镁合金汽车变速箱壳体强度分析
变速器壳体强度有限元分析与试验验证
图 3 变速器一挡受力分析
表 1 齿轮传动力
N
主箱常啮 合齿轮对 主箱一挡
齿轮对 副箱常啮 合齿轮对 副箱减速
齿轮对
圆周力 Ft 16 449． 6 31 977． 5 50 449． 6 127 607． 9
径向力 Fr 6 177． 4 12 281． 6 19 455． 5 66 479． 5
目前可查的箱体建模方法有3利用结构单元模拟齿轮轴承和齿轮轴建立载荷传递路径建立齿轮箱的有限元分析模型种是将由材料力学方法得到的轴承力以一定的分布方式加载到轴承孔上建立箱体的有限元分析模型利用实体单元模拟齿轮轴承和齿轮轴建立载荷传递路径建立变速器壳体的有限元分析模型建模方法简单方便但都没有考虑齿轮轴和轴承刚度对箱体强度的影响特别是对于箱体轴承孔强度的影响
通常分析变速器壳体强度比较有效的方法是有限 元法。应用有限元法的关键在于建立合理的有限元分 析模型。目前可查的箱体建模方法有 3 种，第 1 种是 利用结构单元模拟齿轮、轴承和齿轮轴建立载荷传递 路径，建立齿轮箱的有限元分析模型［1］； 第 2 种是将由 材料力学方法得到的轴承力以一定的分布方式加载到 轴承孔上，建立箱体的有限元分析模型［2 － 6］； 第 3 种是 利用实体单元模拟齿轮、轴承和齿轮轴建立载荷传递 路径，建立变速器壳体的有限元分析模型［7］。前 2 种 建模方法简单、方便，但都没有考虑齿轮轴和轴承刚度 对箱体强度的影响，特别是对于箱体轴承孔强度的影 响。后一种建模方法考虑的影响因素较全，但轴承和 齿轮的建模比较复杂，有限元计算也比较耗时。
验值对比情况如图 11 所示。
图 11 计算值与试验值对比
在图 11 中，应力相对误差位于 20． 0% 以内的测 点有 8 个，其中 9 号测点的误差最小，为 2． 6% ； 误差 位于 20． 0% ～ 30． 0% 的测点有 2 个，它们是 5 号和 10 号测点，其 误 差 分 别 为 27． 8% 和 20． 8% ，5 号 测
汽车变速器壳体加工工艺与技术要点研究
汽车变速器壳体加工工艺与技术要点研究随着汽车工业的快速发展，变速器作为汽车的重要组成部分，其性能和质量对汽车的整体表现有着至关重要的影响。
而变速器的壳体作为变速器的保护外壳，也是一个至关重要的零部件。
因此，汽车变速器壳体的加工工艺和技术成为了一个必须研究的问题。
汽车变速器壳体的加工工艺和技术要点主要包括以下几个方面： 1.材料选择和预处理：汽车变速器壳体通常采用铝合金或镁合金材料制造，应根据不同材料的特性进行合理选择。
在材料预处理方面，应采用适当的酸洗、碱洗等方法，以确保材料表面的清洁度和平整度。
2.壳体加工工艺：壳体的加工工艺主要包括切削加工、钻孔加工、铆接加工、气动液压加工等。
应根据壳体的形状和要求选择合适的加工工艺，并采用高精度的加工设备和工具，以确保壳体的加工精度和表面质量。
3.表面处理：壳体表面处理主要包括喷漆、阳极氧化、电解抛光等。
应根据壳体的用途和要求选择合适的表面处理方法，并确保表面处理的质量和保护效果。
4.质量检测：壳体加工完成后，应进行严格的质量检测，包括外观检测、尺寸检测、材料分析等。
只有通过严格的质量检测，才能确保壳体的质量和性能符合要求。
综上所述，汽车变速器壳体的加工工艺和技术要点是一个十分重要的问题，需要对材料、加工工艺、表面处理和质量检测等方面进行合理的研究和应用，以确保汽车变速器壳体的质量和性能符合要求。
变速器壳体强度有限元计算及结构改进分析
设计 － 计算 ． 究பைடு நூலகம்。 研
变速器壳体 强度有 限元计算及结构 改进分析
康 一坡 霍福 祥 魏 德 永 赫 建 勇 吴 玉 亮
（ 中国第 一汽 车股 份有 限公 司技 术 中心 ）
【 摘要 】 载货汽车变速器壳体为研究对象 ， 以某 应用有 限元方法计算其在 １ 挡和倒挡工况下 的应力分布 ， 并结合
器壳 体作 为重要 基础件 ， 其前 、 壳体应 具有 足够 的 后 强度 抵抗 发动机 扭矩 引起 的齿轮 啮合 力及 不平路 面 引起 的变 速器惯 性力 等载荷 的作 用 ．以达 到支撑 齿 轮轴 、保 护齿 轮传 动机构 及满 足整 车对变 速器 不 同 扭 矩和 转速要 求 的 目的。为 了保证 结构强 度 ，降低
限元模 型 如 图 ２所示 『 ３ １
轴 和 输 出轴 的轴 向旋 转 自 由度 ．以满 足静 力 学 求
解 条 件 其 中旋 转 自 由度上 的支 反 力 即 为齿 轮 轴 的传 递 扭 矩 ．在定 义结 果 输 出 时应 同 时定 义 此 支 反 力 的 输 出 ．这样 可 方便 检 查 所 加 齿 轮 啮合 力 的 正 确 性
ｉ ｄｃ ｔ ｈ ｔｔｅ ｃ ｓ ｔ ｅ ｉ ｒ ｖ ｄ ｐ ａ ａ ａｉｆ ｅ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔｏ ｅ ｓ ｅ ｇｈ ｔ ｓ． ｎ ｉａ ｅｔ ａ ａ ｅｗｉ ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｌ ｎ ｃ ｎ ｓ ｔｓ ｔ ｅ ｕ ｒ ｈ ｈｈ ｙｈ ｅ ｎ ｆｔ ｔ ｎ ｔ ｅ ｔ ｈ ｒ
挡 除具 有 较 大 的速 比外 ．还 具 有 与 前 进 挡 相 反 的
体强 度 ． 进而 为完 善变速 器壳 体结 构提 供技 术支 持 。
２ 有 限元 建 模
镁合金在现代汽车应用(奥迪为例)解剖
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟镁合金在现代汽车应用（奥迪为例）解剖奥迪是全球汽车行业内轻质结构的先驱。
1994 年，采用奥迪空间框架结构（ASF）的首辆奥迪A8 从装配线上下线，从此以后，奥迪不断生产全铝车身轻质汽车，一路走来定期推出亮点产品。
轻质结构绝非一个单独的原理，而是一条哲学理念，是一个涵盖车辆所有方面的一体式方法。
除了车身，传动系、底盘、乘客舱和电气系统均能对减重发挥重要作用。
这种作用有时候仅有数十千克，有时候仅有几克。
但是每一克都意义重大。
近年来，奥迪使用铝螺钉连接发动机和变速箱，减重0.6 千克。
使用镁打造整个变速箱壳体比铝节省4.5 千克重量。
奥迪A8 4.2 TDI 上，一个由镁制成的通道横梁首次应用于变速箱轴承上。
与具有相同部件稳定性和硬度的铝制部件相比，重量减轻了0.76 千克在很多奥迪车型上，车辆部件完全或者主要由铝制成。
例如，在紧凑型A3 中，副车架、控制臂和前悬架的枢轴承的总重量仅为14.4 千克。
如果由钢制成，重量要多5.9 千克。
所有奥迪车型均装配铸铝转向齿轮外壳。
相比前代车型，A8 的制动助力器重量减轻了30%。
TT 车型中的每个铝制制动器盖板仅重149 克，比相应的钢制盖板减重一半。
奥迪顶级车型中提供的每个大型碳纤维陶瓷制动盘比钢制制动盘轻5 千克。
减重部件对比在TT 轿跑车、A3 Cabriolet 和A5 Cabriolet 车型中，后排折叠座椅的后背由高级塑料制成。
部件仅重2.5 千克，仅为钢制座椅靠背的一半。
奥迪方向盘标配的带集成式减震器的镁制方向盘框架减重约0.4 千克。
A5 Cabriolet 敞篷车顶部末端有一个高压铸造的镁盘，重量比同类铝部件轻1.5 千克。
很多车型中使用一种新型声音塑料膜使得玻璃变得更薄，重量减轻了2.4 千克，具有增强的声音属性。
轻质结构的其他目标区域为电气系统和电子装置。
A8、A7 Sportback 和新款A6 中的蓄电池电缆并非由铜制成，而是由铝制成，减轻了很多重量。
关于汽车变速器壳体的加工工艺分析
关于汽车变速器壳体的加工工艺分析摘要：在汽车零部件加工生产中，企业能够在激烈的市场竞争中立足的关键在于工艺技术生产的高品质低成本。
变速箱壳体作为汽车变速箱制造中的关键部件，在汽车零部件生产中占据非常重要的地位。
汽车变速箱壳体的加工工艺是汽车产品质量和企业效益的关键因素。
关键词：汽车变速器；壳体；加工工艺；分析研究；前言一、什么是汽车变速器壳体。
汽车变速器壳体就是用于安装变速器传动机构及其附件的壳体结构。
汽车变速器壳体用来安装汽车传动机构、换挡装置和部分操纵机构，同时储存润滑油。
为了减轻汽车的自身重量，对于小型轿车来说，变速器壳体通常采用铝合金或者镁合金制造。
对于中、重型汽车来说则一般采用铸铁制造来保证汽车变速器壳体的强度要求。
二、关于汽车变速器壳体高速加工技术的研究汽车变速器壳体的加工，在国外普遍采用高速加工、高强度刀柄、高效刀具进行基本自动化的加工，而国内相比较国外较多沿用以前的方式，加工效率比国外低百分之五十。
因此对于加工技术的研究迫在眉睫。
1、关于高速切削。
1992年国际生产工程研究会（CIRP）年会主题报告的定义，高速切削指切削速度超过传统切削速度5-10倍的切削加工。
高速切削作为一项综合性的技术需要多方面的配合才能完美进行，高速性能的机床、良好的数控系统、CAD/CAM以及合适的刀具和优化后的加工工艺都缺一不可。
高速切削的切削速度范围并不是相同的，需要根据材料的不同和加工方式的不同进行选择。
高速切削技术在加工过程中，加工效率高、切削力小、切削热对工件的影响小、加工高精度且工序集约化。
但是高速切削仍旧是存在问题的，高速切削技术作为一种全新的切削技术，在目前可供参考的加工参数表很少，可供参考的加工实例也较少，找到合理的加工参数是目前高速切削加工应用中的一个重要问题。
在高速切削过程中找到合适的刀具是一个关键的问题。
不同的刀具与不同的工件材料组合产生不同的效果，选择合适的刀具会在加工过程中增加刀具的使用寿命，将刀具的性能发挥到最大化2、机床的选择。
镁合金汽车变速箱壳体强度分析
Ft
=
2000 T d
(1)
Fr = Fttanα/ cosβ
(2)
Fa = Fttanβ
(3)
式中 : T 为扭矩 ; d 为分度圆直径 ; Ft 为周向力 ; Fr 为径向 力 ; Fa 为轴向力 ;α为分度圆上的压力角 ;β为分度圆上的
螺旋角 。
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 、轮毂等 。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 。
155
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 1 所示 。
表 1 轴承孔处支反力
作用点
A
B
C
D
E
F
支反力 (N) 3455. 7 5760. 7 705. 4 3470. 2 6466. 1 127. 1
镁合金汽车变速箱壳体强度分析
张少睿
张少睿 ,罗应兵 ,李大永 ,彭颖红
(上海交通大学 机械与动力学院 ,上海 200030)
摘 要 :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 、性能改善和环保中的 作用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 。本文结合镁合金汽车变速 箱壳体的设计 ,采用有限元分析方法对汽车用变速箱壳体的强度进行了分析 ,并针对变速箱壳体强度薄弱部位 ,提 出变速箱壳体结构的改进建议 。 关 键 词 :有限元模型 ;变速箱 ;强度分析 中图分类号 : TH140. 1 文献标识码 :A
镁合金汽车变速箱壳体强度分析_张少睿
2004 年 2 月 MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY February 2004
看出 , 壳体轴承位置处与 齿轮轴 相接触 部位及其 附近的 应 力值普遍比其他部 位偏高 , 因此 我们针 对放置 轴承 的 3 个 高应 力面进 行了 剖面处 理 , 剖面 位置 如图 1 中 A 、B 、C 所 示 。 各截面处的应力分 布分 别如图 3 ～ 5 所示 。 最大主 应 力位于一档齿轮轴与轴 承相接触部位(见 图 4), 其 值为 29. 83 MPa , 所在节点 编号 为 12522 , 此处 也即变 速箱 最易发 生 开裂的地 方 。 而 最 小 主 应力 也 在 此 截面 上 , 节点 编 号 为 11344 , 其值为 -17.85 MPa 。
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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 1 所示 。
表 1 轴承孔处支反力作源自点ABCD
E
F
支反力(N) 3455 .7 5760.7 705.4 3470 .2 6466 .1 127 .1
本文采用 CAD 软件 UG 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 。
镁合金材料在汽车中的应用
镁合金材料在汽车中的应用随着镁合金熔炼和制造技术的不断进步，冶炼技术成熟，杂质含量较低，耐腐蚀性提高，使其在汽车工业领域中获得了较快的发展。
镁合金在汽车上的应用，主要取代铸铁、铝合金、塑料和钢制冲压焊装组合件，多以压铸件为主。
随着现代汽车节能降耗要求的不断增强，安全和环保法规日趋严格，轻量化的需求也变得更为迫切。
节能降耗成为汽车新产品开发的难点和重点，轻质材料的应用成为减重节能的重要手段。
镁合金作为工业用材中最轻的金属材料，在汽车上的应用也越来越广泛。
如何把握好镁合金的特点，新产品的研究和应用，是汽车轻量化设计和节能降耗的重要课题。
镁合金特性当今，钢铁、铝合金和塑料是汽车上使用最多的三大类材料，按重量计算，三类材料占整车比例合计约为80%，其中钢铁约占62%，铝合金和塑料大体相当，均占8%-10%。
镁合金在汽车上的应用比例为0.3%，平均重量约5kg，但近几年的增幅却较大。
镁的比重为1.74g/cm3，是铝的2/3，钢的2/9，和塑料相当，是最实用的减重轻金属材料。
镁合金也具有比强度、比刚度高等优良性能。
正因为如此，镁合金有利于汽车轻量化、有利于节能和减排。
据资料介绍：轿车质量每减轻100kg，油耗可降低5%。
如果每辆汽车使用70kg镁合金，CO2年排放量能减少30%以上。
汽车减重可以提高其加速性能；顶部和车门减重，可以降低汽车重心，增强稳定性；前部减重，可以使汽车重心后移，改善操纵性能。
同时，镁的减振系数远高于铝和钢铁，具有优良的抗冲击性能，有利于减振降噪，选用镁合金作为汽车结构材料能有效降低汽车振动和噪声，受冲击时能吸收更多的能量。
镁合金的散热性好，抗电磁干扰性高，使汽车更为安全舒适。
常用镁合金类型及其性能由于交通工具轻量化的推动，世界各国都展开了对镁合金的研究，而限制镁合金发展的一个主要原因是镁合金的高性能——抗蠕变能力和高温疲劳性能较差，因此新材料的研发主要是针对这一问题进行，概括的说主要包括两个方面，一是对现有合金的优化，主要是针对现有的商业镁合金，特别是对AZ、ZK系合金进行改性，通过添加合金元素以期改善合金的高温性能；二是新合金系的开发，主要是指新型Mg-RE系的研发。
变速器壳体强度有限元仿真分析
镁合金在汽车领域中的应用一镁合金在汽车领域的应用背景和发展现状
万方数据 万方数据一画‰黼出的优点，由于比强度高，因此可以在相同质量下获得较高的强度，而且阻尼性能良好并具有很高的抗冲击韧性，尤其适用于制造经常承受冲击的部件。
如转向轴经常承受较大的扭矩，座椅架和轮毂长时间承受冲击，采用阻尼性良好的镁合金后，既减轻了汽车的自重，又提高了汽车行驶过程中的平稳性和安全性。
到目前为止，已经开发和应用的镁合金汽车部件如图２所示，在汽车上得到广泛运用，特别是在高档轿车和“特殊用途的车辆”中。
大排量汽车中的用镁量也呈增长态势。
在跑车、厢式车、ＳＵＶ等车型中，虽然镁制件的成本较高，但由于其质量轻，能够抵消成本高的缺点。
图２已经开发和应用的镁合金汽车部件目前镁合金在汽车工业上的应用状况是，每辆车在０．５～１７ｋｇ之间变化，平均使用量是每辆车３ｋｇ。
德国大众汽车公司帕萨特车目前用镁量为１４ｋｇ，占车重的１％，不久将可能增至３０～５０ｋｇ。
镁合金在大众公司的汽车上主要应用是在驱动设备和内部结构件上。
随着技术的发展，镁合金结构件应用的数量将会增加。
奥迪Ａ６轿车单车的镁合金压铸件总用量目前已达１４．２ｋｇ，其未来的目标是将单车的镁合金总用量增至５０＂－＂８０ｋｇ。
美国通用和福特汽车公司预计在今后的２０年内每辆汽车的镁合金用量将从目前的３ｋｇ提高到１００ｋｇ。
２００４年４月，大众汽车公司首次正式推出了新研制成功的超级经济型轿车，属于迷你型，其燃油效率达到了每百ｋｍ耗油少于ｌＬ。
该车型也是大众公司“甲壳虫”车型的延伸产品。
它的原材料采用镁合金和碳纤维制成，该车的最高时速可达１２０ｋｍ；整车框架由金属镁制成，镁框架外裹有用于加强的塑料表皮。
●３６Ｉ２００７．第４Ｗｌ３．１汽车行业常用镁合金材料压铸镁合金材料应用于汽车零部件，约占整个需求量的ｌ／３～１／４。
结构用镁合金根据不同的用途，有时添加Ａｌ、Ｚｎ等元素，大致上分为Ｍｇ－ＡＩ系和Ｍｇ－Ｚｎ系两类。
与铝合金相同，可采用铸造（砂型，模具，压铸），挤压，轧制，锻造等方法成形。
镁合金汽车变速箱壳体工艺设计
镁合金汽车变速箱壳体工艺设计一．合金材料的选择汽车变速箱壳体的材料应具有足够的强度和良好的铸造性能，同时成本低廉。
选用AZ91D合金，合金成分如下：二．成型工艺的选择采用压铸成型工艺三．工艺过程设计1.压铸压铸机调试压铸模安装模具预热、涂料合型（合模）浇注压射保压开模、抽芯取件实用文档表面质量检查清理（整修）2.微弧氧化表面处理四．压铸过程（一）压铸工艺(1)填充时间短，速度快由于镁合金具有的一些物理特性，加之其热传导率在所有压铸合金中又是最小的，所以要求快速填充。
通常情况下，注射镁合金的时间要比铝合金短30％～35％，压射速度要快25％。
上箱体、下箱体的压射速度高达6～7m／s，延伸箱体的速度也达5～6m／s。
(2)多浇道与变浇口厚度同样是因为镁合金具有的一些物理特性，因而，为了让镁合金液能更快地充入型腔，要求其具有更大的内浇口面积。
但这就可能导致内浇口填充速度降低，使产品的远端得不到较好的填充。
为此在浇道的设计上采用了主浇道与分浇道相结合的办法，每根分浇道所对应的内浇口截面积偏小一些，其厚度偏厚一点。
同时根据产品的部位不同，其内浇口的截面积、厚度也有差异。
内浇口厚度最厚达3mm，截面积最大为240mm2，较好地保证了铸件的质量。
(3)建压时间短实用文档短的建压时间是一切压铸件生产工艺的基本要求，对镁合金压铸来说更是如此。
镁合金的液相点为596℃，固相点为468℃，在温度不平衡状态下，液、固相点间隔越大，越会造成凝固时间的不一致性，使增压不起补缩作用。
因此要求生产镁合金的压铸机的增压压力在型腔高速填充结束之后和凝固开始之前的一瞬间建立起来。
上箱体、下箱体、延伸箱体的建压时间在30ms以内（二）压铸模具：选用合适的模具（三）六氟化硫气体保护五．心得体会通过这次的课程设计，使我进一步了解所学过的理论知识和具体运用这些知识。
通过课程设计，使自己对工艺人员所从事的工作有了亲身体验，学会了查用各种工具、资料。
变速箱壳体强度和模态分析
变速器的有限元分析变速箱壳体静力学分析本文所研究的变速箱壳体结构的几何模型如下图所示，其中变速箱壳体结构的材料为ADC12，ADC12是日本牌号，又称12号铝料，Al-Si-Cu系合金，是一种压铸铝合金，适合气缸盖罩盖、传感器支架、缸体类等，执行标准为：JIS H5302-2006《铝合金压铸件》，具体材料参数如表2.5所示。
图2.5 变速箱壳体结构几何模型表2.5 ADC12材料参数表采用ansys自带网格划分功能对变速箱壳体结构进行网格划分，在ansys中采用四面体单元进行网格划分，单元类型为solid187，该单元为高阶单元，即带有中间节点，单元的形函数为二次函数，可以更好的模拟不规则的模型。
一般来说，形函数阶次越高，计算结果越精确，因而，同线性单元相比，采用高阶的单元类型可以得到相对较好的计算结果。
Solid187单元共有10个节点，每个节点具有三个平动自由度。
,图2.6 solid187单元类型最终划分完整的有限元网格模型如下图所示，其中网格总数为1555702，节点总数为3395130，网格尺寸为3mm。
图2.7 变速箱壳体结构有限元模型变速箱壳体结构的安装孔位置施加固定约束，变速箱壳体上下盖之间通过绑定接触连接，一档和倒挡工况的轴承支反力施加在变速箱壳体结构的轴承配合面上。
一档和倒挡工况下变速箱壳体结构的载荷边界条件条件如下所示。
图2.8 一档工况下变速箱壳体结构载荷边界条件图2.9 倒挡工况下变速箱壳体结构载荷边界条件一档工况下变速箱壳体结构的等效应力云图和位移云图如下所示，其中变速箱壳体结构最大变形为0.13mm，最大值位置如图2.10所示的max标志位置处。
变速箱壳体结构最大等效应力为108.3Mpa, 最大值位置如图2.11所示的max标志位置处，位移上盖内部，如图2.12所示。
基于材料力学第四强度理论，无论什么应力状态，只要构件内一点处的形变改变比能达到单向应力下的极限值，材料就要发生屈服破坏，其中等效应力可以标准形变改变比能，材料屈服极限为180MPa,变速箱壳体结构在一档工况下最大等效应力为108.3MPa,最大值小于材料屈服极限，可以认为变速箱壳体结构在一档工况下满足强度要求，其安全系数为1.66。
镁合金汽车零部件研究报告
镁合金汽车零部件研究报告摘要：随着汽车工业的快速发展，对于轻量化材料的需求越来越迫切。
镁合金作为一种优质的轻量化材料，逐渐受到汽车行业的关注和应用。
本报告对镁合金汽车零部件的研究进行了综述和分析，包括镁合金材料的特性、制备方法和应用情况。
研究发现，镁合金具有良好的轻量化和强度特性，能够有效降低汽车的整体重量，并提升车辆的燃油经济性能。
然而，与传统的钢铁材料相比，镁合金存在一些问题，如高成本、低热稳定性和低耐腐蚀性等。
因此，未来的研究重点应该是优化镁合金的制备工艺，并开发新型的镁合金材料，以提高其在汽车行业的应用潜力。
关键词：镁合金；轻量化；制备方法；应用情况；研究重点1. 引言随着全球汽车行业的快速发展，对于汽车轻量化的需求越来越迫切。
轻量化可以有效降低汽车的油耗和排放，提升车辆的燃油经济性能。
目前，轻量化材料主要包括铝合金、镁合金和塑料等。
其中，镁合金因其优秀的轻量化特性和机械性能，受到了广泛关注。
2. 镁合金材料的特性镁合金具有轻、强、刚、耐热、导电等特点，是一种非常理想的轻量化材料。
与铝合金相比，镁合金的比强度更高，并且具有更好的吸能性能。
3. 镁合金汽车零部件的制备方法镁合金汽车零部件的制备方法主要包括压铸、锻造和挤压等。
压铸是目前应用最广泛的一种制备方法，能够生产出具有复杂形状的零部件。
4. 镁合金汽车零部件的应用情况目前，镁合金在汽车行业的应用主要集中在引擎、传动系统和车身结构等方面。
研究表明，使用镁合金制造这些零部件可以有效降低汽车的整体重量，并提升车辆的燃油经济性能。
5. 镁合金汽车零部件研究的挑战和展望尽管镁合金在汽车行业的应用潜力巨大，但仍存在一些问题，如高成本、低热稳定性和低耐腐蚀性等。
因此，未来的研究重点应该是优化镁合金的制备工艺，并开发新型的镁合金材料，以提高其在汽车行业的应用潜力。
综上所述，镁合金作为一种理想的轻量化材料，具有广阔的应用前景。
随着技术的不断进步，相信镁合金汽车零部件将在未来得到更广泛的应用。
变速器壳体轻量化设计浅析
变速器壳体轻量化设计浅析变速器是汽车动力系统中的重要组成部分，其功能是将发动机输出的动力传递到车辆的轮胎上，实现不同速度的调节。
变速器壳体作为变速器的外部保护结构，承受着变速器内部零部件的安装和固定，同时还需要具备一定的强度和刚度，以承受车辆运行过程中的振动和冲击力。
为了提高汽车的燃油经济性和性能，变速器壳体也需要进行轻量化设计。
首先，变速器壳体轻量化设计可以通过材料选择来实现。
传统的变速器壳体通常采用铸铁材料，其具有较高的强度，但是密度较大，不利于轻量化设计。
目前，一些先进的材料如铝合金、镁合金等被广泛应用于汽车制造中，其具有降低密度的特点，并且还具有较好的加工性能和机械性能。
因此，在设计变速器壳体时，可以选择这些轻质材料进行替代，以降低壳体的自重。
其次，变速器壳体轻量化设计还可以通过优化结构来实现。
通常，变速器壳体具备圆筒形状，为了保证其强度和刚度，常采用较厚的壁厚，但是这样会导致壳体的自重增加。
因此，在设计中需要进行结构优化，采用优化的工艺和结构设计。
例如，可以在壳体的有负荷的部位加强设计，采用局部加固的结构，从而减少整体的壁厚。
另外，还可以采用空心结构、网格结构等轻量化设计方法，通过设计壳体的结构，改善其受力情况，提高其整体的强度和刚度。
此外，为了满足变速器壳体的强度和刚度要求，还需要对壳体进行合理的加固。
常见的加固方式包括加装加强筋、加厚壁等。
在加装加强筋时，需要根据壳体的受力分布情况，选择合适的位置和形状进行加固。
加厚壁则可以通过增加壳体的厚度来提高其强度和刚度，但需要综合考虑加厚后的自重增加和性能改善的效果。
综上所述，变速器壳体轻量化设计是汽车制造中的一个重要课题。
通过合理的材料选择和结构优化，可以有效降低变速器壳体的自重，提高汽车的燃油经济性和性能。
变速器壳体轻量化设计需要综合考虑材料的强度、密度、加工性能等因素，采用合适的加固方式和结构设计，从而实现轻量化和良好的工程性能的平衡。
镁合金成分轻量化汽车部件趋势
镁合金成分轻量化汽车部件趋势一、镁合金在汽车轻量化中的重要性随着全球对环境保护和能源效率的日益关注，汽车行业正面临着减少碳排放和提高燃油效率的巨大压力。
轻量化是实现这一目标的关键途径之一。
镁合金以其轻质、高强度、良好的铸造性能和优异的阻尼性能，成为汽车轻量化部件制造的理想材料。
镁合金的密度仅为1.74 g/cm³，比铝轻约1/3，比钢轻约2/3，这使得镁合金在汽车部件的应用中具有显著的轻量化优势。
1.1 镁合金的物理性能镁合金的物理性能包括其密度、弹性模量、屈服强度和抗拉强度等。
这些性能使得镁合金在承受相同载荷的情况下，可以使用更少的材料，从而减轻汽车的重量。
镁合金的弹性模量较低，这有助于减少振动和噪音，提高乘坐舒适性。
1.2 镁合金的加工性能镁合金具有良好的铸造性能，可以铸造出复杂形状的部件，这为汽车部件的设计提供了更大的灵活性。
此外，镁合金还可以通过锻造、挤压和轧制等方法进行加工，以满足不同部件的性能要求。
1.3 镁合金的环境友好性镁合金是100%可回收的，这有助于减少汽车制造过程中的资源消耗和废物产生。
镁合金的轻量化也有助于减少汽车在运行过程中的能源消耗和排放，符合可持续发展的要求。
二、镁合金汽车部件的应用现状与发展趋势镁合金在汽车部件的应用已经取得了显著的进展，从最初的简单部件到现在的结构部件，镁合金的应用范围不断扩大。
2.1 镁合金在汽车部件中的应用现状目前，镁合金已经被广泛应用于汽车的多个部件，包括发动机部件、变速箱部件、车身结构件、座椅框架、轮毂等。
这些部件的镁合金化不仅减轻了汽车的重量，还提高了部件的性能和寿命。
2.2 镁合金汽车部件的发展趋势随着技术的进步和对轻量化需求的增加，镁合金在汽车部件的应用将呈现以下趋势：- 部件集成化：通过集成多个功能到一个镁合金部件中，减少部件数量，降低重量。
- 部件大型化：随着镁合金加工技术的发展，可以制造出更大尺寸的部件，满足结构部件的需求。
变速器壳体强度分析
1变速器壳体强度分析4．1变速器箱体的有限元结构强度计算分析变速器箱体是变速器系统的主要组成部分，在齿轮传动过程中，箱体承受较大的载荷并产生较大的变形和应力。
变速器的各轴均通过轴承支撑在箱体上，因此箱体的受力变形对变速器工作的可靠性和寿命有较大的影响。
本节着重研究了变速器箱体的实体建模及有限元结构强度分析。
4．1．1变速器箱体三维实体模型的建立M5ZRI的箱体分为前箱体后箱体两个部分由8个螺栓连接，为铸铝件，其结构非常复杂，外形不规则，尤其是前箱体的钟型罩部分是由大量的曲面构成。
建模工作中使用大型CAD软件uG进行了箱体的三维实体建模，分别建立了前后两个箱体后再将其装配到一起。
建立的箱体实体模型如图4一l：图4一l变速器箱体的实体模型从上图可以看出该实体模型十分复杂，直接导入ANSYS并划分网格十分困难，并且由于铸造结构的大量小过渡圆角等结构的存在将使有限元分析的规模过大以至计算机难以承受。
因此在不影响分析精度的前提下，必须对这个实体进行简化，得到的简化模型参见图3—9。
4．1．2变速器箱体结构强度分析有限元模型的建立变速器箱体的有限元分析使用了通用有限元分析软件ANSYS。
箱体有限元强度分析采用与了上文有限元模态分析同样的方法建立有限元模型，即在0G的结构分析Structure模块中进行有限元模型的分网加载等前处理，利用inp命令流文件导入ANSYS，使用ANSYS的求解器求解并进行后处理。
一、网格划分单元类型及材料属性的确定在UG的Structure结构分析模块中首先设定有限元模型使用ANSYS格式，设定网格划分类型为自动四面体网格划分。
对于比较复杂的模型，使用二次单元通常会比线性单元的求解效率高且产生良好的效果，因此单元类型使用了SOLID92，为3-D 固体结构二次单元，每个单元有lO个节点，每个节点上有x，Y，zZ个方向上的平移自由度，此单元可以应用于弹塑性、大变形及大应变分析，与线性的实体单元SOLID45相比，SOLl992更适用于不规则的实体模型网格划分。
镁合金汽车变速箱壳体强度分析
镁合金汽车变速箱壳体强度分析
张少睿;罗应兵;李大永;彭颖红
【期刊名称】《机械科学与技术》
【年(卷),期】2004(023)002
【摘要】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、性能改善和环保中的作用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.本文结合镁合金汽车变速箱壳体的设计,采用有限元分析方法对汽车用变速箱壳体的强度进行了分析,并针对变速箱壳体强度薄弱部位,提出变速箱壳体结构的改进建议.
【总页数】3页(P154-156)
【作者】张少睿;罗应兵;李大永;彭颖红
【作者单位】上海交通大学,机械与动力学院,上海,200030;上海交通大学,机械与动力学院,上海,200030;上海交通大学,机械与动力学院,上海,200030;上海交通大学,机械与动力学院,上海,200030
【正文语种】中文
【中图分类】TH140.1
【相关文献】
1.镁合金变速箱壳体压铸模设计 [J], 张英文;成铁山
2.某变速箱壳体强度分析及改进 [J], 王辉;胡凯;杨伟玲;林杨
3.汽车镁合金方向盘骨架不同截面形状耦合结构强度分析 [J], 王克飞;时培成;张荣
芸;
4.汽车镁合金方向盘骨架不同截面形状耦合结构强度分析 [J], 王克飞;时培成;张荣芸
5.镁合金汽车方向盘骨架的扭转及疲劳强度分析 [J], 史冬岩;韩家山;吴钿;颜凤眠;孔令成
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Ft
=
2000 T d
(1)
Fr = Fttanα/ cosβ
(2)
Fa = Fttanβ
(3)
式中 : T 为扭矩 ; d 为分度圆直径 ; Ft 为周向力 ; Fr 为径向 力 ; Fa 为轴向力 ;α为分度圆上的压力角 ;β为分度圆上的
螺旋角 。
155
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 1 所示 。
表 1 轴承孔处支反力
作用点
A
B
C
D
E
F
支反力 (N) 3455. 7 5760. 7 705. 4 3470. 2 6466. 1 127. 1
速为 5000 r/ 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[1] ,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 。
1 56 机 械 科 学 与 技 术 第 23 卷
3. 2 位移分析 图 6 是壳体剖面 Z 向位移变形云图 。可见 ,在壳体后
部及与一档齿轮轴相接的部位变形量较大 ,最大位移值为 0. 01096 mm ,其他部位的位移值较上述部位的位移值要小 。 这样的分布是合理的 ,因为壳体前部与发动机相连 ,而壳体 后部悬空 ,并且在壳体受力分析中 B 截面处受力相对较大 。
本文采用 CAD 软件 UG 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 。
1 模型简化及受力分析 变速箱壳体拟采用型号为 AZ91D 的镁合金 ,其弹性模
量为 45 GPa ,泊松比为 0. 35 ,体密度为 1. 8 g/ cm3 。抗拉强 度为 200 MPa ,屈服强度为 120 MPa , 疲劳强度为 75 MPa 。 变速箱输入转矩为 74 N·m ,标定转速为 3500 r/ min , 最大转
收稿日期 :2002 12 26 基金项目 :863 项目计划 (2002AA331120) 资助 作者简介 :张少睿 (1974 - ) ,女 (汉) ,河南 ,博士生
(4)
式中 : R0 = 5 F/ z , z 为壳体受力圆周面上节点个数 。
3 有限元分析结果 3. 1 应力分析
应用软件 MARC 进行三维有限元分析后 ,得到了变速 箱壳体位移和应力分布规律 。从主应力的计算结果中可以
图 3 A 剖面主应力分布图 图 4 B 剖面主应力分布图 图 5 C 剖面主应力分布图
(5)
式中 : σ- 1 为极限疲劳强度 ;σm 为平均应力 ; Kσ、ε、β分别为 影响疲劳强度的应力集中系数 、尺寸系数及表面系数 ;ψa = σ- 1/ σb 。
为安全起见 ,取有效应力集中系数 Kσ = 2[4] 。由于在拉
压疲劳实验中 ,轻金属的尺寸系数在 1 左右 , 为安全起见 , 取ε = 0. 9[2] 。表面加工系数β取 0. 9[1] 。于是 ,安全系数为
第 23 卷 第 2 期 机 械 科 学 与 技 术 Vol. 23 No. 2 2004 年 2 月 MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY February 2004 文章编号 :100328728 (2004) 0220154203
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 、轮毂等 。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 。
Strength Analysis of Magnesium Alloy Gear Box ZHANG Shao2rui , LUO Ying2bing , LI Da2yong , PENG Ying2hong (School of Mechanical Engineering , Shanghai Jiaotong University , Shanghai 200030) Abstract : Magnesium alloy is the lightest metal structural material with good reusability , so it is attached more and more importance by industry in the aspects of decreasing weight , improving performance and protecting en2 vironment . Nowadays , Magnesium alloy is applied in automobile parts through die2casting. In this paper , the strength of magnesium alloy gear box is analyzed by FEM method for its design. Furthermore , proposals for im2 proving the structure strength is given according to the analysis results of the danger sections. Key words : FEM analysis ; Gear box ; Strength analysis
2 变速箱壳体有限元模型 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 。
图 1 壳体外形网格图ห้องสมุดไป่ตู้
将壳体划分为四面体单
元 ,外形网格如图 1 所示 ,该
力 。并且改进后壳体的实际安全系数 n = 7. 5 > [ n ] , 因 此认为变速箱壳体符合疲劳强度要求 。
(4) 如果要更为精确地分析壳体的振动与疲劳 ,需要 在汽车行驶条件下 ,实验得到确定载荷谱及激振力的功率 谱[5] 。
[ 参考文献 ]
[1 ] 张洪欣. 汽车系统动力学[M] . 上海 :同济大学出版社 , 1996 [2 ] 徐灏. 疲劳强度设计[M] . 北京 :机械工业出版社 , 1981 [3 ] 刘宏昭 ,邵跃 ,曹惟庆. 轨道车变速箱壳体强度研究[J ] . 机械
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 R0 , R1 , R2 , …, Rn ,并且包角可近似认 为等于 180°如图 2 所示 。载荷 F 在包角范围内可假定按余
弦分布[2 ,3] ,即 R1 = R2cosβ, 且
_
_
_
_
F = R0 + 2 R1 + 2 R2 + … + 2 R n
为 1. 4～1. 7[1] 。因此认为变速箱壳体符合疲劳强度要求 ,
并与改进前的安全系数 4. 4 相比 ,可知改进后变速箱的抗
疲劳性能得到很大的改善 。
图 7 改进后模型 B 截面应力分布图
3. 3 壳体模型的改进 依据以上力学分析 ,可知壳体承受强度部位主要位于
3 个轴承所在的截面 ,尤其是中间剖面 B 。由于变速箱结构 比较复杂 ,结构设计涉及到的因素很多 ,因此在不要改变整 体结构很多的前提下 ,为了提高壳体的强度 ,在中间剖面 B 上添加了部分加强筋 ,并将原有的加强筋进行了加厚处理 。 应用 MARC 软件进行三维有限元分析后 ,得到了新的 变速箱壳体位移和应力分布规律 (见图 7) 。变速箱最易发 生破坏破裂部位的最大主应力值 29. 83 MPa 降低为 18. 6 MPa ;其他部位主应力值相应有所增加 ,3 个主要承受区的 强度差值降低 。由此可见 ,改进后壳体的最大强度承受能 力得到改善 ,并且应力分布趋于分散化 ,具有较好的强度分 配性能 。 3. 4 疲劳强度校核
看出 ,壳体轴承位置处与齿轮轴相接触部位及其附近的应 力值普遍比其他部位偏高 ,因此我们针对放置轴承的 3 个 高应力面进行了剖面处理 ,剖面位置如图 1 中 A 、B 、C 所 示 。各截面处的应力分布分别如图 3～5 所示 。最大主应 力位于一档齿轮轴与轴承相接触部位 (见图 4) ,其值为 29. 83 MPa ,所在节点编号为 12522 ,此处也即变速箱最易发生 开裂的地方 。而最小主应力也在此截面上 , 节点编号为 11344 ,其值为 - 17. 85 MPa 。
壳体最大受力处是在轴承座部位 ,汽车在一档行驶时 , 可以认为该部位受到单向循环应力 ,进行疲劳强度校核时
4 结论 (1) 基于目前的分析结果 ,在不改变原结构的基础上
采用镁合金变速箱壳体是可行的 。 (2) 本文计算结果的高应力区和汽车变速箱曾经易开
裂部位一致 ,说明有限元分析结果合理 。 (3) 计算出的壳体最大应力小于其疲劳强度极限应
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