CAE在转轴限位块结构中强度分析的应用实例

1.前言：

汽车后视镜转轴限位块由两部分组成：基板及转轴结构，限位块位于基板凹槽内做限位作用。其分析结构如下所示：

对限位块结构进行强度分析是机械转轴结构设计中所需关心的重要问题，通过CAE仿真基板和转轴结构在特定基板力矩下的受力情况，分析基板和转轴结构是否会发生断裂破坏，为进一步改进结构设计提供了理论依据。

2.案例概述：

设定作用于基板力矩{62.4N.m*1.2(安全系数)=74.88N.m}，分析左右限位两种工况下，基板与转轴的强度。通过分析发现，产品在特定情况下存在断裂危险，需要对产品进行优化和改善。

3.使用软件：

Hypermesh,abaqus/standard

4.CAE材料及模型

材料及参数：

名称	材料	杨氏模量（Mpa）	抗拉强度（Mpa）	伸长率（%）
转轴	压铸铝合金ADC12	72000	228	1.4
基板	PRT+PET+GF45	15500	132	1.5

因限位块在限位过程中不仅受到剪切，同时还受到拉伸的作用。因此评判过程用剪切强度或者拉伸强度来判断都不够严苛，分析通过PEEQ（平均等效应变）判断：当基板Max PEEQ>伸长率1.5%，则材料失效断裂；当转轴Max PEEQ>伸长率1.4%，则材料失效断裂。

CAE模型：

5.分析结果：

工况一：左限位

（1）转轴

转轴最大PEEQ为0.1929，远大于其伸长率0.014，因此在74.88N.m力矩下转轴发生断裂破坏。

转轴PEEQ与力矩有如上关系，当PEEQ为0.014时，力矩为55.800N.m。

（2）基板

基板限位根部最大PEEQ为0.3016，大于其材料伸长率0.015，因此基板发生断裂破坏。

基板PEEQ与力矩有如上关系，当PEEQ为0.015时，力矩为34N.m。

工况二：右限位

（1）转轴

转轴最大平均应变0.064，远大于其伸长率0.014；因此在74.88N.m力矩下转轴发生断裂破坏。

（2）基板

基板限位根部最大PEEQ为0.3017，大于其材料伸长率0.015，因此基板发生断裂破坏。

6.结论：

1.加载74.88N.m力矩时，基板与转轴PEEQ都超过其伸长率，基板与转轴都会断裂；

2.FEA分析结果表明，基板将先于转轴断裂，各自所能承受的最大力矩如下：

	左限位	右限位
转轴承受力矩（N.m）	55.8	58
基板承受力矩（N.m）	34	37

3.根据仿真结果，为后视镜结构优化设计提供重要依据，在提高产品可靠性、降低产品的损坏率、压缩成本方面起到了显著的作用。