某手动变速器壳体静动态特性研究(附件)【字数：7113】
指导教师 许丽娇 摘 要时代在不停的发展着。在当今的社会中，我们对于汽车这种代步工具也越来越离不开。因此对汽车的需求也在不断的提高,与汽车相关的零部件产业也在不断地增加。在汽车的各个组成部件中,变速器可以说是汽车传动系统中的核心部件之一了，其性能的优劣对汽车的动力性、经济性、传动的平稳性与燃油效率等都有着直接的影响。随着汽车技术的发展,汽车发动机的设计日益趋向于大扭矩、高速化的方向,因此对变速器使用寿命、传动效率、承载能力的要求也就越来越高。变速器壳体作为承载变速器内部各种零部件的载体，且在汽车行驶过程中给变速器提供相对的运动空间及对各零部件提供润滑所需的润滑通道。所以变速器壳体的工作环境非常复杂。而且汽车在行驶过程中,因需要不同档位对汽车来加以控制，所以变速器内部会受到较大的载荷作用,这种载荷会通过轴传递到变速器壳体上。因此，当变速器壳体的性能没有满足设计要求的话，壳体可能会出现变形等一系列的问题，从而降低汽车的使用性能。因此,变速器壳体性能的优劣对变速器的性能也起着决定性的作用。所以对变速器壳体性能的研究设计也变得很是关键。首先,要对变速器壳体性能进行研究设计的话,第一步要先对变速器壳体进行三维模型的建立。本课题中运用SolideWorks对变速器壳体进行三维的实体建模，建模完成后，因变速器壳体外形不规律，因适当对模型进行简化。之后导入有限元分析软件ANSYS中，对模型进行定义单元类型及材料属性，并对其进行网格的划分等操作，从而得到变速器壳体的有限元模型然后，开始对变速器壳体进行静力学的分析。因为汽车在低挡运行时变速器壳体所受到的载荷最大，所以在静力学分析时以一档下的工况对壳体进行结构强度的计算分析，从而来确认变速器壳体是否能够满足汽车正常行驶的要求。最后，再对变速器壳体模型进行模态分析，并从后处理器中获得壳体在自由模态下的各阶固有频率和振型。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2国内汽车变速器目前研究现状 1
1.3研究的主要内容 1
第二章 汽车变速器壳体的三维建立 3
2.1引言 3
2.2变速器壳体的模型建立 3
第三章 有限元 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
分析法及ANSYS介绍 4
3.1有限元分析法的发展趋势 4
3.2 ANSYS软件介绍 4
3.3利用ANSYS进行结构分析的一般过程 4
第四章 汽车变速器壳体的有限元模型建立 6
4.1汽车变速器壳体实体模型的简化 6
4.2汽车变速器壳体模型的导入 6
4.3定义材料属性 6
4.4单元类型的选择 6
4.5网格的划分 7
第五章 汽车变速器壳体有限元静力分析 8
5.1静力学分析步骤 8
5.2汽车变速器壳体有限元静力分析 8
5.3模型外载的施加 8
5.4一档汽车变速器壳体结构强度有限元计算结果 8
第六章 汽车变速器壳体模态分析 10
6.1模态分析的主要步骤 10
6.2汽车变速器壳体的有限元模态分析 10
总 结 13
致 谢 14
参考文献 15
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
汽车的出现及发展改变了人们的出行方式。也影响了人们的生活方式。因此，人们对于汽车的行驶性能的要求也在不断地提高,希望汽车操纵简便、迅速省力、能够满足各种道路的正常行驶，这就需要一个能改变汽车传动比，实现减速增距这一功能的构件，变速器便出现了，从而来改变转速和转矩的变化范围，来适应各种道路行驶的条件。所以变速器设计的是否合理对汽车的动力性、乘坐舒适性及传动性能的稳定性都有着直接的影响[1]。
变速器主要由传动系统和操纵系统这两个部分组成,传动系统主要用来改变齿轮转矩和转速的大小和方向,来实现加速及倒驶。操纵系统主要用来控制传动系统,从而来实现换挡的功能。为了减少齿轮因内摩擦而导致的零件磨损以及传动时功率的损耗,需要在变速器运转过程中,，为其提供润滑。这就需要在变速器壳体内部装有润滑通道，并采用飞溅润滑的方式来润滑各个齿轮副等零件的工作表面,但为了防止在润滑过程中，润滑油从壳体间隙流入到离合器，来影响离合器的摩擦性能,所以在各轴承盖上装有油封总成，并在在各结合面处装入密封垫片,涂上密封胶,在后轴承盖上装上通气塞,用来防止变速器因工作时油温和压力升高导致润滑油渗漏等现象。变速器壳体不仅构件复杂，而且汽车在行驶过程中,变速器内部会受到较大的载荷作用,这种载荷会通过轴传递到变速器壳体上,如果变速器壳体的强度不够,可能会出现壳体变形等问题,从而降低汽车的使用性能[2]。因此,对变速器壳体设计时必须拥有足够的强度及刚度,使壳体能够承受其传动系统的工作载荷而不产生大的变形。
所以，汽车技术在不断进步的同时,人们对汽车变速器工作的可靠性、稳定性、换挡舒适性等的性能的要求会越来越高。现在比较广泛使用ANSYS有限元分析评价变速器壳体的相关结构参数,为变速器壳体等零件的结构设计、强度计算及校核等,提供了可靠的参考依据。[3]
1.2国内汽车变速器目前研究现状
近几年来，随着我们对于汽车的依赖性越来越强，与汽车很多相关的技术都有了很大的进步。我们对变速器性能的要求也越来越多，也越来越高。为了满足人们对于变速器性能的要求，汽车工程师们耗费了大量的心血，对变速器不断地开发和研究，也因此推动了汽车技术的发展。参考了有关的文献[4]，目前，国内常见的变速器种类主要有：（1）手动变速器MT；（2）液力自动变速器AT;（3）机械自动变速器AMT；（4）无极变速器CVT；（5）双离合变速器DCT。
1.3研究的主要内容
（1）建立汽车变速器壳体三维模型及有限元分析模型
在SolidWorks软件中建立汽车变速器壳体的三维模型，经过合理的简化，定义材料属性以及选择合适的单元类型，对变速器壳体进行网格划分，建立变速器壳体的有限元模型。
（2）变速器壳体的静力学分析
对变速器壳体进行静力学分析，求出变速器壳体在外载下的位移和应力，并分析结果是否符合结构的刚度及强度要求，是否安全。
（3）变速器壳体的模态分析
对变速器壳体结构进行模态分析，得到汽车变速器壳体的固有频率和振型，使其模态频率错开激振频率以此避免发生共振。
第二章 汽车变速器壳体的三维建立
2.1引言
三维模型的建立是有限元分析分析进行的第一步，所以，在得到变速器壳体有限元模型前要先建立起变速器壳体的三维模型，然后对其进行简化，再导入有限元软件选择建模单元类型，定义材料属性，进行网格的划分，最终得到变速器壳体的有限元模型。但需要注意的是，组成有限元模型的各个单元的力学特性须实物结构的各单元的力学特性应该相符合。虽然有限元模型不可能与实物相等同,但有限元模型与实物之间必须有着严格的近似关系,这样才能通过模型来取得变速器壳体在各工况下受力的数据以及相应的优化结论。
2.2变速器壳体的模型建立
发动机通过传动系统将动力传递给驱动车轮，汽车在不同的道路条件下行驶时，为了拥有良好的动力性且具备很好的燃油经济性。汽车传动系统必须具备以下的功能:(1)实现减速增距,亦即使输入驱动轮的转速降低,相应的驱动轮所得到的转距则增大，(2)改变汽车的行驶速度,(3)汽车动力传递方向不变，进行倒驶。(4)能够中断动力传递,(5)在进行转弯等工况时，两侧驱动车轮能够差速行驶。这就需要变速器来实现[6]。
ANSYS有限元分析软件虽然也能够进行三维建模,但对较复杂的建模不怎么适用,所以用三维建模能力较强的SolidWorks来对汽车变速器壳体来进行三维建模,为有限元分析提供初始数据,但如果三维模型建立不合理的话,即便算法在精确,也得不到准确的计算分析结果。同时还会影响计算过程,甚至不合理的三维模型还可能会导致有限元分析计算过程进入死循环。因此,模型的形式极其重要。几何模型是根据分析対象的实际形状抽象出来的,但又不是完全照搬。所以建立几何模型时,要对原有结构进行合理的形状简化,这样既可以使有限元分析软件对变速器壳体有限元模型的网格划分和计算过程大大地简化[7]。保持一定的分析精度,也能使计算分析结果保持一定的分析精度。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2国内汽车变速器目前研究现状 1
1.3研究的主要内容 1
第二章 汽车变速器壳体的三维建立 3
2.1引言 3
2.2变速器壳体的模型建立 3
第三章 有限元 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
分析法及ANSYS介绍 4
3.1有限元分析法的发展趋势 4
3.2 ANSYS软件介绍 4
3.3利用ANSYS进行结构分析的一般过程 4
第四章 汽车变速器壳体的有限元模型建立 6
4.1汽车变速器壳体实体模型的简化 6
4.2汽车变速器壳体模型的导入 6
4.3定义材料属性 6
4.4单元类型的选择 6
4.5网格的划分 7
第五章 汽车变速器壳体有限元静力分析 8
5.1静力学分析步骤 8
5.2汽车变速器壳体有限元静力分析 8
5.3模型外载的施加 8
5.4一档汽车变速器壳体结构强度有限元计算结果 8
第六章 汽车变速器壳体模态分析 10
6.1模态分析的主要步骤 10
6.2汽车变速器壳体的有限元模态分析 10
总 结 13
致 谢 14
参考文献 15
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
汽车的出现及发展改变了人们的出行方式。也影响了人们的生活方式。因此，人们对于汽车的行驶性能的要求也在不断地提高,希望汽车操纵简便、迅速省力、能够满足各种道路的正常行驶，这就需要一个能改变汽车传动比，实现减速增距这一功能的构件，变速器便出现了，从而来改变转速和转矩的变化范围，来适应各种道路行驶的条件。所以变速器设计的是否合理对汽车的动力性、乘坐舒适性及传动性能的稳定性都有着直接的影响[1]。
变速器主要由传动系统和操纵系统这两个部分组成,传动系统主要用来改变齿轮转矩和转速的大小和方向,来实现加速及倒驶。操纵系统主要用来控制传动系统,从而来实现换挡的功能。为了减少齿轮因内摩擦而导致的零件磨损以及传动时功率的损耗,需要在变速器运转过程中,，为其提供润滑。这就需要在变速器壳体内部装有润滑通道，并采用飞溅润滑的方式来润滑各个齿轮副等零件的工作表面,但为了防止在润滑过程中，润滑油从壳体间隙流入到离合器，来影响离合器的摩擦性能,所以在各轴承盖上装有油封总成，并在在各结合面处装入密封垫片,涂上密封胶,在后轴承盖上装上通气塞,用来防止变速器因工作时油温和压力升高导致润滑油渗漏等现象。变速器壳体不仅构件复杂，而且汽车在行驶过程中,变速器内部会受到较大的载荷作用,这种载荷会通过轴传递到变速器壳体上,如果变速器壳体的强度不够,可能会出现壳体变形等问题,从而降低汽车的使用性能[2]。因此,对变速器壳体设计时必须拥有足够的强度及刚度,使壳体能够承受其传动系统的工作载荷而不产生大的变形。
所以，汽车技术在不断进步的同时,人们对汽车变速器工作的可靠性、稳定性、换挡舒适性等的性能的要求会越来越高。现在比较广泛使用ANSYS有限元分析评价变速器壳体的相关结构参数,为变速器壳体等零件的结构设计、强度计算及校核等,提供了可靠的参考依据。[3]
1.2国内汽车变速器目前研究现状
近几年来，随着我们对于汽车的依赖性越来越强，与汽车很多相关的技术都有了很大的进步。我们对变速器性能的要求也越来越多，也越来越高。为了满足人们对于变速器性能的要求，汽车工程师们耗费了大量的心血，对变速器不断地开发和研究，也因此推动了汽车技术的发展。参考了有关的文献[4]，目前，国内常见的变速器种类主要有：（1）手动变速器MT；（2）液力自动变速器AT;（3）机械自动变速器AMT；（4）无极变速器CVT；（5）双离合变速器DCT。
1.3研究的主要内容
（1）建立汽车变速器壳体三维模型及有限元分析模型
在SolidWorks软件中建立汽车变速器壳体的三维模型，经过合理的简化，定义材料属性以及选择合适的单元类型，对变速器壳体进行网格划分，建立变速器壳体的有限元模型。
（2）变速器壳体的静力学分析
对变速器壳体进行静力学分析，求出变速器壳体在外载下的位移和应力，并分析结果是否符合结构的刚度及强度要求，是否安全。
（3）变速器壳体的模态分析
对变速器壳体结构进行模态分析，得到汽车变速器壳体的固有频率和振型，使其模态频率错开激振频率以此避免发生共振。
第二章 汽车变速器壳体的三维建立
2.1引言
三维模型的建立是有限元分析分析进行的第一步，所以，在得到变速器壳体有限元模型前要先建立起变速器壳体的三维模型，然后对其进行简化，再导入有限元软件选择建模单元类型，定义材料属性，进行网格的划分，最终得到变速器壳体的有限元模型。但需要注意的是，组成有限元模型的各个单元的力学特性须实物结构的各单元的力学特性应该相符合。虽然有限元模型不可能与实物相等同,但有限元模型与实物之间必须有着严格的近似关系,这样才能通过模型来取得变速器壳体在各工况下受力的数据以及相应的优化结论。
2.2变速器壳体的模型建立
发动机通过传动系统将动力传递给驱动车轮，汽车在不同的道路条件下行驶时，为了拥有良好的动力性且具备很好的燃油经济性。汽车传动系统必须具备以下的功能:(1)实现减速增距,亦即使输入驱动轮的转速降低,相应的驱动轮所得到的转距则增大，(2)改变汽车的行驶速度,(3)汽车动力传递方向不变，进行倒驶。(4)能够中断动力传递,(5)在进行转弯等工况时，两侧驱动车轮能够差速行驶。这就需要变速器来实现[6]。
ANSYS有限元分析软件虽然也能够进行三维建模,但对较复杂的建模不怎么适用,所以用三维建模能力较强的SolidWorks来对汽车变速器壳体来进行三维建模,为有限元分析提供初始数据,但如果三维模型建立不合理的话,即便算法在精确,也得不到准确的计算分析结果。同时还会影响计算过程,甚至不合理的三维模型还可能会导致有限元分析计算过程进入死循环。因此,模型的形式极其重要。几何模型是根据分析対象的实际形状抽象出来的,但又不是完全照搬。所以建立几何模型时,要对原有结构进行合理的形状简化,这样既可以使有限元分析软件对变速器壳体有限元模型的网格划分和计算过程大大地简化[7]。保持一定的分析精度,也能使计算分析结果保持一定的分析精度。
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