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3、变速叉轴有限元分析 3.1、建立三维数学模型 

根据变速叉轴的实际尺寸及变速箱操纵机构的工作状况，应用PRO/E软件对操纵机构建立三维数学模型。由于轴承、锥堵等零件对变速箱操纵机构的有限元分析结果几乎没有影响，对其三维模型进行了简化设计。图5为变速箱操纵机构的三维装配图。 

图5  变速箱操纵机构的三维装配图 

    变速箱操纵机构的工作原理：当零件1（换档导块）被施加换档力时，零件3（变速叉轴）将随换档导块进行轴向移动，通过零件2（转换摇臂）进行力的传递，零件4（转换叉轴）也将轴向移动，从而带动零件6（换档拨叉）进行换档。其中零件5是叉轴支撑点处的轴承，对其三维数模做了简化处理。 3.2、变速叉轴强度分析 

现租用有限元工作站进行如下数据分析。变速箱的操纵机构通过换档导块推动变速叉轴及变速叉轴带动拨叉进行换档，经变速箱的台架试验并进行换算，能够实现正常换档时换档导块（图5中零件1）处承受的载荷平均值为1700N。 柳工855铲车波箱规格，柳工855铲车波箱加工，柳工855铲车波箱价格，柳工855铲车波箱批发

利用ANSYS Workbench有限元分析软件进行强度分析，对换档导块处施加载荷，轴承处为固定支撑，通过合理的网格划分和边界条件设定，就可利用ANSYS Workbench软件对优化后的变速叉轴强度进行计算。图6为变速箱操纵机构等效应力状态云图，图7为变速叉轴与转换摇臂接触面应力状态云图。从图6中可以看出变速箱的操纵机构所受Von-Mises应力的变化情况，*大值是230.67MPa, 从图7中可以看出变速叉轴与转换摇臂接触处接触应力变化情况，*大接触应力为265.65MPa。变速叉轴的材料40Cr（GB/T3077-1999）的单向应力屈服强度σ0.2为785MPa。*大Mises应力和*大接触应力均小于40Cr材料的单向应力屈服点，故40Cr的机械性能满足设计要求。

3.3、疲劳寿命分析 

根据对变速叉轴受力及变形状况进行分析，可知变速叉轴疲劳属于高周疲劳，应采用应力-寿命（σ-N）理论计算疲劳寿命。 

应用ANSYS Workbench有限元分析软件我们可以得出应力-寿命曲线（S-N曲线），S-N曲线数据是在ANSYS Workbench软件下的材料特性分支下的“交变应力与循环”（“Alternating Stress Vs. Cycles”）选项中输入的，它展示的是应力幅与失效循环次数的关系。图8为变速叉轴的Alternating Stress Vs. Cycles（S-N）曲线，图9为变速叉轴的*小载荷变化幅度50%和*大载荷变化幅度150%的疲劳敏感性曲线

当换档导块实际承受的载荷为1700N时，通过图9疲劳敏感性曲线计算其疲劳寿命约是1.2e+5次，正常使用状态下可以满足变速箱的设计要求。另外通过变速叉轴强度分析可知，变速叉轴与转换摇臂接触面处的平均接触应力为100～140MPa，通过S-N曲线可以计算出该范围内变速叉轴的使用寿命是1.2e+5～3.2e+5次。 4、结论 

（1）通过对变速叉轴断裂位置及断口形状进行观察，失效是由疲劳断裂所致。通过对断裂处的分析，给出了变速叉轴的优化设计方案。 

（2）针对优化后的设计方案，建立三维数模。应用ANSYS Workbench软件对变速箱的操纵机构进行强度分析，得出变速叉轴的*大Mises应力和*大接触应力均小于40Cr的屈服强度。

（3）应用ANSYS Workbench软件得出S-N曲线和疲劳敏感性曲线。结合变速叉轴强度分析结果，当换档导块实际承受的载荷为1700N时，变速叉轴的使用寿命为1.2e+5次，可以满足变速箱的设计要求。