有限元分析在變速器軸承擋板開發(fā)中的應(yīng)用

葛成榮

（常州鐵道高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州 213011）

1 螺栓斷裂

眾所周知，軸承擋板是一個(gè)尺寸較大、厚度偏小、結(jié)構(gòu)單薄的盤形零件。變速器軸承擋板在工作中需要承受較大的軸向力。某變速器在做試驗(yàn)時(shí)發(fā)生軸承擋板組件中的一顆螺栓發(fā)生斷裂，軸承擋板組件如圖1所示。

圖1 軸承擋板組件

圖2 軸承擋板組件有限元模型

根據(jù)最大工況下的受力，對該螺栓進(jìn)行有限元分析，并建立有限元模型，為了簡化分析，對殼體取了一部分，而且簡化了結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

1.1 加載條件

變速器在一檔100%扭矩條件下的載荷，如圖3所示，本計(jì)算所取發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩按140Nm輸入，實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩為135Nm，高于3.7%，所得到的輸入軸和輸出軸的力值均如此。

圖3 變速器在一檔100%扭矩條件下的載荷情況

1.2 約束條件

由于變速器殼體是固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上，所以將簡化成如圖所示的殼體端面固定，如圖4所示。

圖4 殼體端面固定簡圖

1.3 計(jì)算結(jié)果

圖5 螺栓應(yīng)力云圖

通過圖5所示的螺栓應(yīng)力云圖分析，發(fā)現(xiàn)螺栓1的應(yīng)力最大，為969.31MPa，該螺栓材料為35Cr－Mo，強(qiáng)度等級(jí)為10.9級(jí)，該螺栓的最低抗拉強(qiáng)度為1040MPa，由于螺栓1計(jì)算的應(yīng)力為969.3MPa，接近該螺栓抗拉強(qiáng)度的下限，考慮個(gè)別零件質(zhì)量不穩(wěn)定性，故存在一定的斷裂風(fēng)險(xiǎn)。

2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

現(xiàn)對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案中的8顆螺釘布置如圖6所示。

圖6 原設(shè)計(jì)方案

對該螺栓進(jìn)行有限元分析，有限元模型如下：為了簡化分析，對殼體取了一部分，而且簡化了結(jié)構(gòu)，如圖7所示。

圖7 螺栓有限元模型

加載條件與約束按前述條件不變，計(jì)算結(jié)果如圖8所示。

圖8 螺栓加載計(jì)算

通過以上分析，發(fā)現(xiàn)螺栓3的應(yīng)力最大，為779.7MPa，低于該螺栓的抗拉強(qiáng)度為1040MPa，比6顆螺釘時(shí)最大應(yīng)力降低19.5%。經(jīng)過大量裝配試驗(yàn)驗(yàn)證，該軸承擋板的所有螺栓未再發(fā)生斷裂現(xiàn)象，完全滿足使用要求。

3 結(jié) 論

通過仿真，有限元計(jì)算得到的螺栓裝配的應(yīng)力很好地表征了各螺栓的實(shí)際應(yīng)力分布,通過以上兩種結(jié)構(gòu)對比分析，M6螺栓為8顆時(shí)，最大應(yīng)力下降19.5%，更為可靠。在結(jié)構(gòu)允許的情況下，壓板厚度應(yīng)盡量加厚，以減小壓板變形對螺釘應(yīng)力的加大。