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转载 | 150 万公里变速器的齿轮失效分析与优化设计
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|b10150 万公里变速器的齿轮失效分析与优化设计 摘 要：通过对某重型变速器台架耐久试验主箱一挡齿轮失效问题的分析，查找变速器齿轮传动失效问题的原因；采用 masta 软件建立变速器齿轮仿真模型，并对模型进行分析计算，计算结果与齿轮失效现象相吻合；根据失效原因对齿轮 参数进行优化设计，对优化后的一挡齿轮重新建模分析，分析结果表明优化后的齿轮参数满足设计要求；为验证优化后 齿轮设计的有效性，重新进行台架试验，并通过了台架试验验证，为促进 b10150 万公里重型变速器新产品的快速开发提 供了强有力的设计支撑。 关键词：变速器；齿轮失效；分析；优化设计；试验；b10 1 引言 近年来，中国市场对重型商用车车辆的需求量越来越大，出于 国家能源安全、节能环保及舒适性等要求，重型商用卡车向着大吨 位、大马力、长寿命、多挡化、轻量化及专业化等方向发展[1-2]。由于发 动机输出功率和最大扭矩越来越大，整车 b10 设计寿命也由目前 80 万公里迈向 150 万公里及中国复杂多变的路况等因素，对商用车 重型变速器产品的寿命耐久性提出了更高的要求。为了满足市场需 要，将现有产品快速导入市场，某重型变速器在进行最大输入扭矩 提升开发过程中发生了一挡齿轮失效问题，通过对失效齿轮进行分 析及仿真计算，研究齿轮失效原因，并基于问题为导向对失效齿轮 开展优化设计，开发出了高可靠性[3]、长寿命特点的重型变速器总 成，从而满足了国内用户对商用车重型变速器的需要。 2 齿轮失效特征 某重型商用车 12 挡变速器采用 6×2 双中间轴结构，变速器 壳体采用铝合金材料，变速器速比范围（16.408～1.0）。该变速器总成在进行台架寿命试验时，在第8.7 个循环（共 10 个循环），主箱 一挡齿轮产生了严重点蚀等失效问题，如图 1 所示。 从失效齿轮齿面观察，主从齿轮均存在一定偏载现象，主从齿轮齿面均产生点蚀剥落，齿面下齿面较上齿面磨损严重，齿面 压应力可能偏大，需对失效原因进行分析研究。 3 齿轮失效原因分析 3.1 齿轮材料理化分析 采用金相显微镜、能谱仪等现代分析仪器对失效齿轮进行金相、硬化层深及化学成分等检测，检测结果，如表 1、图 2 所示。 齿轮材料组织、齿面硬度和齿轮有效渗碳硬化层深检测结果均符 合图纸设计要求。排除了材料与热加工方面的可能性。 由于变速器总成齿轮已经运行了 8.7 个循环，因喷丸工艺在 齿轮表面产生的残余压应力已释放殆尽，通过对同批次生产的其 他主从齿轮对进行齿轮表面残余压应力检测，检测结果显示次表 面（0.4μm）残余压应力不低于 960mpa，满足设计要求。齿轮强化 工艺方面合格，齿轮残余压应力检测结果，如图 3 所示。 3.2 齿轮强度仿真计算 3.2.1 变速器 3d 仿真分析模型 根据该变速器总成齿轮、轴、轴承、壳体等部件结构布置和详 细设计参数，并借助齿轮专业分析软件 masta 建立齿轮计算模 型，模型包括各挡齿轮、轴、轴承、同步器等。变速器功率流由输入轴 输入，经主箱常啮合齿轮分流给两个中间轴总成，然后汇集到主箱二 轴，输出给副箱输入齿轮，再经由副箱中间轴，最后汇集到副箱输出轴 输出。变速器总成最大输入扭矩 2300nm，输入转速 1100r/min。为确 保变速器总成轴齿等零件 cae 仿真的准确性[4-5]，将变速器壳体进 行结构柔性化处理[6]，通过有限元分析软件 abaqus 将壳体的刚度矩 阵浓缩到 11 个轴承孔处，在 masta 齿轮计算分析软件中共同建 立齿轮强度仿真计算模型，如图 4 所示。 SMT官方网站 MASTA 软件 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓ https://www.smartmt.com/cae-%e4%ba%a7%e5%93%81/masta/%e7%94%b3%e8%af%b7%e8%bd%af%e4%bb%b6%e8%af%95%e7%94%a8/ |
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2018-11-28 13:27:34, 1.23 M
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