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随着CAD/CAE技术的不断进步,有限元分析在机械CAD中翻广泛的細,特别是整车轻量化趋势下,零部件结构优化借助于有限元分析,可快速的识别应力集中区域和强度富裕部位,缩短了优化设计周期,减少实物试验次数降低费用。
传动轴是重卡汽车传动系统上介于变速箱与后桥减速器之间重要的传动部件，而端面齿法兰叉是传动轴各零件中应力最为集中、结构最为复杂的零件，从台架试验和售后失效件的统计看端面齿法兰叉存在从惚孔部疲劳失效情况。所以它的机械性能和可靠性将直接关系到汽车的安全性能。
端面齿法兰叉的优化设计,涉及的因顏多,不仅与其几何尺寸、产品结构、加工工艺有关，还需考虑其在整车不同工况下的受力情况。它承受着重卡在起步、制动、不平路面等产生的冲击载荷和交变载荷。如何在满足静强度和疲劳强度的前提下使零件结构轻巧，是汽车零部件优化设计的重要课题。
本文拟以重卡自卸车传动轴端面齿法兰叉优化设计为例，利用Pro-E建立模型，CAE分析软件一SolidWorksSimulation，计算给出端面齿法兰叉在极限载荷工况下Misses应力分布云图，在满足整车强度和疲劳寿命的前提下获得最轻巧的结构设计，同时方便与变速箱输出法兰和后桥输入法兰的安装操作。为设计人员在传动轴系列零件及类似结构件的开发提供设计思路及分析方法。
利用PRO/E三维软件建立端面齿法兰叉实体模型，通过格式转化导入Solidworks软件中,采用Solidworks软件中的Simulation有限元模块进行前处理、求解和后处理工作。软件平台采用Windows XP为操作系统。
在SolidWokrs Simulation的边界条件中设定材料特性,根据工况设定扭矩输入和约束部位,加载最大工作扭矩。基本分析参数包括整车参数及端面齿法兰叉材料参数。
根据主机厂提供的工程自卸车整车参数,计算得变速箱3.2端面齿法兰叉有限元模型的建立输出的动力扭矩和车桥产生的反向附着力扭矩。同时考虑超端面齿法兰叉的材料为45#钢调质(硬度230-280HB)，从材料手册中查得其弹性模量E=210GPa，柏松比0.3。
在机械结构有限元分析前处理中,建立三维实体模型需要占用较多的工作量,对于端面齿法兰叉之类的复杂零件，有限元软件的建模功能无法满足要求,故我们通过PRO/E软件来建模。
为了便于进行有限元分析时网格的划分,在建模过程中我们忽略了部分细微结构。Solidworks软件导入转化后的端面齿法兰叉模型后，采用SOLID单元进行划分网格，该模型划分为250246个单元，3620个节点。
根据汽车设计手册，计算传动轴额定工作扭矩，同时考虑车辆超载的后备系数，作为有限元分析的加载载荷。从有限元分析的应力分布云图中，获得结构优化的信息，削减多余材料降低重量，优化应力集中区域提高静强度和疲劳强度。
根据端面齿法兰叉的工作状态，假定端面齿法兰叉的4个端齿部分固定不动，故对端面齿法兰叉的4个端齿部分平面施加六自由度的固定约束。另对端面齿法兰叉两耳孔各加载水平方向的轴承力，组成围绕法兰叉中心扭转的扭矩，模型加载扭矩30049N.m。
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