乘用车变速器输出轴断裂分析及优化设计

摘要

变速器作为汽车传动系统的关键部件,它对整车动力性与燃油经济性、操纵可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率均具有极大的影响。手动变速器虽存在换档冲击大,体积大,操纵麻烦等诸多缺点,但因其传动效率高、成本低等特点仍被广泛应用。手动变速器中的输出轴作为其主要部件,也肩负着传递发动机动力的重任,然而由于设计、加工工艺或者装配等不当,有时会发生失效现象。
　　论文以一款两轴五档式手动变速器为分析对象,其在出厂前耐久疲劳试验过程中连续四次出现输出轴断裂的现象。论文首先查找断轴的故障原因,然后优化故障的断轴,最终获得比较理想的输出轴结构。
　　论文具体内容如下:
　　(1)观察故障变速器,找出断裂部位为输出轴上四档齿轮轴向定位处,并根据断口形状初步判断输出轴为疲劳断裂;
　　(2)在Pro/E中建立输出轴实体模型,然后将实体模型导入到有限元分析软件ANSYS中。分析输出轴工作状况,建立有限元模型;
　　(3)在ANSYS中对输出轴校核静力强度、疲劳强度以及求解模态固有频率和振型,并针对输出轴的模态特性作了理论分析,综合这些分析得知输出轴断裂原因为四档工况下的疲劳失效,具体为输出轴四档输出齿轮轴向定位处轴肩过渡圆角半径过小产生应力集中,导致了最终的断裂失效。
　　(4)对输出轴断裂部位的过渡圆角优化设计,并考虑在该部位轴肩安装的零件是否会与调整后圆角发生干涉以及刀具尺寸,给出过渡圆角半径值;
　　(5)对优化后的输出轴再次利用ANSYS软件校核疲劳强度,并对样机进行出厂前试验,验证优化后的结构是合理的,可对该产品进行批量生产。

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第一章 绪论

1.1 论文研究的目的和意义

1.2 变速器的分类和发展现状

1.3 变速器轴失效研究现状

1.4有限元分析研究现状

1.5 论文的主要内容

1.6 小结

第二章 输出轴断裂原因分析

2.1 断裂位置和断口形状

2.2 材料、工艺和装配分析

2.3 输出轴有限元模型

2.4 输出轴静力强度校核

2.5 输出轴疲劳强度校核

2.6 小结

第三章 输出轴动态分析

3.1 输出轴动力学模态分析

3.2 输出轴有限元模态分析

3.3 小结

第四章 输出轴优化设计和校核

4.1 ANSYS优化原理

4.2 输出轴断裂处过渡圆角尺寸优化

4.3 疲劳强度校核

4.4 变速器疲劳寿命试验校核

4.5小结

第五章 结论与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

个人简介

攻读硕士学位期间获奖情况

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