基于CAE分析的撥叉位置傳感器磁鐵殼體優(yōu)化設(shè)計(jì)

王銅奎，彭幫亮

引言

撥叉位置傳感器磁鐵總成的主要作用是為雙離合自動(dòng)變速器（下文簡(jiǎn)稱為DCT）提供檔位信號(hào)，其一般通過塑料殼與撥叉本體固連在一起。在某DCT開發(fā)驗(yàn)證過程中，撥叉位置傳感器磁鐵包塑殼發(fā)生破裂，從撥叉上掉落，導(dǎo)致整機(jī)失效。

包塑殼可靠性不足是導(dǎo)致碎裂的主要原因，本文基于CAE仿真分析對(duì)包塑殼進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終使其可靠性滿足DCT需求。

1 建立撥叉位置傳感器的有限元模型

1.1 仿真原理

根據(jù)換擋撥叉在DCT中的工作原理，包塑殼碎裂主要受到?jīng)_擊載荷導(dǎo)致，對(duì)某檔位撥叉總成，開展抗沖擊性能仿真，重點(diǎn)考察在沖擊載荷的影響下，包塑殼結(jié)構(gòu)的可靠性。仿真原理見圖1。

圖1 仿真原理示意圖

利用Hypermesh對(duì)實(shí)際模型進(jìn)行了網(wǎng)格劃分，建立有限元分析模型。

1.2 載荷和邊界條件

通過分析變速箱在臺(tái)架、整車中完成掛擋所需要的最短時(shí)間，確定了沖擊發(fā)生的時(shí)間，結(jié)合DCT極限工況，計(jì)算出最大的換擋力。根據(jù)換擋力、時(shí)間和行程，計(jì)算出最終撞擊時(shí)的速度，載荷表見表1（具體數(shù)值未給出）

表1 載荷表

撥叉、撥叉軸、支架和磁鐵的材料為鋼，彈性模量為210000MPa，泊松比為0.3，密度7.8×10-9t/mm3；

包塑殼材料為塑料，彈性模量為896MPa，泊松比0.4103，密度 1.04×10-9t/mm3。

1.3 強(qiáng)度分析結(jié)果

將極限工況下的載荷加載到有限元模型中，提交到Abaqus進(jìn)行分析，計(jì)算包塑殼在受沖擊載荷時(shí)的受力特點(diǎn)，其結(jié)果見圖2。

圖2 原結(jié)構(gòu)校核結(jié)果

校核結(jié)果中，原方案中B點(diǎn)溝槽處受到的應(yīng)力最大，已經(jīng)接近材料的抗拉極限，與試驗(yàn)中實(shí)際的失效位置一致。

2 基于CAE分析的優(yōu)化結(jié)果

從CAE的分析結(jié)果，說明包塑殼材料及結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了包塑殼強(qiáng)度不足，為解決該問題，更換了包塑材料，優(yōu)化包塑殼結(jié)構(gòu)，圖3～圖6是幾個(gè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案的抗沖擊校核結(jié)果。

圖3 方案1

圖4 方案2

圖5 方案3

圖6 方案4

通過CAE校核分析，同時(shí)結(jié)合注塑成型工藝、裝配工藝對(duì)以上方案進(jìn)行了評(píng)估：

表2 對(duì)比評(píng)估

經(jīng)多輪詳細(xì)分析對(duì)比，取消了原包宿殼的軸向卡扣，最終優(yōu)化方案在軸向限位、抗沖擊強(qiáng)度及壓裝力大小等三方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，且成本適中，全面優(yōu)于原設(shè)計(jì)方案。

需要說明的是，通過CAE進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注意在細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要有較好的連續(xù)性，例如卡扣倒角的角度，卡扣的伸出量等。

3 試驗(yàn)檢驗(yàn)

基于CAE優(yōu)化設(shè)計(jì)后，制備樣件，進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，并與原結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比，試驗(yàn)項(xiàng)目見表3。

表3 試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目

經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化樣件完全滿足使用需求，徹底解決了包塑殼破裂的問題，抗沖擊性及可靠性全面優(yōu)于原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4 結(jié)束語

利用CAE仿真分析技術(shù)，結(jié)合樣件實(shí)際使用工況，搭建合理的仿真模型，仿真效果較好，快速的分析出方案的優(yōu)劣，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，縮短了開發(fā)周期，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，包塑殼滿足使用要求。由此可見，本文描述的相關(guān)包塑件的優(yōu)化方法實(shí)用可行。