淺析變速箱殼體設計與工藝結合

高杰

摘要：變速箱殼體零件是變速箱中的非常重要的一個部件，變速箱殼體與其他部件組成一個整體。在功能相互作用之下，每一個零件都有自己正確的位置，而且根據一定的傳動關系對協調傳遞動力進行傳遞。基于汽車自動變速箱殼體的設計開發流程，對自動變速箱殼體的設計進行全面系統的分析和討論。在變速箱殼體的設計過程中，結合系統開發、拓撲優化、強度校核、工藝分析、加工分析和裝配分析等幾個方面，總結出變速箱殼體在設計開發過程中所需要關注的方面。

關鍵詞：變速箱殼體；設計開發；工藝

變速箱殼體是變速箱系統零部件中的體積最大、結構最為復雜、加工最為繁瑣的零部件，在設計時需要充分考慮鑄造、加工的工藝性，而且需要保證能夠滿足變速箱內部零部件的安裝、運轉以及潤滑等功能的實現，尤其是自動變速箱更要考慮上述因素。一個成功的設計是能夠高效的將設計轉化為便于制造，合格率高的產品。如果變速箱殼體設計合理，那么將會為鑄造、加工、裝配等工藝節省大量成本，同時也會幫助變速箱系統實現變速箱的功能，包括內部零部件的支撐與運行，油液的驅動與潤滑，因此一個成功變速箱殼體的設計必須要與工藝方面相結合。

一、變速箱殼體設計流程

變速箱殼體在設計初期需要確認汽車的邊界，其中包括了與殼體匹配的發動機邊界，外部整車環境的情況以及內部零部件的結構布置等等。通常要將對布置結構進行明確之后才會進一步開展變速箱殼體的初步設計，初步設計主要是概念上的規劃。概念設計的過程中，則需要考慮到拓撲優化程度，還要對強度進行分析。充分考慮到這些因素之后，可有深入分析變速箱殼體設計的相關工藝，也就是生產成品的工藝技術，包括了裝配、加工與制造等幾個重要環節。根據相關分析的結果，并將相關模型進行對比與分析，然后按照模型根據快速成型的模式開始制作加工殼體，同時還要對相關的試驗進行對應的驗證。對驗證數據進行分析之后，能夠獲得下一步模型的數據，最終才能夠真正設計出符合要求的變速箱殼體成品。

二、變速箱殼體設計過程

1、變速箱殼體在鑄造工藝設計。現階段的變速箱殼體的制造方式基本是采用壓鑄鋁合金的方式，因此在設計時需要考慮壓鑄成型工藝，充分考慮壓鑄模具結構，盡量避免在變速箱殼體上出現材料堆積，并盡量保證壁厚的厚均勻性。如果壁厚較厚不但會導致殼體重量增加，同時還會是壁厚區域出現較多氣縮孔，從而導致變速箱殼體的氣密性無法達到要求；如果壁厚較薄，則無法達到要求的強度，對變速箱的支撐造成較大威脅，壁厚不均勻導致產生氣縮孔。設計過程中在考慮變速箱殼體壁厚的同時，還需要對殼體鑄造工藝性進行考察，要充分關注成型時金屬液的流動情況和成型情況，合理的布置渣包有助于將內部氣縮孔排到非功能區域，從而不會對殼體功能性部位產生影響。在進行模具結構和模流分析時，還需要考慮金屬液成型時間對變速箱殼體的影響，對于變速箱殼體壓鑄鋁液，如果不能及時冷卻將會導致殼體成型時存在縮孔和熱結。

2、機加工工藝分析。變速箱殼體基本上是較大尺寸的箱體類零部件，殼體存在較大的功能平面，在加工時宜采用臥式加工中心組成柔性生產線，裝夾一次完成全部加工內容，避免因為多次加工導致重復定位誤差。因此在設計變速箱殼體時要充分考慮殼體定位基準的設計，定位基準的選擇合適與否直接關系著殼體上平面與平面、孔與平面、孔與孔之間的尺寸精度和位置精度要求，在選擇基準時要遵守“基準重合”和“基準統一”的原則。在變速箱殼體加工時采用一面兩銷的定位方式進行裝夾定位，這樣能夠有效避免殼體因工裝加緊造成的變形，提高加工質量，保證內部特征的精度。例如：變速箱殼體、懸置的支架等等部門一般我們稱之為費設計區域，而動力總成所涉及得到設計空間的包絡而為其優化設計的領域。整個拓撲優化相關的計算需要很多的時間和精力，而且為了達到實際的需求，在優化的過程中還需要改變想相關的參數，甚至還要對控制參量進行優化，因此，整個優化過程耗時的時間特別長。設計殼體過程中，在考慮加工基準和定位基準的同時，要充分考慮變速箱殼體加工的方便性，大平面適宜用銑刀一次性加工，以保證其平面度，因此大平面設計時要充分避開與其不在同一平面上的特征。設計時還需要考慮需要密封的位置，該位置加工要采用成型刀具一次性加工成型，以保證其粗糙度滿足密封需求。

3、裝配工藝分析。設計變速箱殼體時需要考慮變速箱在生產線裝配時的姿態，變速箱在裝配時有時需要翻轉，因此需要在殼體設計過程中考慮翻轉時機械手抓取特征，為了保證變速箱在翻轉的時候不會出現傾斜和扭轉，在該特征的設計時需要考慮該特征的連線經過整個變速箱的質心。變速箱在裝配時需要在托盤上支撐，為了保證變速箱在托盤上能夠保持正常的姿態，保證變速箱在過線和靜止放置時不會傾斜，因此該托盤支撐點所構成的區域中心同樣要經過變速箱的質心。變速箱是一個封閉的腔體，里面包絡各個零部件，因此殼體與殼體之間的密封是必須考慮的。由于變速箱殼體在合裝時會擠壓變速箱殼體連接面上的密封膠，會將密封膠擠壓到變速箱內部，對內部零部件的傳動造成較大影響，因此設計殼體時需要合理的設計變速箱殼體的溶膠槽，避免密封膠被擠入到變速箱內部。

為了實現變速箱的良好密封性能，需要在殼體連接面處設置合理的螺栓，螺栓布置的正確于否，取決于螺栓布置的位置及兩孔之間的距離。這需要在強度方面及密封方面考慮，兩螺栓的連線稱為壓力線，壓力線應該落在結合面上，并且最好布置在結合面的中心線上。為了保證密封性，法蘭寬度最小為5mm，螺栓周圍結合面法蘭寬度最小為3mm，在空間允許的情況下一般比最小值的1.5-1.8 倍。重要結合面表面粗糙度值Ra 應不大于3.2um，接觸表面粗糙度值越小，則接觸剛度越好。合理選擇聯結螺釘的直徑和數量，保證結合面的預緊力。

4、設計與工藝結合的難點。現階段設計一個優秀的變速箱殼體還存在較多難點，尤其是自動變速箱，在設計時考慮變速箱整體構造的同時，還要考慮與其他功能的配合，例如潤滑，在變速箱殼體上設計相關特征以形成完成的潤滑油路系統；在殼體上增加導油槽，以實現對變速箱軸承的潤滑；在殼體上設計相關特征安裝導油板，以防止差速器的攪油現象，變速箱殼體一般是由兩段或者三段殼體組成，軸系兩端的軸承分別安裝在不同殼體上，為了保證變速箱齒軸傳動的平穩性，在設計變速箱殼體時，必須要考慮殼體合裝后軸承孔的平行度和同軸度，為此需要合理設計殼體合裝定位銷的位置度以及各個殼體上的軸承孔的位置度。以雙離合自動變速箱為例，一般設計定位銷孔位置度為0.06mm，各個殼體上的軸承安裝孔相對于各自殼體上定位銷的位置度為0.06mm，經過大量試驗數據表明，如果能保證上述位置精度，齒輪傳動能夠完全符合變速箱的整機功能和使用要求。

結論

單純完成變速箱殼體的設計較為簡單，但是如果要設計出符合制造、加工、裝配以及滿足整機性能的變速箱殼體需要大量的試驗和計算的分析。從實際出發，結合變速箱殼體在設計、制造和試驗的全過程所出現的問題和總結的經驗，對變速箱殼體的設計進行全面系統的解析，當然，在變速箱殼體的具體設計過程中需要更為詳細的流程和方法。

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