[发明专利]发动机冲击作用下的变速器壳体极限承载能力预报方法

说明书

本发明公开了一种发动机冲击作用下的变速器壳体极限承载能力预报方法，充分利用线弹性有限元分析计算周期短以及静安全系数预测结构断裂位置准确等优点，快速确定了变速器壳体多个强度薄弱位置；通过进行弹塑性有限元分析，计算变速器壳体多个强度薄弱位置的塑性应变，并将塑性应变等于材料延伸率时的多个强度薄弱位置中最小扭矩作为变速器壳体断裂判据，预报了变速器壳体极限承载能力；由于材料延伸率是结构断裂时的塑性应变，与结构断裂有很强的对应性，所以采用材料延伸率进行变速器壳体极限承载能力评价更准确，精度更高。

技术领域

本发明涉及一种变速器壳体极限承载能力预报方法,具体涉及一种发动机冲击作用下的变速器壳体极限承载能力预报方法。

背景技术

变速器壳体极限承载能力是变速器壳体发生断裂失效时所能承受最大载荷能力。作为重要基础件，变速器壳体应具有足够的强度抵抗发动机强劲扭矩引起的齿轮啮合力以及不平路面引起的变速器惯性力等载荷的作用，以支撑齿轮轴、保护齿轮传动机构，满足整车对变速器不同扭矩及转速的要求。

产品设计过程中，通常采用两种技术手段获得变速器壳体的极限承载能力。

一是试验技术手段，其将变速器总成安装在台架上进行静扭试验，在变速器输入轴上缓慢加载扭矩，当扭矩大于要求值且未发生断裂失效时，则认为结构极限承载能力满足要求。为了获得真实的结构极限承载扭矩，需要进一步加载至结构断裂失效，此时对应的扭矩即为极限承载扭矩。应用试验技术获得的变速器壳体极限承载扭矩直观、真实，但必须有物理样机，试验周期长，相对产品开发比较滞后，不能完全满足产品开发需要。极限承载能力试验属于破坏性试验，试验结束后样件将做报废处理，试验成本高。

二是仿真技术手段，其通过搭建变速器壳体有限元模型，加载所要求的变速器壳体扭矩进行仿真计算，获得变速器壳体应力分布。当应力值低于要求的阈值时，判断结构极限承载能力满足要求。或进一步地将应力评价转化为安全系数评价，当安全系数高于要求的阈值时，判断结构极限承载能力满足要求。在此基础上，假设应力或安全系数与扭矩呈线性关系，根据所要求的阈值，工程师可近似地计算出壳体断裂时的极限承载扭矩。应用仿真技术手段获得变速器壳体极限承载扭矩快速，在产品开发前期即可进行预报，但目前的仿真技术中存在以下问题；①应力有多种形式，如米塞斯应力、最大主应力、最大剪切应力等；应力有多种状态，如拉伸、弯曲、扭转等；材料强度有多种类型，如抗拉强度，抗压强度，抗弯强度等，具体采用哪种应力和哪种材料强度进行极限承载扭矩计算，存在较大的主观性，以致极限承载扭矩计算千差万别，精度低，不能满足产品开发需求。②安全系数评价综合考虑结构应力类型、应力状态和不同应力状态对应的材料强度的影响等，一定程度上规避了工程师的主观性，但计算的极限承载扭矩远低于试验值，较为保守，以致造成变速器壳体物理样机强度后备系数大，质量重，成本高等问题，严重影响产品竞争力。

为此需要找到一种能够精确预测变速器壳体极限承载能力的方法，以满足产品开发需求。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题,本发明提供一种发动机冲击作用下的变速器壳体极限承载能力预报方法，能够精确预测变速器壳体极限承载能力，以满足产品开发需求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的:

发动机冲击作用下的变速器壳体极限承载能力预报方法，包括以下步骤：

S1、建立变速器壳体装配有限元模型：分别对变速器壳体、齿轮轴、齿轮、轴承、差速器、螺栓、轴承垫片进行网格划分，然后通过定义相接触部件之间为接触关系将上述各零部件装配在一起；

S2、定义有限元模型材料：定义各零部件有限元模型材料的弹性模量E、泊松比μ；

S3、施加有限元模型载荷：

1)施加齿轮啮合力有限元模型载荷：根据发动机最大输出扭矩M_e、齿轮速比以及齿轮载荷计算齿轮啮合力，施加到相应齿轮的啮合节点上；