電動(dòng)汽車電機(jī)支架的強(qiáng)度分析

1、電動(dòng)汽車電機(jī)支架的強(qiáng)度分析摘要:某款純電動(dòng)汽車電機(jī)支架在使用過(guò)程中發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象,通過(guò)在仿真分析軟件IDEAS里建立起有限元模型,計(jì)算出該支架的應(yīng)力分布情況并找到零件缺陷.利用仿真分析軟件IDEAS對(duì)重新設(shè)計(jì)的電機(jī)支架進(jìn)行了校核分析,得出了理論分析結(jié)果,并提出了程序推薦的電機(jī)支架新結(jié)構(gòu).通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)與理論分析結(jié)果的對(duì)比,證明該分析方法的有效性和實(shí)用性,為電動(dòng)汽車電機(jī)支架的可靠性設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù).關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車;電機(jī)支架;強(qiáng)度分析StrengthAnalysisofMotorBracketinElectricVehicleAbstract:Crackphenomenaisoccurredint

2、hemotorbracketofacertainpureelectricvehicle,throughthesimulationsoftwareIDEASfiniteelementmodelisset.Calculatethestressdistributionandfindthedefectsofthispart.UsingsimulationsoftwareIDEAStheredesignedmotorbracketverificationanalysisisproceeded.Thenatheoryanalysisresultisreceived.Andanewconfiguration

3、suggestedbytheprogramofthemotorbracketisputforward.Itisprovedtobeeffectiveandpracticablebycontrasttheoreticaldatawithactualdata.Italsoprovidesatheorybasisforthereliabledesignofthemotorbracketinelectricvehicle.Keywords:Electricvehicle;Motorbracket;Strengthanalysis電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由原來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱為主示.要構(gòu)成變?yōu)橛呻姍C(jī)和變速箱構(gòu)成

4、,相應(yīng)的機(jī)械連接部件的受力情況也有所不同.目前某公司有一款電動(dòng)汽車的電機(jī)后支架在運(yùn)行了不到321.8km就出現(xiàn)了開(kāi)裂現(xiàn)象,通過(guò)對(duì)該問(wèn)題的初步分析,認(rèn)為是電機(jī)支架的設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的應(yīng)力集中.針對(duì)此問(wèn)題,決定對(duì)該支架進(jìn)行力學(xué)分析,通過(guò)仿真軟件計(jì)算出該支架的應(yīng)力分布情況并找到零件缺陷,重新設(shè)計(jì)沒(méi)有缺陷的電機(jī)支架,并利用仿真軟件進(jìn)行校核分析.1電機(jī)后支架工作狀態(tài)電機(jī)前后支架與電機(jī),電機(jī)過(guò)渡板及電機(jī)變速箱構(gòu)成驅(qū)動(dòng)總成,整個(gè)驅(qū)動(dòng)總成與驅(qū)動(dòng)總成左支座,驅(qū)動(dòng)總成前支座及驅(qū)動(dòng)總成后支座3個(gè)支座連接,一起安裝在車身副車架上.電機(jī)后支架工作狀態(tài),如圖1所1.驅(qū)動(dòng)總成后支座;2.驅(qū)動(dòng)總成后支架;3.固定螺栓

5、;4.電機(jī)后支架;5.驅(qū)動(dòng)電機(jī);6.電機(jī)前支架;7.固定螺栓;8.驅(qū)動(dòng)總成前支座;9驅(qū)動(dòng)總成前支架;10.電機(jī)過(guò)渡板;11.變速箱;12.驅(qū)動(dòng)總成左支座.圖1電機(jī)支架的工作狀態(tài).23.毳宙墨巨|嘲車工程師20097月2電機(jī)后支架零件狀態(tài)電機(jī)后支架零件狀態(tài),如圖2和圖3所示./電機(jī)后支架圖2電機(jī)后支架總成圖圈3電l后支架過(guò)渡板圖3電機(jī)后支架受力分析3.1影響電機(jī)后支架的受力參數(shù)電機(jī)質(zhì)量:36kg變速箱質(zhì)量:20kg電機(jī)前支架:1.28kg電機(jī)后支架:1.40kg電機(jī)過(guò)渡板:4.0kg驅(qū)動(dòng)總成總質(zhì)量:62.68kg電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩:65N?m變速箱速比:1.842主減速比:4.53.2受力分析由圖1

6、可知,電機(jī)后支架主要受來(lái)自于通過(guò)電機(jī)傳遞來(lái)的轉(zhuǎn)矩和受驅(qū)動(dòng)總成后支座的支撐反作用力,通過(guò)2個(gè)力的合成加載到電機(jī)后支架上可計(jì)算出其應(yīng)力分布情況.電機(jī)后支架的受力及約束情況,如圖4所不.將電機(jī)后支架和驅(qū)動(dòng)總成后支架連接在一起,約束住電機(jī)后支架的左端面和右端面.將電機(jī)傳遞來(lái)的轉(zhuǎn)矩和受驅(qū)動(dòng)總成后支座的支撐反作用力合成在一起,施加于軸1處,左右的受力分.24.另0記為F矛口.通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳遞至軸1處的力:=65x1.842x4.5/0.243:2217N通過(guò)驅(qū)動(dòng)總成后支座的支撐反作用力傳遞至軸1處的力:=(62.68/2)×9.8=307N=(+)/2=(2217+307)/2:1262NIil

7、(三=卜_一I圖4電機(jī)后支架的受力及約束情況4有限元模型的建立及分析計(jì)算I2】1)通過(guò)電機(jī)后支架的受力分析,在分析軟件里建立有限元模型,電機(jī)后支架及驅(qū)動(dòng)總成后支架在分析軟件IDEAS里建立的有限元模型,如圖5所示;2)用網(wǎng)格劃分器對(duì)有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分;3)將電機(jī)后支架的左右端面進(jìn)行約束;4)在處和B處施加載荷,和,過(guò)載系數(shù)分別選取1.5倍和3倍.圖5電機(jī)后支架有限元模型5仿真軟件計(jì)算出的應(yīng)力分布圖原電機(jī)后支架過(guò)載1.5倍時(shí)的應(yīng)力分布圖,如圖6所示;原電機(jī)后支架過(guò)載3倍時(shí)的應(yīng)力分布圖,如圖7和圖8所示.圖6原電機(jī)后支架過(guò)載1.5倍時(shí)的應(yīng)力分布圖圖7原電機(jī)后支架過(guò)載3倍時(shí)的應(yīng)力分布圖圖8原電機(jī)

8、后支架過(guò)載3倍時(shí)的最大應(yīng)力邵分局部放大圖6分析結(jié)果從圖7和圖8可以看出,電機(jī)后支架在2個(gè)切口處的應(yīng)力最大,在1.5倍過(guò)載和3倍過(guò)載時(shí)的應(yīng)力數(shù)據(jù)為519MPa和1040MPa,而根據(jù)GB/T25171981一般結(jié)構(gòu)用熱連軋鋼板和鋼帶的力學(xué)性能查得,材料為20#且厚度為4mm的鋼板的許用應(yīng)力為410MPa.上述1.5倍過(guò)載和3倍過(guò)載在應(yīng)力集中點(diǎn)處的最大應(yīng)力值遠(yuǎn)大于材料許用應(yīng)力,從而產(chǎn)生破壞,可以看出該支架在設(shè)計(jì)上存在一定的缺陷.7新電機(jī)后支架設(shè)計(jì)方案新的電機(jī)后支架設(shè)計(jì)方案,如圖9和圖1O所示.由圖9和圖10可知,新設(shè)計(jì)的電機(jī)后支架主要是在電機(jī)后支架過(guò)渡板上有3處改動(dòng):一是將1處的豁口取消;二是將2

9、處的方口底部尖角改為圓角;三是為了方便安裝,將3處進(jìn)行了較小的倒角.圖9新電機(jī)后支架總成圖圖10新電機(jī)后支架過(guò)渡板圖8新的電機(jī)后支架應(yīng)力分析結(jié)果新電機(jī)后支架過(guò)載1.5倍時(shí)的應(yīng)力分布圖,如圖11所示;新電機(jī)后支架過(guò)載3倍時(shí)的應(yīng)力分布圖,如圖12所示.從圖11和圖12的分析結(jié)果看,通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)以后,最大應(yīng)力點(diǎn)沒(méi)有集中在電機(jī)后支架的方口處(電機(jī)過(guò)渡板的2處),而是轉(zhuǎn)移到焊縫位置,3倍過(guò)載的最大應(yīng)力值為247MPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料為20#且厚度為4mm的鋼板的許用應(yīng)力410MPa,因此改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)滿足要求.圖l1新電機(jī)后支架過(guò)載1.5倍時(shí)的應(yīng)力分布圖一25圖l2新電機(jī)后支架過(guò)載3倍時(shí)的應(yīng)力分布圖9新舊電

10、機(jī)后支架的試驗(yàn)及分析結(jié)果除了對(duì)新舊電機(jī)后支架進(jìn)行了仿真分析,還組織了模擬試驗(yàn).在試驗(yàn)室將車輛懸掛起來(lái),采取快速啟動(dòng)和快速制動(dòng)的方法,測(cè)試在惡劣工況下運(yùn)行的車輛,電機(jī)支架能夠承受的極限次數(shù).通過(guò)試驗(yàn),更改前的電機(jī)后支架在經(jīng)過(guò)300次的惡劣工況下運(yùn)行測(cè)試后,在電機(jī)后支架過(guò)渡板的方口處出現(xiàn)開(kāi)裂,如圖13所示.而更改后的電機(jī)后支架在經(jīng)過(guò)12000次的惡劣工況下運(yùn)行測(cè)試后,沒(méi)有出現(xiàn)任何開(kāi)裂情況,證明改進(jìn)后的電機(jī)后支架滿足設(shè)計(jì)和試驗(yàn)要求.圖l3更改前的電機(jī)后支架300次運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果l0有限元分析結(jié)果的優(yōu)化及分析綜合分析有限元的分析結(jié)果,提出一種新的結(jié)構(gòu)方案p】.即:增大支架連接板的下部面積,如圖l4所示;

11、對(duì)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行3倍載荷的加載,應(yīng)力分布圖,如圖15所示.一26一圖14連接板的結(jié)構(gòu)改進(jìn)圖15結(jié)構(gòu)分析改進(jìn)方案3倍過(guò)載應(yīng)力變形情況在有限元分析的基礎(chǔ)上提出的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案,3倍過(guò)載的情況下,其最大應(yīng)力僅為167MPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力,其具體的力學(xué)性能有待于試驗(yàn)的進(jìn)一步驗(yàn)證.電機(jī)支架的焊縫示意圖,如圖16所示.值得注意的是,新設(shè)計(jì)的電機(jī)支架和有限元軟件推薦的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案,雖然其最大應(yīng)力值小于許用應(yīng)力值,但是其最大應(yīng)力點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了圖l6的焊縫1處,如果焊接時(shí)處理不當(dāng),有可能引起應(yīng)力加大,高于其許用應(yīng)力值,從而導(dǎo)致電機(jī)支架的破壞.為了避免電機(jī)支架出現(xiàn)再次斷裂,應(yīng)確保電機(jī)支架在焊縫1處是從工件內(nèi)表面進(jìn)行焊接,焊接形式采用角焊縫焊透,焊縫中要求無(wú)焊渣及虛焊,只對(duì)零件外表面進(jìn)行打磨平整以防止該處應(yīng)力值加大.1K,而葡f麗圖l6電機(jī)支架的焊縫惹圖11結(jié)論電動(dòng)汽車電機(jī)支架的強(qiáng)度分析充分運(yùn)用了仿真軟件,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析,解決了電機(jī)支架的設(shè)計(jì)缺陷,并為新設(shè)計(jì)電機(jī)支架的可靠性提供了理論保證,同時(shí)也為以后進(jìn)行零件設(shè)計(jì)提供了一定的理論指導(dǎo),為今后更