差速器是汽車驅動橋總成中的主要功能部件，其作用是向車橋的兩邊半軸傳遞動力的同時，允許兩邊半軸以不同的轉速旋轉，滿足兩邊車輪盡可能以純滾動的形式做不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。差速器的重要性可想而知，在用戶使用的過程中，如果差速器出現(xiàn)任何故障，都會影響整車的正常安全行駛。
4,9$udiGY c8l>OS5i3_ 某輕型車的售后反饋資料顯示，該車差速器的常見故障中，差速器的殼體易出現(xiàn)早期失效斷裂，影響用戶使用。為找出該車型差速器殼體早期失效斷裂的原因，我們對其進行了多種裝配關系的對比分析，希望為判斷失效原因和結構改進提供理論依據(jù)。
NAbVH{*\U d9N[f> CAD建模和有限元模型處理
~zVxprEf_ GG} % 該車型差速器的CAD三維數(shù)模見圖1-a，這是我們進行進一步結構強度分析和優(yōu)化改進的基礎。通過ANSYS軟件的專用接口，我們將這個CAD三維數(shù)模讀入ANSYS WORKBENCH分析環(huán)境當中進行計算和分析。
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79\ wjR!T 圖1 差速器的CAD三維數(shù)模及其
CAE網格模型
C|'DKT4M& 8bIP"!=*W 該零件的材料為QT450-10，彈性模量為1.73e5MPa，泊松比為0.3，密度為7.0e3kg/m3，屈服極限為310MPa，抗拉強度為450MPa。在ANSYS WORKBENCH分析環(huán)境中，根據(jù)差速器結構的實際運動狀態(tài)，我們將其邊界條件選擇在一字軸孔和一字軸銷孔處，然后根據(jù)設計載荷在模型上施加扭矩。
o/5-T4 Cf {F"o 考慮到實際結構的裝配間隙情況，我們分三種極限工況：一是銷軸與銷軸孔間隙大于一字軸與一字軸孔間隙；二是銷軸與銷軸孔間隙等于一字軸與一字軸孔間隙；三是銷軸與銷軸孔間隙小于一字軸與一字軸孔間隙。
La4S/. gFDnt 另外，考慮到該零件的斷裂可能是由于局部應力集中過大造成的，本次分析采用實體單元，并盡量控制網格大小和密度，共劃分為269456個節(jié)點，88192個單元，得到CAE網格模型如圖1-b所示。
\Wbmmd}8 \br!77 CAE的計算結果
nxLuzf4 U5 }z3 j7I 我們采用線彈性計算方法，同時也基于銷軸、一字軸沒有損壞的前提條件下，對差速器殼體的強度進行計算和分析。
h^M_yz-f Knq 9 "k 通過計算可得到各種孔配合間隙情況中，三種極限工況下的最大應力值分別為：銷軸與銷軸孔間隙大于一字軸與一字軸孔間隙時為408.37MPa，銷軸與銷軸孔間隙等于一字軸與一字軸孔間隙時為317.55MPa，銷軸與銷軸孔間隙小于一字軸與一字軸孔間隙時為326.89MPa。三種工況下的局部應力分布如圖2所示。
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9t`;~)o 圖2 三種極限工況下的局部應力分布
Dg&84,bv^ -yqsJGY 結論
`Q] N]mK f :c 'j` 從CAE計算分析的結果來看，該差速器殼體的局部存在較大的應力集中問題，并且出現(xiàn)了超過材料屈服極限的情況。
F:{* 4b k+<9 4 5kC 我們的分析結論和建議如下：
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i5%1 1. 不同的裝配間隙對局部的受力情況有很大影響，因此，在零件的設計過程中就應注意不同的間隙配合，做出更合理的設計，并在零件的加工中對工藝方案及配合
公差做出嚴格的控制。
>lI7]hbIs U|^xr~q!f- 2. 銷軸孔處最大應力值所出現(xiàn)的位置和大小與銷軸大小有關，本文是按照銷軸與銷軸孔長度一致計算的。結果顯示，較大應力主要發(fā)生在有銷軸一側，建議在設計改進中適當調整銷軸孔位置，使其與一字軸相交處的壁厚內外均勻一些，同時可考慮增加結構在此處的整體厚度。
R4? >C-; 0I}e>]:I 3. 三種極限工況下的最大應力值均產生在銷軸孔與一字軸孔相交處，并且處于內側孔壁相對較薄的地方。雖然最大應力值沒有超過材料的強度極限450MPa，但最大值都超過了屈服極限310MPa，可見這種情況下極易導致疲勞損壞，而實際結構在最大應力處也是處于交變載荷作用的，如果上述薄弱部位存在材質缺陷，那就更容易導致非正常的早期結構失效斷裂問題。
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