習(xí)偉博，田棟，馬相飛，申良奇

（1.陜西萬方汽車零部件有限公司，陜西 西安 710200；2.陜西汽車控股集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710200）

引言

作為汽車傳動系統(tǒng)的重要組成部分，傳動軸的主要作用是將發(fā)動機動力總成輸出不同檔位的動力和旋轉(zhuǎn)運動傳送到驅(qū)動橋，使得在傳動過程中受到較大扭矩，產(chǎn)生較大變形和應(yīng)力[1，2]。另外，高速旋轉(zhuǎn)、十字軸萬向節(jié)的不等速運轉(zhuǎn)、傳動軸中間支承軸承高速運轉(zhuǎn)的發(fā)熱等復(fù)雜使用工況使得對傳動軸到的強度、抗沖擊能力等提出了更高要求。為縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，基于軟件分析傳動軸容易發(fā)生損壞的位置，提出合理的措施來改善產(chǎn)品缺陷已成為主流趨勢[3，4]。

1 重卡傳動軸總成結(jié)構(gòu)

重卡車型傳動軸通常采用十字軸萬向節(jié)伸縮結(jié)構(gòu)，由于其傳遞扭矩較大，通常采用端面齒法蘭連接傳遞扭矩，與乘用車和小型載貨車傳動軸的平面法蘭結(jié)構(gòu)不同[5，6]。其基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示，各主要零部件的材料與強度極限如表1，中間支承橡膠剛度如表2 所示。

2 傳動軸有限元分析

傳動軸設(shè)計完成后，在其三維模型的基礎(chǔ)上建立其有限元模型進(jìn)行分析，主要包括傳動軸強度、模態(tài)以及吊掛支架的動剛度。傳動軸強度分析結(jié)果見表3，對應(yīng)各種材料的應(yīng)力分布見圖2。

圖1 傳動軸總成

表1 某車型傳動軸材料清單

表2 傳動軸中間支承橡膠剛度

表3 傳動軸強度分析結(jié)果

圖2 傳動軸約束模態(tài)分析

汽車的動力系統(tǒng)不斷向傳動軸施加激振，傳動軸的一階彎曲模態(tài)比較容易激發(fā)共振。故要求傳動軸的一階彎曲模態(tài)比傳動軸最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)的頻率高出30%。即：

3 傳動軸吊掛分析

傳動軸吊掛支架模態(tài)強度分析結(jié)果見表4，應(yīng)力分布見圖3、4 和5。

表4 傳動軸吊掛支架模態(tài)強度分析結(jié)果

圖3 傳動軸吊掛支架模態(tài)強度應(yīng)力分布1

圖4 傳動軸吊掛支架模態(tài)強度應(yīng)力分布2

圖5 傳動軸吊掛支架模態(tài)強度應(yīng)力分布3

從分析結(jié)果中可以看出后吊掛支架強度過盛，出于降低成本及輕量化考慮現(xiàn)對后吊掛支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。經(jīng)綜合分析，提出去掉加強筋方案，對優(yōu)化后的吊掛支架重新進(jìn)行CAE 分析，結(jié)果見圖6。由圖可看出最大應(yīng)力為263.67N，計算可得安全系數(shù)為1.34，優(yōu)化后的結(jié)果滿足強度要求。

圖6 傳動軸吊掛支架優(yōu)化后模態(tài)強度應(yīng)力分布

4 結(jié)束語

基于Hypermesh 的有限元法具有快捷、準(zhǔn)確、高效的鮮明特點，通過對傳動軸強度、

模態(tài)及吊掛模態(tài)強度分析，對傳動軸各零部件進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。另外，在條件允許的情況下可以采集傳動軸的實際載荷，對傳動軸做疲勞壽命分析，進(jìn)一步提高傳動軸設(shè)計的質(zhì)量，同時以上CAE 分析優(yōu)化流程適用于它重卡車型的開發(fā)，具有重要參考價值。