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基于有限元的汽车传动轴综合优化分析【摘要】传动轴作为汽车传动系统的重要零部件，由于自身结构的特点使其振动频率较低、刚度小，万向节附加力矩的存在等，传动轴高速运转时不可避免地存在振动现象。
因此研究传动轴的振动问题对解决整车的平顺性和舒适性有着重要的意义。
以有限元软件ANSYS为基础，进行了传动轴的实体设计。
基于有限元法计算传动轴的固有频率和振型，运用试验模态技术对传动轴进行模态分析，试验结果验证了有限元模型的可靠性。
【关键词】汽车传动轴；模态分析；ANSYS汽车传动轴的主要功能就是把发动机减速器的转动力矩传递到驱动装置，使驱动装置获得发动机传递来的力矩。
因此，传动轴设计中的强度及刚度校核主要表现为传动轴的受扭强度校核和材料刚度校核。
汽车传动轴主要作用是把发动机减速器的运动传递到驱动桥，使驱动桥获得规定的转速和方向，其传递的主要为转矩。
因此，传动轴的强度校核主要为受扭强度校核。
传统的分析方法，一般都是首先通过轴传递的最大转矩，计算出轴的最小直径；然后通过计算作用在轴上的载荷、不同断面上的转矩、轴向力和弯矩，利用解析法或图解法确定轴不同位置的支反力，最后利用传统的计算公式进行强度校核，确定安全系数。
如果安全系数小于许用安全系数，还要进行疲劳强度计算。
此过程计算繁杂，反复性强，而且可靠性差，很可能因为计算误差，造成由于传动轴强度不够而引发的轴裂、轴断事故。
因此，研究一种新的准确、快捷的强度分析方法迫在眉睫。
ANSYS 软件作为一种广泛应用CAE软件，应用有限元法对结构进行静力学、动力学、热力学和电磁学等多种分析。
通过ANSYS软件的应用，可以大大缩短轴类零件的设计周期，从而减少设计成本，并有利于多种型号产品的开发。
1.传动轴的实体模型的建立模型中按不同的截面形状将传动轴分为5段，其中1与5段是传动轴与万向节连接部分节叉的等效简化，4段为薄壁圆管，其它各段都为实心圆轴。
考虑到2段与3段之间原来的花键连接，将右支承设置为水平方向自由移动，而左支承为简支。
基于Hypermesh的客车车身有限元分析沈兵，靳春宁，胡平大连理工大学汽车工程学院，大连（116024）E-mail：279987329@摘要：有限元方法和理论对现代车身设计具有重要的实际意义。
综合现有的建模方案，提出了用壳单元建立有限元模型的方法；针对三种工况，应用有限元软件Hypermesh对模型进行后处理，找出了应力、位移分布情况；对轻量化设计提供了可靠的依据。
关键词：客车车身；壳单元；有限元分析中图分类号TG404；TH114；TB1151. 引言当前国内对客车车身的有限元建模方法大致有三种，即采用梁单元、壳单元和体单元。
采用梁单元可使计算量大大降低，但由于简化太多，导致一些关键受力截面无法正确表达，使得可信度不高，很难起到指导作用。
采用体单元构建的客车骨架跟现实情况很接近，但建模时间太长，不宜采用。
而壳单元弥补了梁单元与体单元的不足，是比较理想的建模方法。
本文正是采用壳单元构建了客车车身模型，并按照实际使用条件进行车载负荷计算，对车体进行结构分析。
2.模型的建立目前UG具有强大的曲面造型功能，在航空和汽车行业应用非常广泛；而Hypermesh 是世界上领先的有限元前后处理软件，它与UG等许多软件都有良好的接口。
本文采用UG 对客车车身进行何造型设计，然后在Hypermesh中进行网格划分以及前后处理工作。
车架的实际工况复杂多变，建立有限元模型时对CAD模型的简化是十分必要的。
其原则是：最大限度地保留零件的主要力学特征；将小面合并成大面，并且相邻面应共用一条轮廓线，以保证各个面上划分出来的网格在边界处是共用节点，避免在边界处出现节点错开的现象。
具体的简化如下：（1）忽略非承载件。
有些部件（如保险杠、踏板支架等）是为了满足构造或使用上的要求而设置的，对于分析车身模态影响很小，这里将其忽略掉。
（2）忽略蒙皮、玻璃等附件。
（3）忽略圆角以及梁截面形状的简化。
考虑到圆角对网格计算的来说比较费时，将模型中的圆角忽略掉；本文中梁简化成矩形钢和槽型钢。
hypermesh的analysis system 概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文旨在介绍与解释Hypermesh的Analysis System。
Hypermesh是一款常用于有限元分析的软件，而Analysis System则是其重要组成部分。
通过对Hypermesh的Analysis System进行概述和解释说明，读者能够全面了解该系统的定义、特点、功能以及其在工程实践中的应用优势和使用范围。
1.2 文章结构本文共分为五个主要部分，每个部分都会涵盖具体内容，进一步加深对Hypermesh的Analysis System的理解。
首先，在引言部分，我们将简要介绍文章主题并明确文章结构。
接下来，在Hypermesh的Analysis System概述部分，我们将详细讲解这一系统的定义，并探讨其主要特点和功能。
通过阅读这一部分，读者将能够了解到Analysis System在有限元分析中起到的作用以及它所拥有的核心特性。
然后，在Hypermesh的Analysis System解释说明部分，我们将进一步探索数据输入与导入格式支持、建模与几何处理功能以及材料属性定义与模型分析选项设置等方面。
这些内容将帮助读者深入了解Analysis System各个方面的工作原理和操作方法。
其次，在实例应用与案例分析部分，我们将介绍一个工程实践案例，并解读其中的分析结果。
同时，我们还会评估该实践案例，并总结其成果。
通过具体案例的探讨，读者将能够更好地理解Analysis System在实际工程中的应用价值。
最后，在结论和未来发展展望部分，我们将对全文进行总结，并回顾研究成果。
同时，我们也会指出存在的问题，并提出改进方向建议。
此外，本部分还会探讨Hypermesh的Analysis System未来发展前景和应用推广可能性。
1.3 目的本文旨在向读者介绍和解释Hypermesh的Analysis System。
10.16638/ki.1671-7988.2017.13.038基于HyperWorks的某重卡车架开裂分析及改进洪章仁，邵刚，殷寒寒（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）摘要：车架是重卡各总成的安装基体，它将发动机、车身和其他总成件连成一个有机的整体。
文章针对某重卡车架开裂开裂问题，模拟车架使用工况进行静强度分析。
以某一个重卡车架做为研究对象，采用UG三维建模软件进行建模，运用Altair HyperWorks12.0有限元分析软件进行试验模拟，分析车架开裂原因，运用同样方法对改进方案进行有限元分析，确认整改方案并实施。
关键词：车架总成；UG；Altair HyperWorks12.0；有限元分析中图分类号：U472.4 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)13-111-03Analysis And Improvement of AHeavy Truck Frame Based on HyperWorksHong Zhangren, Shao Gang, Yin Hanhan( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )Abstract: Frame is the mounting base of each assembly of heavy truck. It connects the engine, body and other parts into an organic whole. In this paper, the static strength analysis of a heavy truck frame cracking and cracking problem is carried out by simulating the service conditions of the frame. A heavy truck frame as the research object, modeling using UG 3D modeling software, the simulation test using Altair finite element analysis software HyperWorks12.0 analysis frame cracking using the same method, the finite element analysis of the improved scheme, confirm the rectification scheme and implementation.Keywords: Frame assembly; UG; AltairHyperWorks12.0; Finite Element AnalysisCLC NO.: U472.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)13-111-03引言车架是整车的基体，商用车绝大多数总成件（如发动机、传动系统、悬架、转向、驾驶室、货箱和有关操纵机构）都固定在车架上。
基于Hypermesh模组安装骨架有限元分析针对某安装有模组模块的骨架在吊装和有振动的环境安全性问题，建立骨架的实体模型，将骨架模型实体通过有限元接口技术导入有限元分析软件，基于Hypermesh软件对骨架进行强度分析和动力学分析，得到了骨架的变形数据，并提出优化方案。
标签：有限元分析；强度；Hypermesh1 引言此骨架内安装有28个模组模块，安装完后的骨架作为储能系统主要部件。
在吊装和有振动的安装平台中要承受水平、纵向和垂向多种载荷，设计中足够的强度分析至关重要，若强度不足，将会导致吊装中断裂和工作中疲劳破坏。
近年来，CAD、CAE逐渐成为企业提高质量的有效手段，Hypermesh作为一种高性能有限元前后处理软件，具有较高的处理速度，适应性和可定制性，与多种CAD和CAE软件有良好的接口，最重要的是还提供了多种求解器的接口。
利用Hypermesh的前后处理，对骨架进行有限元分析。
2 骨架有限元模型本文中所讨论的骨架结构特点为方管焊接而成，包括上下安装板、底部横纵梁、支撑梁和纵横梁组成，各梁和安装板材质都为铝合金，安装板上有安装模块的固定孔。
利用UG建立骨架的三维模型，然后导入到Hypermesh中，由于骨架主要是由方管组成焊接而成，因此框架主要是由梁单元，安装板离散成壳单元，模块利用加载在骨架上的载荷表示。
3 计算参数及工况分析整体骨架重量约为1.2吨，28个模块总重量约为1吨。
骨架用铝合金的抗拉强度为290MPa，屈服强度为270MPa。
在骨架的计算分析中，采用IEC61373《机车车辆设备冲击振动试验》标准，进行冲击试验仿真模拟。
对被试设备施加一系列持续时间为D，峰值为A的单个半正弦脉冲。
其中冲击加速度试验分为垂向、横向和垂向，波形与峰值如表1所示，本文采用安装方式为1A级和B级车身装。
4 分析及结果工况1为骨架在地面静止，无其他载荷时，最大位移为0.6mm，最大应力值为22.3MPa，骨架处于稳定状态。
基于HyperMesh的有限元建模及减速器模态分析
易海鹏;余飞;罗会信
【期刊名称】《起重运输机械》
【年(卷),期】2007(000)004
【摘要】采用Altair公司的HyperMesh软件对减速器进行高速度、高质量的自动网格划分,极大地简化了复杂几何的有限元建模过程,得出相应的模态算法和结果.结果表明:采用该软件进行优化分析,可以提高产品性能和质量,大大降低成本.
【总页数】4页(P30-33)
【作者】易海鹏;余飞;罗会信
【作者单位】武汉科技大学,430081;武汉科技大学,430081;武汉科技大学,430081【正文语种】中文
【中图分类】TH2
【相关文献】
1.基于HyperMesh的一次减速器的模态分析 [J], 余飞;宋景喆;罗会信
2.基于Hypermesh 14.0和LS-DYNA的老年转子间骨折有限元建模分析 [J], 何祥鑫;林梓凌;李鹏飞;杜根发;孙文涛;陈心敏;梁子毅
3.基于Hypermesh 1
4.0和LS-DYNA的老年转子间骨折有限元建模分析 [J], 何祥鑫;林梓凌;李鹏飞;杜根发;孙文涛;陈心敏;梁子毅;;;;;;;
4.基于HyperMesh软件的高速动车组齿轮箱有限元建模 [J], 刘立东;刘东宁
5.基于Hypermesh的轮边减速器连接螺栓有限元分析与研究 [J], 张燕
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10.16638/ki.1671-7988.2019.17.031
基于Hypermesh的重卡传动轴有限元分析
习伟博1，田栋2，马相飞2，申良奇1
（1.陕西万方汽车零部件有限公司，陕西西安710200；2.陕西汽车控股集团有限公司，陕西西安710200）
摘要：传动轴作为重型卡车传动系统中的重要部分，起着传递发动机功率的重要作用，但其强度不足会引发失效和结构笨重等问题。
针对这些问题，文章基于HYPERMESH有限元软件对某商用车的传动轴强度、模态与吊挂模态强度进行分析，检验此商用车的传动轴设计是否存在缺陷。
根据强度分析结果与满足结构安全的要求，提出结构改进方案，对传动轴设计的进一步优化具有参考意义。
关键词：传动轴；强度；模态；传动轴模态强度
中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)17-86-03
Finite Element Analysis of Heavy truck drive shaft by ANSYS
Xi Weibo1, Tian Dong2, Ma Xiangfei2, Shen Liangqi1
( 1.Shaanxi Wanfang Auto Parts Co. Ltd, Shaanxi Xi'an 710200; 2.Shaanxi Automobile Co. Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )
Abstract: Drive shaft is the key part of truck driving system, and it plays important role in the transfer of the engine power. But there are still problems such as failure caused by lack of strength and structure rich. Based on HYPERMESH, this paper analyzes the transmission shaft strength, mode and hanging mode strength of a commercial vehicle, and tests whether the design of the drive shaft of this commercial vehicle is defective. According to the results of strength analysis and the require -ments of structural safety, a structural improvement scheme is proposed, which has reference significance for further optimization of drive shaft design.
Keywords: drive shaft; strength; modal; transmission shaft modal strength
CLC NO.: U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)17-86-03
引言
作为汽车传动系统的重要组成部分，传动轴的主要作用是将发动机动力总成输出不同档位的动力和旋转运动传送到驱动桥，使得在传动过程中受到较大扭矩，产生较大变形和应力[1,2]。
另外，高速旋转、十字轴万向节的不等速运转、传动轴中间支承轴承高速运转的发热等复杂使用工况使得对传动轴到的强度、抗冲击能力等提出了更高要求。
为缩短产品研发周期，降低研发成本，基于软件分析传动轴容易发生损坏的位置，提出合理的措施来改善产品缺陷已成为主流趋势[3,4]。
1 重卡传动轴总成结构
重卡车型传动轴通常采用十字轴万向节伸缩结构，由于其传递扭矩较大，通常采用端面齿法兰连接传递扭矩，与乘用车和小型载货车传动轴的平面法兰结构不同[5,6]。
其基本结构如图1所示，各主要零部件的材料与强度极限如表1，中间支承橡胶刚度如表2所示。
2 传动轴有限元分析
传动轴设计完成后，在其三维模型的基础上建立其有限
作者简介：习伟博，就职于陕西万方汽车零部件有限公司。
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习伟博 等：基于Hypermesh 的重卡传动轴有限元分析
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元模型进行分析，主要包括传动轴强度、模态以及吊挂支架的动刚度。
传动轴强度分析结果见表3，对应各种材料的应力分布见图2。
图1 传动轴总成 表1 某车型传动轴材料清单
表2 传动轴中间支承橡胶刚度
表3 传动轴强度分析结果
图2 传动轴约束模态分析
汽车的动力系统不断向传动轴施加激振，传动轴的一阶弯曲模态比较容易激发共振。
故要求传动轴的一阶弯曲模态比传动轴最高转速对应的频率高出30%。
即：
由此得
，由图2可得传动
轴一阶频率为41.2Hz ，有很大优化空间。
对传动轴模态的优化有两个方向，一是更改传动轴布置，二是改变传动轴中间支承橡胶刚度。
由于车架以及底盘总布置工作完成较早，更改传动轴布置方法比较困难，并且传动轴一阶模态与目标相差不多，可以采用改变橡胶刚度来解决此问题。
由CAE 从正向出发计算出满足模态要求的橡胶刚度，与供应商协同开发新的中间支承橡胶，完成后重新提交CAE 再次分析传动轴模态验证是否满足要求。
3 传动轴吊挂分析
传动轴吊挂支架模态强度分析结果见表4，应力分布见图3、4和5。
表4 传动轴吊挂支架模态强度分析结果
图3 传动轴吊挂支架模态强度应力分布
1
图4 传动轴吊挂支架模态强度应力分布
2
图5 传动轴吊挂支架模态强度应力分布3
从分析结果中可以看出后吊挂支架强度过盛，出于降低
成本及轻量化考虑现对后吊挂支架进行结构优化。
经综合分析，提出去掉加强筋方案，对优化后的吊挂支架重新进行CAE 分析，结果见图6。
由图可看出最大应力为263.67N ，计算可得安全系数为1.34，优化后的结果满足强度要求。
图6 传动轴吊挂支架优化后模态强度应力分布
4 结束语
基于Hypermesh 的有限元法具有快捷、准确、高效的鲜明特点，通过对传动轴强度、 （下转第125页）
姚健：某汽车底盘2.5t 前轴强度分析
125
另一侧钢托处安全系数
，满足使用要求。
3 试验验证
依据《汽车非驱动类前轴台架疲劳寿命试验方法》，将试验件模拟整车状态安装在试验台架上。
试验加载参数额定载荷为 2.5T ，试验力加载载荷下峰值是额定载荷的0.5倍即1.25T ，上峰值是额定载荷的3.5倍即8.75T 。
试验台作动器沿垂直方向对试验样件施加上下循环试验力，试验频率为3Hz 。
对三根前轴进行台架试验，编号为1#、2#、3#。
试验结果如下：
表1 前轴台架试验结果
汽车非驱动类前轴疲劳寿命同时达到B5不小于30万次（或B10不大于38万次）和B50不小于70万次双指标的为
合格品，故根据实验结果可知，三根样件全部合格。
4 结论
本论文主要研究 2.5t 前轴在制动和侧滑工况下受力情况。
（1）在紧急制动工况下，主要分析中间截面和钢托截面的弯曲应力和抗扭应力。
（2）在侧滑工况下，主要分析主销孔和钢托截面的弯曲应力。
通过理论校核和试验结果2.5t 前轴满足使用要求。
参考文献
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[3] 黄乐乐.试验报告[R].安徽江淮汽车股份有限公司P2.
（上接第87页）
模态及吊挂模态强度分析，对传动轴各零部件进行了进一步改进和优化。
另外，在条件允许的情况下可以采集传动轴的实际载荷，对传动轴做疲劳寿命分析，进一步提高传动轴设计的质量，同时以上CAE 分析优化流程适用于它重卡车型的开发，具有重要参考价值。
参考文献
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