【《某越野车后驱动桥主要零部件和差速器齿轮机构建模分析案例》3000字】

某越野车后驱动桥主要零部件和差速器齿轮机构建模分析案例1主要零部件的三维建模1.1SolidWorks2018软件的简介SolidWorks是一款功能齐全的三维设计软件，由美国SolidWorks公司基于Windows平台设计开发出来的。SolidWorks诞生于1995年，主要优点在于它极易上手，操作容易、功能齐全、创新性强，正是因为这些优点提高了机械工程师的设计效率，而且被广泛应用于汽车、医疗器械、航空航天以及电子等诸多领域。SolidWorks

2018版本与其他旧版本相比在各个方面都得到了升级优化，增强了用户体验，所以本次设计用SolidWorks2018进行建模[19]。1.2主要零部件的建模及装配1.2.1十字轴的建模十字轴主要是支承行星齿轮，与行星齿轮配合安装的，主要作用是将转矩传给行星齿轮，本次设计十字轴的材料选择40Cr合金钢。进入软件，绘制原始草图，通过旋转凸台/基体、拉伸切除等命令，得到十字轴模型,轴径为19.82mm，行星轮支承长度21.8mm，如图1.1所示。图1.1十字轴模型1.2.2行星齿轮的建模行星齿轮与半轴齿轮啮合，主要作用是随差速器壳公转的同时产生自转，允许两侧车轮转速不同。由于齿轮在SolidWorks2018中可以直接选用，在工具中点击Toolbox选择GB再点击动力传动选择齿轮形式点击直斜接齿轮，选择生成零部件，再输入模数5、齿数10、压力角22.3°、齿面宽13.65mm以及十字轴的轴径19.82mm，最后对齿轮进行圆角处理，如图1.2所示。图1.2行星齿轮模型1.2.3半轴齿轮的建模半轴齿轮作用主要是将转矩传给两个半轴，半轴齿轮的建模与行星齿轮相似，工具中点击Toolbox选择GB再点击动力传动选择齿轮形式点击直斜接齿轮，选择生成零部件，再输入模数5、齿数16、压力角22.3°齿面宽13.65mm生成模型，根据数据绘制外花键草图，通过拉伸切除、倒角和圆角等命令得到半轴齿轮模型。图1.3行星齿轮模型1.2.4主、从动摩擦片的建模主、从动摩擦片的作用是提供摩擦力矩，保障转矩的分配。进入软件，绘制基本形状的草图，然点击拉伸凸体，厚度为3.5mm，得到主动摩擦片三维模型如1.4所示在前视基准面绘制草图，点击拉伸凸体，厚度为3.5mm，得到从动摩擦片三维模型如1.5所示。图1.4主动摩擦片三维模型图1.5从动摩擦片三维模型1.2.6蝶形弹簧的建模蝶形弹簧的主要作用是利用变形来产生弹力，从而压紧摩擦片组。进入软件，绘制基本形状草图，通过旋转凸台、拉伸切除等命令，得到蝶形弹簧模型厚度为3.5mm，内锥高为8mm，如图1.6。图1.6蝶形弹簧三维模型1.2.7压力环的建模压力环的主要是作用在v型槽上的圆周力转化为压紧力，压紧摩擦片组。进入软件，绘制基本形状草图，通过拉伸，扫描切除、拔模等命令得到与模型，如图1.7所示。压力环上有与差速器壳相配合键槽，v型槽的角度为35°和45°，这样可以使差速器满足不同工况的需求。图1.7压力环三维模型1.2.8差速器壳体的建模差速器壳建模过程比较复杂，但是可以在Solidworks2018中KYTool中直接提取出来，然后通过拉伸切除等命令，开设有与压力环外键、主动摩擦片外凸耳相配合的凹槽，圆周上应当开设油孔，以满足摩擦片、半轴齿轮、行星齿轮、行星齿轮轴等的润滑要求，如图1.8所示。图1.8差速器壳体1.3后驱动桥结构的装配1.3.1差速器结构的装配新建装配体，按照顺序依次插入零件十字轴、行星齿轮、主、从动摩擦片、压力环、螺栓并放在合适位置，选中各零件的点、线、面，然后选择配合类型标准配合和机械配合，最后选择配合关系，依次装配即可，最后模型如图1.9和1.10所示：图1.9装配图1图1.10装配图21.3.3差速器与其他零部件的装配依次插入半轴、主、从动锥齿轮、驱动桥壳，按照装配原则，选择装配类型和关系最后依次装配各零件，如图1.11、图1.12及图1.13所示：图1.11装配图3图1.12装配图4图1.13装配图51.4本章小结本章主要叙述了摩擦片式自锁差速器三维模型的建立过程以及后驱动桥整个结构的装配。首先对的SolidWorks2018介绍，然后开始各个主要零部件的模型建立，主要是十字轴、行星齿轮、半轴齿轮、压力环、主动和从动摩擦片、蝶形弹簧、差速器壳的建模，然后再根据装配原则，对所建立的模型来进行配合，选择零件之间的相互配合关系，将零件依次将装配成一个整体，即所设计的后驱动桥。2差速器齿轮机构的有限元分析2.1Workbench11.5的介绍Workbench11.5是ANSYS公司推出来的，主要功能是协同仿真环境，能够对复杂机械系统的结构动力和静力学、刚体和流体动力学、结构热、电磁场以及耦合场等进行分析模拟。本次课题主要做的是差速器行星齿轮的模态分析和十字轴的Workbench11.5静力学分析，通过对边界条件的约束，简单施加外来载荷来模拟计算模型上的应力变化和位移变化，验证零件的许用应力范围，检验是否符合设计要求[20]。2.2行星齿轮的模态分析2.2.1网格模型建立打开Workbench11.5，点击左侧工具栏里的Modal指令，将其托入到项目创建栏中，右击Geometry，选择行星齿轮，双击Model进入Mechanical生成模型，如图2.1所示：图2.1行星齿轮有限元模型然后关闭界面，双击Engineering

Data定义材料属性。在通用材料库中选择20CrMnTi材料Struchural

Steel，具体属性表2.1所示：表2.1行星齿轮的材料属性名称密度弹性模量泊松比20钢7.674×E-9N.mm2.35mm0.3最后进入Mechanical进行网格划分，选中行星轮，插入Sizing，大小选择5mm，点击Generate

Mesh生成网格，如图2.2所示图2.2行星齿轮网格划分模型2.2.2初始条件的设置由于对行星齿轮进行的是模态分析，所以不需要施加载荷，只需要施加约束即可，在Outline分析树中，选择Model(A5)，点击Supports，选择圆柱面约束CylindricalSupports，如图2.3所示：图2.3行星齿轮约束效果图2.2.3求解过程在Outline分析树中，点击AnalysisSettings选择6阶，最后选择Solution(A6)节点，右击插入6次求解变形项TotalDeformation，计算求解得到六阶的固有频率和六阶振型图，模态频率图和振型图如下图所示：（1）模态频率如图2.4所示:图2.4模态频率图（2）一阶振型图如图2.5所示：图2.5一阶振型图（3）二阶振型图如图2.6所示：图2.6二阶振型图（4）三阶振型图如图2.7所示：图2.7三阶振型图（5）四阶振型图如图2.8所示：图2.8四阶振型图（6）五阶振型图如图2.9所示：图2.9五阶振型图（7）六阶振型图如图2.10所示：图2.10六阶振型图2.2.4结果分析通过软件Workbench11.5对行星轮进行了模态分析，计算得出了行星齿轮的前六阶的固有频率和振型图。通过观察前六阶振型图可以发现在第四阶频率下变形量最小，在第五阶频率变形量最大。为了防止齿轮结构发生共振，应尽量使外界激励的频率避开行星轮的固有频率。2.3十字轴的静力学分析2.3.1网格模型建立打开软件，选择工具栏里的Geometry指令，将其托入到项目创建栏中，将StaticStructural拖入第二个Geometry中，右击Geometry，选择十字轴，双击Model进入Mechanical生成模型，如图2.11所示：图2.11行星齿轮有限元模型然后关闭界面，双击Engineering

Data定义材料属性。由于十字轴材料的选用与行星齿轮一样，所以在通用材料库中选择20CrMnTi材料Struchural

Steel，具体属性见表2.1所示，因为对十字轴是静力学分析，由前文可知支承面要求。最后进入Mechanical进行网格划分，选中十字轴，插入Sizing，大小选择5mm，点击Generate

Mesh生成网格，如图2.12所示图2.12十字轴网格划分模型由于对十字轴进行的是静力学分析，所以需要在轴的四个支承面施加两个力矩，由前文可知大小为3818.25，方向相反；还需要施加约束即可，在Outline分析树中，选择Struchural

Steel(B5)，点击Loads和Supports，选择力矩Moment和固定约束CylindricalSupports。2.3.3求解过程在Outline分析树中，右击选择Solution(B6)节点，插入求解变形项TotalDeformation和求解应力项EquivalentStress，最后点击Solve直接求解，得到图2.13位移变形云图和图2.14应力变形云图。图2.13位移变形云图图2.14应力变形云图2.3.4结果分析通过仿真，从位移变形云图上可以