【摘要】输入轴是变速器中机械齿轮传动机构的重要零件之一，其工作时承受弯矩和扭矩。文章建立了某变速箱齿轮传动机构的模型，运用MASTA软件对输入轴进行了仿真分析，确定了输入轴承受较大应力的位置，并通过改变输入轴的设计结构，研究输入轴结构对轴的强度分析的影响因素。结果表明，输入轴强度在结构设计上受多种因素影响，其中影响较大的因素为壳体刚度、轴过渡圆角设计和轴盲孔深度设计。
【关键词】输入轴；强度分析；MASTA；仿真分析
【中图分类号】U463.212【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2019）04-0040-04
0引言
输入轴是手动变速器齿轮传动系统中的重要零件之一。输入轴通过其前端的花键与离合器从动盘花键连接，将发动机的输出扭矩传递给各级齿轮组和其他部件后传递至汽车车轮，使汽车能够正常行驶。变速器的输入轴承受循环载荷，在工作时承受扭矩和弯矩，不仅要具备足够的强度和刚度，还要在设计过程中保证在最大载荷下有足够的疲劳安全系数，否则会出现输入轴强度不足、断裂或轴耐久疲劳失效导致的手动变速器无法换挡等问题，因此对变速器输入轴进行强度分析具有重要意义[1]。
本文主要使用传动系统运动分析软件MASTA建立变速器输入轴的运动仿真模型，对输入轴上各位置承受的应力进行分析，从而确定输入轴承受最大应力的位置，并通过改变输入轴的设计结构，研究输入轴结构对轴的强度分析的影响因素，进而总结出输入轴强度分析结果和结构因素及其贡献量。
1输入轴强度分析校核指标
本文在MASTA软件中采用SMT方法进行轴类强度分析。MASTA软件中轴类强度分析校核指标较多，按类型划分为位移量类、变形量类、应力值类、力矩值类、安全系数等。本文采用疲劳安全系数、径向变形、弯曲应力3项指标进行分析。
1.1疲劳安全系数
在MASTA软件中，安全系数（Safety Factor，SF）的定义为在所选工况或载荷谱完成后预测的轴离失效的接近程度。安全系数大于1，表明轴在本载荷谱下不会失效；安全系数小于1，表明轴在本载荷谱下会失效。在手动变速器设计过程中，当输入轴的疲劳安全系数大于1时，才能满足设计要求。
1.2径向变形
径向变形（Radial Deformation，RD）指的是轴类零件的轴线在其轴截面的半径方向上的偏移量。当输入轴发生径向变形时，轴线形状发生改变。这将引起轴上齿轮错位，过大的错位将会使得齿轮间不能正常啮合，容易影响输入轴寿命及与其啮合的齿轮的寿命，并会产生传动系统运转不平稳进而产生NVH问题。
1.3弯曲应力
弯曲应力（Bending Stress，BS）指的是轴类零件或梁类零件在承受纵面的横向弯矩或其他载荷时，其横截面上产生的应力。其中，垂直于截面的应力称为正应力，在横截面内的应力称为切应力[2]。弯矩产生的正应力是影响强度和刚度的主要因素，以下主要对弯曲正应力进行分析。弯曲应力其最大值发生在壁厚的表面处，设计时一般取最大值进行强度校核。本文研究的变速器输入轴属于转轴，既承受与传递发动机扭矩，也承受来自轴承及齿轮所给予的横向力，受力工况较为复杂。当输入轴弯曲应力超过其材料许可应力极限时，输入轴将会发生失效，影响变速器正常工作。
2变速器输入轴强度分析
2.1建立输入轴仿真分析模型
本文使用传动系统运动仿真软件MASTA建立了变速器的运动仿真模型。在变速器总成组件里依次进行轴、齿轮副和同步器组件的建模，再从轴承库里选用各类轴承进行合理装配，对于壳体或差速器此类异形件使用有限元导入的方法完成建模。最终搭建好的手动变速器的MASTA仿真模型如图1所示。
2.2仿真模型功率流分析
仿真模型建好后，进行功率流分析，以检查模型的准确性[3]。在变速器设计中，对前进挡而言，一挡速比最大，输出转速最低且输出扭矩最大。故一挡100%扭矩工况下，一挡齿轮所传递扭矩最大，齿轮的啮合力最大，对于输入轴的考验也最大。因此，本文采用一挡100%扭矩工况对变速器输入轴进行强度分析。
变速器输入轴强度分析及其影响因素研究
黄德健1，杨晓彤1，陆凌云1，刘奕驿2，潘琦林2
（1．上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007；2．武汉理工大学，湖北武汉430000）
【作者简介】黄德健，男，广西河池人，本科，上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心工程师，从事变速器开发工作。
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