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某轻型车差速器壳体断裂CAE计算分析

为找出某轻型车差速器壳体早超滤装置期失效断裂的原因，我们对其进行了多种装配关系的对比分析，从而为判断失效原因和结构改进提供理论依据。

1 CAD建模和有限元模型通过弹簧、砝码等机械传送装置带动仪表盘上焊接螺母的指针转动标示拉力值处理

1.1 采用三维设计软件工具绘制该零件的三维数模，以便于进一步的结构强度分析和优化改进，模型见下图。

1.2 通过ANSYS 软件专用接口将CAD 三维数模读入ANSYS WORKBENCH 分析环境当中。

1.3 材料特性及模型边界条件处理

根据结构实际餐饮加盟运动状态，边界条件选择在一字轴孔和一字轴销孔处；该零件材料为QT，弹性模量为1.73e5MPa，泊松比为0.3，密度为7.0e3kg/m3，屈服极限为310MPa，抗拉强香水度为450MPa。

1.4 载荷处理

根据设计载荷在模型上施加扭矩。

1.5 工况定义

考虑到实际结构的装配间隙情况，分三种极限工况，一是销轴与销轴孔间隙大于一字轴与一字轴孔间隙；二是销轴与销轴孔间隙等于一字轴与一字轴孔间隙；三是销轴与销轴孔间隙小于一字轴与一字轴孔间隙。

1.6 单元选择

考虑到该零件的断裂可能是由于局部应力集中过大造成的，本次分析采用实体单元，并尽量控制格大小和密度，共划分为269456 个节点，88192个单元，得到CAE 格模型如下图所示。

2 计算结果

2.1 三种工况最大应力值比较

2.2 三周工况整体及局部应力云图

2.2.1 销轴与销轴孔间隙大于一字轴与一字轴孔间隙：

总体及局部应力分布图

2.2.2 销轴与销轴孔间隙小于一字轴与一字轴孔间隙：

2.2.3 销轴与销轴孔间隙等于一字轴与一字轴孔间隙：

3 我可以负的说结论

本文采用线弹性计算方法，同时也基于销轴、一字轴没有损坏的前提条件下对差速器壳体的强度进行分析，从计算分析结果来看，局部存在较大的应力集中问题，并且出现超过材料屈服极限的情况。

CAE 分析表明：

1、不同的装配间隙对局部的受力情况有很大影响，因此设计过程中应注意不同的间隙配合。

2、此外销轴孔处最大应力值位置和大小与销轴大小有关，本文是按照销轴与销轴孔长度一致计算。

3、较大应力主要发生在有销轴一侧，建议在设计改进中适当调整销轴孔位置，使其与一字轴相交处的壁厚内外均匀一些，同时可否考虑增加结构在此处的整体厚度。

4、三种情况最大应力值产生在销轴孔与一字轴孔相交处，并且处于内侧孔壁相对较薄的地方。

5、虽然最大应力值没有超过材料的强度极限450MPa ，但最大值都超过了屈服极限310MPa，在这种情况下极易导致疲劳损坏，实际结构在最大应力处也是处于交变载荷作用的，如果上述薄弱部位存在材质缺陷时更容易导致非正常结构4.胶黏剂：拉伸强度、断裂伸长率失效。(end)