一种基于动载荷的差速器螺栓连接滑移风险的校核方法技术

本发明专利技术涉及汽车变速器设计领域，提供了一种基于动载荷的差速器螺栓连接滑移风险的校核方法，包括以下步骤：由三维模型建立包括主减大齿轮、差速器壳体、行星齿轮、半轴齿轮、行星轴、螺栓、轴承在内的差速器有限元模型并按照装配关系定义各零件之间的“接触”运动关系。采用CAE软件进行分析，通过对主减大齿轮动态啮合位置依次加载，模拟得到旋转时差速器壳体与主减大齿轮的连接螺栓的动态受力历程。通过螺栓的剪切受力与选型螺栓所能提供的夹紧摩擦力比较，判定螺栓的夹紧能力能否满足要求，即所述主减大齿轮和差速器壳体之间是否有滑移风险，从而优化螺栓规格选取、扭矩定义，并优化螺栓的数量及布置形式。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动载荷的差速器螺栓连接滑移风险的校核方法
本专利技术涉及变速器
，尤其涉及一种基于动载荷的差速器螺栓连接滑移风险的校核方法。
技术介绍
变速器的差速器壳体和主减大齿轮采用螺栓连接，差速器壳体与主减大齿轮的连接螺栓如果产生滑移，在反复的正反动态工作载荷冲击载荷作用下，会导致螺栓扭矩逐渐衰减甚至完全丢失，从而影响连接功能。差速器螺栓设计的传统方法是利用经验公式，通过工作扭矩传递原理来估算螺栓切向受力，从而校核螺栓连接的滑移风险及强度。该方法认为每个螺栓所承受的载荷是均等的，而在实际啮合冲击过程中，由于差速器壳体有开窗，圆周向刚度并不一致。因此，周向刚度的差异以及啮合过程的变化导致每个螺栓所承受的动态载荷有很大差异，因此该方法并不能准确计算出每个螺栓实际所受到的载荷，从而可能出现差速器螺栓过设计或强度不足而断裂、夹紧能力不足而导致滑移等风险。因此亟需研究一种能准确校核差速器实际啮合过程中螺栓连接强度及滑移风险的方法。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于动载荷的差速器螺栓连接滑移风险的校核方法，包括以下步骤：1）根据差速器大齿轮在工作状态中动态啮合的情况，采用CAE软件进行模拟。收集结构部件基本参数，包括大齿轮，差速器壳体，行星齿轮，半轴齿轮，螺栓的直径、等级、扭矩等参数及三维模型；2）根据三维模型在有限元软件中建立差速器有限元网格模型，大齿轮、差速器壳体、行星齿轮、半轴齿轮采用二阶四面体单元建模，锥轴承、行星齿轮轴采用六面体单元建模，螺栓连接采用刚性单元加梁单元建模；3）按照差速器各零件之间装配关系，在有限元分析软件中定义接触对，设置行星齿轮、半轴齿轮、差速器壳体、主减大齿轮等各零件之间的“接触”关系，以确保力及位移的传递。4）对所述半轴齿轮进行轴向旋转自由度作为负载约束，对所述差速器壳体与所述变速器壳体连接的所述锥轴承进行转动和平动自由度约束以模拟变速器壳体对所述差速器的支撑；5）将所述主减大齿轮啮合位置绕周向等分，等分点分布在所述主减大齿轮的中心节圆上，以每个等分点为中心节点建立REB3单元，连接最近的2个齿形的网格节点，在啮合位置的RBE3中心节点上施加差速器的工作载荷，工作载荷由Master软件求解获取，分析该啮合位置下差速器螺栓受力结果；6）对所述主减大齿轮中每一等分的啮合位置按啮合顺序依次进行分析，得出不同啮合位置下差速器的每个螺栓受力结果，将分析结果按啮合顺序组合，来模拟差速器壳体旋转一周差速器螺栓的瞬态受力历程；7）分析每个啮合位置下各螺栓的切向载荷数据，绘制差速器旋转一周历程下各螺栓的切向载荷曲线；8）通过剪切力与螺栓所能提供的夹紧摩擦力对比，判定螺栓的夹紧能力能否满足要求，即所述大齿轮和所述差速器壳体之间否有滑移风险，并通过剪切许用强度来判定螺栓能否满足剪切强度要求。若大齿轮和差速器壳体在两个螺栓位置的切向力大于螺栓夹紧力所能产生的最大摩擦力，该位置有滑移风险。其中，所述主减大齿轮绕周向等分成至少20份。其中，所述主减大齿轮绕周向等分成20份，25份，30份，35份或40份。本专利技术的有益效果：1）通过有限元分析的方法模拟出差速器啮合过程中，差速器壳体与主减连接螺栓的瞬时受力情况，反应出主减大齿轮在不同啮合时刻，螺栓的载荷是变动的；也反应出由于差速器壳体开窗以致圆周向刚度不一致，从而导致每个螺栓的最大载荷也是不一样的，用更精确的方法替代用经验公式平均分配螺栓载荷的方法；2）通过载荷分析结果，确定螺栓规格选取、扭矩定义，并可以优化螺栓的数量及布置形式；3）根据螺栓扭矩及剪切受力情况，判定螺栓能否满足剪切及拉伸强度要求；4）在设计阶段就能有效预防差速器螺栓滑移带来的风险，缩短开发周期，降低设计及试验成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施方式中需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对应本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的差速器螺栓连接滑移风险的校核方法中螺栓瞬态切向载荷与目标值对比图。目标值为选型螺栓所能提供的夹紧摩擦力。图2为本专利技术实施例提供的差速器主减大齿轮啮合位置加载顺序的示意图。具体实施方式以下是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。本专利技术提供了一种基于动载荷的差速器螺栓连接滑移风险的校核方法，包括以下步骤：1）根据差速器大齿轮在工作状态中动态啮合的情况，采用CAE软件进行模拟。收集结构部件基本参数，包括大齿轮，差速器壳体，行星齿轮，半轴齿轮，螺栓的直径、等级、扭矩等参数及三维模型；2）根据三维模型在有限元软件中建立差速器有限元网格模型，大齿轮、差速器壳体、行星齿轮、半轴齿轮采用二阶四面体单元建模，锥轴承、行星齿轮轴采用六面体单元建模，螺栓连接采用刚性单元加梁单元建模，有限元模型要与实际相吻合；3）按照差速器各零件之间装配关系，在有限元分析软件Hyperworks中定义接触对，设置行星齿轮、半轴齿轮、差速器壳体、主减大齿轮等各零件之间的“接触”关系，以确保力及位移的传递；4）对所述半轴齿轮进行轴向旋转自由度作为负载约束，对所述差速器壳体与所述变速器壳体连接的所述锥轴承进行转动和平动自由度约束以模拟变速器壳体对所述差速器的支撑；5）为保证分析精度，将所述主减大齿轮啮合位置绕周向等分成二十份，等分点分布在所述主减大齿轮的中心节圆上，以每个等分点为中心节点建立REB3单元，连接最近的2个齿形的网格节点，在啮合位置的RBE3中心节点上施加差速器的工作载荷，工作载荷由Master软件求解获取，分析该啮合位置下差速器螺栓受力结果；6）对所述主减大齿轮中每一等分的啮合位置按啮合顺序依次进行分析，得出不同啮合位置下差速器的每个螺栓受力结果，将分析结果按啮合顺序组合，来模拟差速器壳体旋转一周差速器螺栓的瞬态受力历程；7）分析每个啮合位置下各螺栓的切向载荷数据，绘制差速器旋转一周历程下各螺栓的切向载荷曲线；如图1所示，反映了差速器旋转啮合一周过程中每个螺栓所受的实际载荷情况，横坐标为大齿轮啮合位置点，纵坐标为螺栓所受的切向力；每一条曲线代表一个螺栓的动态受力历程。只看某一条曲线，反应了由于啮合位置的变化，导致了某个螺栓所承受的载荷是起伏变化的；每条曲线的载荷最高点并不一致，代表每个螺栓所受的最大切向载荷并不一样，是因为差速器壳体有开窗导致周向刚度不一致，从而影响螺栓载荷的分配；8）通过剪切力与螺栓所能提供的夹紧摩擦力对比，判定螺栓的夹紧能力能否满足要求，即所述大齿轮和所述差速器壳体之间否有滑移风险，并通过剪切许用强度来判定螺栓能否满足剪切强度要求，若大齿轮和差速器壳体在两个螺栓位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于动载荷的差速器螺栓连接滑移风险的校核方法，其特征在于，包括以下步骤：/n 1）根据差速器大齿轮在工作状态中动态啮合的情况，采用CAE软件进行模拟；收集结构部件基本参数，包括大齿轮，差速器壳体，行星齿轮，半轴齿轮，螺栓的直径、等级、扭矩等参数及三维模型；/n 2）根据三维模型在有限元软件中建立差速器有限元网格模型，大齿轮、差速器壳体、行星齿轮、半轴齿轮采用二阶四面体单元建模，锥轴承、行星齿轮轴采用一阶六面体单元建模，螺栓连接采用刚性单元加梁单元建模；/n 3）按照差速器各零件之间装配关系，在有限元分析软件中定义接触对，设置行星齿轮、半轴齿轮、差速器壳体、主减大齿轮等各零件之间的“接触”关系，以确保力及位移的传递。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于动载荷的差速器螺栓连接滑移风险的校核方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）根据差速器大齿轮在工作状态中动态啮合的情况，采用CAE软件进行模拟；收集结构部件基本参数，包括大齿轮，差速器壳体，行星齿轮，半轴齿轮，螺栓的直径、等级、扭矩等参数及三维模型；
2）根据三维模型在有限元软件中建立差速器有限元网格模型，大齿轮、差速器壳体、行星齿轮、半轴齿轮采用二阶四面体单元建模，锥轴承、行星齿轮轴采用一阶六面体单元建模，螺栓连接采用刚性单元加梁单元建模；
3）按照差速器各零件之间装配关系，在有限元分析软件中定义接触对，设置行星齿轮、半轴齿轮、差速器壳体、主减大齿轮等各零件之间的“接触”关系，以确保力及位移的传递。


2.根据权利要求1所述的一种基于动载荷的差速器螺栓连接滑移风险的校核方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）对所述半轴齿轮进行轴向旋转自由度作为负载约束，对所述差速器壳体与所述变速器壳体连接的所述锥轴承进行转动和平动自由度约束以模拟变速器壳体对所述差速器的支撑；
2）将所述主减大齿轮啮合位置绕周向等分，等分点分布在所述主减大齿轮的中心节圆上，以每个等分点为中心节点建立REB3单...

【专利技术属性】
技术研发人员：文新海，伍小凯，张磊，董立伟，罗大海，郭媛，殷金菊，杨杰，
申请(专利权)人：格特拉克江西传动系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36