变速器后盖设计的优化革新

1 变速器测试

某整机厂对某变速器进行噪音测试,整个测试在实验室,测试档位为1档-5档,扭矩为发动机最大扭矩。测试部位如图1:Node1-Node6为传感器贴片位置,经过测试,发现Node6部位振动最大。该部位为变速器后盖部位,变速器后盖为薄壁件,厚度为1.2mm,材料为ST12。



2 后盖分析

后盖模型如图2:后盖是通过螺栓联接在变速器后壳体上,后盖在Node6部位振动较强烈(1档-5档振动都较强)。经过测试分析,在1档-5档时,由于齿轮啮合力产生的激励频率接近后盖的一阶固有频率,故产生较大的振动。因此我们优化的目的就是增大后盖的一阶固有频率。

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3 后盖设计改进

1)计算后盖的模态

后盖单元采用PSHELL二阶单元,如图3,厚度为1.2mm,材料弹性模量为210GPa,泊松比:0.3,密度为7900Kg/m3。8个孔采用Rigid单元,由于后盖通过螺栓与变速器后壳体联接,故对8个孔采用6个自由度全约束的方式,计算该结构下的模态,一、二、三阶固有频率分别如下:一阶固有频率:1187.927Hz,二阶固有频率:1856.681Hz,三阶固有频率:2295.892Hz。

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2)利用HyperWorks软件对后盖进行优化,以提高其第一阶固有频率

1)优化目标:第一阶固有频率最大

2)约束:可设计部分(加筋部位)体积上限为原体积的30%

3)设计变量:可设计部分单元密度

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模型的每个单元都以不同的颜色表示其密度值,需要加强的区域密度趋向于1,不需要加强的区域密度趋向0,。从图4可以看出,红色区域的部位密度值趋向1,是需要设计加强筋的部位。




3)设计有加强筋的后盖并计算其模态

在后盖红色区域处设计10条加强筋,如图5所示:计算该结构下的模态,图6为有限元模型,采用PSHELL二阶单元,8个孔采用Rigid单元,8孔6个自由度全约束。计算该结构下的模态,一、二、三阶固有频率分别如下,一阶固有频率:1368.958Hz,二阶固有频率:1816.878Hz,三阶固有频率:2383.951Hz。通过对两种结构的一阶固有频率进行比较,有加强筋的后盖一阶固有频率比原来的提高15.239%。

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4 结论

没有加强筋的后盖在加载时产生较大的振动,说明齿轮啮合力产生的激励频率接近后盖的一阶固有频率,现通过对后盖进行加筋,提高了其一阶固有频率。通过试验后盖的振动有明显降低。本论文只是通过这个小小的例子来说明利用HyperWorks软件,可以帮助广大工程技术人员对各种工程上的零部件进行优化,关键是利用软件能找出需要优化的部位,从而指导工程技术人员快速地设计出满足使用和性能要求的零部件。

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