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大型貨車傳動(dòng)軸是貨車傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件，具有傳遞功率大，所受載荷高等特點(diǎn)，在傳動(dòng)過(guò)程中受到較大扭矩，產(chǎn)生較大變形和應(yīng)力。國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)傳動(dòng)軸的振動(dòng)特性，抗沖力能力，熱處理等做了相關(guān)研究，對(duì)傳動(dòng)軸承載能力提出了一些理論依據(jù)，總結(jié)出相關(guān)結(jié)論。
但是在使用過(guò)程中，存在著軸承因摩擦生熱導(dǎo)致一字軸與叉頭燒壞失效，零部件在應(yīng)力集中處斷裂等情況。同時(shí)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)笨重，存在輕量化的可能。因此針對(duì)大型貨車的傳動(dòng)軸總成進(jìn)行強(qiáng)度分析計(jì)算，提出了具體改進(jìn)方案。
大型貨車傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)主要由兩端的萬(wàn)向節(jié)和中問(wèn)的軸管組成，在SolidWorks中設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸總成的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其中一端由凸緣叉1、卡環(huán)3、一字軸總成(包括一字軸2、軸承4)、花鍵軸叉5組成，中問(wèn)部分由護(hù)套管6、花鍵套7、軸管8組成，另一端由萬(wàn)向節(jié)叉9，一字軸總成、凸緣叉組成，花鍵軸叉與花鍵套通過(guò)花鍵配合，軸管焊接在花鍵套和萬(wàn)向節(jié)叉上。各零部件的材料與強(qiáng)度極限，如表所示。
由于貨車在行駛過(guò)程中存在不同的車速，對(duì)傳動(dòng)軸產(chǎn)生不同影響，所以這里以貨車不同檔位時(shí)的車速進(jìn)行計(jì)算。貨車主要有3種典型車速：在泥濘、坑汁、土路、上坡的情況下以一、二檔，大致為10 km/h左右的車速行駛，在一般城鎮(zhèn)公路上以三、四檔大致為40km/h左右的車速行駛，在高速公路上以五檔，大致為80km/h左右的車速行駛。根據(jù)貨車發(fā)動(dòng)機(jī)功率340匹馬力，后橋齒輪箱速比4.8，傳動(dòng)效率98%以及各檔位的車速，可以推算出傳動(dòng)軸最常用的3種扭矩為10102N/m、2517N/m和1117N/m。由此可以看出，在低速檔時(shí)傳動(dòng)軸所受扭矩最大，最容易出現(xiàn)破壞，所以以低速檔時(shí)的扭矩作為分析計(jì)算工況，具有典型的代表性。
由于兩端萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)不同，載荷不對(duì)稱，需要對(duì)整個(gè)傳動(dòng)軸進(jìn)行有限元分析。根據(jù)實(shí)際受載情況和簡(jiǎn)化分析模型的需要，作如下假設(shè)：
簡(jiǎn)化軸承模型，將滾針與軸承考慮為一個(gè)整體，只關(guān)心軸承外圈與叉頭之問(wèn)的應(yīng)力關(guān)系。力忽略一些不重要和受力較小的局部區(qū)域，如凸緣叉底盤端面齒等。
簡(jiǎn)化花鍵部分，將花鍵軸叉和花鍵套之問(wèn)設(shè)定為兩個(gè)曲面的剛性連接，在他們之問(wèn)建立綁定約束。
根據(jù)低速檔車速，在凸緣叉1的底盤上施加10102N/m的扭矩，另一個(gè)凸緣叉底盤上施加全約束。
采用四面體實(shí)體單元對(duì)叉頭進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，六面體實(shí)體單元對(duì)一字軸、軸承、軸管、花鍵套進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。將叉頭與軸叉一字軸與軸承接觸區(qū)域的網(wǎng)格細(xì)化，以便更精確的得到他們之問(wèn)的接觸應(yīng)力。調(diào)整網(wǎng)格后共計(jì)136265個(gè)單元，142817個(gè)節(jié)點(diǎn)，傳動(dòng)軸總成的有限元模型，如圖所示。
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