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CAD/CAE 软件应用课程考核论文 题目: 二轴变速器下箱体的有限元分析 学号： 11415010407 姓名： 冯 新 电话：二轴变速器下箱体的有限元分析 摘要：本文是利用 CATIA v5 软件建立了二轴变速下箱体三维有限元模型，并 对该模型进行高级网格划分和三维模型的静态分析，然后添加载荷和约束条件， 得出该模型的位移，变形和应力变化情况。 关键词：变速下箱体；网格划分；静态分析；变化情况 引言 变速器是汽车必不可少的几个重要部件之一，他主要用于改变发动机的转 矩和转速，以适应在起步、加速行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下 汽车的需要。变速器的种类有很多种，其中的固定式变速器子在轿车中使用最 为广泛，又可分为两轴，三轴和多轴式变速器。 1由此可见，研究变速器对汽 车产业发展具有十分重要意义。 两轴式变速器较多用于微型轿车，这样可将变速器和主传动器组成一个整 体，使传动系的结构紧凑，汽车得到较大的有效空间，便于汽车的总体布置。 2所 以，通过用 CATIA 软件对二轴变速器下箱体建立实体模型，并对它进行静态分 析，可以更准确的了解其各个部位的受力情况和形变情况，使设计人员对变速 器的使用寿命，材料使用和传动效率的影响有更进一步的了解和改进。 一、二轴变速器下箱体有限元模型 1.1 模型的建立 进行有限元分析时有限元模型是基础， 也是进行前处理的重要部分。在对汽车二 轴变速器下箱体进行有限元分析时,首先 要建立准确的实体模型。按照二轴变速器 下箱体的二维图尺寸，用 CAD 软件中的零件设计进行三维实体建模，实体三维 图如右图所示。 在后续的有限元分析前，限于 CATIA 现有功能的限制对二轴变速器下箱体 进行合理简化建立模型，一些不影响有限元分析的细节可以忽略。通过建立平 面，绘制轮廓，约束尺寸，拉伸等一系列零件设计功能建立有限元模型，其建 立的下箱体模型如下图所示。 1.2 模型结构 此次分析的有限元模型是二轴变速器下箱体，其结构主要构成有：端盖固 定槽、螺栓孔、销孔、放油螺塞孔、盖板螺孔、地脚螺栓沉孔、螺栓凸台和沉 孔、吊钩等。 3变速箱挂入前进档的档位不同,传给输出轴的扭矩也不同 ,不断增 大, 使得整个工作系统能够得到较大的动力。 4 二模型的有限元分析 为了方便后面 CAE 的分析模拟，需要提前进行更加细致的进行有限元网格 划分，有限元网格划分是进行有限元数值模拟分析至关重要的一步，它直接影 响着后续数值计算分析结果的精确性。将结构离散化, 即对连续体进行离散化, 利 用简化几何单元来近似逼近连续体,然后根据变形协调条件综合模拟分析结果。 5 2.1 高级网格划分 进入【分析与模拟】中的【高级网格划分工具】进行静力分析，在【全局 网格参数】中定义【网格尺寸】为 3mm，【约束垂度】为 0.5mm，【最小尺寸】 为 0.5mm；然后 【添加/移除控制】和【强制单元】设定后划分网格如下图所示， 总共节点总数 17990 个，单元总数 78903 个。 2.2 材料属性和三维属性 进入【动态分析】工作台后点击 加入 steel 材料和 【3Dproperty】指定 三维属性，如下图所示，然后进行动态力学分析。 2.3 添加约束和载荷 在添加约束条件前首先要划分单元(23mm），然后点击【Clamp】按钮 在箱体底座面作为约束固定端，完成固定；由于是按比例创建的有限元三 维模型，所以在工具栏内的【Moment】按钮 在轴承支撑端面前后施加方向 相反、大小相同的 200Nxm 的扭矩（即轴向力），在箱体的上断面施加 100Nxm 的力模拟上箱盖向下产生的压力。如图所示。 图为添加约束和载荷 2.4 计算结果 所有力设置好后，点击【Computer 】 按钮，对所有的力进行计算。计 算完成后选择【ImageGeneration】（图像生成），在选项中分别选择 三个按钮，就会显示动态模拟后的形变、应力和位移图像。然后 对应力图进行中间剖析，应力图像中选择下方【Analysis Tools】选择【Cut Plane Analysis】 进行剖切分析，同时在图形区中操作罗盘查看内部应力图像。各 个图像如下： 形变图 位移图 应力图 内部应力图 三、结论 本文比较准确的反应出二轴变速器下箱体经轴承受力而得到的轴承应力分 布，对上述分析结果图可以看出两轴端面之间的应力最为集中，施加下给相反 的扭矩后两段向中间产生了比较严重的形变；由于轴端面圆下面有加强筋的巩 固，使得中间及以下未产生较为严重的形变，与之相反，当在与上箱体接触的 地方向下施加载荷而产生的形变较严重。对此可以得出结论，加强筋在实际零 件使用中可以很好的改变应力，提升零件的物理性能和使用寿命。 除此之外，变速器箱体的强度大小也是其承受应力的重要参数， 6经上述 结果可以知道，实际工业制造中，在应力集中的地方加强变速箱箱体材料的强 度可以很好的增加其寿命与机械间的磨损。 1 郝京顺汽车变速器的发展北京汽车,2005,4(15):49-50. 2 陈家瑞.汽车构造 .第二版.北京：机械工业出版社，2005：40-61. 3 朱龙根.简明机械零件设计手册M.北京:机械工业出版社 ,1997. 4 刘军，变速箱箱体的设计及有限元分析.淮海工学院学报（自然科学版）.