第三步,选用合适的网格划分技术。网格划分方法主要有自由网格,结构网格以及扫略网格。通过尝试,其中扫掠网格质量最好,但是对模型要求较高,适用于较规则的模型,结构网格对模型要求低些,自由网格最低,但是网格质量也较差,基于换挡机构多曲面多台阶不对称形状复杂等结构特点,选择结构网格。算法使用Advancing Front算法(进阶算法,首先在边界上生成网格,然后再向区域内部扩展)。
第四步,划分网格,鉴于有限元软件ABAQUS网格划分功能的强大,网格单元排列规则,大小适中,没有产生畸形。根据本换挡机构的结构特点以及其约束和加载的情况,对换挡机构受力形态有重要影响的区域,如底座曲面区域等可能出现应力集中的部位进行了网格的细化,以便提高计算精度。对于带有曲面等形状较为复杂的底面等部件,为了采用质量较好的四面体网格进行划分,利用切割几何元素功能,将换挡底面进行切割,且切割后的各个体之间仍然保持原有的连接关系,不需要再进行绑定。
切割后就可以进行网格划分了。网格划分的时有时仍会发现某些部分的网格质量较差,造成这样的原因主要有两个,一是网格划分技术不合适,可以考虑更换更适合模型的技术;二是在进行几何元素切割时,可能会产生极小的短线断面,影响网格的形状,造成网格的畸变,而且十分难以发现。解决的办法是点击工具中的查询选项,选择几何形状诊断,再点击要进行诊断的部件,如果存在难以划分的短线断面,ABAQUS则会高亮显示,再点击虚拟拓扑中的忽略实体选项,选中要忽略的短线断面将其忽略,然后再进行网格划分就可以得到质量较高的网格了。划分完网格后检查网格质量,检查后发现,网格质量很好,没有错误和警告单元。
换挡机构的有限元模型如图所示。
网格类型:四节点线性四面体单元C3D4
网格大小:1-2mm,接触的地方细化为1-1.5mm,模型节点总数为232805,单元数991640
材料特性:按照提供材料建立材料库并应用于对应零件上
接触:固结17对,接触26对
求解器:ABAQUS Standard
算法:完全牛顿法
视图方向定义:以图中-X坐标方向为向前,Y坐标方向为向后,Z坐标为向上。
4.4 应力分析结果
4.4.1工况一:换挡杆向前推动时 –X 500N
换挡杆的最大弯曲应力最大值为546.9MPa
图12 换挡杆的最大弯曲应力最大值及其分布(变形系数50倍)
壳体的应力分布
壳体最大Von Mises 应力出现在图示位置,最大值为66MPa。
图13 工况一换挡杆向前推动时最大Von Mises应力(变形系数50倍)
压铸铝的应力
压铸铝的最大应力在其换挡轴根部,最大Von Mises应力为276MPa,换挡轴45号钢为410MPa,压力最大出现在两者相交处。
转轴的应力分布
转轴的应力最大位置再选档拉丝固定轴根部位置,如图所示,最大Von Mises为93MPa,该件屈服强度为235Mpa。
4.4.2 工况二:换挡杆向后推动时 X 500N
壳体的应力分布
壳体最大Von Mises应力出现在如图8所示位置,最大值为70.6MPa。
其他应力较大的部件应力分布图
盖板处最大应力为166MPa,该件屈服强度为245MPa。
上部卡簧最大应力为71MPa。
压铸铝最大应力在图示处,最大应力为225MPa。压铸铝的屈服强度为70MPa,换挡轴45号钢为410MPa,最大应力出现在两者相交处。
4.4.3 工况三:换挡杆向右推动时 –Y 250N
换挡杆的最大Von Mises 应力的位置仍然换挡杆的固定弹簧锁片的凹陷台阶处,最大值为255.8MPa,正比于集中力F=250N。
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