E3等速驱动轴CAE报告

1、E3 等速驱动轴 CAE 报告分析： 邓国兴审核：验收：宁波珈多利机械有限公司技术中心2012 年07月18日分析报告一、模型E3 等速驱动轴总成如图（ 1）所示，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移动端三球销式万向节总成、固定端球笼式万向节总成、中间轴三部分，另外分析阻尼圈。固定端球笼式万向节总成中间轴阻尼块移动端三球销式万向节总成图（ 1）等速驱动轴模型本次分析的目的：1、静态扭矩加载 800Nm，查看各零件的应力分布，分析零件是否满足性能要求；2、加载

2、± 800Nm对称交变载荷，预估等速驱动轴疲劳寿命。3、加载 1g 加速度，阻尼块的一阶频率符合100Hz。二、静力分析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，模型简化为图（2）（3）（ 4）所示。等速驱动轴的传动零件是钢，失效模式主要是塑性变形和疲劳损伤，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，在静力分析的基础上预估疲劳寿命。图（ 2）图（ 3）图（ 4）1. 零件材料属性移动端

3、万向节包含三柱槽壳、三销架、滚针、球环；固定端万向节包含钟形壳、保持架、星形套、钢球。零件对应材料属性钟形壳 三柱槽壳星形套、保持架、三销架滚针、球环中间轴材料牌号5520CrMnTiGCr1540Cr密度33337850KG/m7850KG/m7900KG/m7850KG/m弹性模量2.01x10 5 Mp2.07 x10 5 Mp2.09 x10 5 Mp2.07 x10 5 Mp泊松比0.30.290.290.28拉伸强度极限1200 Mp1100 Mp1800 Mp1700 Mp拉伸屈服强度900 Mp800 Mp2200 Mp1400 Mp2. 接触接触零件接触类型接触零件接触零件钢

4、球钟形壳bonded滚针三销架No Separation钢球星形套bonded滚针球环No Separation保持架钟形壳No Separation球环三柱槽壳bonded保持架星形套No Separation滚针滚针No Separation钢球保持架No Separation阻尼铁芯橡胶刚性联接图（ 5）钢球与钟形壳和星形套滚道的接触图（ 6）钢球和保持架、保持架与钟形壳和星形套球面接触图（ 7）球环与三柱槽壳滚道的接触图（ 8）滚针与滚针的接触3. 网格信息移动端万向节总成中间轴固定端万向节总成网格类型实体网格网格类型实体网格网格类型实体网格品质高品质高品质高单元大小1.5mm单元大小

5、1.5mm单元大小1.5mm单元数269633单元数34438单元数183811节点数132173节点数80269节点数104811图（ 9）固定端万向节总成模型网格划分图（ 10）固定端万向节总成模型网格划分图（ 11）中间轴模型网格划分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 移动端万向节总成加载 800Nm扭矩在三柱槽壳杆部，三销架内花键圆柱面全自由度固定约束，边界条件设置见图（ 12）所示。4.2 固定端万向节总成加载 800Nm扭矩在星形套花键圆柱面，钟形壳杆部花键圆柱面全

6、自由度固定约束，边界条件设置见图（ 13）所示。图（ 12） 移动端万向节边界条件图（ 13）固定端万向节边界条件4.3 中间轴加载 800Nm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，边界条件设置见图（ 14）所示。图（ 14） 中间轴边界条件5. 分析结果5.1 移动端万向节分析从等效应力云图（图 15）可以看出，滚针和球环，球环和球道的接触点等效应力约325Mp，小于材料的屈服强度。图 15 移动端万向节等效应力云图从最大剪应力云图（图 16）可以看出，三柱槽壳杆部的最大剪应力约 660Mp，小于其抗剪强度为 0.6 倍抗拉强度极限约 720Mp。图 16 移动端万向节最大

7、剪应力云图从应力角度分析，移动端万向节承受800Nm转矩，强度是满足要求的。5.2 固定端万向节分析从等效应力云图（图 15）可以看出，钢球和球道的接触点等效应力约 423Mp，小于材料的屈服强度。图 17 固定端万向节等效应力云图从最大剪应力云图（图 18）可以看出，钟形壳杆部的最大剪应力约 600Mp，小于其抗剪强度为 0.6 倍抗拉强度极限约 720Mp。图 18 固定端万向节最大剪应力云图从应力角度分析，移动端万向节承受800Nm转矩，强度是满足要求的。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，最大剪应力产生在固定端花键的根部，最大值达到792.96Mp，

8、小于其抗剪强度0.6 倍抗拉强度极限约1020Mp。图 19 中间轴最大剪应力云图中间轴在 800Nm的转矩条件下，中间轴满足试用条件。三、疲劳分析在静力分析在基础上，加载±800Nm对称交变载荷，预估疲劳寿命。图 20 移动端万向节寿命图 21 固定端万向节寿命图 22 中间轴节寿命从寿命图 20、21、22 可以看出，零件的预估寿命均大于 107 次，± 800Nm对称交变载荷下，零件满足寿命要求。四、模态分析阻尼块为了满足客户要求的振动频率，进行模态分析，通过分析结果验证阻尼块的结构是否满足要求。1. 模型阻尼块由氯丁橡胶包覆铁芯两部分组成，模型见图（ 23）。图（

9、23） 阻尼块模型2. 零件材料属性模态分析和材料的密度、弹性模量、泊松比有关，橡胶是非线性材料，做为传动轴阻尼块试用，属于弹性材料小变形范畴，故本次分析橡胶材料试用Mooney-Rivlin 2 模型 。铁芯参数橡胶参数材料牌号45材料牌号氯丁橡胶密度7850KG/m3C010.22弹性模量2.01x105 MpC100.85泊松比0.28D010.553.网格移动端万向节总成网格类型实体网格四面体9358边12621面19791图（ 24）固定端万向节总成模型网格划分4. 载荷和约束现实中，阻尼块先小过盈装配在中间轴上，再试用卡箍将其卡紧在中间轴上，模型中在阻尼块与中间轴和卡箍的接触面施加X 方向旋转自由，其它方向平移和旋转固定约束。阻尼块整体在X 方向施加 1g 加速度载荷。边界条件见图（25）。图（ 25） 移动端万向节边界条件5. 分析结果5.1通过分析，得到阻尼块模型 14 阶的频率，其中一阶频率为 96.69Hz,基本符合目标要求，实际加工制造时通过试验测量调试产品结构可以达到目标要求。图（ 26） 模型 1-4 阶频率5.2 从一阶频率下阻尼块的位移云图，可以看出 Y 方向即直径方向上，阻尼块的位移范围为± 0.98mm，与传动轴装车运转时的位移状况接近，分析符合实际。图（ 27） 一阶频