費逢宇 權雙璐

摘 要：本文針對市場對變速器匹配緩速器、取力器的要求，方便用戶拆裝緩速器、取力器，在保證法蘭盤強度的基礎上，通過改變法蘭盤結構基礎上，讓出緩速器、取力器的拆卸空間，方便客戶加裝緩速器或取力器。

關鍵詞：法蘭盤;緩速器;取力器;Proe

1 背景描述

變速器原廠裝配液力并聯(lián)緩速器或后取力器，由于法蘭盤在軸向位置擋住了緩速器（取力器）的位置，需要先裝配液力緩速器（取力器），再用專用工具將變速器法蘭盤打緊。

主機廠或售后服務需要加裝緩速器（取力器），通常沒有專用工具，無法拆卸法蘭盤，導致客戶無法加裝緩速器（取力器），售后服務不方便。因此客戶要求我們不拆法蘭盤情況下，能夠方便加裝緩速器（取力器）。

2 法蘭盤的結構設計

2.1 結構構思

為了讓出緩速器、取力器的裝配空間，可考慮將法蘭盤切成豁口，豁口位置對稱，將法蘭盤固定在變速器上，法蘭盤的一側豁口能夠避開緩速器，另一側的豁口能夠避開取力器。

改進后的法蘭盤的兩側開設有兩個豁口，旋轉法蘭盤，可將緩速器與法蘭盤的軸向位置讓開，此時不用拆卸法蘭盤，即可直接將緩速器和取力器拆下或裝上，方便了緩速器和取力器的拆卸，在沒有專用工具的情況下也能夠進行拆卸，提高了工作效率。

2.2 尺寸設計

根據(jù)以上想法，為了留出緩速器的裝配空間，需要確定法蘭盤的豁口尺寸大小，圖3中的豁口太大，會切去端面齒法蘭盤的結合齒，導致法蘭盤加工困難、降低法蘭盤的強度，豁口太小，安裝空間不夠。我們采用了Proe三維設計及干涉校核。我們將變速器與緩速器裝為一體，通過調(diào)整法蘭盤的豁口大小，在三維圖中確定法蘭盤的豁口X、R大小。

經(jīng)過多次三維校核，確定法蘭盤豁口尺寸X=184，R=120，法蘭盤與液力緩速器的間隙為：7.148。

3 法蘭盤的CAE分析

考慮到改進后的法蘭盤切去豁口，需要對比改進前后法蘭盤的靜強度是否有變化。法蘭盤在使用過程中與傳動軸相連，傳遞扭矩給傳動軸。以某變速器為例，三檔速比為9.39，輸入扭矩為2 000 N.m，考慮到安全性，將速比取為10，根據(jù)重型變速器靜扭實驗標準，法蘭盤所承受的扭矩為60 000 N.m。

為了準確模擬實際情況，采用實體建模，利用PROE得到的法蘭盤三維模型如圖1所示，對此三維圖建立有限元模型。對法蘭盤和萬向節(jié)劃分四面體網(wǎng)格，在嚙合接觸的花鍵處及螺栓孔進行細化，對應的零部件的材料、單元類型、單元大小如表1所示。

載荷及邊界條件的施加如圖3所示，豁口法蘭盤與萬向節(jié)以簡化的螺栓連接，法蘭內(nèi)表面耦合于中心點，并在其上施加繞X軸的扭矩大小為T=60 000 N.m，同時將萬向節(jié)進行全約束，以消除結構的剛體位移。法蘭盤與萬向節(jié)的花鍵齒面建立接觸關系，以傳遞扭矩。添加螺栓預緊力29 342 N，其他約束如圖3所示。

本文的關注點是法蘭盤切豁口前后的強度變化，對比切豁口前后法蘭盤的mises應力變化。

對比兩法蘭盤的mises應力值未切豁口法蘭盤最大值為653.1MPa，切豁口后法蘭盤的mises應力最大值為

654.8 MPa，二者差別不大，但均超過45鋼的屈服極限555 MPa，因此切豁口法蘭盤的靜扭強度安全性還要進行試驗驗證。

4 法蘭盤的靜扭實驗

CAE分析結果表明法蘭盤不能滿足使用要求，故有必要對法蘭盤做靜扭實驗，為了對比CAE結果與實驗的差別，在豁口法蘭盤應力分布較均勻的部位進行粘貼應變片以測試靜扭試驗時該部位的應力值。

應變片粘貼位置如4所示A、B部位。考慮到法蘭盤的對稱性，在對稱的另一面同位置也粘貼應變片，取其平均值。

改進前后的輸出法蘭盤與副箱主軸一起靜扭，靜扭試驗數(shù)據(jù)如表2：

從以上數(shù)據(jù)看出，改進前后的法蘭盤與副箱主軸一起靜扭后，都是副箱主軸斷裂，兩種法蘭盤均完好，表明兩種法蘭盤的靜扭強度均大于副箱主軸的靜扭強度。切去豁口法蘭盤強度沒有問題。

5 法蘭盤的CAE及實驗結果分析

試驗中加載靜扭54 000 N.m。

主應變的計算公式為：

試驗數(shù)據(jù)及計算值如下表：

取粘貼應變片的A部位作為計算對象，將模型簡化為空心軸，根據(jù)圓軸扭轉變形特征，圓軸受扭后，其橫截面依然保持平面，其上的各點只能在同一平面內(nèi)轉動，且橫截面只發(fā)生剛性轉動。

圓軸受扭轉時橫截面上任意點的切應力為：

計算出A部位橫截面的極慣性矩為1.57×107 mm4，外徑是128 mm，在扭矩54 000 N.m下，此截面扭轉的最大切應力位于最大半徑處即A處為：

對有限元模型重新計算，加載扭矩54 000 N.m，計算A部位的切應力值?？紤]到應變片粘貼部位誤差，所以有限元模型取A部位附近的100個單元，取平均值，用平均值計算出此處的切應力為：

對于B處，同理統(tǒng)計出其最大主應力和最小主應力分別為261 MPa和-96 MPa。

從上表可以看出，對法蘭盤進行靜扭試驗測出的值可以

計算出該部位的最大主應力和最小主應力，從而也可以計算其切應力。對于A處，有限元計算出的切應力比試驗數(shù)據(jù)計算出的切應力偏大8.53%，比理論值偏大4.1%。B處用有限元計算的最大主應力比試驗值偏大1.56%，但最小主應力與試驗值差距較大。

對豁口法蘭盤加載54 000 N.m的扭矩，進行有限元計算，得出切豁口法蘭盤的mises應力值，最大值為598.1 MPa，超過了45鋼的屈服強度555 MPa。

6 結論

通過對切豁口法蘭盤結構設計我們可以總結出零件的設計方法：

（1）通過Proe找到了豁口法蘭盤的最優(yōu)尺寸;

（2）采用CAE分析、臺架實驗、相互驗證結果;

（3）通過此次試驗證明有限元計算值與試驗值很接近，也驗證了有限元模型的正確性，對法蘭盤靜扭進行CAE分析的數(shù)據(jù)有很大參考價值;

（4）改進后的發(fā)蘭盤已用于客戶，方便了客戶的裝配，滿足了客戶要求。

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