基于有限元法的变速器后盖的分析

乔湘鹤，方向进，蒙远春，叶伟飞，吴江

(浙江万里扬变速器股份有限公司研究院，浙江金华 321000)

基于有限元法的变速器后盖的分析

乔湘鹤，方向进，蒙远春，叶伟飞，吴江

(浙江万里扬变速器股份有限公司研究院，浙江金华 321000)

结合有限元软件对市场出现的变速器后盖问题进行了分析，并提出了针对性改进，提高了变速器的使用安全性。

变速器后盖；有限元分析；制动

0 引言

现代汽车制动以及驻坡虽然已经有相当部分采用了排气制动以及断气刹的模式，但是手制动器制动方式仍旧占有相当大的比例，主要为在变速器的后输出端加装一个手制动总成，如图1所示。

其中手制动器底盘与变速器后盖联接，手制动鼓与变速器凸缘联接。当拉紧手制动时，手制动底盘上的蹄片扩张与手制动鼓相接，从而产生一个摩擦力矩，阻止变速器凸缘转动，保证变速器无输出到传动轴，从而锁死整个车辆，保证车辆的驻坡和辅助制动。

1 后盖故障模式

日前，某公司生产的530变速器在市场上出现了部分变速器后盖因车辆低速行驶时使用手制动辅助刹车而导致后盖破裂的情况。针对该问题，作者进行了一系列分析。图2为变速器后盖破损照片。

通过对现场故障照片的分析以及初步判断，应该为手制动过程中，后盖上部的固定、定位螺栓单独受力，导致该部分局部应力过大，从而破裂。

2 模型的建立以及受力分析

极端情况下，可以认为后盖上部螺栓单独受力，受力简图如图3所示。

受力大小分析：

(1) 根据汽车驻坡最小制动力计算

通过查询代表车型，其总质量不大于6 t，后桥速比为6.67，轮胎为7.5R16，滚动半径为388 mm。假设按通常的驻坡能力20%计算，则可以得到手制动最小驻坡力矩：

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

后盖手制动固定螺栓到后盖中心距离为79 mm，极端情况下，该处受力:

Fmax=684.09×1 000÷79≈8 659 N

(2) 按照行车制动要求

按照车速30 km/h，如果完全要求手制动器进行制动，行车制动距离可以按标准计算：

s<0.15v+v2/50.9≈22.18 m

当不考虑车辆其他的阻力因素时，可以认为:

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为制动力；a为减速度。

手制动制动力矩：

M=9 360×0.001×388÷6.67≈544.48 N·m

该车辆在手制动力矩达到544.48 N·m时已经能够满足车辆的行车制动要求，通过调查实际使用要求，设定车辆3 s制动成功，则：

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

后盖手制动固定螺栓受力为：

Fmax=977.27×1 000÷79=12 370 N

同理，当制动时间为2 s和1 s时，后盖手制动螺栓受力分别为

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时)

3 模型建立以及计算结果分析

手制动定位螺栓与后盖定位螺栓孔之间为间隙配合，理论上两者为线接触，但是考虑HT200的柔性，该处两者接触在模型计算中，设定为一个宽度为4 mm的接触面，如图4所示。

因实际使用中静止制动基本无损坏状况，故直接验算辅助制动模式。当受力为上文所述第二种情况时，即受力为12 370 N时，计算结果见图5。

当受力为上文所述第三种情况时，即受力为18 423 N时，计算结果见图6。

通过分析可以看出：后盖的最大应力点与实际损坏位置相当，最大应力值分别是155.42、231.47 MPa。也就是表明只有当车辆完全采用手制动器进行行车制动时，且是迅速地强行行车制动时，才会发生后盖壳体的损伤情况，

4 结论

通过以上分析，为满足车辆的使用要求，作者优化了后盖壳体的局部，并再次进行了分析，得出如图7所示计算结果。

在18 423 N，即最恶劣的情况下，壳体应力值也只有175.58 MPa，低于HT200的材料应力值，使得变速器后盖的损坏可能降到最低。

【1】 全国工业车辆标准化技术委员会.GB T18849-2011 机动工业车辆 制动器工作性能和零件强度[S].北京:中国标准出版社，2012.

【2】 吴宗泽.机械零件设计手册[M].北京：机械工业出版社,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

乔湘鹤(1980—)，男，学士，工程师，从事变速器、减速方面的开发设计工作。E-mail：wind_q@sina.com。