变速箱后壳体开裂分析及优化设计

电动车变速器壳体结构优化
郑松林;屈金茜;石文山;陈有松;刘晖;徐颖
【期刊名称】《机械强度》
【年(卷),期】2015(37)6
【摘要】按7颗钻流程,针对电动汽车变速器壳体裂纹的产生,进行原因排查、有限元分析和结构优化。

首先,通过7钻排查,找到出现问题的制造环节;然后应用Hyperworks 11.0对优化前变速器壳体进行有限元仿真分析,并证明排查出裂纹原因的正确性;其次,对变速器壳体进行了3方面的结构优化,并对优化后的壳体进行有限元仿真分析,从应力分布云图看出其最高应力得到较大降低,且符合强度要求;最后,在台架试验台上进行了6次试验验证,结果表明,优化后的壳体强度和耐久性达到要求,优化方案切实可行。

故通过7颗钻流程解决裂纹问题的结构优化方法对此类质量问题的处理具有工程实际意义。

【总页数】5页(P1168-1172)
【关键词】电动汽车;变速器壳体结构;7颗钻;有限元分析;强度;耐久性
【作者】郑松林;屈金茜;石文山;陈有松;刘晖;徐颖
【作者单位】上海理工大学机械工程学院;上汽商用车技术中心
【正文语种】中文
【中图分类】U463.2
【相关文献】
1.特种车型电动车玻璃钢壳体表面涂装效果改善 [J], 罗晖;郭伟杰
2.电动车2AT变速箱壳体拓扑优化与改进设计 [J], 金阳
3.莱茵金属汽车铝制驱动电动机壳体及电动车领域相关产品 [J], ;
4.汽车变速器壳体设计流程探讨 [J], 杨军
5.壳体柔性对电动车减速器振动影响的仿真研究 [J], 冷毅;章桐;于蓬;方源;缪建华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

飞轮壳、离合器壳、变速器壳破裂原因分析及改进
贾朝军;李艳丽;李春
【期刊名称】《汽车技术》
【年(卷),期】2004(000)004
【摘要】用ADAMS和NASTRAN软件分析计算了飞轮壳、离合器壳、变速器壳之间连接螺栓的受力、动力和传动系总成振动模态以及3壳体的强度.并用试验方法测试了传动系部件在不同不平衡质量、变速器不同挡位和发动机不同转速条件下3壳体的应力变化.根据分析结果对3壳体进行了优化设计,从而有效地解决了这3个壳体部件的破裂问题.
【总页数】4页(P9-12)
【作者】贾朝军;李艳丽;李春
【作者单位】北汽福田汽车股份有限公司;北汽福田汽车股份有限公司;北汽福田汽车股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U472.42
【相关文献】
1.汽车发动机汽飞轮壳破裂原因分析 [J], 岳江
2.6105系列柴油机飞轮壳破裂原因分析 [J], 吕国荣
3.东风6100发动机飞轮壳破裂原因浅析及其预防 [J], 颜承祥
4.柴油机飞轮壳强度有限元分析及结构改进 [J], 王丽凤
5.柴油机飞轮壳强度有限元分析及结构改进 [J], 王丽凤
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前壳体开裂分析及改进作者：刘文根来源：《时代汽车》 2018年第7期刘文根上海汽车变速器有限公司上海市201807摘要：本文介绍了开发过程中，变速器 5 万公里高速耐久路试试验前壳体开裂失效改进过程 , 最后确定本次失效的主要原因为壳体生产过程中铝液净化不良，形成熔合球形颗粒以及模具结构和压铸参数不够合理造成局部组织疏松进而产生壳体在试验过程中局部早期开裂失效。

关键词：变速器前壳体；高速耐久道路试验；开裂失效前壳体是变速器总成的主要零部件之一，变速器内部它承担联接后壳体、作为输入轴总成和中间轴总成的支撑部件；外部它作为动力总成一部分，和发动机、离合器、分离轴承等连接，对变速器的正常运转起到至关重要的作用，因此它的质量好坏直接影响变速器的功能。

1 故障现象 - 离合器不回位在项目开发阶段 , 变速器 OTS 样件在整车厂进行 5 万公里高速耐久道路试验中，客户试验验证组反馈当路试试验进行到试验里程4546公里9.1%时，发现离合器踏板不回位，后检查样车发现变速箱共 2 处部位出现裂纹；如图 1，裂纹分别位于变速器离合器分离拨叉窗口 A和分泵安装支座延伸处 B, 由于壳体开裂造成离合器分泵定位偏移，以致离合器无法回位。

2 失效原因分析2.1 零部件质量分析该变速箱壳体材料为 ADC12 铝合金，经过压铸机压铸后加工制造而成，现对故障变速箱壳体零件质量进行全面分析，包括外观及断裂位置的检查，Ｘ射线检测，原始断口宏微观检查，金相组织检查、布氏硬度检测、化学成分分析、拉伸和冲击性能试验。

2.1.1 裂纹外观祥述为了更好地对断裂部位进行描述和后续分析，变速箱壳体外观及断裂位置请见图 2，断裂位置位于拨叉窗口上端边以上区域，形成两个轴向的弯曲断口，分别命名为断口 A和断口 B，拨叉窗口左右下端角内分别存在一条裂纹，分别命名为左裂纹和右裂纹，左裂纹长度的中心位于加强筋端角边缘，长度方向大致与加强筋长度方向垂直，已穿透壳体壁厚，内表面的裂纹长度大于外表面的裂纹长度。

2021.01 Automobile Parts082Analysis and Improvement of the Cracking Problem of a Car Body Sheet Metal某车型车箱钣金开裂问题的分析与改进收稿日期:2020-05-06作者简介:檀庆榜(1984 ),男,学士,工程师,研究方向为车身设计㊂E-mail:tanqingbang@㊂DOI :10.19466/ki.1674-1986.2021.01.018某车型车箱钣金开裂问题的分析与改进檀庆榜(长城汽车股份有限公司河北省汽车技术创新中心,河北保定071000)摘要:针对某车型车箱开裂问题,采用Hyper works 软件的Hyper mesh 模块对3D 模型进行网格划分并建立了有限元模型,对开裂部位进行CAE 仿真分析,并进行了改进和试验验证㊂结果表明:改进后的方案满足设计要求㊂关键词:CAE 仿真;车身;车箱钣金开裂中图分类号:U463.82Analysis and Improvement of the Cracking Problem of a Car Body Sheet MetalTAN Qingbang(Hebei Automotive Technology Innovation Center of Great Wall Motor Co.,Ltd.,Baoding Hebei 071000,China)Abstract :Aiming at the cracking problem of a car vehicle,the Hyper Mesh module of Hyper Works software was used to mesh the 3D model and establish the finite element model.The CAE simulation analysis was carried out on the cracking part,and the improvement and test verification were carried out.The results show that the improved scheme meets the design requirements.Keywords :CAE simulation;Car body;Car box cracking0㊀引言车身设计过程中,要借助CAE 仿真分析手段,满足车身强度的前提下,以达到结构轻量化及成本最低的目的㊂在车身设计过程中,由于成本㊁质量的压力会出现车身强度不足的情况出现,此时CAE 分析结果的准确性显得尤为重要㊂CAE 仿真分析的准确性固然与建模的准确性㊁输入参数的准确性息息相关,同时与模型的运动分析模拟情况也更为直接㊂本文作者对某车型车箱开裂问题分析㊁改进到验证整个过程的研究,找出了车箱钣金开裂的原因及解决方案,为此部位开裂问题的研究提供了一个参考依据㊂1㊀问题描述车辆在厂区试验厂内进行耐久试验时出现开裂问题,故障里程为2433~21495km ,开裂位置为车箱边板灯角处㊁边板与加强板焊接(二保焊和点焊)位置㊂具体故障模式如图1所示㊂图1㊀开裂图示2㊀原因分析2.1㊀数据结构分析如图2所示,该车型车箱锁体采用柱销锁型式,锁体固定端安装于车型边板总成,锁止端固定于车箱边板总成㊂后板铰链固定于车箱后板总成,通过一个螺栓固定于车箱板边总成,同时该螺栓起到铰链转轴的作用㊂Automobile Parts 2021.01083Analysis and Improvement of the Cracking Problem of a Car BodySheet Metal某车型车箱钣金开裂问题的分析与改进㊀㊀如图3所示,边板外板与内板通过支撑板连接,铰链加强板在安装铰链位置为平板结构,边板外板与铰链安装板直接连接㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图2㊀车箱后板布置爆炸图㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图3㊀车箱边板设计结构2.2㊀实车加速度采集及应力分析2.2.1㊀加速度和应力采集依据设计数据分析,该问题振动源应为车箱后板振动传导至边板铰链加强板,再由铰链加强板将振动传导至车箱边板造成铰链加强板及车箱边板应力过大,最终导致开裂问题出现㊂故对车箱后板进行加速度采集,车同时对开裂部位进行应力采集㊂由于材质屈服强度在不同应变速率下的屈服力差别较大,且随着应变速率的增加,低碳钢的下屈服强度在逐渐增加[1]㊂边板外板材质为DC56D +Z ,屈服强度为120~180MPa ,3处开裂位置应力最小为120MPa ,超出材料屈服强度㊂具体见表1和表2㊂表1㊀加速度采集序号图示位置具体采集数据/g XYZ1㊀车箱后板上角位置877表2㊀应力采集位置边板灯角位置铰链加强板点焊位置铰链加强板二保焊位置图示应力/MPa 1201501602.2.2㊀CAE 仿真分析使用Hyper works 软件的Hyper mesh 模块对3D 模型进行网格划分,建立有限元模型㊂车箱总成为薄板冲压焊接结构,故在Hyper mesh 中以各零部件中面为基础,利用四边形壳单元进行网格划分,建立车箱总成有限元模型,采用实体单元与刚性单元相结合的方式模拟焊缝,长度与实际的焊缝长度相符,得到有限元模型[2]㊂对开裂部位进行总体受力分析,判断车箱后板与边板约束模型的情况存在两种可能性:(1)后板与铰链位置为转动约束,后板锁位置由于柱销锁的特性使X 向受到挤压约束,Y ㊁Z 方向为自由约束;(2)车箱铰链位置为转动约束,后板锁位置X ㊁Y ㊁Z 3个方向均为自由约束㊂以上两种假想简称力学CAE2021.01 Automobile Parts084分析模型,结果见表3㊂表3㊀CAE 仿真分析结果分析模型位置边板灯角位置铰链加强板点焊位置铰链加强板二保焊位置锁位置X 向约束图示应力/MPa 2810064锁位置X ㊁Y ㊁Z 3个方向均为自由状态图示应力/MPa105187187㊀㊀由表3可知当锁位置应该是X ㊁Y ㊁Z 3个方向均处于自由状态时,分析结果与实车采集的各位置应力值基本一致,可以判定该模型与实车状态一致,需在此模型状态下进行方案验证㊂2.3㊀解决方案制定由第2.1节数据分析结论结合第2.2节CAE 分析结果,可以判定是由于铰链安装位置偏软并且车箱外板作为铰链的承力件造成引起车箱相关外置开裂㊂整改思路为铰链安装板与车箱内板间增加连接,形成盒型加强结构,结果见表4㊂表4㊀优化后结果整改方案边板灯角位置铰链加强板点焊位置铰链加强板二保焊位置应力/MPa 169165㊀㊀由表4可以看出优化后3处应力均小于材料屈服强度,满足设计要求㊂3㊀结论车箱后板位置运动约束模型应为铰链位置转动约束,锁位置为自由状态㊂铰链安装点等受力较大位置应该与内板结构设计成封闭的盒型结构,以增强整体结构的强度㊂分别通过4ˑ104km 试验场耐久试验验证及5ˑ104km 中国西南㊁东南㊁西北地区实地耐久试验验证,车箱后板位置无开裂现象,符合设计要求㊂参考文献:[1]田冀锋,刘小蛮,张永建.测试方法对测定金属材料屈服强度的影响及分析[J].实验室科学,2010,13(4):114-116.[2]王磊,张平,午利民,等.前副车架钣金开裂问题CAE 分析及优化[J].上海汽车,2015(9):51-54.[3]TIAN J F,LIU X M,ZHANG Y J.Influence and analysis of testingmethods on determining the metallic material yield strength[J].La-boratory Science ,2010,13(4):114-116.Analysis and Improvement of the Cracking Problem of a Car Body Sheet Metal某车型车箱钣金开裂问题的分析与改进。

基于CAE分析的变速器壳体优化Optimization of transmission Housing Based onCAE Analysis姜志明（上海汽车变速器有限公司产品工程部上海201800）摘要: 本文以某公司自主研发的DCT变速器壳体多工况下的优化设计为例，论述了变速器壳体优化设计的详细流程，通过有限元的拓扑优化设计平台，为变速器壳体优化设计提供了较好的理论依据，在多种工况下可以极快地找到产品优化区域结构形状，提高了产品的研发质量与效率。

关键词: 变速器壳体设计静态分析模态分析拓扑优化Abstract:This thesis is based on the example of optimization design of a double-clutch transmission (DCT) housing developed under several load cases. This thesis focuses on detailed optimal design procedures of transmission housing through CAE topology optimization design platform, which not only provides good theoretical basis for optimization design of the transmission housing, but also can quickly obtain structure shape of the product 's optimization area with different load cases. Thus, the product R&D quality and efficiency can be improved. Key words: Transmission, Housing design, Static Analysis, modal analysis, Topology Optimization1前言变速器壳体为变速器的关键零件，其内安装着变速器齿轮、轴、轴承等重要零部件，通过壳体使变速器固定到整车上。

变速箱壳体课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握变速箱壳体的基本结构、材料及制造工艺；2. 使学生了解并掌握变速箱壳体的设计原理和关键参数；3. 帮助学生理解变速箱壳体与其他部件的配合关系及影响。

技能目标：1. 培养学生运用CAD软件进行变速箱壳体三维建模的能力；2. 提高学生运用CAE软件进行变速箱壳体强度、刚度分析的能力；3. 培养学生根据分析结果对变速箱壳体结构进行优化设计的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设计及制造工艺的热爱和兴趣；2. 培养学生具备团队协作精神，提高沟通与交流能力；3. 增强学生的创新意识，培养解决实际工程问题的能力。

课程性质：本课程为机械设计制造及其自动化专业高年级的专业课程，以实践性和应用性为主。

学生特点：学生具备一定的机械基础知识和技能，具有一定的自主学习能力和创新意识。

教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和工程素养。

通过本课程的学习，使学生能够具备变速箱壳体设计、分析和优化的能力，为将来从事相关工作奠定基础。

同时，注重培养学生的团队协作、沟通表达及创新能力，提高学生的综合素质。

二、教学内容1. 变速箱壳体的基本结构及功能：讲解变速箱壳体的组成部分、作用及其与其他部件的连接关系。

- 教材章节：第二章 变速器结构与原理- 内容列举：壳体结构、材料、功能、连接方式2. 变速箱壳体设计原理：介绍变速箱壳体的设计原则、关键参数及其影响。

- 教材章节：第三章 机械设计原理- 内容列举：设计原则、强度计算、刚度计算、振动噪声控制3. 变速箱壳体制造工艺：分析变速箱壳体的主要制造工艺及其特点。

- 教材章节：第四章 机械制造工艺- 内容列举：铸造、焊接、机加工、表面处理4. 变速箱壳体三维建模与CAE分析：讲解如何利用CAD/CAE软件进行变速箱壳体的建模、分析及优化。

- 教材章节：第五章 计算机辅助设计与分析- 内容列举：CAD建模、CAE强度刚度分析、结构优化5. 变速箱壳体设计实例分析：通过实际案例，分析变速箱壳体设计的全过程，提高学生的实际操作能力。