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基于ABAQUS的手动挡换挡机构可靠性仿真

景建敏陈小东杨怀刚张小涛王翀代鹏飞王青娟

(重庆长安汽车股份有限公司，动力研究院，重庆，401120)

摘要:本文主要阐述利用ABAQUS对手动挡车辆的换挡机构进行结构仿真，包括模态、刚

度、强度分析，并结合Optistruct对换挡底座进行拓扑优化，ABAQUS进行最终方案的强度校核，

体现了ABAQUS在换挡机构开发过程中的重要作用。

关键词:换挡机构，刚度，强度，拓扑优化

StructuralSimulationoftheManualTransmission

ShiftingMechanismbyABAQUS

JingJianmin,ChenXiaodong,YangHuaigang,ZhangXiaotao,WangChong,DaiPengfei,WangQingjuan

(PowertrainInstituteofChangAnAutomobileCo.Ltd,Chongqing,401120,China)

Abstract:Thispaperillustratethestrengthsimulationworkflowofmanualtransmissionshiftingmechanismby

ABAQUS,includethemodal,stiffness,strengthandthentopologyoptimizationbyOptistruct.Designcheckedby

ABAQUStoshowtheimportanceofABAQUSinthedevelopmentofmanualtransmissionshiftingmechanism.

Keywords:shiftingmechanism,stiffness,strength,topologyoptimization

0引言

手动挡，也称手动变速器，英文全称为Manualtransmission，简称MT，即用手拨动换挡操

纵总成才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。家用轿车主要

采用软轴连接的换挡机构，通过换挡机构上拉锁销位置的变化，推动拉锁钢丝内芯改变拉锁的

[1]

长度分配，拉动或者推动变速箱摆臂实现换挡。

以往换挡机构概念设计初期，其布置及结构设计主要依据设计者的经验确定，得到的往往

是可行设计而非全局最优设计，需经多轮优化才能满足设计要求，导致设计周期长，费用高，

[2]

效率低。随着行业内对换挡机构的研究日趋成熟，车企对产品的开发周期以及轻量化提出更

高的要求，因此应用仿真手段对项目开发进行分析和优化，无疑是一件非常有意义的事情。

本文以某手动挡车型软轴连接换挡机构为例，应用ABAQUS及Optistruct对换挡机构进行

强度分析及拓扑优化，在达到轻量化和降本目标的同时，也保证换挡机构各部件的功能实现和

良好可靠性。

1换挡机构组成

图1.换挡机构主要组成部件

-1-

手动挡车型操纵机构主要组成部件如图1所示，其主要由手柄球组件、换挡销、换位销、

拉索固定点、换挡摇臂、选挡摇臂、换挡杆组件、换挡杆、提环或按钮、上提机构、限位块及

限位墙等构成。

2换挡机构FEA分析

目前行业内，换挡机构的结构仿真分析软件主要为达索公司的ABAQUS。换挡机构应具有

[3]

足够的刚度和强度，且连接间隙要小，否则将影响换挡手感。因此，项目开发过程中，需通

过仿真分析手段对换挡机构的结构模态、刚度、强度等方面进行评估和优化。

2.1有限元建模

有限元模型（FE模型）包括：手柄杆、球头盖板、换挡底座、转动外球头、转动内球、球

头衬套、选择臂、选挡拉锁销轴、转轴、选挡球轴、弹簧、选挡球头衬