浅析变速箱壳体设计与工艺结合

丁兆福，翁晓明，姬腾飞，武倩倩

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

浅析变速箱壳体设计与工艺结合

丁兆福，翁晓明，姬腾飞，武倩倩

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章基于汽车自动变速箱壳体的设计开发流程，对自动变速箱壳体的设计进行全面系统的分析和讨论。在变速箱壳体的设计过程中，结合系统开发、拓扑优化、强度校核、工艺分析、加工分析和装配分析等几个方面，总结出变速箱壳体在设计开发过程中所需要关注的方面。

变速箱壳体；设计开发；工艺

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.002

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-04-03

引言

变速箱壳体是变速箱系统零部件中的体积最大、结构最为复杂、加工最为繁琐的零部件，在设计时需要充分考虑铸造、加工的工艺性，而且需要保证能够满足变速箱内部零部件的安装、运转以及润滑等功能的实现，尤其是自动变速箱更要考虑上述因素。一个成功的设计是能够高效的将设计转化为便于制造，合格率高的产品。

如果变速箱壳体设计合理，那么将会为铸造、加工、装配等工艺节省大量成本，同时也会帮助变速箱系统实现变速箱的功能，包括内部零部件的支撑与运行，油液的驱动与润滑，因此一个成功变速箱壳体的设计必须要与工艺方面相结合。

1、变速箱壳体设计过程

1.1变速箱壳体设计流程

变速箱壳体的设计是由外部输入开始、功能验证结束，具体的设计流程如下图1所示：

在壳体设计之初需要对边界条件进行确认，包括来自与之匹配的发动机边界、内部零部件的结构布置、外部整车环境的情况等，当布置结构确定之后便进行壳体的初步概念设计。在概念设计时需要充分考虑并进行相关的拓扑优化和强度分析，与此同时完成变速箱壳体的工艺分析，包括制造、加工和装配方面的工艺分析。根据以上分析的结果对模型进行分析和优化，然后利用快速成型的方式按照模型加工壳体，并进行相关的试验验证，根据验证结果进行下一步的模型优化和壳体验证，最终得到满足设计要求的变速箱壳体。

1.2变速箱壳体铸造工艺在设计中的体现

现阶段的变速箱壳体的制造方式基本是采用压铸铝合金的方式，因此在设计时需要考虑压铸成型工艺，充分考虑压铸模具结构，尽量避免在变速箱壳体上出现材料堆积，并尽量保证壁厚的厚均匀性。如果壁厚较厚不但会导致壳体重量增加，同时还会是壁厚区域出现较多气缩孔，从而导致变速箱壳体的气密性无法达到要求；如果壁厚较薄，则无法达到要求的强度，对变速箱的支撑造成较大威胁，壁厚不均匀导致产生气缩孔。如下图2所示：

设计过程中在考虑变速箱壳体壁厚的同时，还需要对壳体铸造工艺性进行考察，要充分关注成型时金属液的流动情况和成型情况，合理的布置渣包有助于将内部气缩孔排到非功能区域，从而不会对壳体功能性部位产生影响。在进行模具结构和模流分析时，还需要考虑金属液成型时间对变速箱壳体的影响，对于变速箱壳体压铸铝液，如果不能及时冷却将会导致壳体成型时存在缩孔和热结。

上图3中左图表示某变速箱壳体模流状态分析以及渣包位置设计，右图表示该变速箱壳体铝液凝固状态模拟分析。

1.3机加工工艺分析

变速箱壳体基本上是较大尺寸的箱体类零部件，壳体存在较大的功能平面，在加工时宜采用卧式加工中心组成柔性生产线，装夹一次完成全部加工内容，避免因为多次加工导致重复定位误差。因此在设计变速箱壳体时要充分考虑壳体定位基准的设计，定位基准的选择合适与否直接关系着壳体上平面与平面、孔与平面、孔与孔之间的尺寸精度和位置精度要求，在选择基准时要遵守“基准重合”和“基准统一”的原则。在变速箱壳体加工时采用一面两销的定位方式进行装夹定位，这样能够有效避免壳体因工装加紧造成的变形，提高加工质量，保证内部特征的精度，如下图4所示：

设计壳体过程中，在考虑加工基准和定位基准的同时，要充分考虑变速箱壳体加工的方便性，大平面适宜用铣刀一次性加工，以保证其平面度，因此大平面设计时要充分避开与其不在同一平面上的特征。设计时还需要考虑需要密封的位置，该位置加工要采用成型刀具一次性加工成型，以保证其粗糙度满足密封需求。1.4 装配工艺分析

设计变速箱壳体时需要考虑变速箱在生产线装配时的姿态，变速箱在装配时有时需要翻转，因此需要在壳体设计过程中考虑翻转时机械手抓取特征，为了保证变速箱在翻转的时候不会出现倾斜和扭转，在该特征的设计时需要考虑该特征的连线经过整个变速箱的质心。

变速箱在装配时需要在托盘上支撑，为了保证变速箱在托盘上能够保持正常的姿态，保证变速箱在过线和静止放置时不会倾斜，因此该托盘支撑点所构成的区域中心同样要经过变速箱的质心。

变速箱是一个封闭的腔体，里面包络各个零部件，因此壳体与壳体之间的密封是必须考虑的。由于变速箱壳体在合装时会挤压变速箱壳体连接面上的密封胶，会将密封胶挤压到变速箱内部，对内部零部件的传动造成较大影响，因此设计壳体时需要合理的设计变速箱壳体的溶胶槽，避免密封胶被挤入到变速箱内部。

为了实现变速箱的良好密封性能，需要在壳体连接面处设置合理的螺栓，螺栓布置的正确于否，取决于螺栓布置的位置及两孔之间的距离。这需要在强度方面及密封方面考虑，两螺栓的连线称为压力线，压力线应该落在结合面上，并且最好布置在结合面的中心线上。为了保证密封性，法兰宽度最小为5mm，螺栓周围结合面法兰宽度最小为 3mm，在空间允许的情况下一般比最小值的 1.5～1.8倍。重要结合面表面粗糙度值Ra应不大于3.2um，接触表面粗糙度值越小，则接触刚度越好。合理选择联结螺钉的直径和数量，保证结合面的预紧力，如下图5所示：

1.5设计与工艺结合的难点

现阶段设计一个优秀的变速箱壳体还存在较多难点，尤其是自动变速箱，在设计时考虑变速箱整体构造的同时，还要考虑与其他功能的配合，例如润滑，在变速箱壳体上设计相关特征以形成完成的润滑油路系统；在壳体上增加导油槽，以实现对变速箱轴承的润滑；在壳体上设计相关特征安装导油板，以防止差速器的搅油现象，如下图6所示：

变速箱壳体一般是由两段或者三段壳体组成，轴系两端的轴承分别安装在不同壳体上，为了保证变速箱齿轴传动的平稳性，在设计变速箱壳体时，必须要考虑壳体合装后轴承孔的平行度和同轴度，为此需要合理设计壳体合装定位销的位置度以及各个壳体上的轴承孔的位置度。以双离合自动变速箱为例，一般设计定位销孔位置度为 0.06mm，各个壳体上的轴承安装孔相对于各自壳体上定位销的位置度为0.06mm，经过大量试验数据表明，如果能保证上述位置精度，齿轮传动能够完全符合变速箱的整机功能和使用要求。

2、结论

单纯完成变速箱壳体的设计较为简单，但是如果要设计出符合制造、加工、装配以及满足整机性能的变速箱壳体需要大量的试验和计算的分析。本文从实际出发，结合变速箱壳体在设计、分析、制造和试验的全过程所出现的问题和总结的经验，对变速箱壳体的设计进行全面系统的解析，当然，在变速箱壳体的具体设计过程中需要更为详细的流程和方法，在此不做详谈。

[1] 陈家瑞.汽车构造[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2] 邱宣怀.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2009.

[3] 胡仁喜,康士廷等.Pro/E5.0 中文版快速入门实例教程[M].北京：机械工业出版社,2010.

[4] 成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2002.

Analysis of design and technology combined with the transmission housing

Ding Zhaofu, Weng Xiaoming, Ji Tengfei, Wu Qianqian
( Anhui Jianghuai Automotive Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Based on the design and development process of automotive automatic transmission housing, the design of the automatic gearbox housing for analysis and discussion of a comprehensive system, transmission housing in the design process, the combination of system development, optimization, strength check, process analysis, process analysis and assembly aspects of analysis, summarized in terms of the transmission housing design and development process needs attention.

transmission housing; design and development; technology

U463.2

A

1671-7988（2015）09-04-03

丁兆福，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。