镁合金汽车变速箱壳体强度分析
变速器壳体强度有限元分析与试验验证
图 3 变速器一挡受力分析
表 1 齿轮传动力
N
主箱常啮 合齿轮对 主箱一挡
齿轮对 副箱常啮 合齿轮对 副箱减速
齿轮对
圆周力 Ft 16 449． 6 31 977． 5 50 449． 6 127 607． 9
径向力 Fr 6 177． 4 12 281． 6 19 455． 5 66 479． 5
目前可查的箱体建模方法有3利用结构单元模拟齿轮轴承和齿轮轴建立载荷传递路径建立齿轮箱的有限元分析模型种是将由材料力学方法得到的轴承力以一定的分布方式加载到轴承孔上建立箱体的有限元分析模型利用实体单元模拟齿轮轴承和齿轮轴建立载荷传递路径建立变速器壳体的有限元分析模型建模方法简单方便但都没有考虑齿轮轴和轴承刚度对箱体强度的影响特别是对于箱体轴承孔强度的影响
通常分析变速器壳体强度比较有效的方法是有限 元法。应用有限元法的关键在于建立合理的有限元分 析模型。目前可查的箱体建模方法有 3 种，第 1 种是 利用结构单元模拟齿轮、轴承和齿轮轴建立载荷传递 路径，建立齿轮箱的有限元分析模型［1］； 第 2 种是将由 材料力学方法得到的轴承力以一定的分布方式加载到 轴承孔上，建立箱体的有限元分析模型［2 － 6］； 第 3 种是 利用实体单元模拟齿轮、轴承和齿轮轴建立载荷传递 路径，建立变速器壳体的有限元分析模型［7］。前 2 种 建模方法简单、方便，但都没有考虑齿轮轴和轴承刚度 对箱体强度的影响，特别是对于箱体轴承孔强度的影 响。后一种建模方法考虑的影响因素较全，但轴承和 齿轮的建模比较复杂，有限元计算也比较耗时。
验值对比情况如图 11 所示。
图 11 计算值与试验值对比
在图 11 中，应力相对误差位于 20． 0% 以内的测 点有 8 个，其中 9 号测点的误差最小，为 2． 6% ； 误差 位于 20． 0% ～ 30． 0% 的测点有 2 个，它们是 5 号和 10 号测点，其 误 差 分 别 为 27． 8% 和 20． 8% ，5 号 测
汽车变速器壳体加工工艺与技术要点研究
汽车变速器壳体加工工艺与技术要点研究随着汽车工业的快速发展，变速器作为汽车的重要组成部分，其性能和质量对汽车的整体表现有着至关重要的影响。
而变速器的壳体作为变速器的保护外壳，也是一个至关重要的零部件。
因此，汽车变速器壳体的加工工艺和技术成为了一个必须研究的问题。
汽车变速器壳体的加工工艺和技术要点主要包括以下几个方面： 1.材料选择和预处理：汽车变速器壳体通常采用铝合金或镁合金材料制造，应根据不同材料的特性进行合理选择。
在材料预处理方面，应采用适当的酸洗、碱洗等方法，以确保材料表面的清洁度和平整度。
2.壳体加工工艺：壳体的加工工艺主要包括切削加工、钻孔加工、铆接加工、气动液压加工等。
应根据壳体的形状和要求选择合适的加工工艺，并采用高精度的加工设备和工具，以确保壳体的加工精度和表面质量。
3.表面处理：壳体表面处理主要包括喷漆、阳极氧化、电解抛光等。
应根据壳体的用途和要求选择合适的表面处理方法，并确保表面处理的质量和保护效果。
4.质量检测：壳体加工完成后，应进行严格的质量检测，包括外观检测、尺寸检测、材料分析等。
只有通过严格的质量检测，才能确保壳体的质量和性能符合要求。
综上所述，汽车变速器壳体的加工工艺和技术要点是一个十分重要的问题，需要对材料、加工工艺、表面处理和质量检测等方面进行合理的研究和应用，以确保汽车变速器壳体的质量和性能符合要求。
变速器壳体强度有限元计算及结构改进分析
设计 － 计算 ． 究பைடு நூலகம்。 研
变速器壳体 强度有 限元计算及结构 改进分析
康 一坡 霍福 祥 魏 德 永 赫 建 勇 吴 玉 亮
（ 中国第 一汽 车股 份有 限公 司技 术 中心 ）
【 摘要 】 载货汽车变速器壳体为研究对象 ， 以某 应用有 限元方法计算其在 １ 挡和倒挡工况下 的应力分布 ， 并结合
器壳 体作 为重要 基础件 ， 其前 、 壳体应 具有 足够 的 后 强度 抵抗 发动机 扭矩 引起 的齿轮 啮合 力及 不平路 面 引起 的变 速器惯 性力 等载荷 的作 用 ．以达 到支撑 齿 轮轴 、保 护齿 轮传 动机构 及满 足整 车对变 速器 不 同 扭 矩和 转速要 求 的 目的。为 了保证 结构强 度 ，降低
限元模 型 如 图 ２所示 『 ３ １
轴 和 输 出轴 的轴 向旋 转 自 由度 ．以满 足静 力 学 求
解 条 件 其 中旋 转 自 由度上 的支 反 力 即 为齿 轮 轴 的传 递 扭 矩 ．在定 义结 果 输 出 时应 同 时定 义 此 支 反 力 的 输 出 ．这样 可 方便 检 查 所 加 齿 轮 啮合 力 的 正 确 性
ｉ ｄｃ ｔ ｈ ｔｔｅ ｃ ｓ ｔ ｅ ｉ ｒ ｖ ｄ ｐ ａ ａ ａｉｆ ｅ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔｏ ｅ ｓ ｅ ｇｈ ｔ ｓ． ｎ ｉａ ｅｔ ａ ａ ｅｗｉ ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｌ ｎ ｃ ｎ ｓ ｔｓ ｔ ｅ ｕ ｒ ｈ ｈｈ ｙｈ ｅ ｎ ｆｔ ｔ ｎ ｔ ｅ ｔ ｈ ｒ
挡 除具 有 较 大 的速 比外 ．还 具 有 与 前 进 挡 相 反 的
体强 度 ． 进而 为完 善变速 器壳 体结 构提 供技 术支 持 。
２ 有 限元 建 模
镁合金在现代汽车应用(奥迪为例)解剖
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟镁合金在现代汽车应用（奥迪为例）解剖奥迪是全球汽车行业内轻质结构的先驱。
1994 年，采用奥迪空间框架结构（ASF）的首辆奥迪A8 从装配线上下线，从此以后，奥迪不断生产全铝车身轻质汽车，一路走来定期推出亮点产品。
轻质结构绝非一个单独的原理，而是一条哲学理念，是一个涵盖车辆所有方面的一体式方法。
除了车身，传动系、底盘、乘客舱和电气系统均能对减重发挥重要作用。
这种作用有时候仅有数十千克，有时候仅有几克。
但是每一克都意义重大。
近年来，奥迪使用铝螺钉连接发动机和变速箱，减重0.6 千克。
使用镁打造整个变速箱壳体比铝节省4.5 千克重量。
奥迪A8 4.2 TDI 上，一个由镁制成的通道横梁首次应用于变速箱轴承上。
与具有相同部件稳定性和硬度的铝制部件相比，重量减轻了0.76 千克在很多奥迪车型上，车辆部件完全或者主要由铝制成。
例如，在紧凑型A3 中，副车架、控制臂和前悬架的枢轴承的总重量仅为14.4 千克。
如果由钢制成，重量要多5.9 千克。
所有奥迪车型均装配铸铝转向齿轮外壳。
相比前代车型，A8 的制动助力器重量减轻了30%。
TT 车型中的每个铝制制动器盖板仅重149 克，比相应的钢制盖板减重一半。
奥迪顶级车型中提供的每个大型碳纤维陶瓷制动盘比钢制制动盘轻5 千克。
减重部件对比在TT 轿跑车、A3 Cabriolet 和A5 Cabriolet 车型中，后排折叠座椅的后背由高级塑料制成。
部件仅重2.5 千克，仅为钢制座椅靠背的一半。
奥迪方向盘标配的带集成式减震器的镁制方向盘框架减重约0.4 千克。
A5 Cabriolet 敞篷车顶部末端有一个高压铸造的镁盘，重量比同类铝部件轻1.5 千克。
很多车型中使用一种新型声音塑料膜使得玻璃变得更薄，重量减轻了2.4 千克，具有增强的声音属性。
轻质结构的其他目标区域为电气系统和电子装置。
A8、A7 Sportback 和新款A6 中的蓄电池电缆并非由铜制成，而是由铝制成，减轻了很多重量。
关于汽车变速器壳体的加工工艺分析
关于汽车变速器壳体的加工工艺分析摘要：在汽车零部件加工生产中，企业能够在激烈的市场竞争中立足的关键在于工艺技术生产的高品质低成本。
变速箱壳体作为汽车变速箱制造中的关键部件，在汽车零部件生产中占据非常重要的地位。
汽车变速箱壳体的加工工艺是汽车产品质量和企业效益的关键因素。
关键词：汽车变速器；壳体；加工工艺；分析研究；前言一、什么是汽车变速器壳体。
汽车变速器壳体就是用于安装变速器传动机构及其附件的壳体结构。
汽车变速器壳体用来安装汽车传动机构、换挡装置和部分操纵机构，同时储存润滑油。
为了减轻汽车的自身重量，对于小型轿车来说，变速器壳体通常采用铝合金或者镁合金制造。
对于中、重型汽车来说则一般采用铸铁制造来保证汽车变速器壳体的强度要求。
二、关于汽车变速器壳体高速加工技术的研究汽车变速器壳体的加工，在国外普遍采用高速加工、高强度刀柄、高效刀具进行基本自动化的加工，而国内相比较国外较多沿用以前的方式，加工效率比国外低百分之五十。
因此对于加工技术的研究迫在眉睫。
1、关于高速切削。
1992年国际生产工程研究会（CIRP）年会主题报告的定义，高速切削指切削速度超过传统切削速度5-10倍的切削加工。
高速切削作为一项综合性的技术需要多方面的配合才能完美进行，高速性能的机床、良好的数控系统、CAD/CAM以及合适的刀具和优化后的加工工艺都缺一不可。
高速切削的切削速度范围并不是相同的，需要根据材料的不同和加工方式的不同进行选择。
高速切削技术在加工过程中，加工效率高、切削力小、切削热对工件的影响小、加工高精度且工序集约化。
但是高速切削仍旧是存在问题的，高速切削技术作为一种全新的切削技术，在目前可供参考的加工参数表很少，可供参考的加工实例也较少，找到合理的加工参数是目前高速切削加工应用中的一个重要问题。
在高速切削过程中找到合适的刀具是一个关键的问题。
不同的刀具与不同的工件材料组合产生不同的效果，选择合适的刀具会在加工过程中增加刀具的使用寿命，将刀具的性能发挥到最大化2、机床的选择。
镁合金汽车变速箱壳体强度分析
Ft
=
2000 T d
(1)
Fr = Fttanα/ cosβ
(2)
Fa = Fttanβ
(3)
式中 : T 为扭矩 ; d 为分度圆直径 ; Ft 为周向力 ; Fr 为径向 力 ; Fa 为轴向力 ;α为分度圆上的压力角 ;β为分度圆上的
螺旋角 。
镁合金作为工业产品中最轻的金属结构材料 ,又具有 比较好的回收性能 ,在汽车减重 、性能改善和环保中日益得 到工业界重视 。目前 ,镁合金以压铸件的形式在汽车零部 件中得到了应用 ,如镁合金变速箱壳体 、轮毂等 。某汽车公 司采用镁合金变速箱壳体代替铝合金壳体 ,为尽可能利用 原模具结构 ,降低设计成本 ,需要对在相同结构下采用镁合 金后的壳体进行强度分析 。
155
生支反力 。由于轴承采用向心球轴承 ,主要承受径向载荷 , 可忽略轴向因素的影响 ,因此只分析径向力的影响 。
变速箱一轴和二轴及中间轴的轴承支反力根据材料力 学不难求出 ,6 个轴承孔处的支撑反力结果如表 1 所示 。
表 1 轴承孔处支反力
作用点
A
B
C
D
E
F
支反力 (N) 3455. 7 5760. 7 705. 4 3470. 2 6466. 1 127. 1
镁合金汽车变速箱壳体强度分析
张少睿
张少睿 ,罗应兵 ,李大永 ,彭颖红
(上海交通大学 机械与动力学院 ,上海 200030)
摘 要 :镁合金作为工业产品中最轻的金属结构材料 ,又具有比较好的回收性能 ,在汽车减重 、性能改善和环保中的 作用日益得到工业界重视 。目前 ,镁合金以压铸件的形式在汽车零部件中得到了应用 。本文结合镁合金汽车变速 箱壳体的设计 ,采用有限元分析方法对汽车用变速箱壳体的强度进行了分析 ,并针对变速箱壳体强度薄弱部位 ,提 出变速箱壳体结构的改进建议 。 关 键 词 :有限元模型 ;变速箱 ;强度分析 中图分类号 : TH140. 1 文献标识码 :A
镁合金汽车变速箱壳体强度分析_张少睿
2004 年 2 月 MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY February 2004
看出 , 壳体轴承位置处与 齿轮轴 相接触 部位及其 附近的 应 力值普遍比其他部 位偏高 , 因此 我们针 对放置 轴承 的 3 个 高应 力面进 行了 剖面处 理 , 剖面 位置 如图 1 中 A 、B 、C 所 示 。 各截面处的应力分 布分 别如图 3 ～ 5 所示 。 最大主 应 力位于一档齿轮轴与轴 承相接触部位(见 图 4), 其 值为 29. 83 MPa , 所在节点 编号 为 12522 , 此处 也即变 速箱 最易发 生 开裂的地 方 。 而 最 小 主 应力 也 在 此 截面 上 , 节点 编 号 为 11344 , 其值为 -17.85 MPa 。
15 5
生支反力 。 由于轴承采用向 心球轴承 , 主要承受径 向载荷 , 可忽略轴向因素的影响 , 因此只分析径向力的影响 。
变速箱一轴和二轴及中间轴的轴承支反力根据材料力 学不难求出 , 6 个 轴承孔处的支撑反力结果如表 1 所示 。
表 1 轴承孔处支反力作源自点ABCD
E
F
支反力(N) 3455 .7 5760.7 705.4 3470 .2 6466 .1 127 .1
本文采用 CAD 软件 UG 对 壳体进 行建 模 , 并划分 有限 元网格 。 选取启动 状态时 的载荷 为计 算工 况 , 在 MARC 软 件中建立该 壳体有限元 力学模型 , 对 变速箱 壳体进行 载荷 分析 , 分析了壳体的受力情况 。 随后 , 针对变速箱壳体强度 薄弱部位 , 对局部结构改进提出了建议 。
镁合金材料在汽车中的应用
镁合金材料在汽车中的应用随着镁合金熔炼和制造技术的不断进步，冶炼技术成熟，杂质含量较低，耐腐蚀性提高，使其在汽车工业领域中获得了较快的发展。
镁合金在汽车上的应用，主要取代铸铁、铝合金、塑料和钢制冲压焊装组合件，多以压铸件为主。
随着现代汽车节能降耗要求的不断增强，安全和环保法规日趋严格，轻量化的需求也变得更为迫切。
节能降耗成为汽车新产品开发的难点和重点，轻质材料的应用成为减重节能的重要手段。
镁合金作为工业用材中最轻的金属材料，在汽车上的应用也越来越广泛。
如何把握好镁合金的特点，新产品的研究和应用，是汽车轻量化设计和节能降耗的重要课题。
镁合金特性当今，钢铁、铝合金和塑料是汽车上使用最多的三大类材料，按重量计算，三类材料占整车比例合计约为80%，其中钢铁约占62%，铝合金和塑料大体相当，均占8%-10%。
镁合金在汽车上的应用比例为0.3%，平均重量约5kg，但近几年的增幅却较大。
镁的比重为1.74g/cm3，是铝的2/3，钢的2/9，和塑料相当，是最实用的减重轻金属材料。
镁合金也具有比强度、比刚度高等优良性能。
正因为如此，镁合金有利于汽车轻量化、有利于节能和减排。
据资料介绍：轿车质量每减轻100kg，油耗可降低5%。
如果每辆汽车使用70kg镁合金，CO2年排放量能减少30%以上。
汽车减重可以提高其加速性能；顶部和车门减重，可以降低汽车重心，增强稳定性；前部减重，可以使汽车重心后移，改善操纵性能。
同时，镁的减振系数远高于铝和钢铁，具有优良的抗冲击性能，有利于减振降噪，选用镁合金作为汽车结构材料能有效降低汽车振动和噪声，受冲击时能吸收更多的能量。
镁合金的散热性好，抗电磁干扰性高，使汽车更为安全舒适。
常用镁合金类型及其性能由于交通工具轻量化的推动，世界各国都展开了对镁合金的研究，而限制镁合金发展的一个主要原因是镁合金的高性能——抗蠕变能力和高温疲劳性能较差，因此新材料的研发主要是针对这一问题进行，概括的说主要包括两个方面，一是对现有合金的优化，主要是针对现有的商业镁合金，特别是对AZ、ZK系合金进行改性，通过添加合金元素以期改善合金的高温性能；二是新合金系的开发，主要是指新型Mg-RE系的研发。
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Ft
=
2000 T d
(1)
Fr = Fttanα/ cosβ
(2)
Fa = Fttanβ
(3)
式中 : T 为扭矩 ; d 为分度圆直径 ; Ft 为周向力 ; Fr 为径向 力 ; Fa 为轴向力 ;α为分度圆上的压力角 ;β为分度圆上的
螺旋角 。
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生支反力 。由于轴承采用向心球轴承 ,主要承受径向载荷 , 可忽略轴向因素的影响 ,因此只分析径向力的影响 。
变速箱一轴和二轴及中间轴的轴承支反力根据材料力 学不难求出 ,6 个轴承孔处的支撑反力结果如表 1 所示 。
表 1 轴承孔处支反力
作用点
A
B
C
D
E
F
支反力 (N) 3455. 7 5760. 7 705. 4 3470. 2 6466. 1 127. 1
速为 5000 r/ min。 根据变速箱受力情况 ,在变速箱悬挂螺纹孔处施加位
移边界条件 ,则变速箱所受外力为其自重和由于牵引所引 起的力 。根据汽车理论[1] ,当变速箱位于一档即起步档位 置时 ,所受到的牵引力最大 ,所以选取一档时变速箱壳体所 受外力作为外载荷 。变速箱在工作过程中 ,受力是通过轴 承与壳体相接触来传递的 ,故分析壳体的受力情况 ,先要分 析轴承的受力情况 。为了计算出变速箱壳体内所受的力 , 须先得到变速箱内各齿轮对间的力 ,这些力通过齿轮和齿 轮轴传到轴承上 ,再由轴承传到壳体上 。
1 56 机 械 科 学 与 技 术 第 23 卷
3. 2 位移分析 图 6 是壳体剖面 Z 向位移变形云图 。可见 ,在壳体后
部及与一档齿轮轴相接的部位变形量较大 ,最大位移值为 0. 01096 mm ,其他部位的位移值较上述部位的位移值要小 。 这样的分布是合理的 ,因为壳体前部与发动机相连 ,而壳体 后部悬空 ,并且在壳体受力分析中 B 截面处受力相对较大 。
本文采用 CAD 软件 UG 对壳体进行建模 ,并划分有限 元网格 。选取启动状态时的载荷为计算工况 ,在 MARC 软 件中建立该壳体有限元力学模型 ,对变速箱壳体进行载荷 分析 ,分析了壳体的受力情况 。随后 ,针对变速箱壳体强度 薄弱部位 ,对局部结构改进提出了建议 。
1 模型简化及受力分析 变速箱壳体拟采用型号为 AZ91D 的镁合金 ,其弹性模
量为 45 GPa ,泊松比为 0. 35 ,体密度为 1. 8 g/ cm3 。抗拉强 度为 200 MPa ,屈服强度为 120 MPa , 疲劳强度为 75 MPa 。 变速箱输入转矩为 74 N·m ,标定转速为 3500 r/ min , 最大转
收稿日期 :2002 12 26 基金项目 :863 项目计划 (2002AA331120) 资助 作者简介 :张少睿 (1974 - ) ,女 (汉) ,河南 ,博士生
(4)
式中 : R0 = 5 F/ z , z 为壳体受力圆周面上节点个数 。
3 有限元分析结果 3. 1 应力分析
应用软件 MARC 进行三维有限元分析后 ,得到了变速 箱壳体位移和应力分布规律 。从主应力的计算结果中可以
图 3 A 剖面主应力分布图 图 4 B 剖面主应力分布图 图 5 C 剖面主应力分布图
(5)
式中 : σ- 1 为极限疲劳强度 ;σm 为平均应力 ; Kσ、ε、β分别为 影响疲劳强度的应力集中系数 、尺寸系数及表面系数 ;ψa = σ- 1/ σb 。
为安全起见 ,取有效应力集中系数 Kσ = 2[4] 。由于在拉
压疲劳实验中 ,轻金属的尺寸系数在 1 左右 , 为安全起见 , 取ε = 0. 9[2] 。表面加工系数β取 0. 9[1] 。于是 ,安全系数为
第 23 卷 第 2 期 机 械 科 学 与 技 术 Vol. 23 No. 2 2004 年 2 月 MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY February 2004 文章编号 :100328728 (2004) 0220154203
镁合金作为工业产品中最轻的金属结构材料 ,又具有 比较好的回收性能 ,在汽车减重 、性能改善和环保中日益得 到工业界重视 。目前 ,镁合金以压铸件的形式在汽车零部 件中得到了应用 ,如镁合金变速箱壳体 、轮毂等 。某汽车公 司采用镁合金变速箱壳体代替铝合金壳体 ,为尽可能利用 原模具结构 ,降低设计成本 ,需要对在相同结构下采用镁合 金后的壳体进行强度分析 。
Strength Analysis of Magnesium Alloy Gear Box ZHANG Shao2rui , LUO Ying2bing , LI Da2yong , PENG Ying2hong (School of Mechanical Engineering , Shanghai Jiaotong University , Shanghai 200030) Abstract : Magnesium alloy is the lightest metal structural material with good reusability , so it is attached more and more importance by industry in the aspects of decreasing weight , improving performance and protecting en2 vironment . Nowadays , Magnesium alloy is applied in automobile parts through die2casting. In this paper , the strength of magnesium alloy gear box is analyzed by FEM method for its design. Furthermore , proposals for im2 proving the structure strength is given according to the analysis results of the danger sections. Key words : FEM analysis ; Gear box ; Strength analysis
2 变速箱壳体有限元模型 变速箱壳体采用 UG进行造型 。由于壳体形状非常复
杂 ,并且受力不均匀 ,因此取其整体作为分析对象 ,并将部 分与材料强度无关的结构 (如倒角 、螺纹孔等) ,进行拉直 , 填平等结构上的简化 。
图 1 壳体外形网格图ห้องสมุดไป่ตู้
将壳体划分为四面体单
元 ,外形网格如图 1 所示 ,该
力 。并且改进后壳体的实际安全系数 n = 7. 5 > [ n ] , 因 此认为变速箱壳体符合疲劳强度要求 。
(4) 如果要更为精确地分析壳体的振动与疲劳 ,需要 在汽车行驶条件下 ,实验得到确定载荷谱及激振力的功率 谱[5] 。
[ 参考文献 ]
[1 ] 张洪欣. 汽车系统动力学[M] . 上海 :同济大学出版社 , 1996 [2 ] 徐灏. 疲劳强度设计[M] . 北京 :机械工业出版社 , 1981 [3 ] 刘宏昭 ,邵跃 ,曹惟庆. 轨道车变速箱壳体强度研究[J ] . 机械
用到轴承上的集中力 F 通过轴承作用到壳体上就转换为
沿壳体圆周的分布力 R0 , R1 , R2 , …, Rn ,并且包角可近似认 为等于 180°如图 2 所示 。载荷 F 在包角范围内可假定按余
弦分布[2 ,3] ,即 R1 = R2cosβ, 且
_
_
_
_
F = R0 + 2 R1 + 2 R2 + … + 2 R n
为 1. 4～1. 7[1] 。因此认为变速箱壳体符合疲劳强度要求 ,
并与改进前的安全系数 4. 4 相比 ,可知改进后变速箱的抗
疲劳性能得到很大的改善 。
图 7 改进后模型 B 截面应力分布图
3. 3 壳体模型的改进 依据以上力学分析 ,可知壳体承受强度部位主要位于
3 个轴承所在的截面 ,尤其是中间剖面 B 。由于变速箱结构 比较复杂 ,结构设计涉及到的因素很多 ,因此在不要改变整 体结构很多的前提下 ,为了提高壳体的强度 ,在中间剖面 B 上添加了部分加强筋 ,并将原有的加强筋进行了加厚处理 。 应用 MARC 软件进行三维有限元分析后 ,得到了新的 变速箱壳体位移和应力分布规律 (见图 7) 。变速箱最易发 生破坏破裂部位的最大主应力值 29. 83 MPa 降低为 18. 6 MPa ;其他部位主应力值相应有所增加 ,3 个主要承受区的 强度差值降低 。由此可见 ,改进后壳体的最大强度承受能 力得到改善 ,并且应力分布趋于分散化 ,具有较好的强度分 配性能 。 3. 4 疲劳强度校核
看出 ,壳体轴承位置处与齿轮轴相接触部位及其附近的应 力值普遍比其他部位偏高 ,因此我们针对放置轴承的 3 个 高应力面进行了剖面处理 ,剖面位置如图 1 中 A 、B 、C 所 示 。各截面处的应力分布分别如图 3～5 所示 。最大主应 力位于一档齿轮轴与轴承相接触部位 (见图 4) ,其值为 29. 83 MPa ,所在节点编号为 12522 ,此处也即变速箱最易发生 开裂的地方 。而最小主应力也在此截面上 , 节点编号为 11344 ,其值为 - 17. 85 MPa 。
壳体最大受力处是在轴承座部位 ,汽车在一档行驶时 , 可以认为该部位受到单向循环应力 ,进行疲劳强度校核时
4 结论 (1) 基于目前的分析结果 ,在不改变原结构的基础上
采用镁合金变速箱壳体是可行的 。 (2) 本文计算结果的高应力区和汽车变速箱曾经易开
裂部位一致 ,说明有限元分析结果合理 。 (3) 计算出的壳体最大应力小于其疲劳强度极限应
这三种力只有径向力的方向和齿轮轴线垂直 ,而周向力 可以分解为一个力矩和一个作用在齿轮轴线上并和齿轮轴