铰接盘结构优化分析
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铰接盘结构优化分析
铰接盘结构优化分析
本项目的研究对象用户汽车铰接盘结构，分析其在不同工况下的应力及变形状态，并根据分析结果对其进行结构优化。下图为汽车铰接盘结构的原始3D几何模型，主要包括前盘、后盘以及轴承。
图1 原始几何模型
研究内容
装配关系按前视基准面分为三个装配体，即：旋转前盘，使前视基准面夹角分别为0°、35°和52°，如图2所示。
对于上述三种装配角度，分别参考表1载荷说明计算表2所示工况，其中A-E点位置参考图1。
表1 工况说明：
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工况名 |
载荷位置和方向 |
载荷大小 |
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垂直荷载工况 |
A和B同时施加，均垂直向下（Z轴负方向） |
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扭转荷载工况 |
A处垂直向上（A处垂直向下） |
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B处垂直向下（B处垂直向上） |
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拉伸荷载工况 |
A和B同时施加，Y轴正向 |
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新增工况1 |
C和D，沿CD连线，拉伸方向;E和F,沿EF连线,压缩方向,图示力方向（左、右同时） |
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新增工况2 |
C和D，沿CD连线，拉伸方向;E和F,沿EF连线,压缩方向,图示力方向（左、右同时） |
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表2 实际计算工况列表
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工况号 |
工况描述 |
备注 |
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1 |
0度装配角度，垂直+新增1 |
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2 |
0度装配角度，垂直+新增2 |
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3 |
0度装配角度，扭转+新增1 |
A向上，B向下 |
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4 |
0度装配角度，扭转+新增2 |
A向上，B向下 |
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5 |
0度装配角度，扭转+新增1 |
A向下，B向上 |
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6 |
0度装配角度，扭转+新增2 |
A向下，B向上 |
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7 |
0度装配角度，拉伸+新增1 |
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8 |
0度装配角度，拉伸+新增2 |
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9 |
35度装配角度，垂直+新增1 |
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10 |
35度装配角度，垂直+新增2 |
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11 |
35度装配角度，扭转+新增1 |
A向上，B向下 |
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12 |
35度装配角度，扭转+新增2 |
A向上，B向下 |
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13 |
35度装配角度，扭转+新增1 |
A向下，B向上 |
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14 |
35度装配角度，扭转+新增2 |
A向下，B向上 |
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15 |
35度装配角度，拉伸+新增1 |
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16 |
35度装配角度，拉伸+新增2 |
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17 |
52度装配角度，垂直+新增1 |
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18 |
52度装配角度，垂直+新增2 |
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19 |
52度装配角度，扭转+新增1 |
A向上，B向下 |
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20 |
52度装配角度，扭转+新增2 |
A向上，B向下 |
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21 |
52度装配角度，扭转+新增1 |
A向下，B向上 |
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22 |
52度装配角度，扭转+新增2 |
A向下，B向上 |
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23 |
52度装配角度，拉伸+新增1 |
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24 |
52度装配角度，拉伸+新增2 |
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后盘圆角结构改型说明
对原始模型进行计算，分析恶劣工况（工况1）结果，后盘两圆角处应力略有超标，应力最大值为357.5MPa，超材料屈服强度（320MPa），如下图所示。通过与委托方沟通，结合工程经验，考虑增大该处圆角半径，以此改善该区域应力环境。
调整过程
后盘圆角处原始几何：
左右两侧圆角调整方案相同，本报告计算模型及结果均为按上述思路调整后的模型。
结果
本章按24个工况的先后顺序，从前、后盘应力和变形的角度给出分析结果。（从分析结果来看，轴承内外圈应力级别与前、后盘在同一量级，但轴承材料屈服强度比前后盘大一倍以上，同时，轴承强度并不在此次分析评价的范围内，故仅给出前后盘结果。）
工况2
工况24
结论
项目通过对初始0°，35°以及52°装配角度的模型进行24个工况计算，首先找出应力超过材料屈服强度的位置，并提出修改建议，委托方给出新模型后，又对修改后的模型进行再次分析以及局部改型（报告第二章），经过两轮修改模型应力超过材料屈服强度区域明显变小。目前的分析结果表明，仅在后盘两侧圆角处以及减重孔边缘（垂直组合工况），前盘中间减重孔筋板边缘（扭转组合工况）有较小的区域进入塑性，其余区域在24个工况下均符合材料强度要求。
建议修改方案：后盘两侧圆角处圆角半径进一步增大（可参考第二章思路），后盘减重孔边缘有条件可考虑适当增厚；前盘中间减重孔筋板边缘，由于恶劣工况下，有较小区域应力超过材料屈服强度，因此，需保证其倒角工艺，若有条件亦可采用其他方法进一步降低该区域应力。
