變速箱變速叉軸斷裂分析及優(yōu)化設(shè)計

1、變速箱變速箱變速叉軸斷裂變速叉軸斷裂分析及優(yōu)化設(shè)計分析及優(yōu)化設(shè)計張小坤張小坤（中國重汽集團(tuán)大同齒輪公司技術(shù)中心，山西大同037006）【摘要】以變速箱變速叉軸為研究對象，通過對變速叉軸斷口位置及形狀的分析，給出變速叉軸的優(yōu)化設(shè)計方案。針對優(yōu)化后的變速叉軸，應(yīng)用ProE軟件建立三維數(shù)模，應(yīng)用ANSYSWkbench軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析，得出變速叉軸強(qiáng)度滿足設(shè)計要求。應(yīng)用ANSYSWkbench軟件得出SN曲線和疲勞敏感性曲線，并結(jié)合變速叉軸強(qiáng)

2、度分析結(jié)果，當(dāng)換檔導(dǎo)塊實(shí)際承受的載荷為1700N時，變速叉軸的使用壽命為1.2e5次，可以滿足變速箱的設(shè)計要求?！娟P(guān)鍵詞】WKBENCH；SN曲線；疲勞敏感性；使用壽命OptimizesOptimizesDesignDesignFractureFractureAnalysisAnalysisofofShiftShiftFkFkShaftShaftofofthetheTransmissionTransmissionZHANGZHANGXi

3、aokunXiaokun(ChinaNationalHeavyDutyTruckGroupDatongGearCO.LTDTechnologyCenterDatong037006Shanxi)【Abstract】Toshiftfkshaftoftransmissionastheresearchobjectthroughtheshiftfkshaftpositionshapeofthefractureisgivenshiftfkshaft

4、optimaldesign.FoptimizedshiftfkshaftApplicationofProEsoftwareestablishmentthreedimensionalMathematicalModelingApplicationofANSYSWkbenchsoftwarecarriesoutthefiniteelementanalysis，Cometoshiftfkshaftstrengthtomeetthedesignr

5、equirements.ApplicationofANSYSWkbenchsoftwareObtainestheSNcurvethefatiguesensitivitycurvecombinedwithShiftfkshaftstrengthanalysisWhenshiftingtheloadbearingguideblocktheactualtimefthe1700NShiftfkshaftservicelife1.2e5times

6、itcanMeetthedesignrequirementsoftransmission.【Keywds】WKBENCH；SNcurve；FatigueSensitivity；UsefulLife0引言引言變速箱是汽車傳動系統(tǒng)的主要組成之一。變速箱主要由齒輪、軸、箱體、軸承等零部件組成，通過不同的齒輪之間的組合來實(shí)現(xiàn)變速和變矩。對于變速箱的要求，除了便于制造、使用、維修以及質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊外，還有以下幾個特點(diǎn)：1）、汽車具有良好的動力性

7、和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)；2）、具有較高的傳動效率；3）、操縱輕便、工作可靠；4）、具有空檔和倒檔。17GOAgZB1K變速箱是大齒公司在引進(jìn)日產(chǎn)柴的最新技術(shù)研發(fā)的MPT21B變速箱基礎(chǔ)上開發(fā)出的產(chǎn)品。該變速箱檔位多，傳動比大，承載儲備系數(shù)大，是載重2030T載貨圖3原設(shè)計的模型圖4優(yōu)化后的模型3、變速叉軸有限元分析、變速叉軸有限元分析3.1、建立三維數(shù)學(xué)模型根據(jù)變速叉軸的實(shí)際尺寸及變速箱操縱機(jī)構(gòu)的工作狀況，應(yīng)用PROE軟件對操縱機(jī)構(gòu)建立三維數(shù)學(xué)模

8、型。由于軸承、錐堵等零件對變速箱操縱機(jī)構(gòu)的有限元分析結(jié)果幾乎沒有影響，對其三維模型進(jìn)行了簡化設(shè)計。圖5為變速箱操縱機(jī)構(gòu)的三維裝配圖。圖5變速箱操縱機(jī)構(gòu)的三維裝配圖變速箱操縱機(jī)構(gòu)的工作原理：當(dāng)零件1（換檔導(dǎo)塊）被施加換檔力時，零件3（變速叉軸）將隨換檔導(dǎo)塊進(jìn)行軸向移動，通過零件2（轉(zhuǎn)換搖臂）進(jìn)行力的傳遞，零件4（轉(zhuǎn)換叉軸）也將軸向移動，從而帶動零件6（換檔撥叉）進(jìn)行換檔。其中零件5是叉軸支撐點(diǎn)處的軸承，對其三維數(shù)模做了簡化處理。3.2、變

9、速叉軸強(qiáng)度分析現(xiàn)租用有限元工作站進(jìn)行如下數(shù)據(jù)分析。變速箱的操縱機(jī)構(gòu)通過換檔導(dǎo)塊推動變速叉軸及變速叉軸帶動撥叉進(jìn)行換檔，經(jīng)變速箱的臺架試驗(yàn)并進(jìn)行換算，能夠?qū)崿F(xiàn)正常換檔時換檔導(dǎo)塊（圖5中零件1）處承受的載荷平均值為1700N。利用ANSYSWkbench有限元分析軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析，對換檔導(dǎo)塊處施加載荷，軸承處為固定支撐，通過合理的網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)定，就可利用ANSYSWkbench軟件對優(yōu)化后的變速叉軸強(qiáng)度進(jìn)行計算。圖6為變速箱操縱機(jī)構(gòu)

10、等效應(yīng)力狀態(tài)云圖，圖7為變速叉軸與轉(zhuǎn)換搖臂接觸面應(yīng)力狀態(tài)云圖。從圖6中可以看出變速箱的操縱機(jī)構(gòu)所受VonMises應(yīng)力的變化情況，最大值是230.67MPa從圖7中可以看出變速叉軸與轉(zhuǎn)換搖臂接觸處接觸應(yīng)力變化情況，最大接觸應(yīng)力為265.65MPa。變速叉軸的材料40Cr（GBT30771999）的單向應(yīng)力屈服強(qiáng)度σ0.2為785MPa。最大Mises應(yīng)力和最大接觸應(yīng)力均小于40Cr材料的單向應(yīng)力屈服點(diǎn)，故40Cr的機(jī)械性能滿足設(shè)計要求。