汽车变速器壳体结构振动特性研究

《汽车变速器壳体结构振动特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第2期汽齿科技2013笠汽车变速器壳体结构振动特性研究缪国摘要：变速器壳体是变速器的主要噪声辐射，其结构振动特性影响到变速器的振动和噪声，对壳体的振动特性分析有利于对其进行结构改进。本文以某型汽车变速器壳为例，分析了壳体有限元模态对壳体结构振动特性的影响，研究并验证了结构设计对提高变速器壳体的抗振能力的重要影响，为汽车变速器壳体结构振动特性的改进提供理论依据。关键词：变速器；壳体；振动；模态汽车工业经过一百多年的发展，到现在已经发展成为全球各经济体的支柱产业。近3O年来，中国的汽车工业得到迅速发展，2010年成为世界第一汽车产销大国。巨大市场吸引了国外的先进汽车

2、厂商，也使得国内汽车行业的竞争日趋激烈，同时，广大用户对汽车的驾驶舒适性、排放、噪音污染等也提出了更高的要求。近年来由于车辆振动噪声及舒适性问题的突出，国、内外汽车噪声法规均在不断收紧，我国于2005年强制执行了新的汽车及发动机噪声法规(GB1495)，要求轿车汽车加速行驶噪声限值达国际水平的74dB。2012年，欧委会正式向欧洲理事会和欧洲议会提交一份关于机动车降噪提案。根据该提案，机动车噪音释放须在5年内累计降低4dB。该提案一旦获得通过，势必会给汽车行业造成重大影响。车辆的噪声主要包括动力总成噪声、传动系统噪声和轮胎噪声等等，发动机和变速器结构组成的动力总

3、成装置是车辆行驶噪声的一个最主要的振动和噪声源，车辆行驶噪声限值标准的降低，势必要求同时控制和降低发动机和变速器系统的振动和噪声特性。1汽车变速器壳体振动特性与模态分析的关系对于汽车变速器而言，变速器噪声的传播途径主要有两种。其一是部分齿轮噪声透过变速器壳壁辐射出来，这部分的比例较小；其二是齿轮振动通过齿轮本体、齿轮轴、轴承传递到变速器壳体，引起壳体的振动，通过壳体侧壁的振动辐射出来，这占大部分。由于变速器的噪声最终都是通过变速器壳体辐射出去，因此变速器壳体结构振动特性制约了变速器乃至整车的NVH特性。因此有必要对变速器壳体结构振动特性进行分析，以便寻找相应的振

4、动和噪声源。模态分析是分析结构振动特性的重要方法。振动模态是结构固有的、整体的特性，通过模态分析方法搞清楚了结构在某一易受影响的频率范围内的主要模态的特性，就可以预言结构在此频段内，在外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应。汽车变速器壳体模态分析研究的主要内容是确定变速器振动特性(固有频率和主振型)，它们是承受动载荷结构设计中的重要参数。由模态分析可以确定齿轮转速与变速器壳体的合理匹配，进而避开其固有频率；壳体结构上有无薄弱环节和振动的噪声源，并由此进行结构第2期缪国：汽车变速器壳体结构振动特性研究优化，以减小变速器壳体的结构振动。2有限元模态分析理论基础目

5、前，有限元模态分析已成为振动模态分析有效途径之一，利用有限元方法对变速器壳体进行模态分析，可以在变速器设计初期确定变速器壳体的振动特性(固有频率和主振型)，它们是承受动载荷结构设计中的重要参数，因而得到广泛应用。有限元法的基本思想是将弹性体离散为有限多个单元，而后根据各单元节点的位移协调条件和平衡条件建立整体刚度方程：对于自由度线性系数，其运转方程为[M]{}+[C]{)+[K]{}={l厂}(1)式中：以上矩阵通常都是实对称的矩阵，其他阻尼通过周期耗散相等原则转化为第二次黏性阻尼。设零初始条件，并对式(1)进行拉氏变换，得(S2[』]+s[C]十[]){y()

6、)={F())(2)令系统矩阵()]=S2[M]+sic]+[K]，则有[()】[J，()]={F()}(3)2Z．Z2H(_[～：惰{】，)}=[)]=()}(4)式中，[D()]为()]伴随矩阵，det[B(s)]为()]的判别式。故传递函数)]可求。当S的实部为零时，传递函数矩阵即转化为频率响应函数矩阵。通过频率响应函数矩阵的一列，即可对模态矢量进行估计。由于频响函数矩阵为对称阵，矩阵的一行元素同样也具有模态矢量的全部信息。3模态参数对变速器壳体结构振动的影响通过对变速器壳体的有限元模态分析，可了解变速器壳体的振动特性，为变速器壳体结构优化提供参考依据。模

7、态分析分为自由模态和约束模态。虽然约束模态更能反映结构实现运动下的振动状态，但对变速器壳体单独分析时，其约束关系是难以明确的，很难建立真正的符合实际边界条件的约束。故一般只对变速器壳体进行自由模态分析。自由模态包含了结构的所有振型，对结构设计具有很高参考价值。由于实际运行过程中约束的作用，自由模态中出现的振型不一定会在实际运行中出现，故需要对各阶模态振型和频率进行分析和评估，确定其在发动机实际工作中是否可能发生。对于汽车变速器而言，二档、三档齿轮、主减速齿轮在正常行驶、加速、反拖工况下，最容易出现噪声问题。在这几个工况下二档齿轮啮合频率500～1200Hz，三档

8、齿轮啮合频率750～16