壳体加强筋设计

壳体加强筋设计

邓小梅 刘海云

【摘 要】摘 要：对于壳体设计，合理的设置加强筋不仅能增加壳体的强度，刚度及铸造性能，加强筋的设计影响到壳体的模具的结构及成本及质量，要使加强筋起到预想的作用，必须正确地设计其形状，位置分布于尺寸，否则，不仅不能达到预期效果，反而给铸造工艺带来困难。本文从加强筋的结构与尺寸及设计原则、作用及举例分析加强筋对壳体质量的影响。

【期刊名称】江西化工

【年(卷),期】2016(000)002

【总页数】3

【关键词】壳体 加强筋 铸造工艺

设计壳体时，往往为保证壳体的强度和刚度的需要，以为壁越厚性能越好；实际上对于壳体来说，随着壁厚增加，力学性能明显下降。单纯依靠增加壳体壁厚是不妥的，采用的有效方法应该是设置加强筋。

一、加强筋的结构及参考尺寸

表1 加强筋的结构及参考尺寸

二、加强筋的设计原则

1、加强筋布置

(1)要尽量对称；

(2)尽量避免筋与筋之间在同一部位的加固和交叉；

(3)尽量避免筋的布置过于密集。

因交叉处热节较大，内部容易产生缩孔或缩松，故易产生裂纹，如图1中(a)热节最大，(b)和(c)热节较小，且可通过微量变形来缓解内应力，因此抗裂性能要好。

2、与铸件连接的根部应圆弧过渡

如图2，为了防止应力集中，壳体上凡是壁与壁的连接，不论直角、锐角或钝角、盲孔和凹槽的根部，都应设计成圆角。

3、加强筋的布置应符合模具铸造工艺

加强筋布置方向与铝液的填充方向一致，这样筋可以成为填充时的辅助流路，有利于壳体的填充，对壳体的铸造缺陷有很大改善，如图3。本文下面举案列说明铸造加强筋对壳体的铸造缺陷的改善情况(如图13)。

4、凸台连接处的加强筋

壳体设计过程中，一般受力凸台的边缘会设计加强筋，如果将连接的加强筋水平设计，可能存在干涉现象且材料多，如图4中两个凸台之间的筋没有必要水平布置，而是根据受力的分布将其设计成曲线型，不但节省材料，而且柔性更好。

5、加强筋过度

加强筋的过度尽量平滑，不能急拐弯，否则，会在急拐弯处产生应力集中，根据受力的方向，这些筋在此受力方向的基础上缓慢进行曲线转弯，更好地增加筋的柔性。(如图5)

三、加强筋的作用

1、加强筋为了减小壁厚，确保壁厚均匀。

如图6，防止壳体产生缩孔、裂纹等铸造缺陷。

2、增加壳体的刚度和强度，防止壳体变形。

如图7，防止壳体裂纹，在壳体易裂处增加防裂筋，如图8。

3、改善壳体铸造性能。

加强筋作为补缩通道，扩大冒口的补缩范围，如图9，零件，内腔内B处不易被补缩到，在该处增加加强筋A将其与外壁连在一起，这样筋A就成了补缩通道。顶部冒口可通过外壁及筋A来补缩B处。

4、加强筋增加散热作用

在壳体的外腔增加散热筋(如图10)。

6、导油筋，目的为了加强润滑作用。

导油筋一般设计在轴承的导油孔或者油槽的部位(如图11)，往往会设计一根到两根很高的筋，这种筋在离壳和变壳合箱后，这两根筋就起到挡板的作用，将油引导到轴承的油孔中，润滑轴承。

7、防裂筋

当壳体脱模时，考虑包络力的问题，靠近差速器侧的包络力大，另外一侧小，脱模时即产生了受力的不平衡导致壳体变形，拉裂(如图12)。其次所示这两条主加强筋的作用对壳体防止变形及将整个大平面隔开，在整个壳体的刚度上起了很大的作用及NVH降噪有利。

公司有一产品，该车在进行最大爬坡试验时突然传动轴脱开整车失去动力，停车后检查发现变速箱后悬置凸台与支架连接处撕裂，如图14种红色圈中连根剥落。

CAE分析该处的强度较差，更改前后的最大应力比较，更改前的应力高达600Mpa，如图15，更改后的应力符合要求，小于240Mpa，如图16。

经过X射线检测，该产品失效部位气孔很严重，如图17，经过实物解剖，气孔大小高达6mm，组织疏松严重，如图18。

经过模流分析，该处的铝液流动性比较差，经过设计变更，增加加强筋，如图13，该加强筋不但增强壳体的强度，从上图很容易看出，浇口进料方向与新加筋方向基本一致，有利于铝液顺利流向柱子，对改善柱子的气孔起很大作用，同时也有利于压力传递，使凸台致密性更好。更改后的产品的气孔情况如图19。

参考文献

[1]机械手册——机械零部件结构设计.

[2]铸件结构设计标准.

[3]压铸模具设计手册.