丁兆福，翁曉明，姬騰飛，武倩倩

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

淺析變速箱殼體設(shè)計(jì)與工藝結(jié)合

丁兆福，翁曉明，姬騰飛，武倩倩

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章基于汽車自動(dòng)變速箱殼體的設(shè)計(jì)開發(fā)流程，對自動(dòng)變速箱殼體的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析和討論。在變速箱殼體的設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合系統(tǒng)開發(fā)、拓?fù)鋬?yōu)化、強(qiáng)度校核、工藝分析、加工分析和裝配分析等幾個(gè)方面，總結(jié)出變速箱殼體在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中所需要關(guān)注的方面。

變速箱殼體；設(shè)計(jì)開發(fā)；工藝

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.002

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-04-03

引言

變速箱殼體是變速箱系統(tǒng)零部件中的體積最大、結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜、加工最為繁瑣的零部件，在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮鑄造、加工的工藝性，而且需要保證能夠滿足變速箱內(nèi)部零部件的安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)以及潤滑等功能的實(shí)現(xiàn)，尤其是自動(dòng)變速箱更要考慮上述因素。一個(gè)成功的設(shè)計(jì)是能夠高效的將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為便于制造，合格率高的產(chǎn)品。

如果變速箱殼體設(shè)計(jì)合理，那么將會為鑄造、加工、裝配等工藝節(jié)省大量成本，同時(shí)也會幫助變速箱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變速箱的功能，包括內(nèi)部零部件的支撐與運(yùn)行，油液的驅(qū)動(dòng)與潤滑，因此一個(gè)成功變速箱殼體的設(shè)計(jì)必須要與工藝方面相結(jié)合。

1、變速箱殼體設(shè)計(jì)過程

1.1變速箱殼體設(shè)計(jì)流程

變速箱殼體的設(shè)計(jì)是由外部輸入開始、功能驗(yàn)證結(jié)束，具體的設(shè)計(jì)流程如下圖1所示：

在殼體設(shè)計(jì)之初需要對邊界條件進(jìn)行確認(rèn)，包括來自與之匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)邊界、內(nèi)部零部件的結(jié)構(gòu)布置、外部整車環(huán)境的情況等，當(dāng)布置結(jié)構(gòu)確定之后便進(jìn)行殼體的初步概念設(shè)計(jì)。在概念設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮并進(jìn)行相關(guān)的拓?fù)鋬?yōu)化和強(qiáng)度分析，與此同時(shí)完成變速箱殼體的工藝分析，包括制造、加工和裝配方面的工藝分析。根據(jù)以上分析的結(jié)果對模型進(jìn)行分析和優(yōu)化，然后利用快速成型的方式按照模型加工殼體，并進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行下一步的模型優(yōu)化和殼體驗(yàn)證，最終得到滿足設(shè)計(jì)要求的變速箱殼體。

1.2變速箱殼體鑄造工藝在設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)

現(xiàn)階段的變速箱殼體的制造方式基本是采用壓鑄鋁合金的方式，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮壓鑄成型工藝，充分考慮壓鑄模具結(jié)構(gòu)，盡量避免在變速箱殼體上出現(xiàn)材料堆積，并盡量保證壁厚的厚均勻性。如果壁厚較厚不但會導(dǎo)致殼體重量增加，同時(shí)還會是壁厚區(qū)域出現(xiàn)較多氣縮孔，從而導(dǎo)致變速箱殼體的氣密性無法達(dá)到要求；如果壁厚較薄，則無法達(dá)到要求的強(qiáng)度，對變速箱的支撐造成較大威脅，壁厚不均勻?qū)е庐a(chǎn)生氣縮孔。如下圖2所示：

設(shè)計(jì)過程中在考慮變速箱殼體壁厚的同時(shí)，還需要對殼體鑄造工藝性進(jìn)行考察，要充分關(guān)注成型時(shí)金屬液的流動(dòng)情況和成型情況，合理的布置渣包有助于將內(nèi)部氣縮孔排到非功能區(qū)域，從而不會對殼體功能性部位產(chǎn)生影響。在進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)和模流分析時(shí)，還需要考慮金屬液成型時(shí)間對變速箱殼體的影響，對于變速箱殼體壓鑄鋁液，如果不能及時(shí)冷卻將會導(dǎo)致殼體成型時(shí)存在縮孔和熱結(jié)。

上圖3中左圖表示某變速箱殼體模流狀態(tài)分析以及渣包位置設(shè)計(jì)，右圖表示該變速箱殼體鋁液凝固狀態(tài)模擬分析。

1.3機(jī)加工工藝分析

變速箱殼體基本上是較大尺寸的箱體類零部件，殼體存在較大的功能平面，在加工時(shí)宜采用臥式加工中心組成柔性生產(chǎn)線，裝夾一次完成全部加工內(nèi)容，避免因?yàn)槎啻渭庸?dǎo)致重復(fù)定位誤差。因此在設(shè)計(jì)變速箱殼體時(shí)要充分考慮殼體定位基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，定位基準(zhǔn)的選擇合適與否直接關(guān)系著殼體上平面與平面、孔與平面、孔與孔之間的尺寸精度和位置精度要求，在選擇基準(zhǔn)時(shí)要遵守“基準(zhǔn)重合”和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”的原則。在變速箱殼體加工時(shí)采用一面兩銷的定位方式進(jìn)行裝夾定位，這樣能夠有效避免殼體因工裝加緊造成的變形，提高加工質(zhì)量，保證內(nèi)部特征的精度，如下圖4所示：

設(shè)計(jì)殼體過程中，在考慮加工基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)的同時(shí)，要充分考慮變速箱殼體加工的方便性，大平面適宜用銑刀一次性加工，以保證其平面度，因此大平面設(shè)計(jì)時(shí)要充分避開與其不在同一平面上的特征。設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮需要密封的位置，該位置加工要采用成型刀具一次性加工成型，以保證其粗糙度滿足密封需求。1.4 裝配工藝分析

設(shè)計(jì)變速箱殼體時(shí)需要考慮變速箱在生產(chǎn)線裝配時(shí)的姿態(tài)，變速箱在裝配時(shí)有時(shí)需要翻轉(zhuǎn)，因此需要在殼體設(shè)計(jì)過程中考慮翻轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械手抓取特征，為了保證變速箱在翻轉(zhuǎn)的時(shí)候不會出現(xiàn)傾斜和扭轉(zhuǎn)，在該特征的設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮該特征的連線經(jīng)過整個(gè)變速箱的質(zhì)心。

變速箱在裝配時(shí)需要在托盤上支撐，為了保證變速箱在托盤上能夠保持正常的姿態(tài)，保證變速箱在過線和靜止放置時(shí)不會傾斜，因此該托盤支撐點(diǎn)所構(gòu)成的區(qū)域中心同樣要經(jīng)過變速箱的質(zhì)心。

變速箱是一個(gè)封閉的腔體，里面包絡(luò)各個(gè)零部件，因此殼體與殼體之間的密封是必須考慮的。由于變速箱殼體在合裝時(shí)會擠壓變速箱殼體連接面上的密封膠，會將密封膠擠壓到變速箱內(nèi)部，對內(nèi)部零部件的傳動(dòng)造成較大影響，因此設(shè)計(jì)殼體時(shí)需要合理的設(shè)計(jì)變速箱殼體的溶膠槽，避免密封膠被擠入到變速箱內(nèi)部。

為了實(shí)現(xiàn)變速箱的良好密封性能，需要在殼體連接面處設(shè)置合理的螺栓，螺栓布置的正確于否，取決于螺栓布置的位置及兩孔之間的距離。這需要在強(qiáng)度方面及密封方面考慮，兩螺栓的連線稱為壓力線，壓力線應(yīng)該落在結(jié)合面上，并且最好布置在結(jié)合面的中心線上。為了保證密封性，法蘭寬度最小為5mm，螺栓周圍結(jié)合面法蘭寬度最小為 3mm，在空間允許的情況下一般比最小值的 1.5～1.8倍。重要結(jié)合面表面粗糙度值Ra應(yīng)不大于3.2um，接觸表面粗糙度值越小，則接觸剛度越好。合理選擇聯(lián)結(jié)螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量，保證結(jié)合面的預(yù)緊力，如下圖5所示：

1.5設(shè)計(jì)與工藝結(jié)合的難點(diǎn)

現(xiàn)階段設(shè)計(jì)一個(gè)優(yōu)秀的變速箱殼體還存在較多難點(diǎn)，尤其是自動(dòng)變速箱，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮變速箱整體構(gòu)造的同時(shí)，還要考慮與其他功能的配合，例如潤滑，在變速箱殼體上設(shè)計(jì)相關(guān)特征以形成完成的潤滑油路系統(tǒng)；在殼體上增加導(dǎo)油槽，以實(shí)現(xiàn)對變速箱軸承的潤滑；在殼體上設(shè)計(jì)相關(guān)特征安裝導(dǎo)油板，以防止差速器的攪油現(xiàn)象，如下圖6所示：

變速箱殼體一般是由兩段或者三段殼體組成，軸系兩端的軸承分別安裝在不同殼體上，為了保證變速箱齒軸傳動(dòng)的平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)變速箱殼體時(shí)，必須要考慮殼體合裝后軸承孔的平行度和同軸度，為此需要合理設(shè)計(jì)殼體合裝定位銷的位置度以及各個(gè)殼體上的軸承孔的位置度。以雙離合自動(dòng)變速箱為例，一般設(shè)計(jì)定位銷孔位置度為 0.06mm，各個(gè)殼體上的軸承安裝孔相對于各自殼體上定位銷的位置度為0.06mm，經(jīng)過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，如果能保證上述位置精度，齒輪傳動(dòng)能夠完全符合變速箱的整機(jī)功能和使用要求。

2、結(jié)論

單純完成變速箱殼體的設(shè)計(jì)較為簡單，但是如果要設(shè)計(jì)出符合制造、加工、裝配以及滿足整機(jī)性能的變速箱殼體需要大量的試驗(yàn)和計(jì)算的分析。本文從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合變速箱殼體在設(shè)計(jì)、分析、制造和試驗(yàn)的全過程所出現(xiàn)的問題和總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，對變速箱殼體的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面系統(tǒng)的解析，當(dāng)然，在變速箱殼體的具體設(shè)計(jì)過程中需要更為詳細(xì)的流程和方法，在此不做詳談。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[2] 邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2009.

[3] 胡仁喜,康士廷等.Pro/E5.0 中文版快速入門實(shí)例教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[4] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

Analysis of design and technology combined with the transmission housing

Ding Zhaofu, Weng Xiaoming, Ji Tengfei, Wu Qianqian
( Anhui Jianghuai Automotive Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Based on the design and development process of automotive automatic transmission housing, the design of the automatic gearbox housing for analysis and discussion of a comprehensive system, transmission housing in the design process, the combination of system development, optimization, strength check, process analysis, process analysis and assembly aspects of analysis, summarized in terms of the transmission housing design and development process needs attention.

transmission housing; design and development; technology

U463.2

A

1671-7988（2015）09-04-03

丁兆福，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。