变速箱变速叉轴断裂分析及优化设计

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1、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ANSYSWorkbench软件进行强度分析，得出变速叉轴强度满足设计要求。应用ANSYSWorkbench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

2、敏感性；使用寿命OptimizesDesignandFractureAnalysisofShiftForkShaftoftheTransmissionZHANGXiao-kun(ChinaNationalHeavyDutyTruckGroupDatongGearCO.LTDTechnologyCenter,Datong037006,Shanxi)【Abstract】Toshiftforkshaftoftransmissionastheresearchobject,throughtheshiftforkshaftpositionandshapeofthefracture

3、isgivenshiftforkshaftoptimaldesign.Foroptimizedshiftforkshaft,ApplicationofPro/EsoftwareestablishmentthreedimensionalMathematicalModeling,ApplicationofANSYSWorkbenchsoftwarecarriesoutthefiniteelementanalysis，Cometoshiftforkshaftstrengthtomeetthedesignrequirements.ApplicationofANSYSWorkb

4、enchsoftwareObtainestheS-Ncurveandthefatiguesensitivitycurve,combinedwithShiftforkshaftstrengthanalysis,Whenshiftingtheloadbearingguideblocktheactualtimeforthe1700N,Shiftforkshaftservicelife1.2e+5times,itcanMeetthedesignrequirementsoftransmission.【Keywords】WORKBENCH；S-Ncurve；FatigueSens

5、itivity；UsefulLife0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最新技术研发的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

6、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ANSYSWorkbench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

7、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。图1一、倒档变速叉轴断裂位置图2断口形状2、变速叉轴优化设计变速叉轴的材料为45#钢（GB/T699-88）。综合拆箱观察并通过变速叉轴断裂原因进行分析，我们针对变速叉轴的材料和结构进行了优化设计，具体措施如下：1）、材料方面：材料由45#钢改为40Cr。40Cr含碳量为0.37%～0.44%，比45#钢（0.42%～0.50%）略低，Si、M