一、研究背景
    在飞速发展的现代社会，汽车已经成为人们生活中不可或缺的一部分，无论是作为代步工具的私家车、公交车，还是作为商业用途的旅游车、工程车，在众多领域都扮演着十分重要的角色。随着汽车行业的发展，其安全性能也逐渐受到重视，因此，对汽车各零件的可靠性要求也越来越高。作为汽车动力传输的重要组成部分，变速器各项性能指标也在不断提升，而作为变速器的关键零部件，换挡拨叉的强度在极大程度上影响着变速器的可靠性及使用寿命。若拨叉设计强度不够，在汽车行驶过程中发生断裂，致使变速器失效，无法正常挂入挡位，将影响正常行驶，甚至对车内乘员的人身和财产安全带来威胁。
    本文针对某种变速器换挡拨叉强度进行研究，并使用有限元软件，分析几种常见结构的叉脚对强度的影响。

    二、结构分析
    叉脚是拨叉的主要工作区域，也是容易因强度不足或结构不合理而发生断裂的部位。图1所示为本文进行分析的3种相似叉脚结构。其中a）结构为拨叉中最常见的叉脚结构，充分厚度的材料能保证拨叉在受力时不会因材料较少而发生早期失效。b）结构是在a）结构基础上切除叉脚一面的部分材料，这样可以在某种程度上减少轴向长度，使变速器结构更加紧凑。在锐角处加上倒角，以减少应力集中，提高零件的使用寿命。c）结构则是在b）结构基础上考虑到切除叉脚材料后的强度问题，在切除材料的叉脚侧面增加了一条加强筋。

    三、有限元分析
    使用Abaqus软件分别对图1所示3种结构的零件建立三维模型，分析其叉脚部位受高压强力时的位移和应力分布情况，结果如图2所示。



      由上图可知，在叉脚处施加一定压力时，应力最大点都出现在切除材料叉脚处材料截面变化最大的位置，而位移最大点都在叉脚末端。将拨叉各状态应力、位移对比，结果如表1所示。

    a）结构拨叉的最大主应力为193 A MPa，最大位移为0.4mm ; b）结构拨叉的最大主应力为257.7MPa，最大位移为0.42mm ; c ）结构拨叉的最大主应力为146.8MPa，最大位移为0.42mm。可以看出，c）结构拨叉的应力集中相对于b）结构提高了75%。换而言之，在工作强度和使用寿命方面，c）结构拨叉将会有更可靠的表现。

    四、试验验证
    分别将3种结构的拨叉样件装配到同一型号变速器，并在相同型号台架上进行同步器疲劳寿命．台架试验。
    在同样的试验条件下，a）结构拨叉换挡25万次后叉脚完好，仍可继续工作；b）结构拨叉换挡8万次后因叉脚断裂而失效，c）结构拨叉换挡25万次后叉脚完好，仍可继续工作。由图4可知，断裂处发生在材料截面骤变处。

    五、结论
    本文对3种常见结构拨叉进行对比分析，可以看出在结构合理的前提下，充分的材料厚度可以保证零件的使用性能及寿命；如果考虑到空间原因，需要减少叉脚厚度，在减少材料的部位可以增加加强筋以提高零件刚度，减小因为去除材料而引起的应力集中风险，从而提高零件使用寿命。