某型变速器储能器紧固性能正向设计研究及应用

2020-07-20 03:24杨溢王凯姚栓
关键词:有限元法

杨溢 王凯 姚栓

摘 要:本文从正向设计开发角度,对储能器的紧固性能进行设计研究应用。通过有限元计算方法对储能器及安装板进行建模分析;通过载荷提取,得到储能器螺纹外载;通过VDI2230计算标准,对其紧固性能进行正向设计校核,得到储能器的设计摩擦系数、拧紧扭矩和夹紧力值。同时,本文为解决悬臂结构的紧固性能,提供了正向设计方法指导及经验借鉴。

关键词:紧固性能;正向设计;有限元法;载荷提取;VDI2230

1 引言

众所周知,螺纹紧固件是机械基础件中最廣泛采用的紧固联接件之一,它具有较强的通用性、可靠性、互换性,也是重要的安全联接之一。如果设计和选择不当,会导致联接松动、失效、损坏、泄露等故障出现,造成停机、停工、停产,甚至导致机毁人亡,发生重大人身财产损失,因此螺栓的紧固性能设计校核是极为重要的[2]。

储能器作为某型变速器上的一个主要设备,其作用是为某型变速器提供稳定的压力保证。储能器紧固结构为典型的悬臂结构,结构受到一附加弯矩左右,同时其内部有一定压力,在多个外载的共同作用下,其紧固性能的正向设计校核变得极为重要。本文将有限元与VDI2230结合应用,对储能器的紧固密封性能进行正向设计校核,为保证其紧固的可靠性提供重要支撑。

2 有限元模型建模及载荷提取

储能器结构右侧端面位置到安装板距离为L=140mm,储能器重量为2.8Kg,本次分析按照10倍重力计算分析,其结构如图1所示。

进行有限元建模,储能器重力为G=280N。材料及网格属性见表1。有限元模型及计算结果见图2。

通过螺栓外载荷,得到螺栓外载,其外载见表2。

3 VDI2230紧固性能正向设计校核

VDI2230作为紧固性能校核标准,已广泛应用于汽车制造、航空航天、工业制造等多个行业,其具有校核过程简单,经验指导性强,校核结果可靠性高等众多优点,以被大众、宝马、丰田、吉利等多家国内外汽车制造厂商作为紧固设计的首选标准。

3.1 紧固参数

储能器的螺栓为M33×1.5,啮合长度为14mm,设计拧紧扭矩为M=200Nm。其它紧固参数见表3。

3.2 设计校核流程

对储能器紧固性能进行设计校核,经测定夹紧面最小摩擦系数μTmin=0.1。

R1:拧紧系数αA

结合车间测定经验,得到电动扭矩扳手的拧紧系数为αA=1.3。

R2:最小夹紧力

a)摩擦夹紧传递横向力和扭矩:

b)密封计算:

c)防止张口计算:

因此。

R3:柔度、载荷系数

螺栓柔度:

夹紧件柔度:

同时:

R4:粗糙度导致的夹紧力损失

R5:最小安装夹紧力

R6:最大安装夹紧力

R7:摩擦系数下的最大夹紧力

ADC12其抗拉强度σb=215MPa,屈服强度σsl=138MPa。出在铝合金螺纹情况下,当M=200Nm,FM=25992N

R8:装配载荷

因此:满足要求。

R9:工作载荷

按照250Nm进行拧紧螺栓,对应的夹紧力FM=32491N。

R9:表面压应力

R10:防止滑动安全系数及抗剪强度

R11:拉脱力校核

按照已编辑表格计算得到:

R12:拧紧扭矩

通过以上校核得到,在,时,M=250Nm拧紧储能器,,紧固参数满足各项计算设计校核要求。

4 总结

本文通过某型变速器储能器的紧固性能正向设计,共完成以下几点主要工作:

(1)根据实际最严重工况,完成储能器的有限元仿真建模工作,得到紧固校核的模型建模方法;

(2)通过对螺纹的外载荷提取,得到螺纹外载;

(3)通过VDI2230螺栓紧固设计校核标准,完成储能器紧固性能校核,最终按照250Nm拧紧,可保证各项紧固参数满足设计要求。

本文通过结构有限元建模-螺栓载荷提取-VDI2230标准设计校核三大步骤,初步完成了悬臂结构的紧固性能的正向设计研究及应用,为后期同类型的紧固件性能设计校核提供方法指导及经验借鉴。

参考文献:

[1]VDI2230 第一部分 高强度螺栓连接的系统计算.

[2]酒井智次[日]著,柴之龙译.螺纹紧固件联接工程[M].机械工业出版社,2016.1.

[3]叶又,黄平.汽车紧固件实用技术手册[S].中国汽车工程学会汽车防腐蚀老化分会组编.中国质检出版社,2018.11.

猜你喜欢
有限元法
带式输送机卸料小车车架结构静力分析与结构改进设计研究
坝基面受力状态的有限元计算误差影响分析
转向驱动桥转向节臂的分析与改进
机械有限元课程在本科教学中的建设与实践
机械类硕士生有限元法课程教学方法研究
隧洞围岩锚杆支护模拟方法对比分析
CFRP补强混凝土板弯矩作用下应力问题研究
基于非线性有限元的空气弹簧垂向刚度分析
二阶传输条件撕裂互连法在电大辐射中的应用
有限元法模拟GFRP筋肋深与其拉伸力学性能关系研究