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汽車變速器作為傳動(dòng)系關(guān)鍵總成，用于改變傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以滿足汽車在起步、加速、行駛等不同工況下對(duì)牽引力、車速的不同要求。變速器殼體是安裝變速器各機(jī)件的基礎(chǔ)件，起到安裝、保護(hù)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和容納潤(rùn)滑油的作用，足夠的殼體強(qiáng)度是保證傳動(dòng)系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。殼體強(qiáng)度不足，易出現(xiàn)局部裂紋、支撐處磨損、螺紋孔損壞等問題，過大的殼體強(qiáng)度，則會(huì)增加變速器總成質(zhì)量和生產(chǎn)成本。因此，設(shè)計(jì)合適的強(qiáng)度對(duì)變速器殼體至關(guān)重要。
在變速器總成條件下充分考各零件的接觸因素對(duì)變速器殼體強(qiáng)度的影響，使有限元分析的邊界條件更加接近變速器的實(shí)際工作狀態(tài)，在施加一倍額定轉(zhuǎn)矩和三倍轉(zhuǎn)矩進(jìn)行殼體強(qiáng)度分析時(shí)，強(qiáng)度的危險(xiǎn)區(qū)和危險(xiǎn)點(diǎn)更接近于實(shí)際，為變速器殼體強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供有力的參考依據(jù)。
建立的分段式配檔重型汽車變速器總體三維模型，主箱三維模型，如圖所示，為副箱三維模型。變速器殼體材料選用HT200，彈性模量，泊松比為0.31。根據(jù)有限元分析網(wǎng)格劃分的基本原則和變速器總成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，變速器總成幾何模型進(jìn)行劃分結(jié)果，如圖所示。變速器是多零件的組合體，在傳遞轉(zhuǎn)矩和變速過程中，力通過各個(gè)零件之間的接觸傳遞。因此，在進(jìn)行變速器殼體強(qiáng)度分析時(shí)，只有充分考慮零件間的接觸問題，才能得到更趨近于實(shí)際工況的殼體受力，即進(jìn)行接觸分析建模時(shí)，非常重要的環(huán)節(jié)是正確的定義接觸對(duì)。根據(jù)接觸對(duì)定義的基本原則及變速器一檔總成零部件關(guān)系，如表所示，得到一檔總成條件下定義的輪齒接觸對(duì)，如圖所示、軸承外圈一滾動(dòng)體接觸對(duì)，如圖所示、軸承外圈一殼體接觸對(duì)，如圖所示、軸承外圈一承蓋接觸對(duì)，如圖所示。定義軸承與其周圍部件接觸關(guān)系時(shí)，應(yīng)考慮配合公差、軸承套圈相對(duì)于負(fù)荷方向的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、負(fù)荷大小、軸承尺寸、徑向游隙等因素的影響。
約束變速器前端與離合器相聯(lián)接的螺栓孔，定義其節(jié)點(diǎn)自由度x=y=z；約束二軸輸出端剛性單元主點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)自由度，即在整體坐標(biāo)系下。在一軸扭據(jù)輸入端施加1300Nm一檔一倍額定轉(zhuǎn)矩和3900Nm的一檔三倍額定轉(zhuǎn)矩。約束與轉(zhuǎn)矩施加，如圖所示。根據(jù)上述定義，應(yīng)用有限元分析軟件，采用接觸算法，即可進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)矩條件下變速器殼體強(qiáng)度的分析。(1)殼體的應(yīng)力分布。施加1300Nm轉(zhuǎn)矩的載荷，得到殼體應(yīng)力的分布云圖。對(duì)殼體應(yīng)力分布云圖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在殼體的前端和后端出現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)，如圖所示。(2)殼體的安全系數(shù)分布。在1300Nm轉(zhuǎn)矩的載荷條件下，得到殼體安全系數(shù)分布云圖，如圖所示。綜合分析殼體的應(yīng)力分1300Nm轉(zhuǎn)矩下殼體強(qiáng)度關(guān)鍵位置的應(yīng)力值和安全系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如表所示。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，變速器殼體強(qiáng)度薄弱點(diǎn)位于殼體的后端面。殼體的應(yīng)力分布，施加3900Nm的三倍額定轉(zhuǎn)矩載荷時(shí)高應(yīng)力集中的殼體端部應(yīng)力分布云圖，殼體的安全系數(shù)分布。在3900Nm轉(zhuǎn)矩的載荷條件下，得到的殼體安全系數(shù)分布云圖及殼體強(qiáng)度關(guān)鍵位置，如圖所示。3900Nm轉(zhuǎn)矩下殼體強(qiáng)度關(guān)鍵位置的應(yīng)力值和安全系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如表所示。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，變速器殼體強(qiáng)度薄弱點(diǎn)仍位于殼體的后端面。
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