基于有限元法的變速器后蓋的分析

喬湘鶴，方向進，蒙遠春，葉偉飛，吳江

(浙江萬里揚變速器股份有限公司研究院，浙江金華 321000)

基于有限元法的變速器后蓋的分析

喬湘鶴，方向進，蒙遠春，葉偉飛，吳江

(浙江萬里揚變速器股份有限公司研究院，浙江金華 321000)

結合有限元軟件對市場出現的變速器后蓋問題進行了分析，并提出了針對性改進，提高了變速器的使用安全性。

變速器后蓋；有限元分析；制動

0 引言

現代汽車制動以及駐坡雖然已經有相當部分采用了排氣制動以及斷氣剎的模式，但是手制動器制動方式仍舊占有相當大的比例，主要為在變速器的后輸出端加裝一個手制動總成，如圖1所示。

其中手制動器底盤與變速器后蓋聯接，手制動鼓與變速器凸緣聯接。當拉緊手制動時，手制動底盤上的蹄片擴張與手制動鼓相接，從而產生一個摩擦力矩，阻止變速器凸緣轉動，保證變速器無輸出到傳動軸，從而鎖死整個車輛，保證車輛的駐坡和輔助制動。

1 后蓋故障模式

日前，某公司生產的530變速器在市場上出現了部分變速器后蓋因車輛低速行駛時使用手制動輔助剎車而導致后蓋破裂的情況。針對該問題，作者進行了一系列分析。圖2為變速器后蓋破損照片。

通過對現場故障照片的分析以及初步判斷，應該為手制動過程中，后蓋上部的固定、定位螺栓單獨受力，導致該部分局部應力過大，從而破裂。

2 模型的建立以及受力分析

極端情況下，可以認為后蓋上部螺栓單獨受力，受力簡圖如圖3所示。

受力大小分析：

(1) 根據汽車駐坡最小制動力計算

通過查詢代表車型，其總質量不大于6 t，后橋速比為6.67，輪胎為7.5R16，滾動半徑為388 mm。假設按通常的駐坡能力20%計算，則可以得到手制動最小駐坡力矩：

N=6 000×9.8×20%×388×0.001÷6.67≈684.09 N·m

后蓋手制動固定螺栓到后蓋中心距離為79 mm，極端情況下，該處受力:

Fmax=684.09×1 000÷79≈8 659 N

(2) 按照行車制動要求

按照車速30 km/h，如果完全要求手制動器進行制動，行車制動距離可以按標準計算：

s<0.15v+v2/50.9≈22.18 m

當不考慮車輛其他的阻力因素時，可以認為:

a=v/t

s=a·t2/2=v·t/2=22.18 m

t≈5.344 s

a≈1.56 m/s2

F=ma=9 360 N

式中：F為制動力；a為減速度。

手制動制動力矩：

M=9 360×0.001×388÷6.67≈544.48 N·m

該車輛在手制動力矩達到544.48 N·m時已經能夠滿足車輛的行車制動要求，通過調查實際使用要求，設定車輛3 s制動成功，則：

a=v/t=30×1 000÷3 600÷3≈2.8 m/s2

F=ma=2.8×6 000=16 800 N

M=16 800×0.001×388÷6.67≈977.27 N·m

后蓋手制動固定螺栓受力為：

Fmax=977.27×1 000÷79=12 370 N

同理，當制動時間為2 s和1 s時，后蓋手制動螺栓受力分別為

a=v/t=30×1 000÷3 600÷2≈4.17 m/s2

F=ma=4.17×6 000=25 020 N

M=25 020×0.001×388÷6.67≈1 455.43 N·m

Fmax=1 455.43×1 000÷79=18 423 N(t=1 s時)

3 模型建立以及計算結果分析

手制動定位螺栓與后蓋定位螺栓孔之間為間隙配合，理論上兩者為線接觸，但是考慮HT200的柔性，該處兩者接觸在模型計算中，設定為一個寬度為4 mm的接觸面，如圖4所示。

因實際使用中靜止制動基本無損壞狀況，故直接驗算輔助制動模式。當受力為上文所述第二種情況時，即受力為12 370 N時，計算結果見圖5。

當受力為上文所述第三種情況時，即受力為18 423 N時，計算結果見圖6。

通過分析可以看出：后蓋的最大應力點與實際損壞位置相當，最大應力值分別是155.42、231.47 MPa。也就是表明只有當車輛完全采用手制動器進行行車制動時，且是迅速地強行行車制動時，才會發生后蓋殼體的損傷情況，

4 結論

通過以上分析，為滿足車輛的使用要求，作者優化了后蓋殼體的局部，并再次進行了分析，得出如圖7所示計算結果。

在18 423 N，即最惡劣的情況下，殼體應力值也只有175.58 MPa，低于HT200的材料應力值，使得變速器后蓋的損壞可能降到最低。

【1】 全國工業車輛標準化技術委員會.GB T18849-2011 機動工業車輛 制動器工作性能和零件強度[S].北京:中國標準出版社，2012.

【2】 吳宗澤.機械零件設計手冊[M].北京：機械工業出版社,2003.

AnalysisofRearCoverofTransmissionBasedonFiniteElementMethod

QIAO Xianghe,FANG Xiangjin,MENG Yuanchun,YE Weifei,WU Jiang

(Transmission Research Institute，Zhejiang Wanliyang Transmission Co.,Ltd.,Jinhua Zhejiang 321000,China)

By using FEA software,the rear cover of a transmission was analyzed.Pointed improving measure was provided.And the safety of the transmission was improved.

Transmission rear cover;Finite element analysis;Brake

2014-10-16

喬湘鶴(1980—)，男，學士，工程師，從事變速器、減速方面的開發設計工作。E-mail：wind_q@sina.com。