新能源减速器壳体结构设计与轻量化研究

2021年新能源汽车销量330万辆,渗透率14.8%;2022年,汽车总销量2686.4万辆,新能源汽车总销量688万辆,同比增长2.08倍,渗透率25.6%。传统汽车厂及造车新势力都加大了在电动汽车领域的投入。在纯电动汽车竞争日益激烈环境下,加快了产品向高续航、高集成、轻量化等方向的发展。对新能源电驱动系统功率密度、高性价比等方面提出更高需求。为顺应行业快速发展趋势,在满足功能与强度要求下,对减速器进行轻量化设计,是产品设计开发需要重点考虑的方面。

ZG20SiMn铸钢摇臂壳体铸造过程数值仿真及工艺优化

摇臂壳体是采煤机的重要组成部件,具有多级壁厚、变截面等异形特征。为提高采煤机摇臂壳体铸造质量,解决因铸造工艺不成熟导致的缩松、缩孔等缺陷问题。以MG325型采煤机摇臂壳体为研究对象,设计顶注式和底注式两种铸造工艺方案,采用ProCAST软件探究不同浇注工艺方案下摇臂壳体铸件充型及凝固过程,分析铸件温度场、凝固场及缩松、缩孔铸造缺陷位置。基于Niyama判据和应力场分布对底注式铸造工艺方案进行优化。结果表明:优化后摇臂壳体铸件在凝固冷却过程中保持温度梯度递增,促进铸件实现顺序凝固,铸件缺陷率明显降低且充型效果更佳,缩孔体积仅占摇臂壳体体积的0.0049%,电机孔薄壁端面应力优化量为38.47%,输出端孔处应力优化量达到91.08%。本文研究成果为采煤机摇臂壳体的铸造工艺提供了理论基础和数据支撑。

双壳体核电厂空间减震结构的竖向动力试验研究

为降低核电厂内安全壳的竖向加速度,提出了一种双壳体空间减震结构,基于该结构的力学特性建立了简化三质点三自由度动力模型,进一步给出了结构响应传递函数并进行了参数分析,明确了结构质量比、阻尼比和频率比对结构竖向地震响应的影响规律,完成了双壳体空间减震结构的缩尺振动台动力试验。结果表明:双壳体空间减震结构可减小内安全壳的竖向加速度,减震率为12.23%~27.84%。双壳体空间减震结构的振动台试验响应结果与理论计算值吻合较好,验证了所提出的双壳体空间减震结构简化模型的准确性以及双壳体空间减震系统的有效性。

电驱桥减速器壳体失效分析与优化

一款轻型商用车新能源电驱桥,在满载6.5T、3万公里综合路况耐久试验过程中,运行6000km左右发生异响动力中断。经过排查,发现电驱桥减速器壳体在差速器轴承安装孔区域发生断裂,甚至部分故障品主减齿轮存在断齿等情况。通过扫描电镜对壳体断口进行分析,确认为过载断裂。结合壳体静强度仿真,结果表明,断口的裂源区与壳体强度仿真应力超过材料屈服强度的区域一致。通过优化壳体结构,提高该区域刚度,减少应变,结合仿真分析与试验验证,满足性能要求。

电动叉车轮边减速器壳体的力学分析及优化

受静力和动力影响,电动叉车轮边减速器壳体易造成变形失效和振动疲劳失效等问题。因此,使用ANSYS有限元分析软件对减速器壳体分别进行静力学分析和动力学谐响应分析。研究发现,当满载工况条件下,壳体轴承内圈中下部发生明显变形,采用增加轴承壁厚方法对内圈中下部风险位置进行优化,能使壳体力学性能满足使用要求;当激励频率为2669.5 Hz时,壳体下群部力学性能较差,寿命较短,采用减少下群部预留孔数量的方法对下群部风险位置进行优化,能改进壳体力学性能,延长壳体的使用寿命。

一种加工薄壁壳体零件的复合浮动式工装设计

为解决某大型薄壁壳体零件在加工中存在的变形、震颤等问题,通过对零件结构和工艺进行分析,从零件加工工艺安排和装夹方案等方面采取了措施,并根据加工过程中存在问题对工装夹具进行优化,设计了一款电动轻型复合浮动式工装。工装采用分体式空心结构、轻型材料和自动化控制方式,解决了零件的加工变形和震颤问题,保证了零件的加工质量。设计的工装对产品的不同加工状态、不同壁厚具有较强的自适应性,也对相同结构不同材料的产品具有较强的自适应性,进一步扩大了工装的应用范围,降低了产品的生产成本,提高了零件的生产效率,为类似产品的加工提供了思路与方法,具有一定的推广应用价值。

高速重载齿轮泵壳体热流固耦合仿真

新一代高性能发动机所采用的高速重载燃油齿轮泵工作条件愈加恶劣,使得燃油齿轮泵壳体在泵内部高压流体载荷和高温热变形下工作失效问题突出。综合考虑了热流固三种因素,基于有限元数值模拟方法进行了齿轮泵壳体在极限工况下与热流固单向耦合条件下的工作强度仿真分析。首先,基于传热原理进行了壳体稳态温度场的分布规律研究,通过对壳体在热载荷和压力载荷共同作用下的静态响应进行了求解;其次,进行了齿轮泵壳体在极限工况下的内流场仿真分析,计算得到了齿轮泵内部油液压力载荷和轴承支反力载荷对至壳体对应区域的流固仿真边界;最后,在校核壳体在极端工况下的强度基础上,分别开展了考虑与不考虑热载荷下的壳体流固热单向耦合仿真分析。仿真结果表明:考虑热载荷后的壳体变形增大了约30%,应力增加了6%,热载荷对壳体结构的强度影响突出,是影响壳体刚度的关键因素。

圆柱壳体动力响应中的模态参与问题研究

以两端简支圆柱壳体为例,研究了考虑正、余弦模态成分影响的圆柱壳体动力响应中的模态参与问题,提出了根据模态参与因子的分布特征判定模态截断阶次的方法,采用正、余弦模态叠加得到了圆柱壳体在冲击激励及旋转行波激励作用下的动力响应,基于响应的收敛性验证了判定方法的可靠性。理论计算与有限元仿真结果表明,与圆柱壳体模态特性分析不同,在求解圆柱壳体动力响应时必须同时考虑正、余弦模态成分的影响;冲击激励作用下,圆柱壳体各阶正、余弦模态在响应中的参与程度与激振点和观测点的位置相关;旋转行波激励作用下,圆柱壳体各阶正、余弦模态在响应中的参与程度与激励的阶次和频率密切相关。

高速切削在铝合金变速器壳体加工中的应用研究

本文从轻量化变速器铝合金壳体的加工方案出发,研究了高速切削技术在刀具、机床、切削参数及加工经济性等方面的特点,并通过验证应用解决了铝合金壳体加工的效率提升问题。

早期成岩条件下有孔虫壳体矿物稳定性:模拟实验的启示

为了模拟早期成岩条件下钙质壳有孔虫壳体中碳酸盐矿物的稳定性及分解转化,文章对浙江台州大港湾滩涂沉积物中的优美小九字虫(Nonionella decora,CF1)、奥茅卷转虫(Ammonia aomoriensis,CF2)和暖水卷转虫(Ammonia tepida,CF3)壳体在硫离子、异化铁还原菌(dissimilatory iron-reducing bacterium,DIRB)和硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacterium,SRB)作用下的形貌、结构和成分变化进行了分析。结果表明,初始S^(2-)≥64 mmol/L时,S^(2-)可以显著促进CF1和CF3壳体中方解石的溶解;对CF2,初始S^(2-)≥128 mmol/L时溶蚀现象明显;溶蚀作用主要发生在壳体表面锯齿构造位置。DIRB对三种有孔虫壳体中的方解石均产生强烈溶解作用,SRB对方解石的溶解无明显促进作用。S^(2-)作用不改变方解石Raman光谱特征,DIRB和SRB作用导致其Raman光谱整体发生5~7 cm^(-1)的移动。S^(2-)、DIRB及SRB作用均可促进壳体内部矿物的溶解和Mg的均一化,DIRB和SRB的代谢产物同时可以促进壳体中次生富Mg碳酸盐矿物的生成。研究认为,早期成岩环境中的DIRB对有孔虫壳体成分和结构的改变强于S^(2-)和SRB,但在长时间尺度上,SRB的作用也不可忽略。

某分离螺母壳体裂纹产生原因分析及结构改进

针对某分离螺母发火后壳体上端面产生裂纹的问题,对分离螺母的作用过程进行了仿真,分析了裂纹产生原因,提出了改进措施,并对其有效性进行了验证。结果表明:由于解锁过程中,分瓣螺母轴线与产品轴线的相对位置发生偏移,并且内筒活塞也发生偏转,造成结构间冲击载荷传递不均匀,从而导致壳体上端面锥台根部局部位置受冲击过大而出现裂纹。通过增大内筒活塞对分瓣螺母的接触长度和径向约束,能够改善壳体上端面锥台根部受力不均的问题,从而减少裂纹产生。

不同厚度航行器高速入水冲击载荷及壳体变形特性

航行器高速入水过程中,壳体受冲击载荷作用将产生大变形,而大变形又反过来影响航行体的受力状态。为了了解航行体结构受入水冲击的动态响应特性,基于结构化任意拉格朗日-欧拉(structured arbitrary Lagrange-Euler,S-ALE)算法研究了航行器撞水阶段壳体所受冲击载荷与变形的关联性,获取了壳体变形模式,并分析了壳体厚度对变形的影响规律。结果表明:壳体内凹大变形将增大航行器所受法向载荷,载荷峰值的脉宽虽为“毫秒级”,但对壳体变形具有较大影响。入水速度较低时,壳体变形模式以弹性变形为主,变形区域在上凹和下凸间不断转换,增大壳厚,结构主要通过减小脉宽来抑制变形;入水速度较高时,壳体变形模式以塑性变形为主,依次出现内凹区、拉伸区和卷曲压缩区,随形变量增大,拉伸区不断扩张,而卷曲压缩区不断后移,其中内凹变形受斜入水影响向y+方向偏斜,而卷曲压缩区在壳厚较小时出现S形卷曲对,增大壳厚,结构主要通过减小峰值来抑制变形。航行器斜入水内凹变形非对称性的内在机理为弹性应变与塑性应变的叠加效应,当冲击能量不变时,增大壳厚提升了内凹区壳体对冲击能量的吸收能力,减小了拉伸和卷曲压缩形变量,此为总形变量随壳厚增加而减小的内在机理。本文得到的航行器入水载荷及变形结果,可为相关领域的研究提供参考与支持。

基于薄膜壳体理论的仿淋巴瓣膜结构设计

淋巴系统中的瓣膜结构是控制淋巴液单向流动的关键结构,进而影响肿瘤细胞的淋巴转移过程。基于薄膜壳体理论设计了仿淋巴瓣膜结构,通过COMSOL有限元仿真分析了瓣膜厚度、弹性对其变形的影响。配制了聚二甲基硅氧烷(PDMS)与Ecoflex00—30的混合材料,通过调整二者的体积比,使其杨氏模量与生物组织实际值更接近。采用软刻蚀技术制作了仿淋巴管微通道,测试了其单向截流性能。结果表明:在80 Pa压力下,仿淋巴瓣膜结构无明显漏液现象,单向截流性能良好。

船用双层壳体齿轮箱柔性动力学建模及隔振性能分析研究

双层壳体齿轮箱不仅为齿轮传动系统提供弹性支撑,而且具有减振降噪作用。为了能够高效、高精度地预测双层壳体齿轮箱的减振降噪效果,本文基于模态综合法建立含有隔振器的某船用双层壳体齿轮箱柔性动力学缩聚模型,对比分析齿轮箱的缩聚模型与完全有限元模型的固有特性的差异性,并验证其缩聚模型的有效性。通过双层壳体齿轮箱缩聚模型的模态解耦率、模态贡献度、振级落差和内壳体倾斜度的分析,评估齿轮箱的隔振性能。结果表明:某船用双层壳体齿轮箱在平移方向上模态解耦率均在94.9%以上,模态贡献主要以第二至第六阶振型为主导;在激励频率1~6000 Hz范围内,双层壳体齿轮箱的振级落差可达到34.2 dB;当激励频率小于2000 Hz时,激励频率对振级落差和倾斜度的变化有着显著的影响。

基于态基近场动力学的碳化硅陶瓷圆柱壳体断裂损伤分析

碳化硅(SiC)陶瓷材料具有优异的力学性能,广泛应用于各种工程部件中.然而,陶瓷是脆性材料,当发生脆断时会造成巨大的危害.因此对其断裂行为的准确预测显得极为重要.为了研究SiC陶瓷壳体在外载荷作用下的断裂损伤机理,首先通过准静态拉伸和压缩实验获得SiC陶瓷的临界能量释放率,建立了适用于拉伸和压缩损伤分析的常规态基近场动力学模型.然后,采用Fortran语言编程实现了陶瓷壳体在线性递增外载荷作用下断裂损伤行为的数值仿真,并将所获得的仿真值与理论预测值进行对比,验证了所建模型的准确性.最后,对仿真结果进行详细分析,揭示了壳体结构的损伤扩展演化规律.仿真结果表明:初始损伤区源于壳体内壁面的压缩断裂,且沿环向呈90°均匀分布.随着载荷的逐渐增加,壳体外壁面出现拉伸断裂损伤区,内外壁面的损伤区先沿着周向扩展,再向着壳体中面缓慢延伸,并在厚度方向贯穿整个壳体.随后,在壳体轴线方向出现拉-压损伤混合区,该损伤区沿着轴向扩展,最终将壳体分成4个断裂区.所建模型能够有效地描述复杂载荷作用下SiC陶瓷结构的断裂损伤演化过程,同时弥补了态基近场动力学在断裂分析方面的不足.

ZL205A合金侧盖壳体铸造工艺研究与产品试制

模拟分析了重力铸造与低压铸造方法下ZL205A合金侧盖壳体铸件的充型、凝固过程及缺陷特征,进行了侧盖壳体铸件试制及性能对比。采用重力铸造时,模拟显示铸件充型速度快,紊流、混流现象严重,凝固速率慢且过程混乱,孔隙率高;样件表面及内部缩松、偏析等缺陷严重,基体组织及晶界中微观缩松与成分偏析交织显现。取样部位平均抗拉强度与伸长率为A区:400 MPa,3.1%,B区:444 MPa,3.4%,铸件为不合格品。采用低压铸造时,模拟显示铸件充型平稳,凝固速率快且自上而下顺序凝固,孔隙率低,样件探伤合格,组织均匀致密且微观缩松和偏析占比显著降低。取样部位平均抗拉强度与伸长率为A区:478 MPa,4.7%,B区:484 MPa,4.9%,铸件合格且性能优异。验证了低压铸造工艺对ZL205A合金侧盖壳体铸件的适应性与优势。

圆柱壳体瞬态辐射噪声评估试验验证与分析

基于自身振动数据实时测量进行水下结构体辐射噪声快速预报,对于掌握水下目标运行状况、保持隐蔽性具有重要意义。该文针对工况传递路径分析方法评估瞬态辐射噪声问题,在圆柱壳体(舱段模型)上开展验证试验,通过稳态工况下的振动信号和实测辐射噪声,利用基于广义交叉验证的正则化方法求解振-声传递函数,以此来评估瞬态激励下的辐射噪声,并与实测的瞬态辐射噪声进行对比,同时提出针对目标被探测性影响程度的加权平均误差来衡量评估误差。试验结果显示,在瞬态辐射噪声的特征频段(辐射噪声水平明显高于背景噪声),评估结果的加权平均误差在2 dB以内。该文验证了工况传递路径分析方法评估瞬态辐射噪声的有效性,为进一步在水下复杂结构上开展研究奠定了基础。

核电汽轮发电机定子壳体振动故障分析与治理研究

对不同激振力作用下核电汽轮发电机定子壳体振动机理和特征开展研究,提出汽轮发电机定子壳体振动故障的分析和治理方法,并结合3台核电机组的工程实例进行分析验证。研究结果表明:定子壳体固有频率接近旋转频率或倍频电磁共振频率引起的结构共振是导致定子壳体振动超标的主要原因;转子激振力引起的定子壳体结构共振,可从减小激振力和调整定子壳体固有频率两方面进行治理,进行现场动平衡可有效降低转子激振力,调整定子壳体固有频率可通过定子底脚载荷分配调整实现;由于磁拉力大小调整范围有限,磁拉力引起的定子壳体结构共振应通过调整定子壳体固有频率进行治理。在发电机安装或检修时,应通过定子底脚载荷分配调整,使定子壳体固有频率避开旋转频率和倍频电磁共振频率,避免发电机定子壳体结构共振的发生。

高模量碳纤维复合材料深海耐压壳体结构设计及试验

基于理论公式开展了千米级深海耐压复合材料等截面圆筒计算,在等截面圆筒设计壁厚的基础上,结合有限元仿真开展了轻量化环肋加筋耐压壳体结构优化设计以及千米级深海复合材料耐压壳体的结构稳定性和强度分析,最后通过静水压试验对所设计复合材料耐压壳体进行了考核验证。研究发现,对于环肋加筋复合材料耐压壳体,其失效模式为环向失稳破坏;增加环筋数和增厚蒙皮可以增加耐压壳体的承压能力,相比于增加蒙皮厚度,增加环肋数量对压强质量比的提升更为明显;复合材料铺层的纵向弹性模量对于耐压壳体的承压能力影响显著;由于复合材料生产过程中难以避免的初始缺陷,环肋加筋复合材料耐压壳体的爆破压强应在有限元解基础上进行修正,根据本文试验结果,修正系数建议取值范围为0.5~0.7。

一种铝合金壳体压铸模具设计

通过对壳体零件的结构和成形性分析,重点对模具设计的主要环节进行了详细的分析与研究;分析设计了模具的分型面位置、浇注和排溢系统的结构以及推出机构,采用在侧面厚壁处多点浇口的结构形式;对模具的型芯、型腔做了具体的结构设计,采用型腔在定模、型芯在动模的普通两板式结构形式;并且型芯和型腔部分制作成活动镶件,便于修理、更换,模具结构简单、实用,完全满足模具的设计要求。