某轻卡变速箱壳体静动态特性及拓扑优化研究

发布时间：2017-09-30 17:17

  本文关键词：某轻卡变速箱壳体静动态特性及拓扑优化研究

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【摘要】：随着现代科学技术的快速发展，对机械传动设备提出了越来越高的要求。在汽车领域中，变速箱是多个复杂构件组成的机械传动设备，对其在传递功率大、振动小、噪声低、体积小、重量轻等方面提出了越来越高的要求。某轻卡变速箱由于企业产品革新，结构材料由铸铁替换为压铸铝，壳体结构功能直接影响壳体使用寿命和轻卡汽车结构性能。鉴于此，为了解轻卡变速箱壳体静动态特性，，对该轻卡变速箱壳体进行结构静动态特性分析以及结构拓扑优化研究很有必要，使其具有良好的机械结构性能，足够的刚强度，以适应恶劣的工作环境和极限载荷。 本文以某轻卡变速箱壳体为研究对象，首先，运用UG软件对轻卡变速箱壳体进行结构三维建模，结合机械结构动力学仿真技术和结构有限元仿真分析，在adams软件中建立齿轮传动系统虚拟仿真模型，分析出轻卡变速箱壳体各轴承受力计算，同时，在workbench软件中建立轻卡变速箱壳体有限元模型，施加载荷、设置边界条件，对轻卡变速箱壳体进行结构静力学分析，获取了轻卡变速箱壳体应变、应力云图。然后，采用仿真与试验相结合的研究方法分别开展轻卡变速箱壳体模态仿真分析和试验模态分析，通过模态振型图获取轻卡变速箱壳体仿真模态频率和试验模态频率；在试验与仿真模态分析中轻卡变速箱壳体相似振型对应频率误差都在8%以内，相互地验证试验与仿真模态分析结果的可靠性与准确性，也有效地验证了轻卡变速箱壳体有限元模型的正确性与合理性，从而真实地反映了轻卡变速箱壳体的固有特性。在此基础之上，利用结构有限元分析和结构拓扑优化技术，对轻卡变速箱壳体结构进行拓扑优化研究，分析轻卡变速箱壳体结构相对薄弱区域，在产品概念设计阶段使轻卡变速箱壳体结构材料合理布局，为轻卡变速箱壳体结构动力修改及结构优化设计奠定前期基础,从而该企业可以有效地提高变速箱结构性能。因此，轻卡变速箱壳体结构静动态特性分析及拓扑优化研究具有很强的工程实用价值和理论指导意义。
【关键词】：变速箱 有限元 试验模态 拓扑优化
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 课题来源及背景10
• 1.2 课题研究的目的及科学意义10-11
• 1.3 CAE 技术简介11-12
• 1.4 轻卡变速箱壳体结构优化国内外研究现状12-15
• 1.4.1 轻卡变速箱壳体结构静动态特性分析研究现状12-13
• 1.4.2 轻卡变速箱壳体结构拓扑优化研究现状13-15
• 1.5 本文的主要研究内容15-16
• 1.6 本章小结16-17
• 2 轻卡变速箱壳体结构静力学仿真分析17-33
• 2.1 建立轻卡变速箱壳体结构模型17-21
• 2.1.1 轻卡变速箱结构介绍17-18
• 2.1.2 建立轻卡变速箱壳体结构三维实体模型18-19
• 2.1.3 轻卡变速箱壳体结构静力学仿真模型19-21
• 2.2 轻卡变速箱结构各轴承载荷受力计算21-27
• 2.2.1 ADAMS 软件简要介绍21-22
• 2.2.2 建立齿轮传动系统虚拟仿真模型22-23
• 2.2.3 轻卡变速箱结构在各档位下各轴承载荷受力分析23-27
• 2.3 轻卡变速箱壳体结构静力学仿真分析27-32
• 2.3.1 设置轻卡变速箱壳体结构边界条件28-29
• 2.3.2 载荷约束施加位置分析29-30
• 2.3.3 轻卡变速箱壳体结构静力学仿真分析结果30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 轻卡变速箱壳体模态仿真分析33-42
• 3.1 轻卡变速箱壳体结构模态仿真分析理论33-35
• 3.2 轻卡变速箱壳体结构模态仿真分析35-41
• 3.2.1 ANSYS workbench 简要介绍35
• 3.2.2 轻卡变速箱壳体结构模态仿真分析流程35-36
• 3.2.3 轻卡变速箱壳体结构模态仿真模型36-38
• 3.2.4 轻卡变速箱壳体结构模态仿真分析38-40
• 3.2.5 轻卡变速箱壳体模态仿真分析结果40-41
• 3.3 本章小结41-42
• 4.轻卡变速箱壳体动态特性试验研究42-60
• 4.1 轻卡变速箱壳体结构模态参数提取42-43
• 4.2 轻卡变速箱壳体结构试验模态测试过程43-46
• 4.2.1 试验测试仪器43
• 4.2.2 轻卡变速箱壳体模态试验测试过程43-46
• 4.3 试验模态振动信号时域、频率分析46-48
• 4.4 轻卡变速箱壳体结构试验模态分析48-54
• 4.4.1 加速度振动信号的频响函数分析48-49
• 4.4.2 轻卡变速箱壳体结构试验模态分析49-52
• 4.4.3 轻卡变速箱壳体结构试验模态分析结果52-54
• 4.5 轻卡变速箱壳体仿真与试验模态相似性对比分析54-59
• 4.5.1 轻卡变速箱壳体结构模态相关性分析54-55
• 4.5.2 轻卡变速箱壳体结构模态参数对比55-58
• 4.5.3 轻卡变速箱壳体试验与仿真模态误差原因分析58-59
• 4.6 本章小结59-60
• 5.轻卡变速箱壳体结构拓扑优化研究60-66
• 5.1 轻卡变速箱壳体结构拓扑优化简介60-62
• 5.2 轻卡变速箱壳体结构拓扑优化62-65
• 5.2.1 轻卡变速箱壳体结构拓扑优化三要素62
• 5.2.2 轻卡变速箱壳体结构拓扑优化仿真分析62-64
• 5.2.3 轻卡变速箱壳体结构拓扑优化结果分析64-65
• 5.3 本章小结65-66
• 6.总结与展望66-69
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-69
• 参考文献69-74
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果74-75
• 致谢75-76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：949449