一种新能源车变速器壳体连接螺栓的工作拉力预测方法技术

本发明专利技术属于汽车技术领域，具体的说是一种新能源车变速器壳体连接螺栓的工作拉力预测方法。包括：一、搭建新能源车变速器装配有限元模型；二、定义有限元模型材料属性；三、定义步骤一中各弹簧单元的刚度；四、定义有限元模型边界条件；五、定义有限元模型的初始温度；六、定义有限元模型载荷；七、定义计算工况；八、进行有限元分析；步骤九、提取螺栓工作压力。本发明专利技术计算的螺栓工作拉力与实际更加吻合，精度高，有效支撑了螺栓选择，有效保证了螺栓的强度和变速器壳体的连接刚性、紧密性。紧密性。紧密性。

【技术实现步骤摘要】
一种新能源车变速器壳体连接螺栓的工作拉力预测方法


[0001]本专利技术属于汽车
，具体的说是一种新能源车变速器壳体连接螺栓的工作拉力预测方法。

技术介绍

[0002]螺栓连接是一种可拆卸连接，其结构简单、拆卸方便、连接可靠，生产效率高，成本低廉，已被广泛应用于汽车、船舶、航空航天等各个行业中。螺栓受的总拉力等于螺栓工作拉力与螺栓剩余预紧力之和，当螺栓工作拉力较大时将会引起以下问题，一是引起螺栓承受的总拉力增大，易造成螺栓强度不足被拉断；二是导致螺栓剩余预紧力大大降低，使得被连接件之间出现缝隙，引起被连接件密封等功能失效。为了有效防止以上问题发生，一是要选用合适性能等级的螺栓，保证螺栓有足够的强度；二是要设计合适的初始螺栓预紧力，使初始螺栓预紧力相对于螺栓工作拉力足够大，确保螺栓连接的可靠性。在新能源车上，整车急加速、急减速和反复能量回收等工况相对传统燃油车显著增多，紧固变速器壳体的螺栓的工作拉力变化范围较大，此时应合理预测螺栓工作拉力，以正确选择螺栓性能等级和设定初始螺栓预紧力。
[0003]目前，获得螺栓工作拉力的方法主要有两种：
[0004]一是采用传感器测试进行预测，将高精度位移传感器安装在法兰连接处，采集并修正法兰相对位移数据，根据位移数据计算出螺栓工作拉力，该方法直接通过位移传感器测试数据计算螺栓工作拉力，其优点是测试数据真实，能够进行在线实时监测和预警，缺点是螺栓工作拉力的测试只能用于产品后期验证，不能用于产品的前期开发设计，且使用成本高，安装条件受限，不适合应用在新能源车变速器连接螺栓众多的情况。
[0005]二是采用公式法直接估算得到，通过发动机的最大爆发压力计算发动机最大工作载荷，并进一步根据紧固缸盖的螺栓数量，粗略估算出缸盖单颗螺栓工作拉力，然后根据轴力衰减确定的预定安全系数，由螺栓工作拉力确定气缸盖密封所需的单颗螺栓预紧力，其优点是获得螺栓工作拉力快捷，缺点是未考虑缸盖、垫片等结构刚度的影响，造成计算的螺栓工作拉力与螺栓预紧力计算精度较差。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种新能源车变速器壳体连接螺栓的工作拉力预测方法，计算的螺栓工作拉力与实际更加吻合，精度高，有效支撑了螺栓选择，有效保证了螺栓的强度和变速器壳体的连接刚性、紧密性，解决了现有预测螺栓工作拉力的方法存在的上述问题。
[0007]本专利技术技术方案结合附图说明如下：
[0008]一种新能源车变速器壳体连接螺栓的工作拉力预测方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一、搭建新能源车变速器装配有限元模型；
[0010]步骤二、定义有限元模型材料属性；
[0011]步骤三、定义步骤一中各弹簧单元的刚度；
[0012]步骤四、定义有限元模型边界条件；
[0013]步骤五、定义有限元模型的初始温度；
[0014]步骤六、定义有限元模型载荷；
[0015]步骤七、定义计算工况；
[0016]步骤八、进行有限元分析；
[0017]步骤九、提取螺栓工作压力。
[0018]进一步的，所述步骤一，
[0019]新能源车变速器装配有限元模型包括变速器壳体、悬置、螺栓、轴承、齿轮、齿轮轴和差速器壳体；其中，变速器壳体、悬置外套筒、悬置内套筒、螺栓、轴承、齿轮、齿轮轴和差速器壳体采用实体网格划分；螺栓采用实体单元、梁单元和RBE2单元混合建模；零部件上处于接触部位的网格进行细划分，其他未接触部位的网格进行粗划分；然后通过定义相接触部件之间为接触关系将各零部件装配在一起；
[0020]悬置中的橡胶结构采用弹簧单元模拟，以悬置外套筒几何中心为主点，外套筒内表面节点为从点建立第一RBE2单元，以悬置内套筒几何中心为主点，内套筒外表面节点为从点建立第二RBE2单元，然后将第一RBE2单元的主点和第一RBE2单元的主点建立弹簧单元；
[0021]悬置内套筒通过建立的RBE2单元连接到变速器壳体上，具体分两种情况，第一种是针对直接支撑变速器壳体的悬置，此时所建立RBE2单元的主点位于内套筒内径侧壁面的几何中心，从点选择内套筒内径侧壁面上节点和悬置所在位置的变速器壳体螺栓孔壁面上节点；第二种是针对不直接支撑变速器壳体的悬置，此时所建立RBE2单元的主点选择动力总成的质心，从点选择内套筒内径侧壁面上的节点以及变速器扭矩输入端端面上螺栓孔内壁上的节点；动力总成包括悬置所支撑的电机、控制器、变速器壳体、以及变速器壳体所支撑的齿轮轴、齿轮、轴承、螺栓、润滑油；
[0022]螺栓两端采用实体网格划分，中间部分采用梁单元，两端实体网格与梁单元之间分别通过RBE2单元连接在一起，RBE2单元主点位于两端实体网格中间的螺栓中心线上，且作为梁单元的节点，RBE2单元从点选择实体网格端面上的节点；梁单元截面为圆形，直径等于螺栓螺纹公称直径；
[0023]梁单元靠近螺栓头部。
[0024]进一步的，所述步骤二，
[0025]定义各零部件有限元模型材料的弹性模量E、泊松比μ、热膨胀系数α。
[0026]进一步的，所述步骤三，
[0027]弹簧单元的刚度定义在局部直角坐标系中，直角坐标系原点o选择悬置内套筒几何中心线上一点，z轴垂直于地面向上且与悬置内套筒几何中心线相交，x轴沿悬置内套筒几何中心线方向，y轴由x轴和z轴根据右手定则确定；每个弹簧单元的刚度包括6部分，分别为沿局部指标坐标系x轴的刚度K
x
、沿y轴的刚度K
y
、沿z轴的刚度K
z
、绕x轴的刚度绕y轴的刚度和绕z轴的刚度
[0028]K
x
、K
y
、K
z
通过力和位移关系曲线进行定义，通过转矩和转角关系曲线进行定义。
[0029]进一步的，所述步骤四，
[0030]第一边界条件：约束各悬置外套筒的外表面节点；
[0031]第二边界条件：约束各齿轮轴、差速器壳体绕各自中心线的旋转自由度；
[0032]约束齿轮轴、差速器壳体旋转自由度均需要借助RBE3单元，RBE3单元从点定义在旋转中心线上，主点选择齿轮轴或差速器壳体一个截面上的节点，该截面位于轴承与齿轮之间，然后约束RBE3单元从点绕中心线的旋转自由度；
[0033]在每个齿轮与轴承之间均需建立RBE3单元，并分别约束RBE3单元从点绕齿轮轴中心线或差速器壳体中心线的旋转自由度。
[0034]进一步的，所述步骤五，
[0035]在变速器壳体、悬置、螺栓、轴承、齿轮、齿轮轴和差速器壳体上施加初始温度；
[0036]所述初始温度定义为室温。
[0037]进一步的，所述步骤六，
[0038]第一载荷：第一载荷为温度载荷，即在变速器壳体、悬置、螺栓、轴承、齿轮、齿轮轴和差速器壳体施加高温度载荷；
[0039]第二载荷：第二载荷为变速器处于前进挡任一挡位时的齿轮啮合力，齿轮啮合力施加到前进挡扭矩经历的齿轮上；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新能源车变速器壳体连接螺栓的工作拉力预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、搭建新能源车变速器装配有限元模型；步骤二、定义有限元模型材料属性；步骤三、定义步骤一中各弹簧单元的刚度；步骤四、定义有限元模型边界条件；步骤五、定义有限元模型的初始温度；步骤六、定义有限元模型载荷；步骤七、定义计算工况；步骤八、进行有限元分析；步骤九、提取螺栓工作压力。2.根据权利要求1所述的一种新能源车变速器壳体连接螺栓的工作拉力预测方法，其特征在于，所述步骤一，新能源车变速器装配有限元模型包括变速器壳体、悬置、螺栓、轴承、齿轮、齿轮轴和差速器壳体；其中，变速器壳体、悬置外套筒、悬置内套筒、螺栓、轴承、齿轮、齿轮轴和差速器壳体采用实体网格划分；螺栓采用实体单元、梁单元和RBE2单元混合建模；零部件上处于接触部位的网格进行细划分，其他未接触部位的网格进行粗划分；然后通过定义相接触部件之间为接触关系将各零部件装配在一起；悬置中的橡胶结构采用弹簧单元模拟，以悬置外套筒几何中心为主点，外套筒内表面节点为从点建立第一RBE2单元，以悬置内套筒几何中心为主点，内套筒外表面节点为从点建立第二RBE2单元，然后将第一RBE2单元的主点和第一RBE2单元的主点建立弹簧单元；悬置内套筒通过建立的RBE2单元连接到变速器壳体上，具体分两种情况，第一种是针对直接支撑变速器壳体的悬置，此时所建立RBE2单元的主点位于内套筒内径侧壁面的几何中心，从点选择内套筒内径侧壁面上节点和悬置所在位置的变速器壳体螺栓孔壁面上节点；第二种是针对不直接支撑变速器壳体的悬置，此时所建立RBE2单元的主点选择动力总成的质心，从点选择内套筒内径侧壁面上的节点以及变速器扭矩输入端端面上螺栓孔内壁上的节点；动力总成包括悬置所支撑的电机、控制器、变速器壳体、以及变速器壳体所支撑的齿轮轴、齿轮、轴承、螺栓、润滑油；螺栓两端采用实体网格划分，中间部分采用梁单元，两端实体网格与梁单元之间分别通过RBE2单元连接在一起，RBE2单元主点位于两端实体网格中间的螺栓中心线上，且作为梁单元的节点，RBE2单元从点选择实体网格端面上的节点；梁单元截面为圆形，直径等于螺栓螺纹公称直径；梁单元靠近螺栓头部。3.根据权利要求1所述的一种新能源车变速器壳体连接螺栓的工作拉力预测方法，其特征在于，所述步骤二，定义各零部件有限元模型材料的弹性模量E、泊松比μ、热膨胀系数α。4.根据权利要求1所述的一种新能源车变速器壳体连接螺栓的工作拉力预测方法，其特征在于，所述步骤三，弹簧单元的刚度定义在局部直角坐标系中，直角坐标系原点o选择悬置内套筒几何中
心线上一点，z轴垂直于地面向上且与悬置内套筒几何中心线相交，x轴沿悬置内套筒几何中心线方向，y轴由x轴和z轴根据右手定则确定；每个弹簧单元的刚度包括6部分，分别为沿局部指标坐标系x轴的刚度K
x
、沿y轴的刚度K
y
、沿z轴的刚度K
z
、绕x轴的刚度绕y轴的刚度和绕z轴的刚度K
x
、K
y
、K
z
通过力和位移关系曲线进行定义，通过转矩和转角关系曲线进行定义。5.根据权利要求1所述的一种新能源车变速器壳体连接螺栓的工作拉力预测方法，其特征在于，所述步骤四，第一边界条件：约束各悬置外套筒的外表面节点；第二边界条件：约束各齿轮轴、差速器壳体绕各自中心线的旋转自由度；约束齿轮轴、差速器壳体旋转自由度均需要借助RBE3单元，RBE3单元从点定义在旋转中心线上，主点选择齿轮轴或差速器壳体一个截面上的节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：康一坡，闫博，马明辉，张尤龙，刘明远，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：