差速器是汽车传动系的重要总成，而差速器齿轮又是差速器的关键零件，它的可靠性直接影响汽车整车的质量。但差速器作为汽车零部件中一个较小的总成，只有部分学者对它单独进行了设计、分析。蒋法国等分析了差速器行星齿轮弯曲强度，得出随着齿根圆角半径的增大齿根应力逐渐减小的结论；李维国等运用ABAQUS作为求解器，对差速器齿轮进行有限元分析；郑慧林基于有限元法进行了微型车驱动桥结构分析及疲劳寿命预测研究；ANDREWSJD利用有限元法进行了齿轮应力的分析并通过光弹性试验进行了验证；H.VonEiff等研究了齿形对齿轮应力的影响。本研究基于有限元技术和疲劳寿命方法，进行了差速器齿轮强度分析及疲劳寿命预测。
       随着齿轮精锻技术的发展，轿车差速器齿轮大量采用精锻工艺。相对于传统齿轮，精锻齿轮的尺寸更小、强度更高，所以传统齿轮设计中采用的设计及校核方法显得相对保守。为了更准确地对齿轮进行几何设计和强度分析，使用先进的CAE工具对齿轮进行相关参数设计和强度分析显得愈加重要。对于汽车差速器锥齿轮副来说，在大多数情况下，汽车左右轮是等速或接近等速的，行星齿轮和半轴齿轮相对接近静止，因此，行星齿轮经常只是起等臂推力杆的作用，弯曲强度应为主要考虑因素。基于CAD/CAE一体化技术，本研究有限元软件选用ANSYS。该软件和UG软件可无缝连接，在UG的主菜单中添加了ANSYS菜单项。在UG中生成齿轮三维模型后，直接点击ANSYS菜单项，进入ANSYS界面，然后选择单元类型、单元尺寸、材料属性等困。所建差速器行星齿轮、半轴齿轮的有限元模型如图所示。齿轮加载方法有2种：1)在齿轮轮毂加载等效力矩，此时位移的约束需施加在齿顶部位；2)将齿轮所承受的转矩转化为单齿啮合最高点所承受的线性分布力。研究的差速器行星齿轮的加载方式选择后者。载荷沿齿面接触线的分布是决定齿轮应力的基础，因此，精确确定载荷沿齿面接触线的分布状态，对于齿轮强度分析具有十分重要的意义。
       锥齿轮承受的转矩转化到单齿最高啮合线上的载荷不是均匀分布的。直齿锥齿轮齿面接触线载荷自大端逐渐向小端减小，但并不是呈精确的线性关系，而是略呈抛物状。在接近两端处，接触线载荷急剧下降，这是边界效应所致(一般锻造齿轮通过齿面修形可避免边界效应)，但是影响范围不大。在接触中间段载荷分布比较均匀，虽非直线分布，但在进行计算时可以近似作线性载荷处理，不会带来较大误差。锥齿轮的受力如图所示。本分析的齿轮是对称零件，因此，建立了行星齿轮和半轴齿轮单齿的有限元模型来进行分析。其中行星齿轮单齿有限元模型共有2982个节点、2211个实体单元；半轴齿轮单齿有限元模型共有2414个节点、1659个实体单元。齿轮单齿有限元模型如图所示。约束行星齿轮内圈的所有自由度，将圆周力Fx=3.52xe4N、径向力Fz=1.36xe4N、轴向力Fy=9.1xe3N近似作线性载荷处理，按照比例施加在单齿啮合的最高点处。计算所得有限元结果如图所示。由图可得：行星齿轮单齿最大弯曲应力为1697MPa，出现在齿根处，符合行星锥齿轮的破坏多出现在齿根的实际情况。用同样的求解方法可以得到半轴齿轮的有限开分析。由图可得：半轴齿轮单齿最大弯曲应力为1699MPa，出现在齿根处，符合半轴齿轮破坏多出现在齿根的实际情况。
       由于本课题所研究的差速器齿轮是需要承受疲劳载荷的结构，且最大应力都未达到屈服极限，因此，本研究选择了简单实用且成熟的总寿命分析法对齿轮的疲劳寿命进行分析。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！