基于HyperWorks的变速箱选换挡软轴固定支架有限元分析及优化

张 翔

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于HyperWorks的变速箱选换挡软轴固定支架有限元分析及优化

张 翔

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文以HyperWorks10．0软件为工具，对江淮中重卡变速箱选换挡软轴固定支架进行了有限元分析，确定了支架的应力、形变分布情况；同时对支架结构进行了拓扑优化，并将优化前后支架的应力、位移和质量做了比较。结果表明，优化后的支架既满足刚度和强度的要求，又有效地减轻了质量，达到轻量化、降成本的设计目的。

变速箱选换挡软轴固定支架；有限元分析；拓扑优化

CLC NO.:U463.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)11-48-03

引言

在中重卡中，变速箱是用来传递发动机输出扭矩和改变卡车前进、后退、速度的核心控制器，是卡车上的重要部件之一。变速箱选换挡软轴是通过驾驶室内变速操纵手柄的挡位变换来控制变速箱换挡摇臂和换挡摇臂来实现变速箱档位切换。从而改变卡车的行驶速度。变速箱选换挡软轴固定支架的结构较为关键，它直接关系到变速箱选换挡软轴的正常使用，其应力水平对整个支架的可靠性起决定性作用。为了减少变速箱选换挡软轴固定支架的故障率，设计刚度合适的支架至关重要。本文利用有限元分析软件HYPERWORKS对变速箱选换挡软轴固定支架进行强度与刚度分析，并对支架进行拓扑优化，在保证整体装配的情况下，达到减小应力，节省材料，减轻重量，降成本的目的。

1、计算模型

1.1 基本假设

（1）模型零件的材质均匀且各项同性；

（2）零件所受的到的载荷与施加的约束始终不变。

1.2 模型建立

根据整车布置，确定变速箱选换挡软轴固定支架的安装形式，该重型卡车变速箱布置如图1所示。所设计变速箱选换挡软轴固定支架如图2所示。采用HyperMesh对支架划分网格。最终产生38806个节点和160835个单元。

1.3 参数设置

变速箱选换挡软轴固定支架主材料为 ZG310-570 GB/T 11352材料参数表如表1所示。

表1 零部件相关参数

1.4 边界条件

①位移约束条件：全约束支架主体的三个螺栓孔，螺栓连接用RBE2模拟；

②载荷条件：在支架上施加400N的集中载荷（实际150N，安全系数2.7）。如图4所示

2、计算结果分析

对变速箱选换挡软轴固定支架进行静力学分析，结果见表2.图5和图6分别为支架的位移和应力云图。

表2 计算结果

由计算结果可知，变速箱选换挡软轴固定支架的最大应力值约为250MPa，最大应力为固定支架的三个螺栓孔附近，该位置出现了应力集中，但其未超过ZG 310-570的需用应力值310MPa，满足支架承受拉力范围。

3、拓扑优化设计

在保证支架刚度和强度的情况下，为了提高支架的可靠性，节省材料，减轻支架的重量且降低成本，对原设计支架进行拓扑优化。红色密度部分是应该保留的，而蓝色密度部分是应该考虑去除的，这里的支架底座外部轮廓部分为非设计部分，因此底座外形不能更改，主要对两个固定软轴加强筋和底座中部进行优化，优化后的模型如图7所示。

对优化后的模型进行计算分析，图8和图9分别为优化后支架的位移和应力云图，优化前后对比表见表3。

Gearbox HyperWorks choose fixed support of finite element analysis and Optimization Based on shift shaft

Zhang Xiang

（Anhui Jiang Huai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

This paper using HyperWorks10.0 software as the tool, on the heavy truck gearbox shifting shaft fixing bracket of Jianghuai in finite element analysis was carried out to determine the support, stress, deformation distribution; at the same time to support the topology optimization, and the optimization before and after stress, displacement and quality compare. The results show that, after optimized support not only satisfy the stiffness and strength requirements, and effectively reduce the quality, achieve the lightweight, reducing design cost.

gearbox shifting shaft bracket; finite element analysis; topology optimization

U463.3

A

1671-7988(2014)11-48-03

张翔，助理工程师，就业安徽江淮汽车股份有限公司商用车研究院离合变速科室，从事离合器、变速箱及选换挡操纵布置等工作。