e-works数字化企业网  »  文章频道  »  产品创新数字化(PLM)  »  CAE

基于HyperWorks双离合自动变速器换挡拨叉分析与测试

2018/11/27    来源:Altair    作者:杨述松  何建  李长江  于巍巍      
关键字:双离合变速器  OptiStruct  
针对某双离合变速器换挡拨叉出现叉脚处断裂现象,利用分析和测试方法验证该拨叉是否满足设计要求。

1 概述

    汽车变速器是汽车传动系统中最主要的部件之一,它是一套协调发动机转速和车轮实际行驶速度的变速装置,一般与发动机匹配使用,以发挥发动机的最佳经济性能。换挡机构是变速器中重要组成部件,它与变速的手柄相连接,一般位于手柄下端。换挡机构在变速器内主要有以下几个方面的作用:

    1、减速增扭:降低发动机传递的转速,增大发动机最终输出的扭矩;

    2、变速变扭:汽车在行驶过程中,牵引阻力的范围变化较大,然而内燃机扭矩和转速的变化跟不上牵引阻力的变化,所以需要通过变速器来改变传动系统的传动比,从而改变汽车牵引力和行驶速度,以适应外界阻力的变化;

    3、实现空挡:切除发动机的动力,便于发动机在起动、不熄火的情况下停车;

    4、实现倒挡:用以改变汽车的运行方向。

    变速器换挡机构的性能是变速器的关键指标,换挡性能不好会出现换挡不灵活、挡位不清晰和换挡卡滞等现象,一方面影响驾驶员的驾车舒适性,容易让驾驶员产生驾驶疲劳,影响行车安全;另一方面直接影响汽车的动力性,同时也关系到车辆自身的安全性能。所以随着科学技术的日益发展,变速器的换挡性能越来越受用户的关注,换挡机构的设计要求也将越来越高。

2 换挡拨叉试验台架设计

    该款变速器为双离合自动变速器,换挡拨叉是通过拨动同步器齿套来实现换挡,拨叉在拨动同步器齿套时出现叉脚处断裂故障,所以我们重点关注拨叉的叉脚强度。由换挡拨叉工作原理设计拨叉试验台架如图1所示,该台架主要由底座、左支撑、右支撑、模拟齿套、换挡加载杆和一些辅助零件组成,通过对换挡加载杆施加轴向力来模拟换挡。

换挡拨叉试验台架三维模型

图1 换挡拨叉试验台架三维模型

3 换挡拨叉试验台架仿真分析

    3.1 网格划分

    由于变数器换挡拨叉结构比较复杂,采用四面体网格进行离散,换挡拨叉试验台架为规则的板筋结构,采用六面体网格进行离散。所有网格均为实体单元,为保证计算精度,换挡拨叉运用10节点的高阶单元模拟。划分后的网格单元数和节点数如表1所示。

表1 换挡拨叉试验台架仿真分析的结点数和单元数

换挡拨叉试验台架仿真分析的结点数和单元数

    3.2 材料与属性

    本文换挡拨叉为铝合金材料,其弹性模量为71GPa,泊松比为0.33。换挡拨叉试验台架为普通钢材,其弹性模量为206GPa,泊松比为0.3。

    3.3 仿真试验工况

    换挡拨叉试验台架仿真分析工况如图3所示,其中对左支撑和右支撑底面进行固定约束,在换挡加载杆上施加轴向极限换挡力。整个模型建立了24个接触对,其中14个接触对为绑定接触用来模拟螺栓连接和铆钉连接,4个接触对为光滑无摩擦接触用来模拟密珠轴承接触,6个接触对为有摩擦接触用来模拟物体与物体间一般接触。运用Altair旗下的OptiStruct求解器进行计算。

换挡拨叉试验台架仿真模型

图2 换挡拨叉试验台架仿真模型

    3.4 仿真结果分析

    在施加极限换挡力情况下,仿真结果显示,最大位移出现换挡拨叉叉脚末端如图3所示,最大位移为1.189mm。

换挡拨叉试验台架整体位移结果

图3 换挡拨叉试验台架整体位移结果

    换挡拨叉关注部位应力结果图4所示,最大应力出现在换挡拨叉叉脚处,其应力最大值为109.171MPa,小于铝合金的屈服强度140MPa,安全系数为1.28。从仿真结果来看,该拨叉满足强度标准。

换挡拨叉叉脚处最大应力结果

图4 换挡拨叉叉脚处最大应力结果

4 应力应变试验

    为了保证试验顺利进行,首先调试台架试验设备,把被测零件安装在试验台架上,查看是否能满足试验要求,如图5所示,把换挡拨叉试装在试验台示意图。需要检查拨叉在台架上能否小阻尼滑动。

换挡拨叉试装图

图5 换挡拨叉试装图

    本文应力应变测试运用的是电阻应变测量技术,通过电阻应变片测量被测零件的表面应变,然后根据应力和应变的关系计算出零件表面应力状态。由于贴应变片区域要求较高,本次选择测试应变区域如图6所示,其中测量点1在仿真分析应力最大点附近。

应力应变测点示意图

图6 应力应变测点示意图

    由单项应力状态下的胡克定律可知,被测点的单项应力为该处应变乘以弹性模量,换挡拨叉的弹性模量为71GPa。仿真和试验对比结果如表2所示,观测点1的单项应力值较大,仿真和试验结果基本吻合。

表2 仿真和试验对比结果

仿真和试验对比结果

5 结论

    通过换挡拨叉仿真和试验,换挡拨叉仿真结果和试验结果基本吻合,该仿真分析和试验结合的方法为评价变速器换挡拨叉单体开发和研究提供参考。

    Optistruct软件强大的非线性功能对于换挡拨叉分析提供了良好的解决方案。

责任编辑:程玥
本文为授权转载文章,任何人未经原授权方同意,不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用,e-works不承担由此而产生的任何法律责任! 如有异议请及时告之,以便进行及时处理。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐