變速箱變速叉軸斷裂分析及優(yōu)化設計

1、變速箱變速箱變速叉軸斷裂變速叉軸斷裂分析及優(yōu)化設計分析及優(yōu)化設計張小坤張小坤（中國重汽集團大同齒輪公司技術中心，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)化設計方案。針對優(yōu)化后的變速叉軸，應用ProE軟件建立三維數(shù)模，應用ANSYSWkbench軟件進行強度分析，得出變速叉軸強度滿足設計要求。應用ANSYSWkbench軟件得出SN曲線和疲勞敏感性曲線，并結合變速叉軸強

2、度分析結果，當換檔導塊實際承受的載荷為1700N時，變速叉軸的使用壽命為1.2e5次，可以滿足變速箱的設計要求?！娟P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、結構緊湊外，還有以下幾個特點：1）、汽車具有良好的動力性

7、和經(jīng)濟性指標；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日產(chǎn)柴的最新技術研發(fā)的MPT21B變速箱基礎上開發(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)學模型根據(jù)變速叉軸的實際尺寸及變速箱操縱機構的工作狀況，應用PROE軟件對操縱機構建立三維數(shù)學模

8、型。由于軸承、錐堵等零件對變速箱操縱機構的有限元分析結果幾乎沒有影響，對其三維模型進行了簡化設計。圖5為變速箱操縱機構的三維裝配圖。圖5變速箱操縱機構的三維裝配圖變速箱操縱機構的工作原理：當零件1（換檔導塊）被施加換檔力時，零件3（變速叉軸）將隨換檔導塊進行軸向移動，通過零件2（轉(zhuǎn)換搖臂）進行力的傳遞，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）進行換檔。其中零件5是叉軸支撐點處的軸承，對其三維數(shù)模做了簡化處理。3.2、變

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

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