奥托汽车变速箱箱体有限元模态分析

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1、76机械传动2008年文章编号：t004—2539(2008)04—0076—03奥托汽车变速箱箱体有限元模态分析(西华大学后备军官学院，四川成都610039)李j改摘要汽车变速箱是一个多自由度弹性振动系统，作用于该系统的各种激振力使变速箱产生复杂振动，其必然带来整车的振动和噪声，影响汽车乘坐舒适性。本文以奥托汽车变速箱为研究对象，基于Solidworks建立奥托汽车变速箱的三维实体模型，并应用coSMOsW池有限元分析软件建立变速箱箱体的有限元模型，完成了该汽车变速器箱体的模态分析，分析结果可为寻找变速箱箱体产生振动的敏感部位和箱体的结构设计提供依据。关键词变速箱有限元

2、模态分析引言汽车噪声作为汽车乘坐舒适性的重要评价指标，在很大程度上反映出生产厂家的设计水平及工艺水平。汽车的噪声源有多种，如发动机、变速器、驱动桥、传动轴、车厢、玻璃窗、轮胎、继电器、喇叭、音响等等⋯。目前，对发动机、轮胎的降噪技术已经比较成熟，而且对此方面的研究也比较多。但对于变速箱的降噪问题则一直未得到重视。然而，随着发动机降噪技术的不断提高，变速箱的噪声会越来越明显，将会成为汽车噪声的重要因素旧J。汽车变速箱是一个多自由度弹性振动系统，作用于这个系统的各种激振力就是使变速箱产生复杂振动的动力源l3

3、。引起各种激振力的因素可概括为两类：一是发动机运转时，工作冲程燃烧爆

4、发压力和活塞往复惯性力引起的简谐激振。二是变速箱内传动齿轮副的啮合激励。如果这些激振力的激振频率和变速箱箱体的某一阶固有频率相吻合或相近时，就会产生共振，并导致在箱体某些部位产生数值很大的共振动载荷，并发出强烈的噪声，影响乘坐的舒适性。因此，变速箱的动态设计要求箱体具有一定的固有频率和振型，且应避开内部齿轮的啮合频率，这样才能保证变速箱总成具有良好的动态特性。所以，对汽车变速箱箱体进行模态分析，确定变速箱的固有频率和振型，完善变速箱箱体结构设计，为变速箱的减振、降噪具有重要的工程意义。模态分析为各产品的结构设计和性能评估提供了一个强有力的工具，其可靠的实验结果往往作为产品

5、性能评估的有效标准，而围绕其结果开展的各种动态设计方法更使模态分析成为结构设计的重要基础。特别是计算机技术和各种计算方法(如FEM)的发展，为模态分析的应用创造了更加广阔的环境。以模态分析为基础的结构动态设计，是近年来振动工程界开展的最广泛的研究领域之一，其相关的研究报道也在逐渐增多【4“]。为此，以奥托微型汽车变速箱箱体为研究对象，应用S0lid呲软件对箱体进行建模，在COs．MOswod渴软件中建立了箱体有限元模型，通过对变速箱箱体进行模态分析，研究了箱体的固有频率及振型，从理论上分析了变速箱箱体产生振动的敏感部位。1变速箱箱体有限元模型奥托微型汽车变速箱包括4个前进

6、档和1个倒档。变速箱采用常啮合齿轮传动，通过同步器换档机构换档，可以使输入动力经过不同的齿轮对进行啮合得以传递，同时实现了不同的传动比。通过对实物的测量和反求，在刚嘏ro极软件中建立的变速箱箱体的三维CAD模型如图1所示。为了使分析结果最大限度的接近实际情况，在实体建模过程中，对箱体所作的简化要尽量少，确保计算结果具有很高的精度，能较为真实地反映箱体的模态特性。但是由于箱体上分布有各种加强筋、凸台、放油孔、图1变速箱箱体的三维cAD圆角及各种螺栓联接孑L等小儇型结构，并且太小的特征结构在建立有限元模型时需要划分很小的单元格，从而增大数据处理量，可能造成无法分析。因此，在建

7、立箱体有限元模型时，不可能使模型的质量矩阵和刚度矩阵完全与实际一致，须依据等效原理对结构进行必要的简化。考虑起主导作用的因素建立箱体的简化模型：(1)由于箱体模型是供进行模态分析使用，不需要了解箱体局部的特性和应力状况，因此对螺纹孔、放油第32卷第4期奥托汽车变速箱箱体有限元模态分析孔的螺纹及其他小结构予以忽略或简化；(2)假设下箱体与底部的换档轴盖刚性联接，在建模时作为整体考虑；(3)在实际中，为了便于加工而将上下箱体分开，装配时用螺栓联接，在建模时，将上下箱体看作一个整体。C0卧fo圈触s有限元分析软件作为鲥id习‰ks三维CAD软件的一个插件使用，当COSMOSWo

8、如软件安装完成后，CoSMOS眦便可与鲥idworks软件无缝集成。在应用鲥idwoIl【s提供的三维实体造型功能完成图1所示的变速器箱体的三维实体模型后，进入CoSMoSWorl【s分析环境，通过指定分析类型，指定材料以及定义边界约束条件，即可实施对变速箱箱体的实体模型进行网格划分，生成有限元模型。COS．MOS‰中的自动网格器会根据全局要素大小、公差及局部网格控制规格来生成网格。COSMO丽‰k在估计模型的全局要素大小时会将它的体积、表面积及其它几何细节考虑在内。生成的网格的大小(节和要素的数量)取决于模型的几何结构和尺寸