基于Abaqus的变速箱壳体强度有限元分析.docx

基于Abaqus的某款变速箱壳体强度有限元分析

宋起龙

（东风汽车公司技术中心，武汉，430058）

摘要:本文以某款MT变速箱壳体为例，系统介绍了变速箱壳体有限元建模方法，针对壳体

结构说明了轴承孔处载荷施加方式，按照一档工况的实际受力情况完成了载荷施加和边界条

件的定义，利用Abaqus软件对模型进行了求解，获取了变速箱壳体的位移及应力集中位置，

提出了优化建议，为后续的方案设计定型提供了指导。

关键词:变速箱壳体强度有限元优化

Abstract:Inthispaper,anMTgearboxcaseistakenasanexample，thefiniteelementmodeling

methodoftransmissionhousingissystematicallyintroduced,.Accordingtotheactualforceofthe

firstgear,thedefinitionofloadandboundaryconditioniscompleted,Themodelissolvedby

Abaqussoftware,thedisplacementandstressconcentrationpositionofthegearboxareobtained,

andtheoptimizationsuggestionsareputforward,whichprovidesguidanceforthedesignofthe

follow-upprogram.

Keyword:GearboxStrengthFEAOptimizationdesign

1概述

变速箱是汽车上重要的传动机构，当车辆在路面上行驶时，容易受到多种冲击和振动，

变速箱壳体的强度必须满足使用要求，同时，壳体强度的好坏也直接影响变速箱总成的设计

质量。

由于变速箱壳体是用于安装变速箱传动机构及其附件的壳体结构，其受到的外载荷较

大，特征比较复杂，设计人员在开发变速箱壳体时，其结构会存在一些不合理之处，从而影

响变速箱壳体的强度，导致在台架试验及道路耐久试验过程中出现开裂和变形等情况。

按照传统的方法，汽车企业对于新动力总成强度性能的评估都是利用样件在台架或各

道路试车场进行测试，该方式虽然是最直接且最准确的，但测试时间十分冗长且耗费人力与

物力，即使发现了问题，再去优化设计，势必会延长开发周期，增加经济成本，从而消弱产

品在市场上的竞争力。

Abaqus是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线

性分析到许多复杂的非线性问题。

本文针对某MT变速箱壳体结构，建立了有限元模型，针对变速箱一档工况，说明了

壳体结构载荷施加方法，通过计算，获取了变速箱壳体的位移及应力分布，提出的优化建议，

对后续设计提供了一定的数据参考。

2有限元模型的建立

变速箱壳体包括变速器壳体和离合器壳体，因内部齿轮，轴承等传动部件较多，其壳

体结构较为复杂，几何中倒角，尖叫等小特征较多，为提高仿真分析精度和节约分析时间，

本文已3mm的单元尺寸建立四面体实体模型。变速器和离合器壳体一般通过螺栓连接，采

用Beam和RBE2单元相结合的方式模拟，其中，梁单元模拟螺杆，其截面属性要和螺栓实

际相符。

变速箱壳体的材料一般为铝合金，赋予模型材料属性，其中弹性模量为：2.1E5Mpa，

泊松比为0.3，密度为2.7E-9t/mm3。材料的应力应变曲线如图1所示。

图1变速箱壳体材料应力应变曲线

因变速箱和发动机相连，在连接的端面，约束其螺栓连接孔全部自由度。

所建立的有限元模型如图2所示。

图2某变速箱壳体有限元模型

3变速箱壳体载荷施加

建立完成有限元模型后，对壳体进行载荷施加，对变速箱壳体，其受到的载荷主要为轴

承孔处的径向压力和轴向力。壳体载荷由仿真软件Romax得到，在不同的档位下，变速箱

壳体所受的载荷大小和方向各不相同，由于一档工况最为苛刻，本文重点分析一档工况下，

变速箱壳体的强度，变速箱内部齿轮轴可分为：输入轴、中间轴和输出轴，相对应的格轴轴

承孔位的径向力和轴向力，分别如图3和图4所示。

图3变速器壳体各轴承孔载荷图4离合器壳体各轴承孔载荷各轴

承孔处径向力和轴向力的大小，如表1所示。

变速器壳体载荷单位（N）离合器壳体载荷单位（N）

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