完整的有限元模型
初步判斷是變速器上凸臺(tái)強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致斷裂；技術(shù)人員提出增加加強(qiáng)板，并對(duì)斷裂處安裝座凸臺(tái)進(jìn)行局部加筋，以加強(qiáng)強(qiáng)度。某車型在道路試驗(yàn)中，在完成一定行駛里程的例行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)變速器右箱體與后懸掛連接的螺栓安裝凸臺(tái)斷裂。為了對(duì)斷裂原因進(jìn)行進(jìn)一步的分析探討，需要對(duì)變速器右箱體與后懸掛連接處安裝座進(jìn)行有限元分析。
結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析
考慮一定的分析簡(jiǎn)化，變速器只取右箱體，后懸架只取與變速器右箱體相連接一側(cè)的支架，右箱體與支架通過3顆螺栓連接。
1.網(wǎng)格劃分
為了便于加螺栓預(yù)緊力，螺栓采用以六面體為主的單元進(jìn)行規(guī)整的網(wǎng)格劃分；右箱體和支架采用二階四面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分；右箱體、支架通過螺栓進(jìn)行連接，所有接觸表面采用MPC；右箱體與左箱體、右箱體與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、后支架與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的所有連接螺栓孔中心做rbe2單元。
2.載荷邊界條件
（1）約束條件：將變速器右箱體與左箱體相連處螺栓進(jìn)行約束固定；將變速器右箱體與缸體相連處螺栓進(jìn)行約束固定；后支架與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體相連的螺栓約束固定。
（2）集中作用力：通過懸置系統(tǒng)的多體動(dòng)力學(xué)計(jì)算，得到后懸置在空檔下，由于動(dòng)力總成的自重在后懸置處產(chǎn)生的支反力，將此靜力取一定的動(dòng)載系數(shù)，作用在后懸置軟墊中心點(diǎn)處；同時(shí)在后支架與右箱體的連接螺栓上加最大螺栓預(yù)緊力。
（3）工況1，驗(yàn)算動(dòng)載系數(shù)取5g時(shí)的疲勞強(qiáng)度：集中作用力FX=-1 874N；FY=-106N；FZ=1 002N；最大螺栓預(yù)緊力為22 447N。
（4）工況2，驗(yàn)算動(dòng)載系數(shù)取10g時(shí)的抗拉強(qiáng)度：集中作用力FX=-3 747N；FY=-212N；FZ=2 004N；最大螺栓預(yù)緊力為22 447N。
3.分析方案說明
原狀態(tài)為試驗(yàn)出現(xiàn)斷裂的模型和狀態(tài)，初始優(yōu)化指增加和增高了實(shí)際斷裂處凸臺(tái)附近的加強(qiáng)筋和倒圓倒角的模型和狀態(tài)。
4.應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析
為了便于分析比較，取凸臺(tái)斷裂處一固定位置上節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析對(duì)比；根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可以得到以下結(jié)論：
（1）凸臺(tái)的應(yīng)力大小主要與螺栓預(yù)緊力有關(guān)，支架上的集中作用力對(duì)凸臺(tái)應(yīng)力的貢獻(xiàn)較小；
（2）在實(shí)際斷裂位置截面上兩種工況下應(yīng)力值都較小，應(yīng)力變化幅值也很小，單純從凸臺(tái)正常受力考慮，不論是受拉還是受壓應(yīng)力狀態(tài)，抗拉強(qiáng)度或疲勞強(qiáng)度都滿足要求；
（3）優(yōu)化改進(jìn)后（增加和增高了實(shí)際斷裂處凸臺(tái)附近的加強(qiáng)筋和倒圓倒角），凸臺(tái)應(yīng)力值有所下降，但對(duì)優(yōu)化凸臺(tái)本身強(qiáng)度影響不大。
螺栓分析
為了評(píng)價(jià)右箱體與后懸掛連接螺栓的受力狀況，考慮在后懸置側(cè)最大集中力作用下，通過有限元方法計(jì)算凸臺(tái)位置螺栓處的支反力，對(duì)右箱體與后懸掛的螺栓連接關(guān)系進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
右箱體與后支架間連接螺栓規(guī)格：M10×1.25(Q1841060)；螺栓擰緊扭矩30±5Nm。
通過計(jì)算得到的實(shí)際凸臺(tái)斷裂處螺栓所受的橫向剪切力為3 295N；而試驗(yàn)時(shí)的螺栓連接狀態(tài)，按照常規(guī)的螺栓擰緊方式，最小螺栓預(yù)緊力作用在摩擦面上的最小摩擦力為1 188N，摩擦力小于需要平衡的橫向剪切作用力，螺栓不能擰緊，存在松脫的可能性。
經(jīng)過與試驗(yàn)工程師討論，確認(rèn)在實(shí)際路試時(shí)，同一凸臺(tái)曾先后斷裂4次，最嚴(yán)重的情況是在裝配打螺栓扭力時(shí)凸臺(tái)就出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。根據(jù)以上分析判斷凸臺(tái)斷裂原因存在以下可能性：
1. 螺栓與凸臺(tái)的裝配連接工藝沒有得到保證，螺栓與螺栓孔的同軸度不好；
2. 后支架與右箱體的螺栓孔不對(duì)中，安裝位置有誤差；
3. 后支架與右箱體的3個(gè)連接螺栓的分布位置不合理，造成斷裂處螺栓受橫向剪切力較大，而螺栓與被連接件的摩擦力較小，螺栓松動(dòng)，不能很好地?cái)Q緊；
4. 螺栓擰緊力矩小或沒有按規(guī)定打扭矩，螺栓松動(dòng)，則不能很好地?cái)Q緊。
（轉(zhuǎn)載）
