淺析變速箱殼體設(shè)計(jì)與工藝結(jié)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(gè)部件，變速箱殼體與其他部件組成一個(gè)整體。在功能相互作用之下，每一個(gè)零件都有自己正確的位置，而且根據(jù)一定的傳動(dòng)關(guān)系對協(xié)調(diào)傳遞動(dòng)力進(jìn)行傳遞。基于汽車自動(dòng)變速箱殼體的設(shè)計(jì)開發(fā)流程，對自動(dòng)變速箱殼體的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析和討論。在變速箱殼體的設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合系統(tǒng)開發(fā)、拓?fù)鋬?yōu)化、強(qiáng)度校核、工藝分析、加工分析和裝配分析等幾個(gè)方面，總結(jié)出變速箱殼體在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中所需要關(guān)注的方面。

關(guān)鍵詞：變速箱殼體；設(shè)計(jì)開發(fā)；工藝

變速箱殼體是變速箱系統(tǒng)零部件中的體積最大、結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜、加工最為繁瑣的零部件，在設(shè)計(jì)時(shí)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(nèi)部零部件的安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)以及潤滑等功能的實(shí)現(xiàn)，尤其是自動(dòng)變速箱更要考慮上述因素。一個(gè)成功的設(shè)計(jì)是能夠高效的將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為便于制造，合格率高的產(chǎn)品。如果變速箱殼體設(shè)計(jì)合理，那么將會(huì)為鑄造、加工、裝配等工藝節(jié)省大量成本，同時(shí)也會(huì)幫助變速箱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變速箱的功能，包括內(nèi)部零部件的支撐與運(yùn)行，油液的驅(qū)動(dòng)與潤滑，因此一個(gè)成功變速箱殼體的設(shè)計(jì)必須要與工藝方面相結(jié)合。

一、變速箱殼體設(shè)計(jì)流程

變速箱殼體在設(shè)計(jì)初期需要確認(rèn)汽車的邊界，其中包括了與殼體匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)邊界，外部整車環(huán)境的情況以及內(nèi)部零部件的結(jié)構(gòu)布置等等。通常要將對布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行明確之后才會(huì)進(jìn)一步開展變速箱殼體的初步設(shè)計(jì)，初步設(shè)計(jì)主要是概念上的規(guī)劃。概念設(shè)計(jì)的過程中，則需要考慮到拓?fù)鋬?yōu)化程度，還要對強(qiáng)度進(jìn)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(shè)計(jì)的相關(guān)工藝，也就是生產(chǎn)成品的工藝技術(shù)，包括了裝配、加工與制造等幾個(gè)重要環(huán)節(jié)。根據(jù)相關(guān)分析的結(jié)果，并將相關(guān)模型進(jìn)行對比與分析，然后按照模型根據(jù)快速成型的模式開始制作加工殼體，同時(shí)還要對相關(guān)的試驗(yàn)進(jìn)行對應(yīng)的驗(yàn)證。對驗(yàn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后，能夠獲得下一步模型的數(shù)據(jù)，最終才能夠真正設(shè)計(jì)出符合要求的變速箱殼體成品。

二、變速箱殼體設(shè)計(jì)過程

1、變速箱殼體在鑄造工藝設(shè)計(jì)。現(xiàn)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(shè)計(jì)時(shí)需要考慮壓鑄成型工藝，充分考慮壓鑄模具結(jié)構(gòu)，盡量避免在變速箱殼體上出現(xiàn)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(huì)導(dǎo)致殼體重量增加，同時(shí)還會(huì)是壁厚區(qū)域出現(xiàn)較多氣縮孔，從而導(dǎo)致變速箱殼體的氣密性無法達(dá)到要求；如果壁厚較薄，則無法達(dá)到要求的強(qiáng)度，對變速箱的支撐造成較大威脅，壁厚不均勻?qū)е庐a(chǎn)生氣縮孔。設(shè)計(jì)過程中在考慮變速箱殼體壁厚的同時(shí)，還需要對殼體鑄造工藝性進(jìn)行考察，要充分關(guān)注成型時(shí)金屬液的流動(dòng)情況和成型情況，合理的布置渣包有助于將內(nèi)部氣縮孔排到非功能區(qū)域，從而不會(huì)對殼體功能性部位產(chǎn)生影響。在進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)和模流分析時(shí)，還需要考慮金屬液成型時(shí)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(shí)冷卻將會(huì)導(dǎo)致殼體成型時(shí)存在縮孔和熱結(jié)。

2、機(jī)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(shí)宜采用臥式加工中心組成柔性生產(chǎn)線，裝夾一次完成全部加工內(nèi)容，避免因?yàn)槎啻渭庸?dǎo)致重復(fù)定位誤差。因此在設(shè)計(jì)變速箱殼體時(shí)要充分考慮殼體定位基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，定位基準(zhǔn)的選擇合適與否直接關(guān)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(zhǔn)時(shí)要遵守“基準(zhǔn)重合”和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”的原則。在變速箱殼體加工時(shí)采用一面兩銷的定位方式進(jìn)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(zhì)量，保證內(nèi)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(fèi)設(shè)計(jì)區(qū)域，而動(dòng)力總成所涉及得到設(shè)計(jì)空間的包絡(luò)而為其優(yōu)化設(shè)計(jì)的領(lǐng)域。整個(gè)拓?fù)鋬?yōu)化相關(guān)的計(jì)算需要很多的時(shí)間和精力，而且為了達(dá)到實(shí)際的需求，在優(yōu)化的過程中還需要改變想相關(guān)的參數(shù)，甚至還要對控制參量進(jìn)行優(yōu)化，因此，整個(gè)優(yōu)化過程耗時(shí)的時(shí)間特別長。設(shè)計(jì)殼體過程中，在考慮加工基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)的同時(shí)，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(shè)計(jì)時(shí)要充分避開與其不在同一平面上的特征。設(shè)計(jì)時(shí)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(shè)計(jì)變速箱殼體時(shí)需要考慮變速箱在生產(chǎn)線裝配時(shí)的姿態(tài)，變速箱在裝配時(shí)有時(shí)需要翻轉(zhuǎn)，因此需要在殼體設(shè)計(jì)過程中考慮翻轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械手抓取特征，為了保證變速箱在翻轉(zhuǎn)的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)傾斜和扭轉(zhuǎn)，在該特征的設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮該特征的連線經(jīng)過整個(gè)變速箱的質(zhì)心。變速箱在裝配時(shí)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(tài)，保證變速箱在過線和靜止放置時(shí)不會(huì)傾斜，因此該托盤支撐點(diǎn)所構(gòu)成的區(qū)域中心同樣要經(jīng)過變速箱的質(zhì)心。變速箱是一個(gè)封閉的腔體，里面包絡(luò)各個(gè)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(shí)會(huì)擠壓變速箱殼體連接面上的密封膠，會(huì)將密封膠擠壓到變速箱內(nèi)部，對內(nèi)部零部件的傳動(dòng)造成較大影響，因此設(shè)計(jì)殼體時(shí)需要合理的設(shè)計(jì)變速箱殼體的溶膠槽，避免密封膠被擠入到變速箱內(nèi)部。

為了實(shí)現(xiàn)變速箱的良好密封性能，需要在殼體連接面處設(shè)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(qiáng)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(yīng)該落在結(jié)合面上，并且最好布置在結(jié)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(jié)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(jié)合面表面粗糙度值Ra 應(yīng)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(lián)結(jié)螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量，保證結(jié)合面的預(yù)緊力。

4、設(shè)計(jì)與工藝結(jié)合的難點(diǎn)。現(xiàn)階段設(shè)計(jì)一個(gè)優(yōu)秀的變速箱殼體還存在較多難點(diǎn)，尤其是自動(dòng)變速箱，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮變速箱整體構(gòu)造的同時(shí)，還要考慮與其他功能的配合，例如潤滑，在變速箱殼體上設(shè)計(jì)相關(guān)特征以形成完成的潤滑油路系統(tǒng)；在殼體上增加導(dǎo)油槽，以實(shí)現(xiàn)對變速箱軸承的潤滑；在殼體上設(shè)計(jì)相關(guān)特征安裝導(dǎo)油板，以防止差速器的攪油現(xiàn)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(dòng)的平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)變速箱殼體時(shí)，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(shè)計(jì)殼體合裝定位銷的位置度以及各個(gè)殼體上的軸承孔的位置度。以雙離合自動(dòng)變速箱為例，一般設(shè)計(jì)定位銷孔位置度為0.06mm，各個(gè)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(jīng)過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，如果能保證上述位置精度，齒輪傳動(dòng)能夠完全符合變速箱的整機(jī)功能和使用要求。

結(jié)論

單純完成變速箱殼體的設(shè)計(jì)較為簡單，但是如果要設(shè)計(jì)出符合制造、加工、裝配以及滿足整機(jī)性能的變速箱殼體需要大量的試驗(yàn)和計(jì)算的分析。從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合變速箱殼體在設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)的全過程所出現(xiàn)的問題和總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，對變速箱殼體的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面系統(tǒng)的解析，當(dāng)然，在變速箱殼體的具體設(shè)計(jì)過程中需要更為詳細(xì)的流程和方法。

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