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零件在工作環(huán)境下的力學(xué)性能是設(shè)計(jì)人員所關(guān)注的重點(diǎn)，然而某些零件可能在沒有進(jìn)入工作狀態(tài)前，由于裝配環(huán)境惡劣而產(chǎn)生破損甚至破壞，從而影響零件的使用壽命和裝配成功率。因此，對一些裝配工況惡劣的零件進(jìn)行強(qiáng)度校核很有必要。
汽車差速器是驅(qū)動(dòng)轎的主件，其作用就是在向兩邊半軸傳遞動(dòng)力的同時(shí)，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，滿足兩邊車輪盡可能以純滾動(dòng)的形式作不等距行駛，減少輪胎與地面的摩擦。
采用有限元分析對差速器殼體進(jìn)行數(shù)值分析，為了獲得較高的計(jì)算精度，對該殼體采用二階的10節(jié)點(diǎn)四面體和較精細(xì)的網(wǎng)格進(jìn)行離散。分析的差速器殼體的幾何模型、有限元模型如圖所示。模型包含單元數(shù)目為94963，節(jié)點(diǎn)數(shù)目為170933。有限元模型的前處理采用HyperMesh來完成，求解器使用MSC.Nastran，采用MSC.Patran進(jìn)行后處理。殼體材料型號(hào)為QT500-7，彈性模量為140～154 GPa，密度為7.2×10-6kg/mm3，泊松比為0.3，屈服極限為320 MPa，強(qiáng)度極限為500 MPa。在裝配過程中，用夾具夾住差速器殼體的面A和面B兩側(cè)，頂面C固定，由底面施加壓力進(jìn)入裝配位置。
為了充分考慮該過程中差速器殼體的受力情況，本次計(jì)算分別以2種工況(夾緊、裝配)進(jìn)行。其中夾緊工況模擬夾具夾緊殼體，即約束面A與面B對應(yīng)方向(x軸方向)的平動(dòng)自由度，并在面B施加面壓力，以此確定夾具施加的夾緊力取值范圍。裝配工況模擬殼體被夾緊，頂部被支撐且底部受壓的裝配工況，即約束面A和面B的3個(gè)自由度以及頂面C與底面D對應(yīng)方向上的平動(dòng)自由度(z軸方向)，在底面D上施加面壓力，以確定裝配時(shí)殼體底部所能施加的極限載荷。
在上述邊界條件下通過NASTRAN進(jìn)行試算，使用PATRAN觀察其計(jì)算結(jié)果，得到2個(gè)工況下差速器殼體的應(yīng)力分布云圖，如圖所示。其中夾緊工況下側(cè)面壓力為100 MPa，最大應(yīng)力值為318 MPa，裝配工況下底面壓力為130 MPa，最大應(yīng)力值為490 MPa。
由計(jì)算可以得到2種工況下差速器殼體應(yīng)力水平接近強(qiáng)度極限時(shí)的各個(gè)承載面的壓力值，由該壓力值與各承壓面的有效承壓面積，可得到各工況下各面的載荷值和安全裕度。
通常一般工程機(jī)械承受靜態(tài)載荷時(shí)的安全系數(shù)要求：ns=1.5～2.0，nb=2.0～5.0。顯然上述計(jì)算值遠(yuǎn)沒有達(dá)到規(guī)定的安全裕度。由于本次分析對材料的屈服極限和強(qiáng)度極限取的是下限，因此計(jì)算結(jié)果偏于保守，為獲得可靠的荷載范圍，還需進(jìn)行計(jì)算。
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