汽車差速器的solidworks建模分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u2447汽車差速器的solidworks建模分析案例 166111.1建模軟件的介紹 1123531.2差速器三維模型的建立 2145221.3仿真模型的分析和建立 46068（1）汽車沿直線行駛 416003（2）汽車沿彎道行駛 5143521.4運動仿真 656101.4.1汽車沿直線行駛運動仿真 68073（1）齒輪副設(shè)置 620756（2）運動分析定義 626986（3）運動結(jié)果分析 643401.4.2汽車沿彎道行駛運動仿真 788051.5差速器殼體的分析與優(yōu)化 722591.5.1差速器殼體有限元分析 7113851.5.2差速器殼體的優(yōu)化 818311.5.3差速器殼體在ANSYS中的優(yōu)化 817721.5.4差速器殼體優(yōu)化處理 9302401.5.5差速器殼體優(yōu)化結(jié)果 101.1建模軟件的介紹solidworks本機軟件設(shè)計是一個在新的windows設(shè)計環(huán)境下用戶可以自動進行各種類型機械設(shè)計的軟件應(yīng)用程序,solidworks逐步發(fā)展壯大成為目前世界上技術(shù)領(lǐng)先、主流的三維的cad圖形系統(tǒng)設(shè)計解決方案。solidworks我們可以為您的客戶量身提供各種不同的產(chǎn)品設(shè)計方案,降低了產(chǎn)品設(shè)計中可能出現(xiàn)的設(shè)計錯誤和提高產(chǎn)品質(zhì)量。Solidworks這個軟件對于我們學生來說,操作簡單方便、易學且更容于交際實現(xiàn)。1.2差速器三維模型的建立差速器的組成：差速器殼、行星齒輪軸、行星齒輪、半軸齒輪等組成。三維圖如圖1.2-1.25所示。圖1.2半軸齒輪圖1.21差速器殼圖1.22差速器總成圖1.23行星齒輪圖1.24行星齒輪軸圖1.25行星齒輪軸墊片1.3仿真模型的分析和建立建立好主要兩個零部件之后,在主要兩個零部件之間分別設(shè)置好一個鏈釘連接,差速器對于一輛汽車模型進行車輛運動模型仿真主要的一個連接設(shè)計方法也就是它具有兩種銷釘圓槽連接和兩種剛性鏈釘連接,為了汽車能夠直接保證一輛差速器沿一種垂直線形的方向共同行駛而必須同時需要分別為其添加兩個圓槽進行連接,鏈釘全部構(gòu)造好之后便等于可以直接開始對一輛汽車差速器進行一次汽車運動模型仿真,為了汽車能夠真實地直接模擬一輛差速器的橫向運動,本文分別建立了兩種基于汽車運動模型仿真的連接模型:一種沿著的是一種橫向直線形的方向共同行駛與一輛汽車沿著一個彎道而上向下的直線方向共同行駛。（1）汽車沿直線行駛汽車沿一條類似垂直線條的方向高速行駛,要特別注意的是保證整個傳動機構(gòu)都應(yīng)該是一個齒輪傳遞式的運動整體,輸出傳動軸的兩個半軸傳遞齒輪的反向轉(zhuǎn)速基本上是相等,行星式齒輪沒有轉(zhuǎn)動帶來齒輪自轉(zhuǎn),因此在汽車仿真時把汽車動力轉(zhuǎn)向來源軸的加速放到了主動兩個齒輪上,在從動車輪和半軸傳遞鏈路到反向行駛的齒輪地面摩擦問題上再次新加一個齒輪可以直接用來準確反映純齒輪滾動力和摩擦的齒輪鏈路通過連接副一側(cè)的齒輪或者一個傳遞式的鏈路連接齒條副,以便于仿真保證在主動兩個齒輪進行高速旋轉(zhuǎn)時汽車能夠通過從動兩個齒輪旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)驅(qū)使左右兩個齒輪傳遞鏈路到從動車輪的反向轉(zhuǎn)動,并而且轉(zhuǎn)矩相同。該文對汽車沿車輪垂直旋轉(zhuǎn)方向高速行駛的一種結(jié)構(gòu)性高速運動系統(tǒng)進行了高速仿真,如圖1.3所示。圖1.31直線行駛仿真（2）汽車沿彎道行駛汽車沿著一個彎道運動方向高速行駛的傳動機構(gòu)系統(tǒng)需要主動通過一個轉(zhuǎn)速差動的齒輪體系該體系將主動沿著齒輪的方向運動.它被區(qū)別分解成兩個方向輸出的半軸傳動齒輪,即兩個半軸作為傳動半列齒輪之間的兩個半軸轉(zhuǎn)速,其中一個半軸作為傳動軸的齒輪各自分別具有不同的傳動轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速差的數(shù)值與兩個彎道方向半徑和兩個半輪傳動半軸車輪的運轉(zhuǎn)中心點密切相關(guān):式中，為左半軸傳動齒輪的最大轉(zhuǎn)速，右半軸傳動齒輪;為彎道的平均半徑,為兩個車輪之間中心差的1/2。所以我們在進行運動仿真的時候?qū)Ⅱ?qū)動力的來源加到主動齒輪所在的傳遞軸上,在驅(qū)動力上再一次的增設(shè)一個傳遞式齒輪副,有利于在保證驅(qū)動力來源向右方的高速旋轉(zhuǎn)的時候能通過一個差動輪關(guān)聯(lián),從而促進左右兩個車輪之間的傳動,并且其轉(zhuǎn)速也不相等。

圖1.32直線行駛仿真1.4運動仿真然后我們選擇一個應(yīng)用程序菜單,"應(yīng)用程序/機構(gòu)",進入每個應(yīng)用程序機構(gòu)的系統(tǒng)仿真。1.4.1汽車沿直線行駛運動仿真（1）齒輪副設(shè)置在本次彈出的與嚙合齒輪副運動相關(guān)的參數(shù)對話框中我我設(shè)定了與嚙合齒輪副運動有密切關(guān)系相關(guān)的主要參數(shù),其中一個主要參數(shù)類型包括兩個軸互相嚙齒結(jié)合的小齒輪的各有一節(jié)圓形大直徑齒軸及其內(nèi)部連接軸,在對電動汽車齒輪進行直線方向運動的高速仿真中,整個高速傳感器控制機構(gòu)分別累計設(shè)置了6個嚙合齒輪副,用于高速完成整個軸沿直線方向運動汽車行駛的高速仿真。運動分析定義在系統(tǒng)彈出的一個對話框中自動設(shè)定分析信息的名稱,在信息類型中自動選定信息的位置,在一個圖形顯示中自動設(shè)定信息的開始、終止時間、最小持續(xù)時間和所需要顯示的幀頻,單擊按鈕即可運行,分析信息的定義即可完成。運動結(jié)果分析所以來說當主動伺服減速電機的傳動轉(zhuǎn)速大約為20時,主動減速齒輪機的轉(zhuǎn)速大約為20,左右兩個齒輪驅(qū)動器以及車輪之間的傳動轉(zhuǎn)速都一樣應(yīng)該是相等于20。點擊自動定義生成數(shù)據(jù)分析所得到需要手動定義的兩個測量車輪結(jié)果,在第一個作為測量點所定義的結(jié)果對話框中通過手動設(shè)置測量車輪的類型名稱、測量點的類型和軸來進行選擇車輪加速度、選擇兩個測量點或作為軸一左運動車輪的兩個連接點和軸,同理,定義第二個作為測量點的車輪名稱,選擇左一右車輪的兩個連接點和軸也即作為軸一運動車輪連接點的軸。1.4.2汽車沿彎道行駛運動仿真汽車沿著彎道的方向行駛運動模擬仿真和其他汽車沿著一條直線方向行駛的運動模擬仿真方向的設(shè)置方式都是一致的,齒輪副也分別設(shè)置6個齒輪副,不同的地方就是將車輪與行駛軌跡之間的齒輪副從一條直道方向行駛的齒輪或者齒條副修復(fù)為一個標準的齒輪副,以便于適應(yīng)彎道的行駛。差速器運動模擬仿真,通過建立各種零件之間的力矩和約束關(guān)系,對差速器的元件進行了連接和安裝,很直觀地查看了差速器在不同條件下的運動狀況,把傳統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計的模擬實例轉(zhuǎn)化為一個具有虛擬感知功能的模擬實例,精確地繪制了汽車左右兩側(cè)的車輪在垂直線上行駛和彎道上行駛時的高速度曲線，為前期的設(shè)計及后期安裝工藝奠定了堅實的基礎(chǔ)。1.5差速器殼體的分析與優(yōu)化本文通過對差速器的設(shè)計可以了解到差速器的殼體對差速器本身也有著很重要的影響，為了降低汽車的成本，節(jié)能減排使其符合我國現(xiàn)當今社會節(jié)能環(huán)保等理念；目前我國內(nèi)對于汽車的設(shè)計比較廣泛追求輕量化的設(shè)計。所以，在對差速器殼體做出了分析以及優(yōu)化。1.5.1差速器殼體有限元分析對差速器的殼體分析過程中，為了方便加載和約束，將差速器殼體看作為一個整體來進行分析。整個殼體有限元模型共有3480個節(jié)點、2724個殼單元、475個六面體單元和268個MPC單元REF_Ref15922\r\h[4]。對差速器殼體進行有限元分析，在軸承安裝處對其施加約束，然后再對主減速器從動齒輪施加對殼體作用的轉(zhuǎn)矩；其差速器殼體有限元分析的結(jié)果如圖1.51所示:圖1.51差速器殼體有限元分析圖由圖中可以看出差速器殼體的最大應(yīng)力約為100MPa,殼體的材料是QT500-7，屈服極限為87MPa,強度極限為200MPa。所以本次設(shè)計殼體的最大應(yīng)力98.858MPa大于材料的屈服極限87MPa，因此本輪設(shè)計的差速器殼體強度滿足要求。1.5.2差速器殼體的優(yōu)化優(yōu)化設(shè)計通常包括以下幾個步驟REF_Ref21897\r\h[20],這些步驟根據(jù)用戶所選用優(yōu)化方法的不同而有細微的差別。(1)首先就要生成循環(huán)所需要用到的分析文件，這個文件必須要包括差速器殼體的整個分析過程，并且需要滿足以下幾個條件:①參數(shù)化方式建立模型REF_Ref1202\r\h[15];②求解;③提取并指定狀態(tài)變量和目標函數(shù)REF_Ref1202\r\h[15]。(2)定義參數(shù)，在ANSYS數(shù)據(jù)庫里定義與分析文件中變量相對應(yīng)的參數(shù)REF_Ref21897\r\h[20]。(3)進入OPT處理器，并指定分析文件。(4)指定優(yōu)化變量。(5)選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法。(6)指定優(yōu)化循環(huán)控制方式。(7)進行優(yōu)化分析。(8)查看設(shè)計序列結(jié)果(OPT)和后處理(POST1/POST26)REF_Ref16914\r\h[19]。1.5.3差速器殼體在ANSYS中的優(yōu)化經(jīng)過優(yōu)化，根據(jù)差速器殼體靜應(yīng)力圖可得，差速器殼體的最大應(yīng)力值為100MPa，材料屈服極限極限為87MPa。所以本次設(shè)計殼體的最大應(yīng)力98.858MPa大于材料的屈服極限87MPa，因此本輪設(shè)計的差速器殼體強度滿足要求。由圖可看看出殼體的最大應(yīng)力值在6處，其余部位的應(yīng)力是很小的，為了保證最大受力處的應(yīng)力在規(guī)定范圍內(nèi)的同時能夠盡可能節(jié)省材料，所以對殼體進行優(yōu)化。圖1.53殼體各個部位示意圖1.5.4差速器殼體優(yōu)化處理本次優(yōu)化主要通過減小殼體各部位的壁厚來達到節(jié)約材料的目的。因此取殼體1—6部位的壁厚來做優(yōu)化變量，用B1—B6表示。優(yōu)化變量的變化范圍設(shè)置如表1.54所示。表1.54優(yōu)化變化量自變量最小值最大值公差4.00006.00002E-28.000012.00004E-28.000011.00007E-28.000012.00004E-28.000012.00004E-212.000018.00006E-2狀態(tài)變量主要考慮殼體的最大應(yīng)力不能超過材料屈服極限的規(guī)定值,考慮一個安全狀態(tài)變量主要考慮殼體的最大應(yīng)力不能超過材料屈服極限的規(guī)定值，考慮一個安全系數(shù)，取100MPaREF_Ref18528\r\h[17]。1.5.5差速器殼體優(yōu)化結(jié)果差速器殼體優(yōu)化后，其靜力分析圖如圖1.55所示：圖1.55優(yōu)化后殼體的靜力分析圖雖然減小了某些部位的壁厚，但差速器殼體的