǎn)，88192個(gè)單元，得到CAE網(wǎng)格模型如圖1-b所示。
3R<ME c p|h.@do4 CAE的計(jì)算結(jié)果
#.E\,N' DnNt@e2| 我們采用線彈性計(jì)算方法，同時(shí)也基于銷(xiāo)軸、一字軸沒(méi)有損壞的前提條件下，對(duì)差速器殼體的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算和分析。
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通過(guò)計(jì)算可得到各種孔配合間隙情況中，三種極限工況下的最大應(yīng)力值分別為：銷(xiāo)軸與銷(xiāo)軸孔間隙大于一字軸與一字軸孔間隙時(shí)為408.37MPa，銷(xiāo)軸與銷(xiāo)軸孔間隙等于一字軸與一字軸孔間隙時(shí)為317.55MPa，銷(xiāo)軸與銷(xiāo)軸孔間隙小于一字軸與一字軸孔間隙時(shí)為326.89MPa。三種工況下的局部應(yīng)力分布如圖2所示。
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io9y; S"+ 圖2 三種極限工況下的局部應(yīng)力分布
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