基于HyperWorks的變速箱選換擋軟軸固定支架有限元分析及優化

張 翔

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于HyperWorks的變速箱選換擋軟軸固定支架有限元分析及優化

張 翔

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文以HyperWorks10．0軟件為工具，對江淮中重卡變速箱選換擋軟軸固定支架進行了有限元分析，確定了支架的應力、形變分布情況；同時對支架結構進行了拓撲優化，并將優化前后支架的應力、位移和質量做了比較。結果表明，優化后的支架既滿足剛度和強度的要求，又有效地減輕了質量，達到輕量化、降成本的設計目的。

變速箱選換擋軟軸固定支架；有限元分析；拓撲優化

CLC NO.:U463.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)11-48-03

引言

在中重卡中，變速箱是用來傳遞發動機輸出扭矩和改變卡車前進、后退、速度的核心控制器，是卡車上的重要部件之一。變速箱選換擋軟軸是通過駕駛室內變速操縱手柄的擋位變換來控制變速箱換擋搖臂和換擋搖臂來實現變速箱檔位切換。從而改變卡車的行駛速度。變速箱選換擋軟軸固定支架的結構較為關鍵，它直接關系到變速箱選換擋軟軸的正常使用，其應力水平對整個支架的可靠性起決定性作用。為了減少變速箱選換擋軟軸固定支架的故障率，設計剛度合適的支架至關重要。本文利用有限元分析軟件HYPERWORKS對變速箱選換擋軟軸固定支架進行強度與剛度分析，并對支架進行拓撲優化，在保證整體裝配的情況下，達到減小應力，節省材料，減輕重量，降成本的目的。

1、計算模型

1.1 基本假設

（1）模型零件的材質均勻且各項同性；

（2）零件所受的到的載荷與施加的約束始終不變。

1.2 模型建立

根據整車布置，確定變速箱選換擋軟軸固定支架的安裝形式，該重型卡車變速箱布置如圖1所示。所設計變速箱選換擋軟軸固定支架如圖2所示。采用HyperMesh對支架劃分網格。最終產生38806個節點和160835個單元。

1.3 參數設置

變速箱選換擋軟軸固定支架主材料為 ZG310-570 GB/T 11352材料參數表如表1所示。

表1 零部件相關參數

1.4 邊界條件

①位移約束條件：全約束支架主體的三個螺栓孔，螺栓連接用RBE2模擬；

②載荷條件：在支架上施加400N的集中載荷（實際150N，安全系數2.7）。如圖4所示

2、計算結果分析

對變速箱選換擋軟軸固定支架進行靜力學分析，結果見表2.圖5和圖6分別為支架的位移和應力云圖。

表2 計算結果

由計算結果可知，變速箱選換擋軟軸固定支架的最大應力值約為250MPa，最大應力為固定支架的三個螺栓孔附近，該位置出現了應力集中，但其未超過ZG 310-570的需用應力值310MPa，滿足支架承受拉力范圍。

3、拓撲優化設計

在保證支架剛度和強度的情況下，為了提高支架的可靠性，節省材料，減輕支架的重量且降低成本，對原設計支架進行拓撲優化。紅色密度部分是應該保留的，而藍色密度部分是應該考慮去除的，這里的支架底座外部輪廓部分為非設計部分，因此底座外形不能更改，主要對兩個固定軟軸加強筋和底座中部進行優化，優化后的模型如圖7所示。

對優化后的模型進行計算分析，圖8和圖9分別為優化后支架的位移和應力云圖，優化前后對比表見表3。

Gearbox HyperWorks choose fixed support of finite element analysis and Optimization Based on shift shaft

Zhang Xiang

（Anhui Jiang Huai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

This paper using HyperWorks10.0 software as the tool, on the heavy truck gearbox shifting shaft fixing bracket of Jianghuai in finite element analysis was carried out to determine the support, stress, deformation distribution; at the same time to support the topology optimization, and the optimization before and after stress, displacement and quality compare. The results show that, after optimized support not only satisfy the stiffness and strength requirements, and effectively reduce the quality, achieve the lightweight, reducing design cost.

gearbox shifting shaft bracket; finite element analysis; topology optimization

U463.3

A

1671-7988(2014)11-48-03

張翔，助理工程師，就業安徽江淮汽車股份有限公司商用車研究院離合變速科室，從事離合器、變速箱及選換擋操縱布置等工作。