CN109992822A - 一种应用cae技术提高变速器拨叉换挡力标定精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用CAE技术提高变速器拨叉换挡力标定精度的方法，属于载荷标定技术领域。该方法应用CAE技术，根据拨叉在变速器总成下的受力状态，按照拨叉力流传递路径搭建了拨叉装配有限元模型，并施加与总成受力状态一致的位移边界条件和换挡力，准确快速地获得了拨叉换挡力与应力的关系，确定了拨叉换挡力标定系数。根据拨叉上测量点的应力，最终确定拨叉换挡力。本发明应用CAE技术标定拨叉换挡力，节省了专用传感器的费用以及制作专用卡具的时间，节约了时间成本。

Description

一种应用CAE技术提高变速器拨叉换挡力标定精度的方法

技术领域

本发明属于载荷标定技术领域，具体涉及一种应用CAE技术提高变速器拨叉换挡力标定精度的方法。

背景技术

拨叉换挡力是进行拨叉结构强度及寿命计算的基本条件之一。换挡力主要由试验给出，试验前需要标定换挡力与测点应变的关系，以获得换挡力标定系数，然后根据标定系数反推换挡力，所以标定系数的精度决定了换挡力的精度。根据拨叉标定所处环境不同，标定方法可分为“直接标定”和“间接标定”，“直接标定”是直接在变速器总成状态下进行标定，其优点是拨叉工作状态与实际工作状态一致，标定精度高；缺点是在加载拨叉换挡力时，需要同时布置载荷传感器获得换挡力，其不容易实现。“间接标定”是通过制作专用卡具，搭建台架进行标定，其优点是测试简便，容易实现；缺点是搭建的台架与实际工作状态通常存在较大差别，特别是叉轴两端及接合套位置无法按实际提供的刚性进行约束，由此导致标定精度更低。目前单纯应用试验标定拨叉换挡力存在困难，标定精度难以保证。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种应用CAE技术提高变速器拨叉换挡力标定精度的方法，为获得高精度拨叉换挡力提供技术支撑。

为实现上述目的，本发明提供一种应用CAE技术提高变速器拨叉换挡力标定精度的方法，包括下述步骤：

步骤一、划分叉轴、拨块、拨叉、接合套的有限元网格，获得各结构的有限元网格模型；

步骤二、定义各结构有限元网格模型的材料属性，给定各零部件的弹性模量E和泊松比μ；

步骤三、定义拨块与叉轴、拨叉与接合套、拨叉与叉轴的接触关系，按照拨叉力流传递路径完成拨叉有限元分析模型装配；

步骤四、在拨块叉口位置施加单位载荷F，载荷F沿叉轴方向；

步骤五、定义拨叉有限元模型的边界条件，包括两部分：一是完全固定接合套；二是固定叉轴两端，同时保证拨叉与总成中的运动方式一致；

步骤六、完成拨叉有限元分析，获得拨叉应力分布，并据此确定应力关键测点位置，为粘贴应变片提供支撑；

步骤七、将拨叉单位载荷F除以拨叉关键测点位置应力σ，即得载荷标定系数η；

步骤八、根据步骤六确定的关键测点位置粘贴应变片，然后在变速器总成状态下测量拨叉(4)关键测点位置的应力σ'，并根据载荷标定系数η推得拨叉换挡力F'，F'＝η×σ'。

步骤一中，所述拨叉、接合套、叉轴、拨块用实体网格划分，螺栓用刚性单元rbe2模拟。不同部件接触位置需要细化网格，以提高载荷传递精度；拨叉圆角过渡位置需要细化网格，以提高关键位置的应力计算精度。

步骤三中，定义的接触关系包括拨叉-接合套接触关系、拨叉-叉轴接触关系和拨块-叉轴接触关系。

步骤四中，在拨头与拨块接触位置处建立rbe3以施加换挡力，rbe3主点为拨块凹口一侧侧壁面节点，从点为拨头与拨块接触点。

步骤五中，为方便定义边界条件，分别在接合套、叉轴两端建立刚性单元rbe2；接合套处的刚性单元以接合套中心为主点，以接合套内花键表面为从点；叉轴两端刚性单元分别以叉轴中心为主点，以叉轴上的与变速器壳体相接触处的节点为从点。

步骤六中，所述拨叉应力为Mises应力；确定的测点应满足两个条件：一是测点位置应力应平滑，没有突变；二是测点位置应有足够的空间满足应变片粘贴要求。

本发明应用成熟的有限元CAE技术，根据拨叉在变速器总成下的受力状态，按照拨叉力流传递路径搭建了拨叉装配有限元模型，并施加与总成受力状态一致的位移边界条件和换挡力，准确快速地获得了拨叉换挡力与应力的关系，确定了拨叉换挡力标定系数。应用CAE技术标定拨叉换挡力避免了购买专用传感器，以及制作专用卡具的费用和时间，节约了大量的人力、物力、费用及时间成本。

附图说明

图1是拨叉总成三维CAD模型；

图2是叉轴、拨块、拨叉、接合套的有限元网格模型；

图3d是拨叉有限元模型中的装配关系，其中a是拨快-叉轴接触关系，b是拨叉-叉轴接触关系，c是拨叉-接合套接触关系；

图4是拨叉换挡力作用方式；

图5是施加接合套约束；

图6是施加叉轴约束；

图7a为拨叉角度1应力场，图7b为拨叉角度2应力场；

图8是换挡力测试曲线。

其中：1、叉轴，2、拨块，3、拨头，4、拨叉，5、接合套，6、螺栓Ⅰ，7、螺栓Ⅱ

具体实施方案

为了使发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，进一步说明本发明的技术方案及优点，下面结合附图及实施例进行详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种应用CAE技术提高变速器拨叉换挡力标定精度的方法，包括下述步骤：

一、如图1所示，根据拨叉换挡力传递路径，组装拨叉总成三维CAD模型，模型中包括叉轴(1)、拨块(2)、拨头(3)、拨叉(4)、接合套(5)、螺栓Ⅰ(6)、螺栓Ⅱ(7)；如图2所示，采用Hypermesh软件划分包括叉轴(1)、拨块(2)、拨叉(4)、接合套(5)的有限元实体网格模型，连接拨叉(4)和叉轴(1)的螺栓Ⅰ(6)采用刚性单元rbe2模拟，连接拨块(2)和叉轴(1)的螺栓Ⅱ(7)也采用刚性单元rbe2模拟，拨头(3)不划分网格；

二、定义叉轴(1)、拨块(2)、拨叉(4)、接合套(5)各有限元网格模型的材料属性，弹性模量E均为2.1e5MPa，泊松比μ均为0.3；

三、如图3所示，定义相互接触部件之间的接触关系：拨块(2)与叉轴(1)、拨叉(4)与接合套(5)、拨叉(4)与叉轴(1)的接触关系，按照拨叉力流传递路径以完成拨叉有限元分析模型装配；

四、如图4所示，在拨块叉口位置施加单位载荷F＝2000N，载荷F沿叉轴(1)方向。具体实施时可在拨头(3)与拨块(2)接触位置处建立图4中标示(8)的rbe3施加换挡力，rbe3主点为拨块(2)凹口一侧侧壁面节点，从点为拨头(3)与拨块(2)接触点；

五、定义拨叉有限元模型的边界条件，包括两部分：一是完全固定接合套(5)中心；二是固定叉轴(1)两端，并保证拨叉(4)与总成中的运动方式一致。为方便定义边界条件，在接合套处建立刚性单元如图5中标示(9)的rbe2，刚性单元(9)以接合套(5)中心为主点，以接合套内花键表面为从点，并完全固定刚性单元(9)的主点自由度；叉轴(1)两端与变速器壳体相接处位置均建立刚性单元rbe2，现以一端刚性单元为例说明其建立过程，如图6所示，刚性单元(10)以叉轴(1)中心为主点，以叉轴上的与变速器壳体相接触位置为从点，并按图6约束刚性单元(10)的主点自由度；

六、如图7所示，应用有限元软件ABAQUS完成拨叉有限元分析，获得的拨叉(4)应力分布，确定的“关键点”位置处为一平面，其不仅有足够的空间粘贴应变片，而且此处应力较大，过渡平滑，没有突变，应力计算精度高；

七、将拨叉换挡力单位载荷F除以拨叉关键位置应力σ，得载荷标定系数

八、如图8所示，根据步骤六确定的关键点位置粘贴应变花，然后在变速器总成状态下测量拨叉(4)关键测点位置的应力σ'，并根据载荷标定系数η推得的换挡力F'，F'＝η×σ'。

所述方法应用CAE技术能够快速准确地获得拨叉换挡力标定系数，其能够显著提高拨叉换挡力测试精度，对于预测拨叉强度或寿命具有重要意义。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种应用CAE技术提高变速器拨叉换挡力标定精度的方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤一、划分叉轴(1)、拨块(2)、拨叉(4)、接合套(5)的有限元网格，获得各结构的有限元网格模型；

步骤二、定义各结构有限元网格模型的材料属性；

步骤三、定义拨块(2)与叉轴(1)、拨叉(4)与接合套(5)、拨叉(4)与叉轴(1)的接触关系，按照拨叉力流传递路径完成拨叉有限元分析模型的装配；

步骤四、在拨块(2)叉口位置施加单位载荷F，载荷F沿叉轴(1)方向；

步骤五、定义拨叉有限元模型的边界条件，包括两部分：一是完全固定接合套(5)；二是固定叉轴(1)两端，同时保证拨叉(4)与总成中的运动方式一致；

步骤六、完成有限元分析，获得拨叉(4)应力分布，确定应力关键测点位置，为粘贴应变片提供支撑；

步骤七、将拨叉(4)单位载荷F除以拨叉关键测点位置应力σ，即得载荷标定系数η；

步骤八、根据步骤六确定的关键测点位置粘贴应变片，然后在变速器总成状态下测量拨叉(4)关键测点位置的应力σ'，并根据载荷标定系数η推得拨叉换挡力F'，F'＝η×σ'。

2.根据权利要求1所述的一种应用CAE技术提高变速器拨叉换挡力标定精度的方法，其特征在于，在所述步骤一中，拨叉、接合套、叉轴、拨块用实体网格划分，螺栓用刚性单元rbe2模拟；不同部件接触位置需要细化网格，以提高载荷传递精度；拨叉圆角过渡位置需要细化网格，以提高关键位置的应力计算精度。

3.根据权利要求1所述的一种应用CAE技术提高变速器拨叉换挡力标定精度的方法，其特征在于，步骤三中，定义的接触关系包括拨叉-接合套接触关系、拨叉-叉轴接触关系和拨块-叉轴接触关系。

4.根据权利要求1所述的一种应用CAE技术提高变速器拨叉换挡力标定精度的方法，其特征在于，步骤四中，在拨头与拨块接触位置处建立rbe3以施加换挡力，rbe3主点为拨块凹口一侧侧壁面节点，从点为拨头与拨块接触点。

5.根据权利要求1所述的一种应用CAE技术提高变速器拨叉换挡力标定精度的方法，其特征在于，步骤五中，为方便定义边界条件，分别在接合套、叉轴两端建立刚性单元rbe2；接合套处的刚性单元以接合套中心为主点，以接合套内花键表面为从点；叉轴两端刚性单元分别以叉轴中心为主点，以叉轴上的与变速器壳体相接触处的节点为从点。

6.根据权利要求1所述的一种应用CAE技术提高变速器拨叉换挡力标定精度的方法，其特征在于，步骤六中，所述拨叉应力为Mises应力；确定的测点应满足两个条件：一是测点位置应力应平滑，没有突变；二是测点位置应有足够的空间满足应变片粘贴要求。