變速箱殼體的匹配性細節(jié)設計

王文浩，丁兆福

（安徽江淮汽車集團有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

變速箱殼體的匹配性細節(jié)設計

王文浩，丁兆福

（安徽江淮汽車集團有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

殼體作為變速箱總成中至關重要的一員，其設計結果會對后期的鑄造、機加工工藝及整機的強度、密封及NVH等起到至關重要的影響。在新產(chǎn)品設計之初需要充分借鑒已有設計、制造經(jīng)驗，結合仿真軟件分析結論，設計合理的結構及參數(shù)，以避免產(chǎn)品可能存在的問題。

變速箱殼體設計

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-42-03

1 概述

車身作為大多數(shù)汽車零部件的連接、承載、包絡件，對于汽車來說起著至關重要的作用。對于變速箱總成而言，變速箱殼體所起到的作用可能更為重要，其作為變速箱總成中體積最大、單一質量最重的零部件，容納了全部的齒軸、液壓、電控系統(tǒng)等并與外部懸置實現(xiàn)連接，特殊的功能性也決定了變速箱殼體結構的復雜多樣，作為主要以鋁合金為原材料的壓力鑄造件，其設計也需要充分考慮制造、加工便利，并能盡可能減少不規(guī)則特征導致的鑄造缺陷，提升產(chǎn)品質量。本文主要結合設計過程中遇到的實例，就中小扭矩變速箱部分細節(jié)處的設計給出經(jīng)驗設計參考。

2 細節(jié)設計參考

2.1 壁厚設計

對于壓鑄件殼體，其表面有0.8-1.2mm的表層由于快速冷卻而晶粒細小，組織致密，使得壓鑄件強度較高。通常壓鑄件的力學性能隨著壁厚的增加而降低壁會使壓鑄件的力學性能明顯下降，下圖表示出鋅合金、鋁合金、鎂合金的強度增減百分比與鑄件壁厚的關系。

圖1 壓鑄件壁厚對抗拉強度的影響

壓鑄件隨壁厚的增加，其內(nèi)部氣孔、縮孔等缺陷增加，故在保證鑄件有足夠強度和剛度的前提下，應盡量減小其厚度。

薄壁鑄件致密性好，相對提高了鑄件強度及耐壓性。但壁不能太薄，太薄使合金熔接不好，易產(chǎn)生缺陷，并給工藝帶來困難，還可能會出現(xiàn)欠鑄、冷隔等缺陷，太厚則易產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。

綜合來看，為了避免縮松等缺陷，對鑄件的厚壁處應減厚，增加加強筋。因此在保證壓鑄件有足夠強度和剛度的條件下，以薄壁和均勻壁厚為佳。一般情況下，壁厚不宜超過4.5mm。通過對各類變速箱壁厚的統(tǒng)計，并參考現(xiàn)有設計經(jīng)驗，鋁合金壓鑄變速箱殼體的設計壁厚應為4mm為宜。

2.2 孔位布置

殼體連接處的螺栓孔布置應主要考慮安裝間距及中心連線的位置，間距主要保障的是連接強度，通常推薦設計的中心連線位置主要是為了確保密封，合理的螺栓孔應盡可能實現(xiàn)中心連線全部位于連接面上。

下圖為某殼體連接面的局部面壓實驗檢測值，可以看出，I處的螺栓孔設計明顯好于II處，螺栓孔中心連線完全位于連接面上，其在結合面上能實現(xiàn)連續(xù)的高面壓，充分保障密封性能。當然考慮到殼體特征的復雜性及特殊性，無法保證所有的螺栓孔設計遵循此設計原則，則需要根據(jù)CAE分析結果結合實物的面壓實驗來輔助判斷，在滿足密封性能的基礎上做適當調整。

圖2

螺紋孔等機加工孔位的設置同時要考慮到其可能導致的鑄造缺陷，對于殼體來說強度和密封性能都是必不可少的基本性能要求。壓鑄時，在模具表面的鋁液冷卻較快，形成一層致密層，強度、致密性較好，容易防止泄漏發(fā)生，故可以利用毛坯面形成物理的泄露隔離區(qū)域有效避免泄露現(xiàn)象。

圖3-1 優(yōu)化前

圖3-2 優(yōu)化后

圖3-1為原始的設計效果，放油螺栓安裝孔與殼體連接螺栓安裝孔之間距離較近，肉厚比較大，在實際鑄造生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生縮孔從而導致發(fā)生泄漏。優(yōu)化后的設計將放油螺栓安裝孔向右移動，增加兩者之間的距離，冗余壁厚消除，孔道之間有大面積的致密毛坯表面隔離，大大減小了串漏的風險。

類似的設計也需要考慮后期機加工導致的缺陷可能，下圖為殼體原通氣閥安裝孔與殼體連接螺栓孔。如圖4-1所示，通氣閥安裝端面處需進行刀檢，確保加工空間。右圖為優(yōu)化后設計，將需刀檢的部位設計為毛坯平面。即， 由“加工面-加工面”變更為“加工面-毛坯面”，減少了泄漏發(fā)生概率。

圖4-1

圖4-2

2.3 連接面設計

殼體間的密封連接面的設計寬度以8-10mm為宜，在螺栓孔布置處應至少保證4mm以上的寬度用以打膠密封，同時在連接面內(nèi)側應設置2×30°/45°的容膠槽以便于在合箱時密封膠的堆積，避免密封膠落入腔體內(nèi)部混為雜質，容膠槽可由毛坯直接鑄出。重要結合面表面粗糙度值Ra應不大于3.2um，接觸表面粗糙度值越小，則接觸剛度越好。

與發(fā)動機側連界面設計因多數(shù)無密封性能要求，故主要考慮減重特征，在保證強度可靠的前提下應在結合法蘭面設計鑄造出的減重槽。若需增加通氣孔，則通氣孔與減重槽的配合宜設計為交錯式，能夠起到一定的防污染效果，如下圖所示。

圖5

2.4 外部特征設計

外部連接特征在創(chuàng)建時，應充分考慮安裝、操作空間，避免后期生產(chǎn)線組裝過程中可能出現(xiàn)的工藝瓶頸，針對可能存在反復插拔的接插件、保養(yǎng)替換件或易損件，還需要考慮后期維修保養(yǎng)的便利性，如濾芯、變速箱線束插接口等的布置應就當根據(jù)變速箱在整車中的布置位置（發(fā)動機艙或底盤區(qū)域）、安裝方向來提前預留設計空間。

殼體的外表面布滿了各種特征突起和加強筋，容易形成凹槽，在經(jīng)歷雨水、洗車之后常會有液體殘留。通常變速箱頂端會布置通氣閥、懸置安裝孔和個別接插件，此時還需要考慮積水問題，防止積水導致的電器短路、部件腐蝕等情況發(fā)生，極個別情況也會對整機密封產(chǎn)生影響，故在設計此類頂部特征件時應盡量避免環(huán)形筋條將關鍵零部件包圍于低洼地帶的情況出現(xiàn)，可起凸臺類結構或將部分加強筋斷開以避免積水可能導致的問題。

同樣，拔模問題也是外部特征設計中不可忽視的問題，不同于大部分內(nèi)腔單一拔模方向設計，外部通常會多個方向拔模，這給設計增加了一定的復雜性，但是也帶來了設計的可操作性，不同方向的拔模利于預注孔設計和結構減重設計。尤其是一些臺階類的旋合件或高臺類的非大承重緊固點，都可以通過側面拔?；蚍疵娉樾緛韺崿F(xiàn)減重設計，如下圖所示。

圖6-1

2.5 圓角及拔模角設定

除外模具分型面處外，壓鑄零件上壁面與壁面連接處，不論是直角、還是銳角或鈍角，都應設計成圓角。缺少圓角或圓角過小，易導致局部發(fā)生斷裂。圓角有利于金屬液流動和壓鑄件的成型，避免壓鑄件產(chǎn)生應力集中和裂紋，延長模具的壽命。作為等壁厚產(chǎn)品的變速箱殼體，加強筋處的圓角應盡量與加強筋壁厚相等為宜，特殊區(qū)域的圓角可以根據(jù)特征做調整，也應在0.5～1.25倍壁厚的范圍內(nèi)選擇，不宜出現(xiàn)小于R2的設計區(qū)域。

在一般的殼體設計中，除螺栓安裝面及工藝基準平面要求較小的拔模斜度外，其余特征通用的拔模角度約為1.5°，為更好的脫模及便于鋁液流動，提升毛坯質量，在注膠口附近的圓角及拔模斜度需要較常規(guī)值更大，在主膠道處的側壁設計可以考慮10°以內(nèi)的拔模斜度及R10的圓角處理,而這些尺寸的具體設定則需要綜合模流分析結論和供應商的制造經(jīng)驗。

3 總結

殼體作為變速箱總成中結構及其復雜的產(chǎn)品件，在保證使用強度性能要求的前提下，設計中還貫穿著方方面面的工藝性要求，從鑄造到機加工到組裝再到使用維護，稍有考慮不周全就會為后期埋下隱患，本文僅就實際工作中遇到的部分優(yōu)化細節(jié)及經(jīng)驗設計給出參考，需要結合實際產(chǎn)品適當采用。

[1] 陳家瑞.汽車構造.北京.機械工業(yè)出版社,2009.

[2] 邱宣懷.機械設計.北京.高等教育出版社.2009.

[3] 胡仁喜.Pro/E5.0 中文版快速入門實例教程.三維書屋工作室.2010.

[4] 成大先.機械設計手冊.北京.化學工業(yè)出版社.2002.

The matching design of the transmission housing

Wang Wenhao, Ding Zhaofu
( Technical Center of Anhui Jianghuai Automobile group Co., LTD, Anhui Hefei 230601 )

Housing is a very important part of transmission, of which the design play a crucial influence to the coming processing like die-casting, machining, and the capability like strength, seal and even NVH. At the beginning of the new product design, it requires full reference for the existed design and the manufacturing experience, also combined with the conclusion of simulation, try to set reasonable structure and parameters to avoid the problems.

The design of transmission housing

U462.1

A

1671-7988 (2017)15-42-03

王文浩，就職于安徽江淮汽車集團有限公司技術中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.015