拖拉机变速箱拨叉的拓扑优化研究

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1、拖拉机变速箱拨叉的拓扑优化研究　　摘要：拨叉是变速器结构中重要的承载部件。本文利用有限元分析软件对变速箱拨叉进行了结构分析，得到了变速箱拨叉在静力作用下的位移分布云图和应力分布云图。分析结果表明，该变速箱拨叉强度存在较大富裕，具有轻量化的优化空间。利用solidThinkingInspire工具建立了变速箱拨叉的拓扑空间，进行了工况载荷的定义，得到了拨叉在静力作用下的整个拓扑概念模型，经过优化后的变速箱拨叉满足刚度、强度的要求，大大节约了工程材料，为设计提供了有价值的理论依据。　　关键词：拨叉solidThinkingInspire概念模型拓扑　　中图分类号：TP29文献标识码：A

2、文章编号：1672-3791（2015）08（b）-0000-00　　1引言　　拨叉[1]应用于拖拉机的变速箱的换挡机构中。作为变速器的重要部件，拨叉不仅要有足够的刚度、强度，还要有良好的可靠性。本文利用UG[2]建立了拨叉的三维模型，利用有限元软件[3，4]对拨叉进行了强度分析。利用solidThinkingInspire[5]工具建立了变速箱拨叉的拓扑空间，得到整个拓扑概念模型，大大节约了工程材料，为设计提供了有价值的理论依据。　　2变速箱拨叉强度分析3　　在UG中按设计图纸尺寸对拨叉进行了简化的三维建模，利用UG与ANSYS软件的接口将所建立的拨叉三维模型导入ANSYS软件中

3、。　　变速器拨叉的材料选用铸钢ZG310-570，屈服强度310MPa，抗拉强度570MPa，弹性模量为E=206Gpa，泊松比为0.3，对三维模型进行网格划分。由于拨叉一端绕轴旋转；拨叉两侧往复与齿轮面接触受力，所以在有限元软件中采用孔固定约束。拨叉叉爪两侧所承受的最大载荷为7KN，加载与拨叉爪两侧面上，方向为侧面的垂直方向。　　对变速箱有限元模型进行求解，得到变速箱拨叉的位移分布云图和应力分布云图，如图1和图2所示。　　有静力分析结果可知，变速箱拨叉最大形变发生在两个拨爪处，其大小为0.05957mm，满足设计要求。最大应力发生在两个拨爪与基体的连接处，大小为106.798MP

4、a，在铸钢的强度范围之内，满足设计要求。所以变速箱拨叉强度存在较大富裕，具有轻量化的优化空间。　　3变速器拨叉的拓扑优化　　将模型导入SolidThinkingInspire中。将中间部分定义为变速箱拨叉的设计空间，根据变速箱拨叉的实际工况，对孔进行固定约束，定义相应的载荷，将形状约束设置为单向拔模对称约束。　　对模型进行解算，解算后的模型如图3所示。　　将SolidThinkingInspire优化后的概念雏形保存为stl文件，将其作为重建模型的参考。结合零件制造的工艺性要求，将stl文件导入到CAD软件中进行重建，图4为重建的变速箱拨叉模型的高清渲染图。3　　该结果表明新设计的

5、变速器拨叉不但满足性能要求，而且质量减少了20%，实现模型优化与工艺性的统一。该优化设计方法达到了降低零件制造成本的目的。　　4总结　　（1）本文利用ANSYS得到了变速箱拨叉在静力作用下的位移分布云图和应力分布云图。结果表明变速箱拨叉强度存在较大富裕（2）利用solidThinkingInspire软件在静强度下对变速箱拨叉进行了结构拓扑优化。通过优化使变速箱拨叉材料达到一个最优化的分布，在满足给定刚度和强度条件下使拨叉的用料最少，节省了大量工程材料。　　参考文献c　　[1]孙付春，钱扬顺，等.基于实体的插秧机拨叉工艺研究及模具设计[J].中国农机化，2013，34：117-11

6、9.　　[2]高东强，黎忠炎，等.基于UG的圆柱凸轮参数化建模与仿真加工[J].机械设计与制造，2010，10：207-209.　　[3]赵永辉，马力，王元良，等.自卸车举升机构三角臂拓扑优化设计[J].专用汽车，2009，9：33-34.　　[4]周玮，等.中高压法兰蝶阀阀体结构强度的有限元分析[J].机械设计与制造，2010，7：218-220.　　[5]张克鹏，仇虎山，邓超.solidThinkingInspire在汽车板簧支架中的应用[J].汽车工程师，2013，10：24-26.3