Utafiti huu umechunguza jinsi deformation inayotokea katika kasha la mfumo jumuishi wa uendeshaji wa umeme wa magari ya abiria yanayotumia umeme pekee inaweza kuhusishwa na mlolongo wa hitilafu kama upangaji wa bearing, ulinganifu wa mhimili wa shaft, uchakavu wa spline, kuziba na mlio wa gear; kisha ukapanga upya ribs za kubeba mzigo na njia za uhamishaji wa mzigo katika maeneo dhaifu yaliyobainishwa kwa uchanganuzi wa finite element wa ABAQUS. Katika kasha la aloi ya alumini ADC12, udhaifu muhimu zaidi ulibainishwa katika eneo la mpito la bearing seat ya motor. Baada ya uboreshaji, iliripotiwa kwamba stress ya juu katika eneo hili ilipungua kwa %40,6, strain ya juu ikashuka hadi kiwango cha 1,15 × 10⁻³, na deformation ya juu ya kimuundo ikapungua kwa %42,7. Katika uthibitishaji wa bench, tofauti kati ya stress za finite element na zilizopimwa ilibaki katika kiwango cha %2,1–5,1; katika jaribio la durability la 750 saa na jaribio la gari la 60.000 km, hitilafu muhimu za kimuundo zilizotajwa katika chanzo hazikuonekana. Hata hivyo, modeli inawakilisha hali za uendeshaji za masafa ya chini na zisizo na resonance kwa kutumia mzigo wa juu wa static ulio sawa; matokeo hayamaanishi kwamba mifumo yote ya uharibifu wa impact, resonance au dynamic ya masafa ya juu imethibitishwa.

Kwa mtazamo wa Uturuki, utafiti unaonyesha umuhimu wa kutathmini muundo wa kasha la kutupwa katika e-axle za magari ya umeme na mifumo jumuishi ya electric drive si kwa uzito au nguvu ya static pekee, bali pia pamoja na alignment ya bearing, NVH ya gear, sealing na njia ya uhamishaji wa mzigo. Hata hivyo, thamani za deformation, force na durability zilizotolewa zinahusu jiometri maalumu ya kasha la ADC12, mizigo maalumu ya bearing na mpangilio wa majaribio uliotumika katika utafiti. Kwa uhamishaji kwenda kwenye motor, reducer, alloy, casting process au vehicle platform tofauti nchini Uturuki, CAE inayolenga jiometri husika na uthibitishaji wa kimwili vinahitajika.

Tatizo kuu la utafiti ni nini?

Kasha la electric drive si chombo tu kisichofanya kazi kinachozunguka motor na reducer. Muundo jumuishi uliochunguzwa hubeba motor, reducer na electronic control unit, na wakati huohuo huunda rejea ya kijiometri ya bearings, shafts, gears na sealing surfaces. Kwa hiyo, hata deformation ya ndani ya kasha ya kiwango cha sehemu chache za mia za millimeter inaweza kubadilisha nafasi za jamaa za bearing holes na kuhamisha athari hiyo kwa vipengele vingine katika mnyororo wa power transmission.

Hatua ya kuanzia ya utafiti ni mifano halisi ya hitilafu. Kielelezo 1 kinaonyesha bearing kutoka mahali pake, Kielelezo 2 uchakavu kwenye spline surface, Kielelezo 3 kutokulingana kwa gear meshing na Kielelezo 4 mlio wa order ya 27 unaohusishwa na idadi ya meno 27 ya gear kwenye mhimili wa P3. Uchunguzi huu unaonyesha kwamba kazi hii si optimization ya kinadharia ya kupunguza uzito pekee, bali inalenga kufuatilia mlolongo halisi wa hitilafu unaotokana na deformation.

Kasha la electric drive hubeba mizigo gani?

Kasha lililochunguzwa hubeba uzito wa motor, reducer na electronic control unit, preload ya bolts za kuunganisha, nguvu za electromagnetic zinazotokea wakati motor inafanya kazi, mizigo inayobadilika inayotokana na gear meshing na mizigo ya vibration inayohamishwa kutoka kwenye ubovu wa barabara.

Sifa kuu za kasha zilizotolewa katika chanzo ni hizi:

Tolerance hizi zinaeleza kwa nini baadhi ya deformation za bearing hole za kiwango cha 0,10–0,15 mm zilizohesabiwa katika utafiti zilichukuliwa kuwa muhimu.

Deformation hutengeneza mlolongo wa hitilafu kwa njia gani?

Mnyororo wa kimekanika unaopendekezwa katika utafiti ni huu: deformation ya kasha hubadilisha nafasi na jiometri ya bearing seats; mabadiliko hayo yanaweza kuvuruga concentricity ya inner na outer rings za bearing; mabadiliko ya bearing load distribution na shaft alignment yanaweza kuathiri spline na gear contact; na baadaye uchakavu, vibration isiyo ya kawaida, mlio na matatizo ya sealing yanaweza kutokea.

Hasa, kwa sababu drive gear kwenye mhimili wa P3 ina meno 27, component ya order ya 27 iliyoonekana katika kipimo cha sauti cha gari ilihusishwa na characteristic gear-meshing whine. Chanzo kinaripoti peak ya wazi iliyofikia takriban 28 dB katika eneo la 3500–5000 rpm kabla ya optimization.

Modeli ya finite element iliundwaje?

Modeli ya three-dimensional ya kasha iliandaliwa katika UG 11.0 na kuhamishwa kwenda ABAQUS 2022 huku maelezo muhimu ya kubeba mzigo yakihifadhiwa. Second-order tetrahedral C3D10 elements zilitumika.

Katika maeneo yasiyo muhimu mesh size ya 3 mm ilitumika, huku bearing holes, hanger holes na mating surfaces zikifanyiwa local refinement hadi kiwango cha 2 mm. Katika modeli ya mwisho, chanzo kinatoa jumla ya elements kuwa 1,287818 × 10⁶.

Watafiti hawakutegemea mesh resolution moja pekee; walilinganisha viwango vinne tofauti vya mesh:

• 4 mm global mesh: takriban 4,5 × 10⁵ nodes,
• 3 mm global mesh: takriban 6,3 × 10⁵ nodes,
• 3 mm global + 2 mm refinement katika maeneo muhimu: takriban 7,5 × 10⁵ nodes,
• 2 mm global + 1 mm refinement kwenye holes: takriban 9,5 × 10⁵ nodes.

Iliripotiwa kwamba tofauti ya jamaa ya maximum stress kati ya optimized mesh na fine mesh ilikuwa chini ya %0,2, na tofauti ya maximum deformation ilikuwa chini ya %0,15; kwa hiyo optimized mesh ilichaguliwa kwa sababu ya uwiano kati ya gharama ya computation na convergence.

Modeli ya nyenzo na boundary conditions zilikuwa zipi?

Sifa kuu za kimekanika zilizotumika kwa ADC12:

Preload ya 1,6 × 10⁴ N ilitumika kwenye bolts za kuunganisha; radial, axial na tangential components zilizokokotolewa kutoka maximum drive torque ziliwekwa kwenye centers za bearings. Full degree-of-freedom constraint ilitumika kwenye motor mounting surface, na uzito wa motor pia ulijumuishwa katika modeli.

Kwa nini ukubwa wa bearing loads ni muhimu?

Katika chanzo, baadhi ya force components kubwa zaidi zinaonekana kwenye differential na intermediate-shaft bearings. Kwa mfano, kwa differential left bearing katika mwelekeo wa X ilitumika −25.315,90 N; kwa differential right bearing katika mwelekeo wa Y 20.607,30 N; kwa intermediate-shaft left bearing katika mwelekeo wa X 19.976,10 N na katika mwelekeo wa Z 14.397,80 N. Mgawanyo huu unaonyesha kwamba uhamishaji wa mzigo katika maeneo tofauti ya kasha si homogeneous na local stiffness ni muhimu.

Kwa nini equivalent static analysis ilitumika badala ya dynamic analysis?

Watafiti wanaeleza kwamba hitilafu iliyochunguzwa ilitokea wakati wa uendeshaji wa kawaida chini ya low-frequency cyclic loads, na hakuna inertial impact au resonance effect ya wazi iliyozingatiwa. Kwa hiyo, thamani ya juu ya mzigo halisi unaobadilika ilitumika kama equivalent static load.

Chaguo hili ni limitation muhimu ya utafiti. Kwa mujibu wa maelezo ya chanzo chenyewe, mbinu inapuuza micro-motion damage na interaction za load phase za vibrations ndogo, na inapaswa kutazamwa kama engineering approach tu kwa low-frequency, non-resonant, impact-free steady cyclic conditions.

Katika modeli ya awali, eneo dhaifu zaidi lilikuwa wapi?

Matokeo ya stress na strain yalionyesha eneo la mpito kati ya motor bearing seat na side wall ya kasha kuwa sehemu kuu dhaifu. Stress concentrations zilikuwa wazi pia kwenye root ya rib ya reducer bearing seat na karibu na connecting bolts.

Von Mises stress contour katika Kielelezo 8 inaonyesha kwamba mzigo ulikuwa umejilimbikiza hasa katika maeneo ya chini na yanayobeba bearing. Equivalent strain field katika Kielelezo 9 pia inaelekeza kwenye maeneo dhaifu yanayofanana. Watafiti walihusisha mwingiliano huu na mabadiliko ya ghafla ya section na stiffness katika load-transfer path.

Deformation kabla ya uboreshaji ilikuwa katika kiwango gani?

Total three-dimensional deformation ya critical bearing holes nane ilikuwa kama ifuatavyo:

Kabla ya uboreshaji, total deformation kubwa zaidi ilikokotolewa kuwa 0,157 mm kwenye P3 intermediate shaft left bearing, ikifuatiwa karibu na 0,156 mm kwenye P3 output shaft left bearing. Watafiti waliona hizi kuwa muhimu kwa bearing eccentricity, shaft concentricity na gear-contact quality.

Mabadiliko ya kimuundo yalikuwa nini hasa?

Badala ya kuongeza tu unene wa ukuta kwa ujumla, uboreshaji ulilenga kupanga upya njia ya uhamishaji wa mzigo. Watafiti:

• waliimarisha ribs zilizokuwepo katika maeneo dhaifu,
• waliongeza reinforcement ribs mpya kwenye bearing seat,
• walirefusha ribs hadi mating surface,
• waliunganisha mwisho wa ribs ili kuunda integrated frame,
• walipanga main ribs kulingana na torque-transfer direction na radial-load directions katika bearing region,
• walitumia auxiliary ribs kwenye thin walls, karibu na oil passage holes na katika bolt-boss roots.

Lengo la njia hii halikuwa tu kufanya sehemu moja ya ndani iwe nene zaidi, bali kuhakikisha mzigo unasambazwa ndani ya kasha kupitia muundo mgumu ulioendelea zaidi.

Uboreshaji ulipunguza stress na deformation kwa kiasi gani?

Kulingana na chanzo, maximum stress katika motor bearing-seat transition ilipungua kwa %40,6, maximum strain ikashuka hadi 1,15 × 10⁻³, na maximum deformation husika ikapungua kwa %42,7.

Kwenye critical P3 intermediate-shaft left bearing, total deformation ilipungua kutoka 0,157 mm hadi 0,090 mm. Kwa P3 input-shaft left bearing ilishuka kutoka 0,092 mm hadi 0,053 mm, na kwa P3 motor-shaft right bearing kutoka 0,106 mm hadi 0,064 mm.

Nini kilibadilika katika gear whine?

Kielelezo 13 na Kielelezo 14 vinaonyesha matokeo ya NVH ya uboreshaji wa muundo. Kabla ya optimization, 27th-order gear whine iliunda peak ya wazi katika eneo la 3500–5000 rpm, na amplitude ya juu ilitolewa katika chanzo kuwa takriban 28 dB. Baada ya uboreshaji, peak ilishuka hadi takriban 23 dB na curve ikawa laini zaidi.

Matokeo haya yanaunga mkono uhusiano wa stiffness ya kasha si tu na static deformation, bali pia na shaft alignment na sound/vibration behavior inayotokana na gear contact. Hata hivyo, utafiti haukufanya jaribio tofauti la causal isolation linalohusisha kupungua kwa sauti ya order ya 27 na geometric variable moja pekee; matokeo ni mabadiliko ya kiwango cha mfumo yaliyoonekana baada ya uboreshaji wote wa muundo.

Uthibitishaji wa 750 saa na 60.000 km ulionyesha nini?

Kasha lililoboreshwa liliendeshwa kwa 750 saa chini ya variable load cycles kwa mujibu wa hybrid transmission durability specification. Chanzo kinasema kwamba mwisho wa jaribio, bearing-hole concentricity error ilibaki ndani ya kiwango kinachoruhusiwa; hakuna bearing au spline wear ya wazi, pitting au creep displacement iliyoonekana; hakukuwa na oil leakage kwenye sealing surface na hakuna order noise ya wazi iliyotokea.

Kisha kasha liliwekwa kwenye gari kamili na kufanyiwa road test ya jumla ya 6 × 10⁴ km, yaani 60.000 km. Katika jaribio lenye hali tofauti kama barabara tambarare, barabara mbovu na mteremko, chanzo kinaripoti kwamba hakukuonekana structural deformation, crack, sealing leakage, abnormal internal wear au loosening.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Katika kasha lililochunguzwa, motor bearing-seat transition ni eneo kuu dhaifu la kimuundo.
• Upangaji upya wa rib arrangement na load-transfer path ulipunguza deformation za critical bearing holes.
• Total deformation ya P3 intermediate-shaft left bearing ilipungua kutoka 0,157 mm hadi 0,090 mm, na katika chanzo ilitolewa kama uboreshaji wa %42,7.
• Maximum stress katika motor bearing-seat transition ilipungua kwa %40,6 kulingana na chanzo.
• Peak ya 27th-order whine ilishuka kutoka takriban 28 dB hadi 23 dB.
• Tofauti kati ya finite-element stresses na bench measurements ilibaki katika kiwango cha %2,1–5,1.
• Muundo ulioboreshwa ulipita uthibitishaji wa durability wa 750 saa na vehicle validation ya 60.000 km bila critical failures zilizoripotiwa katika chanzo.

Matokeo ambayo utafiti hauungi mkono au haukupima

• Haijaonyeshwa kwamba mbinu itapunguza deformation kwa uwiano uleule katika electric-drive housings zote za magari.
• Full transient dynamic, impact au resonance analysis haikufanywa.
• Micro-motion, load-phase combination na high-frequency fatigue mechanisms zote hazikuwekwa katika modeli.
• Athari za aloi tofauti za alumini au casting processes tofauti kwenye design ileile hazikulinganishwa kwa mfumo.
• Ingawa chanzo kinasema “failure rate approached zero”, detailed field population, confidence interval au statistical failure-rate analysis haijatolewa.
• Hakuna jaribio lililofanywa kutenganisha kama kupungua kwa 27th-order sound kulitokana na mabadiliko ya parameter moja tu ya housing stiffness.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mtiririko wa uhandisi wa utafiti

Bearing-hole deformations kabla ya uboreshaji

Thamani kubwa zaidi ya single-direction ni −0,145 mm kwenye Y component ya P3 intermediate-shaft left bearing. Total deformation katika eneo hili ni 0,157 mm.

Bearing-hole deformations baada ya uboreshaji

Total deformation ilipungua katika maeneo yote nane. Uboreshaji mkubwa zaidi wa jamaa uliripotiwa kuwa %42,7 kwenye P3 intermediate-shaft left bearing.

Vipimo vya motor rear cover

Absolute reduction kubwa zaidi ilikuwa 0,052 mm kwenye rear-housing locating pin; deformation ilishuka kutoka 0,067 mm hadi 0,015 mm.

Modeli ya CAE ililingana kwa kiasi gani na jaribio?

Kwa uthibitishaji wa simulation, strain gauges ziliwekwa nyuma ya motor bearing seat na kwenye ribs zinazounga bearing seat, na maximum torque ya transmission ilitumika. Simcenter SCADAS XS ilitumika kukusanya data; chanzo kinasema kifaa kinatoa sampling hadi 5 × 10⁴ Hz kwa kila channel na 24-bit ADC resolution. Kila jaribio lilirudiwa mara tatu na arithmetic mean ilitumika.

Relative differences zote katika measurement points tatu zilikuwa chini ya acceptance limit ya %10 ya chanzo. Deviation kubwa zaidi ilikuwa %5,1 kwenye motor bearing seat, na ndogo zaidi %2,1 karibu na outer bolt holes. Watafiti walitathmini hili kama experimental support ya engineering accuracy ya finite-element model kwa hali husika ya loading.

Matokeo ya durability

• Muda wa bench durability: 750 saa.
• Vehicle road test: 60.000 km.
• Matokeo ya durability yaliyoripotiwa katika chanzo: hakuna significant bearing/spline wear, pitting, creep displacement, oil leakage au structural crack iliyoonekana.
• Matokeo ya NVH: 27th-order whine peak ilishuka kutoka takriban 28 dB hadi takriban 23 dB.
• Matokeo ya critical deformation: kwenye P3 intermediate-shaft left bearing 0,157 mm → 0,090 mm.

Mapungufu muhimu ya kimetodolojia katika chanzo

Ingawa experimental validation ya utafiti ni imara, sehemu ya finite element si full dynamic model. Low-frequency cyclic load imewakilishwa kwa maximum equivalent static load. Load-phase combinations, micro-motion damage ya high-frequency small vibrations na resonance effects vimebaki nje ya modeli.

Pia, utafiti hauna detailed statistical confidence interval, fatigue-life distribution au vehicle-fleet-level failure-rate calculation. Kwa hiyo, matokeo ya “failure rate approached zero” yanapaswa kutazamwa kama engineering observation ya watafiti ndani ya validation program iliyochunguzwa; hayapaswi kusomwa kama general field failure rate.

Dokezo la Chanzo na Mbinu

Jina kamili la kazi asilia: Improvement and Experimental Verification of Automotive Electric Drive Housing Structure Based on Finite Element Simulation

Waandishi na mpangilio wao: Xing Liu; Yaozong Bai; Lijuan Liu; Yunde Qin; Yong Huang; Ruixue Wang; Xuezhong Fu.

Mchango sawa/mwandishi wa kwanza sawa: Chanzo hakijataja taarifa ya mwandishi wa kwanza sawa au mchango sawa.

Mwandishi anayewajibika: Ruixue Wang.

Taasisi:
1. Liuzhou Saike Technology Development Co., Ltd., Liuzhou 545006, China.
2. Guangxi Key Laboratory of Automobile Components and Vehicle Technology, Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou 545006, China.
3. School of Mechanical Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China.

Aina ya chanzo: Makala ya utafiti iliyopitiwa na wataalamu.

Jarida: Vehicles.

Mchapishaji: MDPI.

Juzuu / namba ya makala: 8 / 128.

DOI: 10.3390/vehicles8060128

Tarehe ya kuwasilishwa: 15 Aprili 2026.

Tarehe ya marekebisho: 26 Mei 2026.

Tarehe ya kukubaliwa: 4 Juni 2026.

Tarehe ya kuchapishwa: 6 Juni 2026.

Kiungo rasmi cha uchapishaji: https://www.mdpi.com/2624-8921/8/6/128

Kiungo cha DOI: https://doi.org/10.3390/vehicles8060128

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Ufadhili: Guangxi Science and Technology Major Program, No. Gui Ke AA23062058; Guangxi Science and Technology Program, No. Gui Ke AD23026183.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kwamba contributions asilia za utafiti zimo ndani ya makala, na maswali ya ziada yanaweza kuelekezwa kwa corresponding author.

Mgongano wa maslahi: Xing Liu, Lijuan Liu, Yunde Qin, Yong Huang na Ruixue Wang wameripotiwa kuwa wafanyakazi wa Liuzhou Saike Technology Development Co., Ltd. Waandishi wengine wamesema hakuna mgongano wa maslahi na taasisi au watafiti wengine.

Michango ya waandishi: Xing Liu — rasimu ya kwanza, methodology na conceptualization; Yaozong Bai — validation, formal analysis na data curation; Lijuan Liu — investigation na data curation; Yunde Qin — rasimu ya kwanza na data curation; Yong Huang — review/editing, visualization na funding; Ruixue Wang — integration ya vipengele vya utafiti; Xuezhong Fu — project coordination na integration ya matokeo.

Mpaka wa maudhui ya kisayansi: Mechanical properties, forces, mesh parameters, finite-element results, deformation values, NVH findings, bench tests na durability results katika makala hii ya Verianla zinategemea tu utafiti uliochunguzwa. Vyanzo vya nje vilitumika tu kwa bibliographic identity verification.

Mapungufu makuu ya kimetodolojia: Finite-element analysis inategemea maximum equivalent static load approach chini ya hali ambazo athari za low-frequency, resonance na impact zimechukuliwa kuwa zisizo muhimu. Full transient dynamic solution haikufanywa. Utafiti hauna detailed statistical field failure-rate au confidence-interval analysis. Katika maelezo ya equivalent strain ya chanzo, usemi “1.2 × 10³” unatengeneza notation inconsistency inayoonekana ikilinganishwa na strain scales nyingine; thamani haijasahihishwa kimya kimya katika makala hii ya Verianla.

Dokezo la Verianla Live v0.2: Scientific data katika Live components zimehifadhiwa kwenye visible HTML tables. Hakuna inline SVG, JavaScript, event handler au data-vlive-* iliyoongezwa kwenye HTML ya makala. Ikiwa interactive SVG layer ipo, itatengenezwa kwenye browser na common verianla-live.js v0.2 engine.