基于ANSYS的差速器壳体有限元分析

差速器壳体不仅是差速器中其他零件的安装基础，也是主减速器从动件的一部分，它的质量和结构会直接影响到整个差速器和整车的工作性能，但因为其结构比较复杂，受力情况也比较复杂，运用传统的理论计算公式难以计算处其强度和刚度是否满足设计要求。因此，本文运用ANSYS软件对差速器壳体进行有限元分析，首先校核其强度和刚度在不同工况下是否满足要求，再运用ANSYS的形状优化模块，在壳体强度和刚度满足要求的情况下，对差速器壳体进行质量优化处理，最后通过有限元分析方法验证了壳体的优化效果，且经检验，优化结果合理。

差速器是汽车上必不可少的一个重要构件，它在整车上的作用主要是使左右两侧车轮实现不同转速的转动，从而让汽车能够实现转弯。其主要由差速器壳体、行星齿轮、半轴齿轮、一字轴构成。其中差速器壳体不仅是差速器中其他零件的安装基础，也是主减速器从动件的一部分，但因其结构比较复杂， 受力情况也比较复杂，运用传统的理论计算公式难以准确得出其受力情况，也难以对其进行强度校核。

所以需要运用有限元软件对差速器壳体强度进行有限元分析，并判断其强度能否满足要求[1]。本文选用应用较为广泛的ANSYS Workbench 软件来进行有限元分析。

差速器壳体的质量大小和结构形式直接影响了整个差速器和整车的工作性能，所以还需要运用ANSYS 软件的形状优化模块(或拓扑优化模块)对差速器壳体质量进行优化，在壳体强度仍然满足要求的基础上，尽量的减少壳体的质量，从而不仅可以减轻汽车的总体质量，而且可以提高汽车的燃油经济性和动力性，所以对差速器壳体进行有限元分析具有重要意义。

2. 差速器及其壳体的结构和尺寸 2.1. 差速器及其壳体的基本结构 现代汽车厂商由于考虑到汽车的轻量化设计，大多将汽车的主减速器和差速器做成一体式，并用螺栓进行连接，结构如图1 所示。本文研究的对象正是这种主减速器和差速器一体式的差速器，这种差速器的结构形状比较复杂，主要由差速器壳体、行星齿轮、半轴齿轮、一字轴和垫片组成。壳体大端的螺栓孔用于连接主减速器，壳体中间的圆孔用于安装行星齿轮，实现动力由壳体到行星齿轮的传递，壳体上的大窗口，为了便于润滑油的进出，保证行星齿轮和一字轴齿轮间能很好的润滑[2]。

它的动力传递路线为：主减速器从动齿轮→差速器的壳体→一字轴→行星齿轮→半轴齿轮→车轮[3]。

由此可以看出差速器壳体在汽车动力传递中的作用至关重要，如果它的强度没有达到要求而被破坏，将导致汽车动力传递中断，汽车无法正常行驶。

2.2. 差速器壳体的几何尺寸 本文所选车型的主要参数如表1 所示。

由以上汽车的基本参数，可设计出差速器的行星齿轮和半轴齿轮，因为行星齿轮和半轴齿轮的设计过程非本文重点，故直接给出行星齿轮和半轴齿轮的一些几何参数，如表2 所示。