变速箱变速叉轴断裂分析及优化设计.doc

变速箱变速叉轴断裂分析及优化设计 张小坤 （中国重汽集团大同齿轮公司技术中心，山西 大同 037006） 【摘要】以变速箱变速叉轴为研究对象，通过对变速叉轴断口位置及形状的分析，给出变速叉轴的优化设计方案。针对优化后的变速叉轴，应用Pro/E软件建立三维数模，应用ANSYS Workbench软件进行强度分析，得出变速叉轴强度满足设计要求。应用ANSYS Workbench软件得出S-N曲线和疲劳敏感性曲线，并结合变速叉轴强度分析结果，当换档导块实际承受的载荷为1700N时，变速叉轴的使用寿命为1.2e+5次，可以满足变速箱的设计要求。 【关键词】WORKBENCH；S-N曲线；疲劳敏感性；使用寿命 Optimizes Design and Fracture Analysis of Shift Fork Shaft of the Transmission ZHANG Xiao-kun (China National Heavy Duty Truck Group Datong Gear CO.LTD Technology Center,Datong 037006,Shanxi) 【Abstract】To shift fork shaft of transmission as the research object, through the shift fork shaft position and shape of the fracture is given shift fork shaft optimal design. For optimized shift fork shaft, Application of Pro/E software establishment three dimensional Mathematical Modeling, Application of ANSYS Workbench software carries out the finite element analysis，Come to shift fork shaft strength to meet the design requirements. Application of ANSYS Workbench software Obtaines the S-N curve and the fatigue sensitivity curve, combined with Shift fork shaft strength analysis, When shifting the load bearing guide block the actual time for the 1700N, Shift fork shaft service life 1.2e +5 times, it can Meet the design requirements of transmission. 【Key words】WORKBENCH；S-N curve；Fatigue Sensitivity；Useful Life 0 引言 变速箱是汽车传动系统的主要组成之一。变速箱主要由齿轮、轴、箱体、轴承等零部件组成，通过不同的齿轮之间的组合来实现变速和变矩。对于变速箱的要求，除了便于制造、使用、维修以及质量轻、结构紧凑外，还有以下几个特点： 1）、汽车具有良好的动力性和经济性指标； 2）、具有较高的传动效率； 3）、操纵轻便、工作可靠； 4）、具有空档和倒档。 17GOAg-ZB1K变速箱是大齿公司在引进日产柴的必威体育精装版技术研发的MPT21B变速箱基础上开发出的产品。该变速箱档位多，传动比大，承载储备系数大，是载重20-30T载货汽车、自卸车、集装箱车的最佳匹配。该变速箱在进入市场使用中，有部分用户反映一、倒档变速叉轴从转换槽端面整齐断裂，导致一、倒档带档摘不下档的现象。为了解决变速叉轴转换槽端面断裂问题，我们对其进行拆箱检查，根据拆箱情况进行分析，提出了改进措施，运用有限元分析软件ANSYS Workbench对变速叉轴的优化结构进行强度、寿命分析，从而得到变速叉轴的最佳设计方案。 1、变速叉轴断裂分析 经拆箱检查，发现一、倒档变速叉轴断裂，断裂位置在转换槽端面处，如图1所示。断裂平面为转换槽的右端面，从断口形状（图2）可以观察到： 1）、变速叉轴转换槽的右端面有明显的挤压变形的痕迹。这说明在换档转换变速过程中变速叉轴受到换档转换摇臂的冲击载荷较大，产生明显的塑性变形。 2）、变速叉轴转换槽的右端面加工倒角为R1。由于该处倒角（R1）较小容易导致应力集中，当变速叉轴在工作状态受较大外力作用时，容易在此处产生疲劳裂纹，并导致变速叉轴在该平面产生断裂。