起动机前盖 CAE 分析

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　起动机前盖结构强度分析

　计算内容 目前起动电机前盖装配模型如图 1 所示，现需对其在工作状态下的结构强度进行计算，以校核其强度是否满足要求。

　起动电机装配模型如图 1 所示：

　 图 1 起动电机装配模型

　由图 1 可以看出，起动电机主要由驱动端盖、定子总成、后端盖总成及其电磁开关组成。其相关构件的材料属性如表 1 所示：

　表 1 各构件相关材料参数

　构件名称

　材料名称

　材料参数

　弹 性 模 量 （GPa）

　泊松比

　密度（3/m kg ）

　驱动端盖

　压铸铝合金YL112

　70

　 2740

　轴

　圆钢 45

　210

　 7850

　定子盖/后端盖/电磁开关盖

　10 钢

　210

　 7850

　备注：表中材料参数数据参考《机械设计手册》第三篇常用工程材料。

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　 边界条件 1.2.1 位移边界条件 固定驱动端盖两个支点位置（如图 4 所示的 a、b 指示位置）的六个自由度，其模型如图 2 所示。

　 图 2 位移边界条件模型

　1.2.2 载荷边界条件 施加载荷为起动电机起动时的力矩值，其力矩大小为 10N．m，等效成力 值 为 400N （ 该 力 值 为 力 矩 除 以 齿 轮 分 度 圆 半 径 得 到 ， 即 为F=T/r=10/=400N），力方向垂直于驱动端盖两个固定孔的连线，其载荷边界模型如图 3 所示。

　 图 3 载荷边界条件

　对其模型进行网格划分，在局部应力集中位置处进行网格细化，单元类型为修正的二阶四面体单元，单元总数为 125000 个，其网格模型如图 4 所示。

　 图 4 有限元网格模型

　计算判据 驱动端盖所用材料为压铸铝合金 YL112,该材料的伸长率为 1%,属于脆性材料,强度准则选用第一强度理论进行判断;轴使用材料为圆钢 45，材料伸长率为﹥6%，属于塑性材料，强度准则选用第四强度理论进行判断，其

　相关数据见表 2 所示

　表 2 材料参数

　材料参数

　屈服强度s（MPa）

　抗 拉 强 度b（MPa）

　许用应力    （MPa）

　压 铸 铝 合 金YL112

　-

　240

　   =b /3=80

　圆钢 45

　355

　600

　   =b /3=200

　备注:⑴ 材料抗拉强度参考 GB/T 15115-1994；⑵ 安全系数参考汽车标准，其值为 3。

　计算结果与分析 1.4.1 驱动端盖的应力及其变形计算 驱动端盖在起动力矩作用下的最大主应力应力云图如图 5 所示：

　 图 5 驱动端盖最大主应力云图

　由图 5 可以看出，驱动端盖最大应力位置为图中红圈所示位置，其最大主应力值为，该指示位置存在明显的应力集中，是高应力区域，因此在设计时应注意倒角的大小及加强筋的布局。

　驱动端盖的变形云图如图 6 所示：

　 图 6 前端盖变形云图

　从图 6 可以看出，驱动端盖最大变形量为，位置为电磁开关连接位置

　1.4.2 轴的应力及其变形计算

　 轴在起动力矩作用下的等效应力云图如图 7 所示：

　 图 7 轴的等效应力云图

　从图 7 可以看出，轴在起动力矩作用下最大等效应力位置为啮合齿轮位置，即起动力矩作用位置，最大应力值为。

　轴的变形云图如图 8 所示：

　 图 8 轴的变形云图

　从图 8 可以看出，轴的最大变形量为，最大变形位置为载荷施加位置端。

　1.4.3 计算总结与分析 通过上面计算得出驱动端盖与轴的应力及其变形如表 3 所示：

　表 3 应力及其变形计算结果

　构件

　应力计算（MPa）

　变形计算（mm）

　许用应力（MPa）

　驱动端盖（最大主应力）

　80

　轴

　200

　由表 3 可以看出，驱动端盖在起动力矩作用下的最大主应力为远小于其许用应力 80MPa，安全域度大，因此驱动端盖满足强度要求；轴在起动力矩作用下的最大等效应力为远小于其许用应力 200MPa，安全域度大，因此轴满足强度要求。

　从表 3 可以看出，驱动端盖与轴在起动力矩作用下的变形较小，分别为与，即驱动端盖与轴的刚度较好，满足设计要求。

　结论

　通过上面计算，得出起动电机中驱动端盖与轴满足强度、刚度要求。

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