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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。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、加载土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 100
2、Hz。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
3、壳二柱槽壳星形套、保持架、三销架滚针、球环中间轴材料牌号5520CrMnTiGCr1540Cr密度7850KG/m37850KG/m37900KG/m37850KG/m3弹性模量2.01x105 Mp2 . 07 x105 Mp2.09 x105 Mp2 . 07 x105 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 MpBonded - JH-3O141 To 1587547Maximum Shear StressItems: 10 of 12 indicated201
4、2-7-24 10:32No Separation - 1587547 To BJ-820450Maximum Shear Stress2012-7-24 10:36Bonded - ZH-00239 To 1587542Conta匚t Region 2Bonded - ZH-00239 To 1587544Contact Region 4Bonded - ZH-00239 To 1587547Conta匚t Region 8Conta匚t Region 9Conta匚t Region 11No Separation - ZH-00239 To BJ-820450-JH-30141 To BJ
5、-820450-1587542 To BJ-820450No Separation 1587543 To BJ-820450No Separation 1587544 To BJ-820450No Separation 1587545No Separation 1587546No Separation 15875472. 接触接触零件接触类型接触零件接触零件钢球一钟形壳bonded滚针一三销架No Separation钢球一星形套bonded滚针一球环No Separation保持架一钟形壳No Separation球环一三柱槽壳bonded保持架一星形套No Separation滚针一滚针N
6、o Separation钢球一保持架No Separation阻尼铁芯一橡胶刚性联接图（5）钢球与钟形壳和星形套滚道的接触2012-7-24 11:48No Separation - MA-354-l40?39 ToNo Separation MA3541439 ToNo Separation MA-354-l40?39 ToNo 5eparation MA-354-l40?39 To MA-354-340,92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（6）钢球和保持架、保持架与钟形壳和星形套球面接触No Separation - MA-35440.39 T
7、o MA-354-340,114Equivalent StressItems: 10 of 29 indicated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兀大小1.5mm单兀大小1.5mm单兀大小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（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
8、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 自由度固定约束，边界条件设置见图（13）所示。B: Static Structural (AN5Y5)Static StructuralTime: 1. s2012-7-24 16:39a| Fixed Support E Moment: 8.e+005 Pmm图（13） 固定端万向节边界条件图（12） 移动端万向节边界条件4.3 中间轴加载 800N
9、m 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。B: Static Structural (ANSYS)Static StructuralTime: 1, s2012-7-24 14:39A| Fixed Support b Moment: 8.e+005 Nm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（图16）可以看出，三柱槽壳杆部的最大剪应力约660Mp，小于其图 16 移动端万向节最
10、大剪应力云图从最大剪应力云图抗剪强度为0.6倍抗拉强度极限约720Mp。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。1396 Max1240.91085.8423.03620.45465.331.4699e-8 Min0.0030.002012-7-25 13:56B: Static Structural (ANSYS)Equivalent StressType: Equivalent (voStress Unit: MPa60.00 (mm)15.0045.00155.11930.67310.22图 17 固定端万向
11、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。590.05447.7189.5427.8538e-9 Min0.0035.002012-7-25 13:53B: Static Structural (ANSYS)Maximum Shear StressType: Maximum Shear Stress Unit: MPa805.88 Ma716.3370.00 (mm)17.5052.50626.79268.63179.08图 18 固定端万向节最大剪应力云图5.3 中间轴分析中间轴只受转矩，不受弯矩
12、，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，小于其抗剪强度0.6倍抗拉强度极限约1020Mp。B: Static Structural (ANSYS)Maximum 5hear StressType: Maximum Shear StressUnit: MPaTime: 12012-7-26 14:00792.96 Maw704.85616.74528.64440.53352.43264.32176.2188.1060.00017852 Min0.0050.00100.00 (mm)25.0075.00图 19 中间轴最大剪应力云图中间轴在80
13、0Nm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，加载土800Nm对称交变载荷，预估疲劳寿命。0.0080.00 (mm)40.0020.0060.00图 20 移动端万向节寿命70.00 (mm)0.0035.0017.5052.50图 21 固定端万向节寿命B: Static Structural (ANSYS)LifeType: LifeTime: 02012-7-26 16:293.16el0 Maw1.50926107.2081e93.4426e91.6442e97.8527e83.7505e81.7912e8 8.5549e7I_I 4.0858e7 Min0.0050.00100,00 (mm)25.0075.00B: Static Structural (ANSYS)LifeType: LifeTime: 02012-7-26 16:34lellMaw3.6058el01.3002el04.6883e91.6905e96.0958e82.1981e87.9258e72.8579e71.0305e7 Min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
