拖拉機(jī)變速箱撥叉的拓?fù)鋬?yōu)化研究

王紹清+李林海

摘 要：撥叉是變速器結(jié)構(gòu)中重要的承載部件。本文利用有限元分析軟件對(duì)變速箱撥叉進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，得到了變速箱撥叉在靜力作用下的位移分布云圖和應(yīng)力分布云圖。分析結(jié)果表明，該變速箱撥叉強(qiáng)度存在較大富裕，具有輕量化的優(yōu)化空間。利用solidThinking Inspire工具建立了變速箱撥叉的拓?fù)淇臻g，進(jìn)行了工況載荷的定義，得到了撥叉在靜力作用下的整個(gè)拓?fù)涓拍钅Ｐ?，?jīng)過(guò)優(yōu)化后的變速箱撥叉滿足剛度、強(qiáng)度的要求，大大節(jié)約了工程材料，為設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：撥叉 solidThinking Inspire 概念模型 拓?fù)?/p>

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）08（b）-0000-00

1引言

撥叉[1]應(yīng)用于拖拉機(jī)的變速箱的換擋機(jī)構(gòu)中。作為變速器的重要部件，撥叉不僅要有足夠的剛度、強(qiáng)度，還要有良好的可靠性。本文利用UG[2]建立了撥叉的三維模型，利用有限元軟件[3，4]對(duì)撥叉進(jìn)行了強(qiáng)度分析。利用solidThinking Inspire[5]工具建立了變速箱撥叉的拓?fù)淇臻g，得到整個(gè)拓?fù)涓拍钅Ｐ?，大大?jié)約了工程材料，為設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的理論依據(jù)。

2 變速箱撥叉強(qiáng)度分析

在UG中按設(shè)計(jì)圖紙尺寸對(duì)撥叉進(jìn)行了簡(jiǎn)化的三維建模，利用UG與ANSYS軟件的接口將所建立的撥叉三維模型導(dǎo)入ANSYS軟件中。

變速器撥叉的材料選用鑄鋼ZG310-570，屈服強(qiáng)度310MPa，抗拉強(qiáng)度570MPa，彈性模量為E=206Gpa，泊松比為0.3，對(duì)三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 由于撥叉一端繞軸旋轉(zhuǎn)；撥叉兩側(cè)往復(fù)與齒輪面接觸受力，所以在有限元軟件中采用孔固定約束。撥叉叉爪兩側(cè)所承受的最大載荷為7KN，加載與撥叉爪兩側(cè)面上，方向?yàn)閭?cè)面的垂直方向。

對(duì)變速箱有限元模型進(jìn)行求解，得到變速箱撥叉的位移分布云圖和應(yīng)力分布云圖，如圖1和圖2所示。

有靜力分析結(jié)果可知，變速箱撥叉最大形變發(fā)生在兩個(gè)撥爪處，其大小為0.05957mm，滿足設(shè)計(jì)要求。最大應(yīng)力發(fā)生在兩個(gè)撥爪與基體的連接處，大小為106.798MPa，在鑄鋼的強(qiáng)度范圍之內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。所以變速箱撥叉強(qiáng)度存在較大富裕，具有輕量化的優(yōu)化空間。

3 變速器撥叉的拓?fù)鋬?yōu)化

將模型導(dǎo)入SolidThinking Inspire中。將中間部分定義為變速箱撥叉的設(shè)計(jì)空間，根據(jù)變速箱撥叉的實(shí)際工況，對(duì)孔進(jìn)行固定約束，定義相應(yīng)的載荷，將形狀約束設(shè)置為單向拔模對(duì)稱約束。

對(duì)模型進(jìn)行解算，解算后的模型如圖3所示。

將SolidThinking Inspire優(yōu)化后的概念雛形保存為stl文件，將其作為重建模型的參考。結(jié)合零件制造的工藝性要求，將stl文件導(dǎo)入到CAD軟件中進(jìn)行重建，圖4為重建的變速箱撥叉模型的高清渲染圖。

該結(jié)果表明新設(shè)計(jì)的變速器撥叉不但滿足性能要求，而且質(zhì)量減少了20%，實(shí)現(xiàn)模型優(yōu)化與工藝性的統(tǒng)一。該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法達(dá)到了降低零件制造成本的目的。

4 總結(jié)

（1）本文利用ANSYS得到了變速箱撥叉在靜力作用下的位移分布云圖和應(yīng)力分布云圖。結(jié)果表明變速箱撥叉強(qiáng)度存在較大富裕（2）利用solidThinking Inspire軟件在靜強(qiáng)度下對(duì)變速箱撥叉進(jìn)行了結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化。通過(guò)優(yōu)化使變速箱撥叉材料達(dá)到一個(gè)最優(yōu)化的分布，在滿足給定剛度和強(qiáng)度條件下使撥叉的用料最少，節(jié)省了大量工程材料。

參考文獻(xiàn)c

[1] 孫付春，錢揚(yáng)順，等. 基于實(shí)體的插秧機(jī)撥叉工藝研究及模具設(shè)計(jì) [J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2013，34：117-119.

[2] 高東強(qiáng)，黎忠炎，等.基于UG的圓柱凸輪參數(shù)化建模與仿真加工[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010，10：207-209.

[3] 趙永輝，馬力，王元良，等.自卸車舉升機(jī)構(gòu)三角臂拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[J].專用汽車，2009，9：33-34.

[4] 周瑋，等.中高壓法蘭蝶閥閥體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有限元分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010，7：218-220.

[5] 張克鵬，仇虎山，鄧超. solidThinking Inspire在汽車板簧支架中的應(yīng)用 [J].汽車工程師，2013，10：24-26.