重卡變速器殼體有限元分析

姚理木 魏雪姿

摘 要：變速器殼體是變速器上關(guān)鍵的零部件，他將變速器中軸、齒輪、軸承、撥叉等有關(guān)零件組裝成一個整體，并保證相互之間的正確位置，按照一定的傳遞關(guān)系傳遞動力。本介紹了重卡變速器殼體強度分析的步驟。應(yīng)用Pro/E軟件建立三維數(shù)模，應(yīng)用ANSYS Workbench軟件對殼體進行有限元分析。通過對ANSYS Workbench后處理數(shù)據(jù)進行分析，得出重卡變速器殼體應(yīng)力、變形的分布情況，為重卡變速器殼體的進一步優(yōu)化提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：Workbench;有限元;后處理

1 重卡變速器參數(shù)

分析的重卡變速器的主要參數(shù)有：輸入扭矩：190kgm;主箱一檔速比：3.55;內(nèi)齒圈嚙合半徑：125mm;太陽輪嚙合半徑：38mm;液力緩速器重量：90kg;螺栓預(yù)緊力：38 400N;鋁后殼體屈服強度：≥240MPa;該變速箱主箱為雙中間軸結(jié)構(gòu)，后副箱為行星齒輪機構(gòu)，帶液力緩速器機構(gòu)。目前該款鑄鐵殼體變速器已在市場上批量生產(chǎn)，為降低整車重量、較少油耗，現(xiàn)將殼體由鑄鐵改為壓鑄鋁材料，通過ANSYS有限元分析軟件判斷其強度是否滿足設(shè)計要求。

2 應(yīng)用Pro/E建立三維數(shù)模

2.1 軟件介紹

Pro/EGINEER（簡稱Pro/E）是美國PTC公司推出的一套博大精深的三維CAD/CAM/CAE參數(shù)化軟件系統(tǒng)，其內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從工業(yè)造型設(shè)計、三維模型設(shè)計、動態(tài)模擬與仿真，到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程，應(yīng)用范圍涉及汽車、數(shù)控加工、電子等諸多領(lǐng)域。ANSYS Workbench軟件集設(shè)計、優(yōu)化、網(wǎng)格變形等功能于一體，對各種數(shù)據(jù)進行項目協(xié)同管理，具有復(fù)雜裝配件接觸關(guān)系的自動識別、接觸建模功能，可對復(fù)雜的幾何模型進行高質(zhì)量的網(wǎng)格處理，自帶可定制的工程材料數(shù)據(jù)庫，方便操作者進行編輯、應(yīng)用。

2.2 應(yīng)用軟件建模

重卡變速器的殼體非常復(fù)雜。應(yīng)用Pro/E軟件的拉伸旋轉(zhuǎn)、掃描、混合、倒角等命令可以畫出殼體的三維零件圖，如圖1所示。

2.3 數(shù)模優(yōu)化

由于在低檔錐轂上施加扭矩，其結(jié)構(gòu)又較為復(fù)雜，嚴重地增加了分析的計算量，因此在計算過程中將其模型進行了簡化處理。經(jīng)過多次檢查和修改殼體質(zhì)量，殼體三維數(shù)模質(zhì)量完全沒有問題，并能夠進行有限元分析，如圖2所示。

3 有限元分析前處理

3.1 材料設(shè)置

在ANSYS Workbench軟件中首先定義零件的材料屬性，材料屬性主要包括彈性模量、泊松比、密度。具體材料屬性值詳見表1。

3.2 劃分網(wǎng)格

扭矩盤和傳扭套采用六面體主導(dǎo)網(wǎng)格劃分方法，單元尺寸為4mm，因殼體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故殼體采用四面體網(wǎng)格劃分方法，單元尺寸為8mm。

4 有限元分析求解

4.1 邊界條件

與殼體連接的螺栓孔為圓柱支撐約束，對螺栓施加螺栓預(yù)緊力38 400N，扭矩盤上施加扭矩。

4.2 分析結(jié)果

圖3、圖4為變速器箱體總成經(jīng)ANSYS Workbench后處理得到的結(jié)果。圖3為殼體等效應(yīng)力云圖，圖4為殼體變形云圖。通過等效應(yīng)力云圖，可以從顏色上直觀地看出變速器箱體各個部分應(yīng)力的強弱;通過變形云圖，可以觀察出變速器箱體各個部分之間的變形情況。

5 結(jié)語

重卡變速器殼體經(jīng)多次修改和分析后，最終模型的有限元分析結(jié)果如文中截圖所示。從強度和剛度方面來看，完全滿足變速箱的設(shè)計要求。

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