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(gè)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(dòng)力。本介紹了重卡變速器殼體強(qiáng)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(duì)殼體進(jìn)行有限元分析。通過(guò)對(duì)ANSYS Workbench后處理數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)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(yáng)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(qiáng)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(jī)構(gòu)，帶液力緩速器機(jī)構(gòu)。目前該款鑄鐵殼體變速器已在市場(chǎng)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(guò)ANSYS有限元分析軟件判斷其強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

2 應(yīng)用Pro/E建立三維數(shù)模

2.1 軟件介紹

Pro/EGINEER（簡(jiǎn)稱Pro/E）是美國(guó)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(jì)、三維模型設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)模擬與仿真，到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過(guò)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(jì)、優(yōu)化、網(wǎng)格變形等功能于一體，對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行項(xiàng)目協(xié)同管理，具有復(fù)雜裝配件接觸關(guān)系的自動(dòng)識(shí)別、接觸建模功能，可對(duì)復(fù)雜的幾何模型進(jìn)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(kù)，方便操作者進(jìn)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(huà)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(yán)重地增加了分析的計(jì)算量，因此在計(jì)算過(guò)程中將其模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理。經(jīng)過(guò)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(méi)有問(wèn)題，并能夠進(jìn)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(jiàn)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(duì)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(guò)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(gè)部分應(yīng)力的強(qiáng)弱;通過(guò)變形云圖，可以觀察出變速器箱體各個(gè)部分之間的變形情況。

5 結(jié)語(yǔ)

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(qiáng)度和剛度方面來(lái)看，完全滿足變速箱的設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]石西鋒.重型商用汽車輕量化設(shè)計(jì)分析[J].陜西汽車制造，2018（04）：17-19.

[2]王征，鐘紹華.專用汽車造型和輕量化設(shè)計(jì)的探析[J].專用汽車，2016（04）：34-35.

[3]詹友剛.Pro/EGINEER中文野火版3.0高級(jí)應(yīng)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.