汽车差速器扭转冲击疲劳分析方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种汽车差速器扭转冲击疲劳分析方法及系统，该方法包括：根据预设速比关系和电驱动总成耐久载荷谱获取差速器的转矩随旋转角度的变化历程；搭建差速器总成有限元模型，根据有限元模型将差速器中的主减速大齿轮中的啮合位置进行等分处理；根据等分处理结果对有限元模型进行预紧步分析和加载步分析；根据差速器的转矩随旋转角度的变化历程生成差速器转矩比

【技术实现步骤摘要】
汽车差速器扭转冲击疲劳分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及汽车变速器
，特别涉及一种汽车差速器扭转冲击疲劳分析方法及系统。

技术介绍

[0002]纯电驱动及混合动力驱动的新能源汽车与传统内燃机汽车相比，具有结构更紧凑、加速性能更好、能量回收再利用等优点。但由于电机加速转矩变化速率快，能量回收反拖转矩大等因素，导致与之连接的减速器或变速器所传递转矩的交变冲击幅值更大、频次更多，即使具有足够的静强度，往往也会在长期的循环交变载荷下出现疲劳损伤。而差速器作为减速器或变速器不可或缺的关键部件，其结构及力流传递复杂，因此对差速器的校核尤为重要。
[0003]目前所具有的一些分析方法仅适用于传统燃油车差速器强度及疲劳仿真。例如专利号CN105488298A公开的一种变速器差速器冲击强度及疲劳仿真方法，其采用恒定转矩恒定转速水平计数分析差速器强度及疲劳寿命，只是单纯考虑在定转矩和定转速的情况下，差速器旋转啮合导致的等转矩累积循环疲劳损伤，使得测试条件较为单一，得到的分析结果存在片面性，导致对纯电动及混合动力汽车差速器冲击强度及校核不足。
[0004]因此亟需寻求一种能准确校核纯电动及混合动力驱动汽车基于整车耐久试验的差速器冲击强度及疲劳的仿真方法。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术的目的是提出一种汽车差速器扭转冲击疲劳分析方法，以解决传统疲劳分析技术因测试条件较为单一而使得测试结果存在片面性，进而导致对纯电动及混合动力汽车差速器冲击强度及校核不足的问题。
[0006]根据本专利技术提出的一种汽车差速器扭转冲击疲劳分析方法，所述方法包括：获取电驱动总成耐久载荷谱，并根据电机输出轴至差速器的预设速比关系和所述电驱动总成耐久载荷谱获取差速器的转矩随旋转角度的变化历程；获取差速器的各个组成部件，并基于各个部件之间的连接关系搭建差速器总成有限元模型，根据所述有限元模型将差速器中的主减速大齿轮中的啮合位置进行等分处理；根据等分处理结果对所述有限元模型进行预紧步分析和加载步分析，得到预紧步分析结果和加载步分析结果；根据差速器的转矩随旋转角度的变化历程生成差速器转矩比
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旋转角度矩阵，并将所述预紧步分析结果、所述加载步分析结果以及所述差速器转矩比
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旋转角度矩阵导入预设分析通道进行疲劳仿真分析，以得到差速器在变转矩啮合过程中的应力变化历程。
[0007]综上，根据上述的汽车差速器扭转冲击疲劳分析方法，通过差速器啮合转矩大小变化的时间历程及啮合位置变化的空间历程进行双重变化维度的归一，动态反应了差速器在工作时的真实受力状态，并将应力仿真与差速器转矩比
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旋转角度矩阵进行关联，进而获
取到差速器壳体在变转矩啮合过程中的应力瞬态变化历程，以充分考虑电机在转矩快速交变冲击造成的交变疲劳损伤情况，进而为对差速器壳体结构的设计及试验载荷谱的调校提供全面且精确的参考，进而实现对差速器的准确校核。
[0008]进一步地，所述获取电驱动总成耐久载荷谱的步骤包括：获取在整车耐久试验中多种试验工况下电机输出端的转速数据和转矩数据，以根据电机输出端的转速数据和电机输出转矩数据分别生成电机转速历程曲线和电机转矩历程曲线；根据所述电机转矩历程曲线获取输入轴转矩交变幅值、均值、转动圈数以及交变次数，并结合所述电机转速历程曲线和试验运行时长迭代生成电驱动总成耐久载荷谱。
[0009]进一步地，所述获取差速器的各个组成部件，并基于各个部件之间的连接关系搭建差速器总成有限元模型，根据所述有限元模型将差速器中的主减速大齿轮中的啮合位置进行等分处理的步骤包括：根据所述有限元模型将差速器中的主减速大齿轮的啮合位置沿周向分成第一预设等分，得到多个等分节点，每相邻等分节点间隔第一预设角度；将所述等分节点分别与各自相临的主减速大齿轮的齿面有限元网格节点相耦合。
[0010]进一步地，所述根据等分处理结果对所述有限元模型进行预紧步分析和加载步分析，得到预紧步分析结果和加载步分析结果的步骤包括：约束所述有限元模型中的轴承外圈3个平动自由度及绕半轴旋转的转动自由度，约束所述有限元模型中的半轴齿轮绕半轴旋转的转动自由度；向所述有限元模型中的锥轴承施加轴向紧固过盈量以及螺栓预紧力进行预紧步分析，得到第一应力结果。
[0011]进一步地，所述根据等分处理结果对所述有限元模型进行预紧步分析和加载步分析，得到预紧步分析结果和加载步分析结果的步骤包括：根据等分节点将所述主减速大齿轮每一等分后的啮合位置按照啮合顺序依次进行加载，并求解在所述主减速大齿轮各个不同啮合位置下施加驱动峰值转矩作用下的第二应力结果，以及在所述主减速大齿轮各个不同啮合位置下施加反拖谷值转矩作用下的第三应力结果。
[0012]进一步地，所述根据差速器的转矩随旋转角度的变化历程生成差速器转矩比
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旋转角度矩阵的步骤包括：根据差速器的转矩随旋转角度的变化历程获取每个啮合位置在单个工况下的瞬态驱动转矩、驱动峰值转矩、瞬态反拖转矩、反拖谷值转矩，以计算得到每个啮合位置下所述瞬态驱动转矩与所述驱动峰值转矩的第一比值系数，以及每个啮合位置下所述瞬态反拖转矩与所述反拖谷值转矩的第二比值系数，并根据所述第一比值系数和第二比值系数计算与所述第一比值系数和第二比值系数分别对应的预紧力补充系数；根据每个啮合位置下的第一比值系数定义所述差速器转矩比
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旋转角度矩阵第一预设列数的数值，根据每个啮合位置下的第二比值系数定义所述差速器转矩比
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旋转角度矩阵第二预设列数的数值，根据所述预紧力补充系数定义所述差速器转矩比
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旋转角度矩阵第三预设列数的数值，以得到所述差速器转矩比
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旋转角度矩阵。
[0013]进一步地，所述将所述预紧步分析结果、所述加载步分析结果以及所述差速器转
矩比
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旋转角度矩阵导入预设分析通道进行疲劳仿真分析，以得到差速器在变转矩啮合过程中的应力变化历程的步骤包括：根据所述预紧步分析结果、所述加载步分析结果构建预设列矩阵；对所述差速器转矩比
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旋转角度矩阵与所述预设列矩阵的乘积进行线性插值，以得到差速器在变转矩啮合过程中的应力变化历程。
[0014]进一步地，所述根据所述预紧步分析结果、所述加载步分析结果构建预设列矩阵的步骤包括：根据所述第二应力结果定义预设列矩阵第一行数的数值，根据所述第三应力结果定义所述预设列矩阵第二行数的数值，根据所述第一应力结果定义所述预设列矩阵第三行数的数值。
[0015]进一步地，所述根据差速器的转矩随旋转角度的变化历程生成差速器转矩比
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旋转角度矩阵，并将所述预紧步分析结果、所述加载步分析结果以及所述差速器转矩比
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旋转角度矩阵导入预设分析通道进行疲劳仿真分析，以得到差速器在变转矩啮合过程中的应力变化历程的步骤之后还包括：获取差速器壳体材料疲劳特性曲线、材料表面粗糙度以及试验循环次数，以计算差速器壳体的疲劳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽车差速器扭转冲击疲劳分析方法，其特征在于，所述方法包括：获取电驱动总成耐久载荷谱，并根据电机输出轴至差速器的预设速比关系和所述电驱动总成耐久载荷谱获取差速器的转矩随旋转角度的变化历程；获取差速器的各个组成部件，并基于各个部件之间的连接关系搭建差速器总成有限元模型，根据所述有限元模型将差速器中的主减速大齿轮中的啮合位置进行等分处理；根据等分处理结果对所述有限元模型进行预紧步分析和加载步分析，得到预紧步分析结果和加载步分析结果；根据差速器的转矩随旋转角度的变化历程生成差速器转矩比
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旋转角度矩阵，并将所述预紧步分析结果、所述加载步分析结果以及所述差速器转矩比
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旋转角度矩阵导入预设分析通道进行疲劳仿真分析，以得到差速器在变转矩啮合过程中的应力变化历程。2.根据权利要求1所述的汽车差速器扭转冲击疲劳分析方法，其特征在于，所述获取电驱动总成耐久载荷谱的步骤包括：获取在整车耐久试验中多种试验工况下电机输出端的转速数据和转矩数据，以根据电机输出端的转速数据和电机输出转矩数据分别生成电机转速历程曲线和电机转矩历程曲线；根据所述电机转矩历程曲线获取输入轴转矩交变幅值、均值、转动圈数以及交变次数，并结合所述电机转速历程曲线和试验运行时长迭代生成电驱动总成耐久载荷谱。3.根据权利要求1所述的汽车差速器扭转冲击疲劳分析方法，其特征在于，所述获取差速器的各个组成部件，并基于各个部件之间的连接关系搭建差速器总成有限元模型，根据所述有限元模型将差速器中的主减速大齿轮中的啮合位置进行等分处理的步骤包括：根据所述有限元模型将差速器中的主减速大齿轮的啮合位置沿周向分成第一预设等分，得到多个等分节点，每相邻等分节点间隔第一预设角度；将所述等分节点分别与各自相临的主减速大齿轮的齿面有限元网格节点相耦合。4.根据权利要求3所述的汽车差速器扭转冲击疲劳分析方法，其特征在于，所述根据等分处理结果对所述有限元模型进行预紧步分析和加载步分析，得到预紧步分析结果和加载步分析结果的步骤包括：约束所述有限元模型中的轴承外圈3个平动自由度及绕半轴旋转的转动自由度，约束所述有限元模型中的半轴齿轮绕半轴旋转的转动自由度；向所述有限元模型中的锥轴承施加轴向紧固过盈量以及螺栓预紧力进行预紧步分析，得到第一应力结果。5.根据权利要求4所述的汽车差速器扭转冲击疲劳分析方法，其特征在于，所述根据等分处理结果对所述有限元模型进行预紧步分析和加载步分析，得到预紧步分析结果和加载步分析结果的步骤包括：根据等分节点将所述主减速大齿轮每一等分后的啮合位置按照啮合顺序依次进行加载，并求解在所述主减速大齿轮各个不同啮合位置下施加驱动峰值转矩作用下的第二应力结果，以及在所述主减速大齿轮各个不同啮合位置下施加反拖谷值转矩作用下的第三应力结果。6.根据权利要求5所述的汽车差速器扭转冲击疲劳分析方法，其特征在于，所述根据差速器的转矩随旋转角度的变化历程生成差速器转矩比
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旋转角度矩阵的步骤包括：
根据差速器的转矩随旋转角度的变化历程获取每个啮合位置在单个工况下的瞬态驱动转矩、驱动峰值转矩、瞬态反拖转矩、反拖谷值转矩，以计算得到每个啮合位置下所述瞬态驱动转矩与所述驱动峰值转矩的第一比值系数，以及每个啮合...

【专利技术属性】
技术研发人员：文新海，张磊，倪魏伟，殷金菊，汪文华，董立伟，任伟，李王英，李玉强，
申请(专利权)人：麦格纳动力总成江西有限公司，
类型：发明
国别省市：