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汽車變速器作為傳動系關鍵總成，用于改變傳動系統(tǒng)的轉矩和轉速，以滿足汽車在起步、加速、行駛等不同工況下對牽引力、車速的不同要求。變速器殼體是安裝變速器各機件的基礎件，起到安裝、保護齒輪傳動機構和容納潤滑油的作用，足夠的殼體強度是保證傳動系統(tǒng)正常工作的基礎。殼體強度不足，易出現(xiàn)局部裂紋、支撐處磨損、螺紋孔損壞等問題，過大的殼體強度，則會增加變速器總成質量和生產(chǎn)成本。因此，設計合適的強度對變速器殼體至關重要。
在變速器總成條件下充分考各零件的接觸因素對變速器殼體強度的影響，使有限元分析的邊界條件更加接近變速器的實際工作狀態(tài)，在施加一倍額定轉矩和三倍轉矩進行殼體強度分析時，強度的危險區(qū)和危險點更接近于實際，為變速器殼體強度設計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構特點，變速器總成幾何模型進行劃分結果，如圖所示。變速器是多零件的組合體，在傳遞轉矩和變速過程中，力通過各個零件之間的接觸傳遞。因此，在進行變速器殼體強度分析時，只有充分考慮零件間的接觸問題，才能得到更趨近于實際工況的殼體受力，即進行接觸分析建模時，非常重要的環(huán)節(jié)是正確的定義接觸對。根據(jù)接觸對定義的基本原則及變速器一檔總成零部件關系，如表所示，得到一檔總成條件下定義的輪齒接觸對，如圖所示、軸承外圈一滾動體接觸對，如圖所示、軸承外圈一殼體接觸對，如圖所示、軸承外圈一承蓋接觸對，如圖所示。定義軸承與其周圍部件接觸關系時，應考慮配合公差、軸承套圈相對于負荷方向的運轉狀態(tài)、負荷大小、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)點自由度x=y=z；約束二軸輸出端剛性單元主點的旋轉自由度，即在整體坐標系下。在一軸扭據(jù)輸入端施加1300Nm一檔一倍額定轉矩和3900Nm的一檔三倍額定轉矩。約束與轉矩施加，如圖所示。根據(jù)上述定義，應用有限元分析軟件，采用接觸算法，即可進行相應轉矩條件下變速器殼體強度的分析。(1)殼體的應力分布。施加1300Nm轉矩的載荷，得到殼體應力的分布云圖。對殼體應力分布云圖進行分析，發(fā)現(xiàn)在殼體的前端和后端出現(xiàn)高應力區(qū)，如圖所示。(2)殼體的安全系數(shù)分布。在1300Nm轉矩的載荷條件下，得到殼體安全系數(shù)分布云圖，如圖所示。綜合分析殼體的應力分1300Nm轉矩下殼體強度關鍵位置的應力值和安全系數(shù)統(tǒng)計結果，如表所示。統(tǒng)計結果表明，變速器殼體強度薄弱點位于殼體的后端面。殼體的應力分布，施加3900Nm的三倍額定轉矩載荷時高應力集中的殼體端部應力分布云圖，殼體的安全系數(shù)分布。在3900Nm轉矩的載荷條件下，得到的殼體安全系數(shù)分布云圖及殼體強度關鍵位置，如圖所示。3900Nm轉矩下殼體強度關鍵位置的應力值和安全系數(shù)統(tǒng)計結果，如表所示。統(tǒng)計結果表明，變速器殼體強度薄弱點仍位于殼體的后端面。
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