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        基于ABAQUS的變速器試驗臺架有限元分析

        發布于:2023-03-18 21:18
        有限元分析

              變速器試驗臺架剪切銷過載保護裝置通過2個剪切銷連接2 塊法蘭,使電機的輸出和變速器的輸入連接起來,以傳遞扭矩,其連接如圖1所示。剪切銷既要保證不會在正常工況條件下被剪斷,又要保證在非正常過載的情況下及時地被剪斷,以保護昂貴的設備,比如電機、扭矩儀等。
        在安裝調試臺架時已調整2塊法蘭之間的同軸度誤差小于0.03 mm,所以由此造成的彎矩可以忽略不計,因此,剪切銷頸部只承受純剪切力作用。
              但在臺架運行過程中,設備商提供的剪切銷經常出現非正常斷裂的情況,見圖2,使得設備利用率大大降低,而且對試驗樣品造成不可預測的損傷。因此,文中利用有限元分析軟件ABAQUS對剪切銷頸部應力進行了分析計算,并提出改進建議。
              當前國內變速器疲勞試驗臺架試驗多為穩態試驗。在進行某變速器試驗時,額定扭矩為400 N.m,輸入轉速為1800 r/min,但剪切銷在試驗進行至577、649、1322 min時分別出現斷裂現象,而變速器未出現斷齒或異,F象,嚴重影響了試驗樣品和試驗進度。因此,很有必要對剪切銷進行分析。
              試驗臺架在當前扭矩條件下采用頸部尺寸為6.5 mm的剪切銷,其對應設計過載扭矩為650 N.m,剪切銷尺寸見圖3。
              在建模時,用兩個圓盤模擬剪切銷結構左端法蘭和右端法蘭;施加載荷時,將左端固定,在右端中心點施加理論設計扭矩650 N.m,法蘭與剪切銷之間建立接觸關系。整個模型網格如圖4所示。
              應用材料為45鋼,彈性模量 E=209 GPa,泊松比μ=0.269。為了較真實地模擬實際材料的彈塑性,有限元計算中采用材料應力-應變曲線,如圖5所示。
              由于剪切銷使用要求的特殊性,其強度必須保持在一個較小的范圍內,既要滿足正常運轉時傳遞扭矩,又要滿足突發載荷時快速斷裂,以保護臺架等昂貴設備。因此對于判定準則有比較苛刻的要求,要求盡量與真實情況一致。大量實驗結果表明:von Mises屈服條件比 Tresca屈服條件大多數情況下更接近材料的真實屈服情況。故文中在有限元計算中的屈服條件也以von Mises屈服條件為準。
              圖6是剪切銷頸部尺寸為6.5 mm 應力分布圖,可以看出最大主應力為648.1 MPa,大于材料的許用屈服極限550. 1MPa,因此,剪切銷出現早期屈服斷裂,這也與試驗結果相符。調整剪切銷頸部外徑尺寸,重新進行核算,確定頸部安全尺寸為6.86 mm時,剪切銷頸部最大主應力為524.9 MPa,應力分布如圖7所示,小于材料的許用屈服極限550.1 MPa,滿足設計要求。
              根據有限元分析計算結果,試制了一批剪切銷,頸部尺寸為6.86 mm,成對安裝于臺架剪切銷結構,逐步提高試驗扭矩,通過數據箱采集系統采集扭矩傳感器測量出的剪切銷瞬間斷裂扭矩,記錄在表2中。
              從表2中的10組試驗結果可以看出:切斷扭矩最大為671 N.m,最小的為617 N.m,都大于變速器額定扭矩1.5倍,小于其1.75倍,而且都在理論設計扭矩附近,可以滿足試驗應用。


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