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1、 本文由20803001贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 Altair 中国区 2008 HyperWorks 技术大会论文集 HyperMesh 在汽车变速箱箱体模态分析中的应用 程慧鋆 王红岩 装甲兵工程学院 -1- Altair 中国区 2008 HyperWorks 技术大会论文集 HyperWorks 在汽车变速箱箱体模态分析中的应用 HyperWorks Application in Gearbox Modal Analysis 程慧鋆 王红岩 （装甲兵工程学院车辆室） 摘 要: 借助于 HyperWorks 软件，可以帮助
2、工程设计人员对机械构件进行模态分析，从 而对设计进行前期工程分析与改进。本文以某型汽车变速箱箱体为例，介绍了 HyperWorks 软件的相关功能以及应用方法。 通过变速箱结构的模态分析， 表明了该软件对于模态分析的 准确与方便，有利于研究箱体部件的动态特性和设计改进。 关键词: HyperWorks 变速箱 模态分析 有限元 Abstract: With the help of HyperWorks, engineers can easily make modal analysis about mechanical components, and make related engineeri
3、ng judgments and improvement advice. This paper takes a car gearbox as study object and introduces related functions and applications about HyperMesh, which facilitates dynamic characteristics analysis and design improvements. Key words: HyperWorks，gearbox，modal analysis，FEM 1 前言 车辆在各种路面上行驶时，受到多种振动源
4、的作用和冲击，工作条件恶劣。然而在变速 箱箱体结构设计过程中， 设计师首先考虑的是结构静强度和刚度； 因此会在设计阶段过程中 造成箱体局部结构的不合理，发生共振、噪声现象，容易产生疲劳损伤。 随着汽车制造商对设计要求的日益提高， 模态分析越来越受到重视； 模态参数是系统动 态分析和优化设计的重要参数，以往的模态特性往往采用实验方法，不仅费时费力，而且组 织实施困难，不利于在产品的设计和开发初期采用。随着计算机技术的发展，有限元越来越 成为汽车结构设计人员的有力手段，它允许分析人员在产品设计初期就参与到产品开发中， 评价所设计结构的强度， 刚度， 动态特性等， 为产品设计人员提供依据， 从而缩短
5、开发进程， 降低开发成本。 本文利用 OptiStruct 分析了某型汽车变速箱箱体的前 10 阶固有频率及振型， 得到了重要的模态参数，为结构的改进设计提供理论依据。 -2- Altair 中国区 2008 HyperWorks 技术大会论文集 2 箱体有限元建模 变速箱箱体主要由上壳体、下壳体、后壳体组成。运用三维实体建模软件对变速箱箱体 的三部件分别建模，建模过程中根据分析的需要，确定建模的重点部位，在保证不影响模型 分析精度的前提下， 对原始的三维实体模型进行必要的结构简化。 在建立有限元模型的过程 中，有限元网格的划分尤为重要，其划分的质量直接关系到计算的精度和速度。运用 Hyper
6、Mesh 网格划分，由于箱体是按各组件分别建模，因此网格的划分也是在各组件中分 别进行。本文采用一阶四面体单元进行网格划分，单元的尺寸为 20mm。网格划分后上壳体 共生成 52472 个四面体单元，14704 个节点；下壳体共生成 29820 个四面体单元，8797 个节点，后壳体共生成个 41859 四面体单元，11693 个节点。划分网格后有限元模型如图 1 所示。 图 1 变速箱的有限元模型 实际的变速箱上、下箱体和后壳体是通过螺栓连接的。采用刚性连接(REB2)模拟螺栓。 变速箱与车体也是通过螺栓固定的，因此边界条件设定位移在 X,Y,Z 方向为 0。 变速箱箱体的材料为铝合金，模型
7、为均匀各向同性材料，其参数为：弹性模量 E=7.17E7pa；泊松比 =0.33；密度 =2.74 g / cm 。 3 模态算法选择方面，对于中大模型, Lanczos 方法是推荐使用的方法。其优点是除了它 的可行性及高效性, Lanczos 方法支持稀疏矩阵方法, 可提高速度,减少对磁盘空间的要求。 3 有限元模态计算结果分析 使用 OptiStruct 对变速箱体的有限元模型的求解， 一般不必求出振动系统所有的固有频 -3- Altair 中国区 2008 HyperWorks 技术大会论文集 率和振型，又由于低阶模态对振动系统影响较大，越是低阶影响越大，故通常取前 510 阶即可。本文
8、在分析中求解了前 16 阶模态，其中固有频率值如表 1 示。 表 1 变速箱的固有频率 阶数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 固有频率 51.236 58.772 78.459 84.503 88.377 91.461 93.329 98.943 102.02 104.15 振型描述 二阶下箱体前处弯曲 一阶后盖体弯曲 一阶后盖体弯曲 二阶下箱体前处弯曲 下箱体侧围局部振动 一阶上箱体前处弯曲 下箱体侧围局部振动 下箱体侧围局部振动 下箱体侧围局部振动+弯曲 一阶上箱体前处弯曲 该变速箱模态基本上分为上下箱体的前侧扭曲，后盖体弯曲和下箱体的侧围局部振动。 如图 2,3,4 所示： 图
9、 2 箱体前处弯曲振型图 图 3 后盖体弯曲振型图 -4- Altair 中国区 2008 HyperWorks 技术大会论文集 图 4 箱体中部弯曲振型图 4 结论 通过 HyperMesh 建立了变速箱箱体的有限元模型，用 OptiStruct 进行了模态分析，得 到固有频率与固有振型， 不仅可以反映结构的动刚度特性， 而且还是分析结构动力响应和其 他动力特性问题的基础， 可以帮助产品设计师在后续设计中避开这些频率或最大限度地减小 对这些频率上的激励， 从而消除过度振动和噪声， 同时也为结构的改进设计提供了理论依据。 通过查阅资料，路面的激励不超过 20Hz，而该变速箱的低阶频率避开了激振频率段， 因此不易产生共振。 为了减少箱体侧围局部振动， 可以通过在箱体内外增设加强筋来提高发 动机机体刚度，从而提高其固有频率。例如，根据动态特性的要求，在箱体内的隔板轴承处 增设加强筋；在箱体的两侧面添加加强筋也是一种经济的降噪方法。 5 参考文献 1 HyperWorks Users Manual. 2 于开平，周传月HyperMesh 从入门到精通 科学出版社 2005 3 周中坚，卢耀祖 机械与汽车结构的有限元分析: 上海同济大学出版社,1997. 4 许本文，焦群英 机械振动与模态分析基础Pa : 北京：机械工业出版社,1998. -5-1
