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鎂合金作為工業(yè)產(chǎn)品中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，又具有比較好的回收性能，在汽車減重、性能改善和環(huán)保中日益得到工業(yè)界重視。目前，鎂合金以壓鑄件的形式在汽車零部件中得到了應(yīng)用，如鎂合金變速箱殼體、輪毅等。某汽車公司采用鎂合金變速箱殼體代替鋁合金殼體，為盡可能利用原模具結(jié)構(gòu)，降低設(shè)計(jì)成本，需要對(duì)在相同結(jié)構(gòu)下采用鎂合金后的殼體進(jìn)行強(qiáng)度分析。本研究采用有限元軟件對(duì)殼體進(jìn)行建模，并劃分有限元網(wǎng)格。選取啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)的載荷為計(jì)算工況，在MARC軟件中建立該殼體有限元力學(xué)模型，對(duì)變速箱殼體進(jìn)行載荷分析，分析了殼體的受力情況。隨后，針對(duì)變速箱殼體強(qiáng)度薄弱部位，對(duì)局部結(jié)構(gòu)改進(jìn)提出了建議。
變速箱殼體擬采用型號(hào)為AZ91D的鎂合金，其彈性模量為45GPa，泊松比為0.35，體密度為1.8g/cm3。抗拉強(qiáng)度為200MPa，屈服強(qiáng)度為120MPa，疲勞強(qiáng)度為75MPa。變速箱輸入轉(zhuǎn)矩為74N.m，標(biāo)定轉(zhuǎn)速為3500r/min，最大轉(zhuǎn)速為5000r/min。根據(jù)變速箱受力情況，在變速箱懸掛螺紋孔處施加位移邊界條件，則變速箱所受外力為其自重和由于牽引所引起的力。根據(jù)汽車?yán)碚摚?dāng)變速箱位于一檔即起步檔位置時(shí)，所受到的牽引力最大，所以選取一檔時(shí)變速箱殼體所受外力作為外載荷。
變速箱在工作過(guò)程中，受力是通過(guò)軸承與殼體相接觸來(lái)傳遞的，故分析殼體的受力情況，先要分析軸承的受力情況。為了計(jì)算出變速箱殼體內(nèi)所受的力，須先得到變速箱內(nèi)各齒輪對(duì)間的力，這些力通過(guò)齒輪和齒輪軸傳到軸承上，再由軸承傳到殼體上。齒輪之間有徑向力、周向力和軸向力，其計(jì)算公式分別為式中：T為扭矩，d為分度圓直徑，F(xiàn)為周向力，F(xiàn)Y為徑向力，F(xiàn)a為軸向力，a為分度圓上的壓力角，R為分度圓上的螺旋角。這三種力只有徑向力的方向和齒輪軸線垂直，而周向力可以分解為一個(gè)力矩和一個(gè)作用在齒輪軸線上并和齒輪軸線相垂直的力，因此可得到一個(gè)作用在齒輪軸線上的徑向合生支反力。由于軸承采用向心球軸承，主要承受徑向載荷，可忽略軸向因素的影響，因此只分析徑向力的影響。變速箱一軸和二軸及中間軸的軸承支反力根據(jù)材料力學(xué)不難求出，6個(gè)軸承孔處的支撐反力結(jié)果如表所示。
變速箱殼體采用UG進(jìn)行造型。由于殼體形狀非常復(fù)雜，并且受力不均勻，因此取其整體作為分析對(duì)象，并將部分與材料強(qiáng)度無(wú)關(guān)的結(jié)構(gòu)(如倒角、螺紋孔等)，進(jìn)行拉直，填平等結(jié)構(gòu)上的簡(jiǎn)化。將殼體劃分為四面體單元，外形網(wǎng)格如圖所示，該模型共有40813個(gè)節(jié)點(diǎn)，149420個(gè)單元。分析計(jì)算及后處理采用軟件MARC Mentat進(jìn)行。軸受力時(shí)，力經(jīng)過(guò)R軸承傳遞到殼體上。當(dāng)殼體的有限元模型建立好以后，這些力以節(jié)點(diǎn)力的形式施加。由于軸承與軸及殼體是通過(guò)過(guò)盈配合連接的，軸作用到軸承上的集中力F通過(guò)軸承作用到殼體上就轉(zhuǎn)換為沿殼體圓周的分布力Rp，R1，R2，...Rn，載荷F在包角范圍內(nèi)可假定按余弦分布。
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