差速器壳三维造型及有限元分析.docx

差速器壳三维造型及有限元分析.docx

《差速器壳三维造型及有限元分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《差速器壳三维造型及有限元分析.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

差速器壳三维造型及有限元分析

汽车差速器壳的三维造型及有限元分析

摘要：

差速器壳设计是汽车设计中最重要、承载最复杂的运动件之一，对差速器壳的强度分析一直受到设计者的重视。

由于差速器壳的几何形状、边界条件和作用载荷都非常复杂，按照传统的方法进行试验研究难度较大，这就要求我们采用新的研究方法来研究和分析差速器壳。

本文通过运用PROE绘图软件，绘制差速器壳三维实体模型，然后运用ANSYS分析软件对差速器壳进行强度分析，通过对差速器壳模型进行网格划分、差速器壳负载及边界条件的设定，计算求解得出差速器壳应变分布图及应力分布图，从而找出差速器壳易破坏部位，寻找到提高差速器壳强度的措施。

设计差速器壳时，取用较大的过渡圆角，以提高其疲劳强度。

关键词：

差速器壳，强度，PROE，ANSYS

Abstract

Thedifferentialcaseisoneofthemostimportantmotionparts,whichbearsthemostcomplexload,andcontinuouslythedifferentialcaseintensityanalysisisvaluedbythedesigners.Itismuchtoodifficulttocarryontheexperimentalstudybythetraditionalmethodforthegeometryshapeofdifferentialcase,boundaryconditionandextremelycomplicatedfunctionload,soanewresearchtechniquetostudyandanalyzedifferentialcaseisrequestedtouse.

PROEcartographysoftwareisutilizedinthisthesistoprotractsemiaxixthreedimensionalfull-scalemockups,thentheintensityanalysisforthedifferentialcasebyusingANSYSanalysissoftwareiscarriedon.Thedifferentialcasestraindistributionmapandthestressdistributionmapareobtainedthroughcarryingonthegriddivision,thedifferentialcaseloadandtheboundaryconditionhypothesistothedifferentialcasemodel,thustheexposeddestructivepositioninthedifferentialcasecanbediscovered,andsomewaysareseekedtoenhancethedifferentialcaseintensity.Whendesigningthedifferentialcase,thebiggertransitionfilletcanbeusedtoenhancetheanti-fatiguestrength.

Keyword:

differentialcase,Intensity,,PROE，ANSYS

目录

1引言1

1.1课题的背景1

1.2差速器壳的研究现状1

1.3课题的主要研究内容及意义1

2差速器壳的三维实体建模2

2.1Pro/ENGINEER概述2

2.1.1Pro/ENGINEER系统简介4

2.1.2Pro/ENGINEER系统特点4

2.1.3Pro/ENGINEER的应用现状4

2.2Pro/ENGINEER的工作环境和系统设置4

2.2.1硬件要求5

2.2.2操作系统设置5

2.2.3基本功能7

2.3差速器壳三维实体建模过程9

3差速器壳强度的有限元分析23

3.1ANSYS概述23

3.1.1ANSYS简介23

3.1.2ANSYS的主要功能和技术特点24

3.1.3ANSYS的系统要求24

3.1.4ANSYS的基本分析过程24

3.1.5ANSYS的发展和应用25

3.2ANSYS菜单和窗口介绍25

3.3基于ANSYS差速器壳强度分析27

结论32

参考文献33

致谢及声明34

1引言

1.1课题的研究背景

差速器壳是汽车设计中最重要、承载最复杂的运动件之一，对差速器壳的强度分析一直受到设计者的重视。

确定差速器壳应力应变状况的方法有两种:

一是利用模拟或模型试验以至零件的实际试验来确定;二是利用计算来确定。

在利用计算来进行强度分析时,传统的截断简支梁法和连续梁法由于作了太多简化,因此难以保证计算精度。

随着有限元计算技术的发展，用有限元法对差速器壳进行强度分析已成为差速器壳设计、校核分析中常用的方法。

目前，随着计算机软硬件水平的提高，分析模型的建立渐渐趋向实际，提高了模拟计算的精度，更好地模拟工程实际情况。

1.2课题的主要研究内容及意义

该课题主要通过运用PROE绘图软件，绘制重型汽车差速器壳三维实体模型，然后运用ANSYS分析软件对差速器壳进行强度分析，通过对差速器壳模型进行网格划分、差速器壳负载及边界条件的设定，计算求解得出差速器壳应变分布图及应力分布图，找出差速器壳易破坏部位，寻找提高差速器壳强度的措施，为以后的差速器壳设计和开发打下良好的基础和提供准确而可靠的理论依据；同时，有限元方法的应用为大幅度提高差速器壳应力的计算精度提供了条件,它们将是今后我们进行各种强度计算的主要手段之一。

在毕业设计的过程中，我们应当充分发挥自己的主观能动性，积极思考，勇于创新，开阔自己的思维方式，为将来的学习和工作打下良好的基础。

2汽车差速器壳的三维实体建模

2.1Pro/ENGINEER概述

2.1.1Pro/ENGINEER系统简介

Pro/ENGINEER是美国参数技术公司（ParametricTechnologyCorporation）于1988年率先推出的以参数化为基础、以三维造型为设计模式的CAD/CAE/CAM系统，其最新版本Pro/ENGINEERWildfire于2003年正式发布。

由于其强大的功能，现已广泛应用于电子、通信、机械、模具、工业设计、汽车、自行车、航天、家电、玩具等各个行业，成为提供工业解决方案的有力工具。

随着Pro/ENGINEER的推广和应用，在国内外市场形成了十分热烈的3D设计新局面。

Pro/ENGINEER可谓是个全方位的三维产品开发软件，集合了零件设计、产品组合、模具开发、数控加工、钣金件设计、铸造设计、造型设计、自动测量、机构仿真、应力分析、产品数据库管理功能于一体，模块众多。

Pro/ENGINEER作为三维造型设计系统，是一套由设计至生产的机械自动化软件，其功能强大，用途广泛，是新一代Pro/ENGINEER系统软件。

它以尺寸驱动、特征建模、全参数设计、单一全关联的数据库、虚拟现实及多数据接口等优点改变了传统的设计观念，使设计工作直观化、高效化、精确化和系统化，成为目前图形分析领域的新标准。

与传统的图形分析系统仅提供绘图工具不同，Pro/ENGINEER提供了一套完整的机械产品解决方案，包括工业设计、机械设计、模具设计、钣金设计、加工制造、机构分析、有限元分析和产品数据库管理，甚至包括了产品生命周期，是多项技术的集成产品。

Pro/ENGINEER的主要特征有：

（1）3D实体模型；

（2）单一数据库；（3）基于特征的参数化实体建模；（4）行为建模技术；（5）机构设计技术；（6）强大的装配功能；（7）NC加工；（8）二次开发技术。

2.1.2Pro/ENGINEER系统特点

Pro/ENGINEER作为一种全参数化的计算机辅助设计系统，与其他计算机辅助设计系统相比拥有许多独特的特点，充分了解这些特点后能够正确理解其设计理念，使产品的设计不仅能够满足要求，而且具有很强的弹性和灵活性，下面简要介绍其中主要的5个特点。

（1）三维实体造型

Pro/ENGINEER是一个实体建模器，允许在三维环境中工作，通过各种造型手段达到设计目的，能够将用户的设计思想以最逼真的模型表现出来，用户能够更直接地了解设计的真实性，避免了传统设计中点、线、面构成几何的不足。

（2）以特征造型为基础

Pro/ENGINEER是一个基于特征的实体建模工具，系统认为特征是组成模型的基本单元，实体模型是通过多个特征的创建完成设计，也就是说实体模型是特征的叠加。

（3）参数化

Pro/ENGINEER是一个全参数化的系统，几何形状和大小都由尺寸参数控制，在产品设计过程中使用的所有尺寸参数与物理参数都存放于单一的数据库中，可随时修改这些尺寸参数并可对设计对象进行分析，计算出模型的体积、面积、质量、惯性矩等；特征之间存在着相依的关系，即所谓的“父—子”关系，使得某一特征的修改，同时会牵动其他特征的变更；可以运用强大的数学运算方式，建立各特征之间的数学关系，使得计算机能够自动地计算出模型应有的形状和固定位置。

（4）相关性

Pro/ENGINEER创建的三维零件模型以及由此产生的二维工程图、装配部件、模具、仿真加工等，它们之间双向关联，采用单一的数据管理，既可以减少数据的存储量以节约磁盘空间，又可以在任何环节对模型进行修改，同时与模型相关的对象也会自动修改，保证了设计数据的统一性和准确性，也避免了因反复修改而花费的大量时间。

（5）系列化

Pro/ENGINEER能够依据创建的原始模型，通过家族表改变模型组成对象的数量或尺寸关系，建立系列化的模型，这也是建立国家标准件库的重要手段之一。

2.1.3Pro/ENGINEER的应用现状

Pro/ENGINEER在各行各业中的应用越来越广泛、越来越深入，虽然和Pro/ENGINEER等二维绘图软件相比，Pro/ENGINEER的使用相对要难得多，但这并没有阻止人们对它的学习、使用及开发。

这也充分说明了Pro/ENGINEER具有人们所渴望的优良的性能和灵活多变的开发方法。

（1）连杆的计算机辅助设计系统

连杆设计过程中采用Pro/ENGINEER做零件的参数化设计平台，用Pro/Mechnaic做有限元分析平台，利用VC++语言，经二次开发制成。

该系统实施变结构、变参数设计方法，将设计、分析、绘图等不同功能的模块有机结合。

该文中设计和分析采用同一数据库，避免了数据交换中可能发生的丢失和错误。

（2）叶轮叶片的实体造型

在设计叶轮叶片时，可从现有的水力设计CAD软件出发，利用数据预处理程序，结合Pro/ENGINEER软件，较好地实现了叶轮叶片的实体造型，缩短了在Pro/ENGINEER中重新建模的时间，且保证了加工出的叶轮更符合水泵性能要求。

（3）齿轮的造型设计

渐开线齿轮由于具有能保证特定传动比传动、受力方向不变等优点，被广泛应用于航空、汽车、机床和自动化生产线等各种通用机械中。

渐开线齿轮齿形比较复杂，一些低端的CAD软件必须通过编写程序才能完成它的造型，而在Pro/ENGINEER环境下，则可以用多种建模方法来精确造型，方便快捷，还可以通过其内部的开发工具程序（Pro/Program），添加简单的几