重卡变速器壳体有限元分析

姚理木 魏雪姿

摘 要：变速器壳体是变速器上关键的零部件，他将变速器中轴、齿轮、轴承、拨叉等有关零件组装成一个整体，并保证相互之间的正确位置，按照一定的传递关系传递动力。本介绍了重卡变速器壳体强度分析的步骤。应用Pro/E软件建立三维数模，应用ANSYS Workbench软件对壳体进行有限元分析。通过对ANSYS Workbench后处理数据进行分析，得出重卡变速器壳体应力、变形的分布情况，为重卡变速器壳体的进一步优化提供了依据。

关键词：Workbench;有限元;后处理

1 重卡变速器参数

分析的重卡变速器的主要参数有：输入扭矩：190kgm;主箱一档速比：3.55;内齿圈啮合半径：125mm;太阳轮啮合半径：38mm;液力缓速器重量：90kg;螺栓预紧力：38 400N;铝后壳体屈服强度：≥240MPa;该变速箱主箱为双中间轴结构，后副箱为行星齿轮机构，带液力缓速器机构。目前该款铸铁壳体变速器已在市场上批量生产，为降低整车重量、较少油耗，现将壳体由铸铁改为压铸铝材料，通过ANSYS有限元分析软件判断其强度是否满足设计要求。

2 应用Pro/E建立三维数模

2.1 软件介绍

Pro/EGINEER（简称Pro/E）是美国PTC公司推出的一套博大精深的三维CAD/CAM/CAE参数化软件系统，其内容涵盖了产品从工业造型设计、三维模型设计、动态模拟与仿真，到生产加工成产品的全过程，应用范围涉及汽车、数控加工、电子等诸多领域。ANSYS Workbench软件集设计、优化、网格变形等功能于一体，对各种数据进行项目协同管理，具有复杂装配件接触关系的自动识别、接触建模功能，可对复杂的几何模型进行高质量的网格处理，自带可定制的工程材料数据库，方便操作者进行编辑、应用。

2.2 应用软件建模

重卡变速器的壳体非常复杂。应用Pro/E软件的拉伸旋转、扫描、混合、倒角等命令可以画出壳体的三维零件图，如图1所示。

2.3 数模优化

由于在低档锥毂上施加扭矩，其结构又较为复杂，严重地增加了分析的计算量，因此在计算过程中将其模型进行了简化处理。经过多次检查和修改壳体质量，壳体三维数模质量完全没有问题，并能够进行有限元分析，如图2所示。

3 有限元分析前处理

3.1 材料设置

在ANSYS Workbench软件中首先定义零件的材料属性，材料属性主要包括弹性模量、泊松比、密度。具体材料属性值详见表1。

3.2 划分网格

扭矩盘和传扭套采用六面体主导网格划分方法，单元尺寸为4mm，因壳体结构比较复杂，故壳体采用四面体网格划分方法，单元尺寸为8mm。

4 有限元分析求解

4.1 边界条件

与壳体连接的螺栓孔为圆柱支撑约束，对螺栓施加螺栓预紧力38 400N，扭矩盘上施加扭矩。

4.2 分析结果

图3、图4为变速器箱体总成经ANSYS Workbench后处理得到的结果。图3为壳体等效应力云图，图4为壳体变形云图。通过等效应力云图，可以从颜色上直观地看出变速器箱体各个部分应力的强弱;通过变形云图，可以观察出变速器箱体各个部分之间的变形情况。

5 结语

重卡变速器壳体经多次修改和分析后，最终模型的有限元分析结果如文中截图所示。从强度和刚度方面来看，完全满足变速箱的设计要求。

参考文献：

[1]石西锋.重型商用汽车轻量化设计分析[J].陕西汽车制造，2018（04）：17-19.

[2]王征，钟绍华.专用汽车造型和轻量化设计的探析[J].专用汽车，2016（04）：34-35.

[3]詹友剛.Pro/EGINEER中文野火版3.0高级应用教程[M].北京：机械工业出版社，2017.