变速器壳体强度有限元分析与试验验证

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变速箱壳体设计

第2 8卷第 1期2011年 1月

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变速器壳体强度有限元分析与试验验证康一坡，霍福祥，魏德永，王长明(第一汽车集团公司技术中心，吉林长春 10 1 ) 3 0 1

摘要：用 H pr s运 yemeh软件，在合理简化的基础上，建立双中间轴变速器壳体有限元分析模型，考虑齿轮、轴承和齿轮轴对壳体强度的影响，用接触非线性有限元理论分析了壳体的强度。分析表明，应壳体强度较弱的位置位于副箱内的轴承孔和加强肋上，强度满足要求；轴承孔受力呈抛物线分布。同时对有限元分析结果进行了试验验证，算值与试验计值整体变化趋势一致，数据基本吻合，而验证了壳体强度分析正确，从有限元建模方法合理。关键词：变速器壳体；有限元；强度；轴承；齿轮；齿轮轴中图分类号：U 6 . 432文献标识码： A文章编号：0 1— 3 4 2 1 ) 1— 0 1 0 10 2 5 (0 1 0 0 2— 4

变速器壳体支撑着齿轮传动机构及其他附件，是

为使整个模型的网格疏密有致，既能捕捉到危险点，又

变速器的重要基础件。为了保护壳体内部的零部件，保证齿轮传动机构的正常运转，变速器壳体应有足够剧烈振动引起的变速器惯性力等载荷。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

能节省计算资源，中将壳体轴承孔处的网格大小定文义为 2—4轴承孔附近的加强肋及试验贴片部位为，建模，网格大小为 9~1;承外圈同时与轴承孔和 1轴滚柱接触，的网格大小为 2~4滚柱与其相它，

的强度抵抗发动机强力转矩引起的齿轮传动力和车体 4—, 6壳体其他部分为 6~; 8齿轮轴按实际外廓形状

析模型。目前可查的箱体建模方法有 3, 1种第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，立齿轮箱的有限元分析模型…; 2种是将由建第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，立箱体的有限元分析模型 l; 3种是建 2第

同。齿轮离壳体轴承孑较

远，为其刚度对壳体强度 L认影响较小，所以齿轮用刚体单元 ( B 2模拟， RE)其主点选择在齿轮节点上，点选择在齿轮与齿轮轴相交位从置的节点上。此外还建立了用于施加边界条件的离合器壳体有限元模型。建立的变速器总成有限元模型如

利用实体单元模拟齿轮、承和齿轮轴建立载荷传递轴

图 1示，型中的球轴承及圆柱滚子轴承的简化模所模型如图 2所示。

路径，建立变速器壳体的有限元分析模型。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，别是对于箱体轴承孔强度的影特响。后一种建模方法考虑的影响因素较全，轴承和但齿轮的建模比较复杂，限元计算也比较耗时。有基于上述文献的研究，中利用刚体单元模拟齿文轮、实体单元模拟轴承和齿轮轴建立双中间轴变速器的一挡总成有限元分析模型，用接触非线性有限元应

‘ I球轴承滚柱轴承

理论计算壳体的强度。同时对变速器进行静扭试验，验证壳体强度分析的正确性和有限元建模方法的合理性，为变速器壳体强度和刚度计算提供借鉴方法。

图 1变速器总成有限元模型图 2轴承有限元模型

模型中力的传递主要依靠定义在零部件之间的接触对实现，些接触对包括：承孔一承外圈接触对这轴轴 (摩擦因数为 0 02、承外圈一滚柱接触对 ( .0 )轴摩擦因数为 0 0 2、体一后盖接触对 (擦因数为 .0 )壳摩

1有限元模型 1 1网格划分 .变速器壳体属于薄壁构件，构复杂，特征多。结小

0 1 )接触对之间不考虑过盈，间隙为 0处理。 .5,按 12单元选取与材料定义 .

按照 A A U B Q S软件的推荐，求解接触非线性问题

收稿日期： 09—1 2修订日期： O O一0 20 2— 2; 2l 7—1 1基金项目：国家自然科学基金资助项目(0 0 0 4; 53 5 3 )浙江省自然科学基金资助项目( O4 o) Yl44

作者简介：一坡 ( 99 )男，康 17一，河北新乐人，工程师，主要从事汽车零部件 C E方面的分析和研究。 A

变速箱壳体设计

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康一坡，:等变速器壳体强度有限元分析与试验验证