變速器輸出法蘭的有限元分析

曹 勝

（中國重汽大同齒輪有限公司銷售部，山西 大同 037305）

引言

變速器的輸出法蘭是變速器一個重要的零部件，變速器輸出法蘭與汽車的轉動軸相連接，然后轉動軸把動力傳遞給后橋的主減速器，實現汽車運動。輸出法蘭的種類有端面齒法蘭，螺栓緊固式法蘭，叉式法蘭等，輸出法蘭要求在變速器輸出最大扭矩的情況下，滿足足夠的強度和剛度要求。輸出法蘭主要的失效形式是因扭矩過大傳力面壓潰，法蘭斷裂。所以設計法蘭時必須對法蘭的強度和剛度進行驗證。

1 變速器輸出法蘭的要求

文章中設計的輸出法蘭是用于輸入扭矩在750～850N·m 的變速器［1］，一擋速比為5.886，保證法蘭在最大輸出扭矩4倍的情況下，不發生壓潰、斷裂等失效現象。

2 變速器緩速器支架設計及有限元分析

1）模型建立。使用PORE 軟件對輸出法蘭三維建模，變速器的主軸和輸出法蘭以花鍵連接，在118mm×93mm 的矩形上分布4個Φ10.5的孔，用M10的螺栓連接后橋傳動軸。中心有Φ47的圓形槽，中間放置傳力短軸，用于傳遞扭矩，法蘭建模時盡量減少其質量，防止慣性太大。輸出法蘭的三維模型如圖1所示。

2）模型的材料設定和網格劃分。在有限元分析前，把能引起模型應力集中的小孔和不必要的圓角隱含，然后定義模型的材料為合金鋼材料，彈性模量為2.1E＋11N／m2，泊松比為0.28，質量密度為7.28E＋3kg／m3，網格為六面體［2］，單元尺寸為5mm，對受力面局部的網格進行精細化處理，以求分析結果準確，劃分完網格后輸出法蘭模型如圖2所示。

圖1 輸出法蘭三維圖

圖2 劃分網格后輸出法蘭模型

3）有限元分析的加載和約束。考慮到汽車在行駛過程中，由于汽車自重和路況因素，模型的安全系數為4，輸出法蘭模型中心Φ47的受力面上均勻分布逆時針扭矩4 000N·m［3］，模型以花鍵面約束定位。

4）有限元的結果。圖3和圖4分別是輸出法蘭有限元分析后的應力云圖、變形云圖，從圖中可以看到應力的最大值是134.6 MPa，最大的變形量是0.069mm，遠遠小于法蘭所使用材料的屈服強度和容許剛度要求。

3 結語

對輸出法蘭的建模和仿真分析，能有效直觀的看到應力和變形的狀況，方便修改模型，減少因為試制產生的費用，有利于企業節約成本，文章中設計的輸出法蘭在實用中得到很好的使用。

圖3 有限元分析后的應力圖

圖4 有限元分析后的變形圖

［1］王望予.汽車設計［M］.北京：機械工業出版社，2000.

［2］馬勛成.有限單元法［M］.北京：清華大學出版社，2003.

［3］胡國強，伍偉.基于ANSYS 的載重貨車驅動橋殼的有限元分析［J］.輕型汽車技術，2011（4）：3－7.