为了改进变速器壳体的结构设计,对某商用车变速器壳体进行拓扑优化。首先,进行了边界条件的分析及载荷的获取;其次,针对典型工况,利用Hypermesh及Optistruct软件,对变速器壳体进行了强度分析和拓扑优化设计。优化后最大应力较优化前下降13.78%,最大应力明显得到优化,应力集中区域有缩小趋势。

针对直齿锥齿轮的齿根大多采用0.3倍模数的定半径圆角过渡,容易造成齿根弯曲应力偏大、锥齿轮使用寿命降低等问题,提出了一种变半径齿根圆角锥齿轮的设计方法。建立了标准齿根圆锥下的变半径齿根圆角一般方程;基于某电动汽车差速器定半径非标行星齿轮,推导出不同齿根圆锥下的齿根变半径圆角的一般方程,对非标行星齿轮进行了优化设计。通过有限元动力学和疲劳寿命仿真分析得知,变半径齿根圆角相较于半径最大的定半径圆角,锥齿轮平均齿根弯曲应力减小了10.8%、疲劳损伤降低了6.6%。所提出的设计方法提升了锥齿轮力学性能和疲劳寿命。

为降低差速器齿轮在传动过程中的振动和噪声,采用了行星齿轮齿廓修形和偏心螺旋线修形。通过KISSSoft分析了齿廓修形量、螺旋线修形量、螺旋线修形因子Ⅰ和螺旋线修形因子Ⅱ对传动误差峰值差、齿面最大接触应力、行星齿轮齿根弯曲应力和半轴齿轮齿根弯曲应力的影响,通过Minitab建立4个响应量的回归方程,得到以传动误差峰值差最小、齿面最大接触应力最小以及行星齿轮齿根弯曲应力不大于1100 MPa为目标的修形方案,修形后传动误差峰值差降低了11.39%,齿面最大接触应力下降了3.89%,行星齿轮和半轴齿轮的齿根弯曲应力分别下降了4.40%和5.62%。最后,采用有限元仿真分析,验证了修形后的差速器齿轮的疲劳寿命满足要求,并通过台架试验进行了验证。