发动机冲击作用下的变速器壳体极限承载能力预报方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
发动机冲击作用下的变速器壳体极限承载能力预报方法
本专利技术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。
技术介绍
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，试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.发动机冲击作用下的变速器壳体极限承载能力预报方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、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；/nS2、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；/nS3、施加有限元模型载荷：/n1)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

【技术特征摘要】
1.发动机冲击作用下的变速器壳体极限承载能力预报方法，其特征在于，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Me、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；
2)施加螺栓预紧力有限元模型载荷：由螺栓预紧力与螺栓拧紧力矩之间的关系式计算螺栓预紧力，然后施加到螺栓上；
S4、施加有限元模型边界条件：
1)固定变速器壳体端部螺栓孔，以模拟发动机对变速器的支撑作用；
2)在变速器所有齿轮与齿轮两侧轴承之间借助RBE3单元施加齿轮轴的旋转自由度约束，以中断扭矩从各齿轮轴传递到变速器壳体轴承孔的路径；
S5、进行变速器壳体线弹性有限元分析：采用牛顿-拉普森方法迭代计算变速器壳体应力和应变；
S6、计算变速器壳体静安全系数：考虑结构应力大小、应力状态以及材料强度，进行变速器壳体静安全系数计算，根据静安全系数值确定多个变速器壳体强度薄弱位置；
S7、定义有限元模型的塑性属性：在步骤S2基础上，根据以下公式将零部件材料的名义应力应变转化为真实应力和塑性应变，并赋给相应的零部件有限元模型：
σ＝σnom(1+εnom)
ε＝ln(1+εnom)
εpl＝ε-εel



式中，σ为真实应力，ε为真实应变，σnom为名义应力，εnom为名义应变，εpl为塑性应变，εel为弹性应变；
S8、在步骤S3基础上，将发动机最大输出扭矩Me乘以倍数x，重新计算齿轮啮合力，施加到相应齿轮啮合点上；
S9、进行变速器壳体的弹塑性有限元分析：控制时间增量，逐级施加齿轮啮合力，输出应力和塑性应变计算结果；
S10、绘制步骤S6中变速器壳体多个强度薄弱位置塑性应变随时间的变化历程曲线；如果所有曲线中的最大塑性应变均小于材料延伸率，则需要进一步增大发动机最大输出扭矩Me的倍数x，重复步骤S9～S10，直至至少有2个强度薄弱位置的塑性应变大于材料延伸率时停止；
S11、在变速器壳体强度薄弱位置塑性应变随时间变化历程曲线基础上，将时间乘以扭矩x·Me获得变速器壳体强度薄弱位置塑性应变随扭矩x·Me的变化历程曲线，曲线条数与强度薄弱位置个数相同；当塑性应变取值材料延伸率时，即确定不同曲线上的不同扭矩，其中最小的扭矩即为变速器壳体极限承载扭矩，当该值不低于所要求的目标极限承载扭矩时，表明变速器壳体极限承载能力满足要求，否则不满足要求，需要加强壳体。


2.如权利要求1所述的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，其特征在于，所述步骤S3中：
1)将各齿轮啮合力分解为圆周力、径向力和轴向力，采用下式进行计算，



式中，Ft、Fr、Fa分别为齿轮的圆周力、径向力和轴向力，M为齿轮传递的扭矩，d...

【专利技术属性】
技术研发人员：康一坡，闫博，曹正林，张尤龙，李俊楼，刘艳玲，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22