主减速器壳体作为减速器的承载结构，壳体性能优劣对减速器的正常运转起到至关重要作用。汽车行驶过程中，造成减速器壳体失效的原因主要分为两个方面，一方面壳收到机械负荷和冲击载荷的共同作用，产生裂纹导致破裂失效；另一方面，从发动机到车轮的动力传输过程中产生的激励，导致不同部件间产生耦合振动，进而引起共振失效。

因此，有必要对减速器壳体进行固有频率计算以及强度分析。

二技术参数及边界条件

2.1 CAD模型

主减速器三维模型

图2.1：主减速器模型

减速器壳体各部件规格如下表所示：

2.2等效载荷

根据某车型实验结果，选取1350Nm作为主减速器输入轴扭矩。将输入轴扭矩转换成每个轴承外圈上的均布载荷。考虑到减速箱壳体的实际装配工况，强度分析加载螺栓轴向预紧力，M10螺栓加载27600N，M8螺栓加载17300N。

主减速器壳体的受力主要是主动齿轮大小端轴承和两个差速器轴承，而轴承与壳体之间是过盈配合。故可以在轴承外圈上加载均布载荷,以此等效替代轴1350Nm输入轴扭矩，如图3.3所示。

三建模

建模过程主要分为：导入几何，确定相关零部件；定义材料参数；使用Automatic connnection工具创建连接关系；对连接错误或质量不过关的连接关系进行手动连接；修改并确认连接类型（contact type）;创建分析类型（nonlinear static、modal）;添加载荷及约束。

3.1 材料参数

减速器壳体与壳盖均采用铝质材料，轴承外圈与预紧螺栓使用铸铁材料。具体材料参数见表3.1。将EN_AB_46000添加到SimSolid材料库中，并将这两种材料参数添加到对应部件。

3.2 接触处理

基于SimSolid强大的模型识别能力，之间将主减速器壳体的几何模型导入到SimSolid中，壳体的接触设置按如下步骤进行。

1. 将几何模型导入SimSolid软件中，根据系统提示，进行几何清理，去除不相关碎片和质量不佳的几何。

2. 使用自动化连接创建接触，由于软件默认Bonded(绑定)接触，导致部分接触设置不合理,因此进行手动调节。如本次分析中，将壳体，壳盖，轴承外圈改成Separating接触，并根据对应材料设置摩擦系数等。

3. 处理完毕模型如图3.1所示。

图3.1 接触边界

3.3 载荷及约束

3.3.1 载荷

图3.1展示四个轴承外圈分布位置,驱动工况时,将1350Nm输入轴扭矩等效成1至4号轴承外圈上的均布载荷。对M10和M8两种型号螺栓分别加27600N、17300N的轴向预紧力。对应载荷分布位置如图3.3所示，具体载荷方向及数值参照表3.2。（坐标系采用图中全局坐标系；其中载荷正负代表力及扭矩的方向）

图3.2 轴承外圈位置

图3.3 螺栓分布

图3.4 均布载荷及螺栓预紧力

图3.3中所示载荷x，y，z三个方向的合力。轴承外圈的分布载荷在全局坐标系中的分量如表3.3所示。

3.3.2 约束

强度和模态工况的约束条件相同，对支架和底座安装孔进行全约束。图3.4为约束状态。

基于simsolid平台的主减速器壳体模态与强度计算的图31 基于simsolid平台的主减速器壳体模态与强度计算的图32 图3.5 约束状态

四结果分析

计算结果分为模态和应力两个部分。

4.1 模态频率与振型

模态结果取前三阶的模态频率及振型：798.4Hz，1351.9Hz，1645.2Hz。

基于simsolid平台的主减速器壳体模态与强度计算的图38 基于simsolid平台的主减速器壳体模态与强度计算的图39 图4.1 一阶模态

第二阶模态频率1351.9Hz,对应振型沿Z轴作往复运动。

基于simsolid平台的主减速器壳体模态与强度计算的图41 基于simsolid平台的主减速器壳体模态与强度计算的图42 图4.2 二阶模态

第三阶模态频率1645.2Hz,对应振型绕Y轴作旋转运动。

图4.3 三阶模态

根据模态计算结果可以发现，减速器（PTU）壳体的频率大于700Hz。因为减速器与发动机直接相连，当发动机处于6000rpm/min高转速（四缸机），直接档工况时，发动机的主要振动频率为200Hz（发动机二阶）、400Hz（发动机四阶），因此减速箱壳体的固有频率和发动机激励频率没有交叠，壳体的固有特性满足NVH要求。

4.2 强度

由图4.4强度计算结果可知，最大应力集中位置在支架侧，米塞斯应力幅值282.4Mpa。支架采用基于simsolid平台的主减速器壳体模态与强度计算的图46 基于simsolid平台的主减速器壳体模态与强度计算的图47 QT450-10(屈服强度310Mpa)材料，所以最大应力幅值小于其屈服强度，支架性能满足设计要求。