镁合金作为工业产品中最轻的金属结构材料，又具有比较好的回收性能，在汽车减重、性能改善和环保中日益得到工业界重视。目前，镁合金以压铸件的形式在汽车零部件中得到了应用，如镁合金变速箱壳体、轮毅等。某汽车公司采用镁合金变速箱壳体代替铝合金壳体，为尽可能利用原模具结构，降低设计成本，需要对在相同结构下采用镁合金后的壳体进行强度分析。本研究采用有限元软件对壳体进行建模，并划分有限元网格。选取启动状态时的载荷为计算工况，在MARC软件中建立该壳体有限元力学模型，对变速箱壳体进行载荷分析，分析了壳体的受力情况。随后，针对变速箱壳体强度薄弱部位，对局部结构改进提出了建议。
      变速箱壳体拟采用型号为AZ91D的镁合金，其弹性模量为45GPa，泊松比为0.35，体密度为1.8g/cm3。抗拉强度为200MPa，屈服强度为120MPa，疲劳强度为75MPa。变速箱输入转矩为74N.m，标定转速为3500r/min，最大转速为5000r/min。根据变速箱受力情况，在变速箱悬挂螺纹孔处施加位移边界条件，则变速箱所受外力为其自重和由于牵引所引起的力。根据汽车理论，当变速箱位于一档即起步档位置时，所受到的牵引力最大，所以选取一档时变速箱壳体所受外力作为外载荷。
      变速箱在工作过程中，受力是通过轴承与壳体相接触来传递的，故分析壳体的受力情况，先要分析轴承的受力情况。为了计算出变速箱壳体内所受的力，须先得到变速箱内各齿轮对间的力，这些力通过齿轮和齿轮轴传到轴承上，再由轴承传到壳体上。齿轮之间有径向力、周向力和轴向力，其计算公式分别为式中：T为扭矩，d为分度圆直径，F为周向力，FY为径向力，Fa为轴向力，a为分度圆上的压力角，R为分度圆上的螺旋角。这三种力只有径向力的方向和齿轮轴线垂直，而周向力可以分解为一个力矩和一个作用在齿轮轴线上并和齿轮轴线相垂直的力，因此可得到一个作用在齿轮轴线上的径向合生支反力。由于轴承采用向心球轴承，主要承受径向载荷，可忽略轴向因素的影响，因此只分析径向力的影响。变速箱一轴和二轴及中间轴的轴承支反力根据材料力学不难求出，6个轴承孔处的支撑反力结果如表所示。
      变速箱壳体采用UG进行造型。由于壳体形状非常复杂，并且受力不均匀，因此取其整体作为分析对象，并将部分与材料强度无关的结构(如倒角、螺纹孔等)，进行拉直，填平等结构上的简化。将壳体划分为四面体单元，外形网格如图所示，该模型共有40813个节点，149420个单元。分析计算及后处理采用软件MARC Mentat进行。轴受力时，力经过R轴承传递到壳体上。当壳体的有限元模型建立好以后，这些力以节点力的形式施加。由于轴承与轴及壳体是通过过盈配合连接的，轴作用到轴承上的集中力F通过轴承作用到壳体上就转换为沿壳体圆周的分布力Rp，R1，R2，...Rn，载荷F在包角范围内可假定按余弦分布。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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