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汽车轮边减速器壳体的轻量化设计与疲劳寿命分析
| 论文题名： | 汽车轮边减速器壳体的轻量化设计与疲劳寿命分析 |
| 关键词： | 新能源汽车;轮边减速器壳体;轻量化设计;静力学特性;动态特性;疲劳寿命 |
| 摘要： | 随着能源问题的不断突出，节能环保在汽车行业越来越受到重视，新能源汽车也得到快速的发展。轮边减速器作为新能源汽车的重要部件之一，其壳体的强度对减速器而言至关重要，因此，减速器壳体的性能对整车性能有着直接的联系。对于新能源汽车而言，轻量化能够降低制造成本，提高其加速性能。因此，在设计壳体结构时，合理的设计减速器壳体，使其强度和刚度满足壳体的设计要求，通过有限元分析验证减速器壳体性能是很重要的一步。本文采用有限元分析的方法，对减速器壳体进行静力学分析、动态特性分析、通过疲劳强度分析验证壳体的性能，通过拓扑优化对减速器壳体进行优化设计，本文的主要内容如下： （1）建立减速器壳体的三维模型，对减速器壳体进行受力分析，得到减速器壳体在峰值转矩工况、额定转矩工况下的受力情况，对壳体施加受力，得到减速器壳体在两种工况下的应力和变形云图，发现壳体结构的强度相对富裕，存在一定的轻量化空间，为后续减速器壳体的轻量化设计做准备。 （2）通过有限元软件对壳体进行模态分析，施加固定约束，提取减速器壳体的前六阶固有频率及振型图，与外界激励频率、齿轮的转动频率和啮合频率做对比，避免共振现象的产生。在此基础上对减速器壳体进行谐响应分析，得到减速器壳体结构的固有频率为1500Hz到3000Hz之间，因此对在这个频率范围内的位移和应力进行分析，得到位移-频率曲线和应力-频率曲线，为后续的优化设计提供参考。 （3）在静力学分析的基础上，以质量最小作为优化目标，对减速器壳体进行拓扑优化分析，通过改变减速器壳体的局部结构，调整减速器壳体的厚度，在满足强度和刚度的基础上对减速器壳体进行轻量化设计，质量由5.13kg减轻到4.80kg，减轻了约6.4%，减少了材料成本，对优化后的减速器壳体进行验证分析，结果显示，优化后壳体的强度和刚度满足设计要求。 （4）利用有限元软件对壳体进行疲劳强度分析，在静力学分析的基础上，结合道路载荷谱、材料的S-N曲线对减速器壳体进行疲劳强度分析，得到减速器壳体的疲劳寿命可以达到1.46x104次循环，满足减速器壳体的疲劳寿命设计要求。 |
| 作者： | 赵炳豪 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 宁欣;张庆文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河南科技学院 |
| 学位年度： | 2023 |
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