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论文所属行业:汽车

变速器换挡拨叉可靠性分析及优化

柯有恩1,2，李凤琴1,2，马小英1,2

（1.重庆长安汽车股份有限公司动力研究院，重庆401120

2.汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室，重庆，401120）

摘要：应用Abaqus软件对某变速器五、七档换挡拨叉进行强度及平衡率分析，计算出最大

应力不满足疲劳强度要求。在不影响装配的基础上，优化变速器换挡拨叉的结构，降低了拨

叉的最大应力，缩短了产品开发时间。

关键词：换挡拨叉；强度；平衡率；疲劳寿命

ReliabilityAnalysisandOptimizationofGearboxShiftingFork

KeYou’en,LIFengqin,MaXiaoying

(1.ChongqingChanganAutomobileCo.,Ltd,PowertrainRDInstitute,Chongqing401120China;

2.StateKeyLaboratoryofVehicleNVHandSafetyTechnology;)

Abstract:Thestrengthandbalancerateof5/7gearshiftforkofthetransmissionwereanalyzedby

usingthesoftwareAbaqus，andtheresultsshowedthatthemaximumstressdoesnotmeetthe

requirementsoffatiguestrength.Withoutaffectingassembly,optimizingthestructureofthegear

shiftforkofthetransmission,themaximumstressoftheforkwasdeclinedandthetimeof

developmentwasshortened.

Keywords:gearshiftfork;strength;balancerate;fatiguelife

0引言

生卡滞现象。本文对某变速器五、七档换挡拨叉

进行可靠性分析，校核换挡拨叉强度及换挡拨叉

换挡拨叉的作用是拨动同步器齿环，以实左右叉脚变形平衡率是否满足要求。

现各前进档齿轮的结合与分离，达到切换档位的

目的。它是变速器中重要的零件，其可靠性直接

1有限元模型描述

关系变速器能否正常工作。根据其受力特点，换

1.1仿真模型和材料参数

挡拨叉应具有较高的强度及弯曲刚度，避免分离

时拨叉弯曲变形过大甚至断裂，使变速器工作异

常。换挡拨叉受载后要求拨叉两个叉脚变形量保

持一致，以免因刚度不同导致的变形不协调，产

变速器换挡拨叉主要由驱动活塞、拨叉以及

拨叉轴三部分组成。拨叉材料为铝合金，拨叉轴

和驱动活塞材料为45#钢，材料属性见表1.

收稿日期：2014-10-11

作者简介：柯有恩（1987—），男，湖北黄冈人，硕士研究生，研究方向为动力总成NVH，(E-mail)kyehello@163.com;

将模型处理后提交至Abaqus软件进行计算，

并查看换挡拨叉应力大小及位移分布。拨叉应力

驱动活塞

云图见图3、4所示，拨叉的位移云图和叉脚平衡

率结果见图5、6及表2所示。

拨叉轴

拨叉

图1换挡拨叉几何模型

表1零件材料参数

Max:181.1MPa

材料

牌号

弹性

模量

[MPa]

密度

[kg/m3]

泊

松

比

疲劳

强度

[MPa]

抗拉强

度

[MPa]

图3五档工况下拨叉应力云图

45#钢21078500.28265600

YL1177027000.3190317

1.2边界条件和载荷

该仿真模型采用二阶四面体单元C3D10M，

节点总数为497895，有限元模型见图2所示。驱

动活塞与拨叉间、拨叉与拨叉轴之间的接触在

Hypermesh里面建立两组接触对，其中驱动活塞

和拨叉轴作为主动件，拨叉作为从动件。五档和

Max:221.6MPa

七档时，驱动活塞与拨叉间的接触对应分别建立。

考虑到拨叉轴可以在轴向活动，故约束轴向

的平动及转动，驱动活塞两端均约束6个自由度。

拨叉在极限工况时，均布载荷1200N作用在两个

叉脚端面上。

图4七档工况下拨叉应力云图

全约束

接触设置：活塞与拨叉

约束1,3,4,6自由度

图5五档工况下拨叉位移云图

接触设置：拨叉与拨叉轴

图2换挡拨叉有限元模型

2计算结果及分析

图6七档工况下