基于拓扑优化方法的专用齿轮箱轻量化研究

发布时间：2017-05-23 13:25

  本文关键词：基于拓扑优化方法的专用齿轮箱轻量化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：分动器作为汽车传动体系中的一个关键组成部分，它位于变速器与驱动桥之间的传动链中，以增大变速器的输出转矩，扩大其变速范围，并合理的将转矩分配给各驱动桥。由于军用越野车长期在恶劣路况下行驶，因此分动器的设计优劣直接影响到车辆传动系统性能的好坏。然而，，设计者为了保证齿轮箱的强度，往往依据传统设计经验采用较大的安全系数，以增加箱体壁厚来提高强度，但同时也增加了齿轮箱的自重，造成材料的浪费并影响整车行驶性能。在汽车工业的高速发展下，传统的经验设计难以满足人们对汽车设计日益提高的要求，采用先进的有限元法和拓扑优化方法对齿轮箱进行结构优化改进，对于汽车轻量化研究具有深远意义。 本文针对某军用越野车分动器的工作特性，利用有限元法建立分动器箱体的有限元模型，在此基础上对箱体进行模态和强度分析，得到箱体的固有频率和振型，以及在特定工况：爬坡、越障、打滑下的应力和位移分布情况。基于分析结果，采用变密度法对箱体展开以加权应变能最小为优化目标，位移、体积分数和应力为约束下的结构拓扑优化，根据拓扑密度云图对其进行优化设计，优化后箱体重量减轻8%。分析结果表明，优化后的分动器箱体综合性能得到提高，实现了箱体的轻量化设计。
【关键词】：分动器 轻量化 有限元法 拓扑优化
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U463.215;TH132.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题来源及研究意义8
• 1.2 国内外研究概况8-12
• 1.2.1 轻量化研究概况8-10
• 1.2.2 拓扑优化研究概况10-11
• 1.2.3 齿轮箱研究概况11-12
• 1.3 本文主要研究内容12-14
• 2 轻量化与拓扑优化方法分析14-22
• 2.1 轻量化方法14-17
• 2.1.1 轻量化工艺14
• 2.1.2 新材料应用14-15
• 2.1.3 结构优化15-17
• 2.2 拓扑优化方法17-20
• 2.2.1 均匀化法18-19
• 2.2.2 变厚度法19
• 2.2.3 变密度法19-20
• 2.3 本章小结20-22
• 3 分动器箱体模态分析22-32
• 3.1 模态分析基本理论22-24
• 3.2 分动器箱体有限元模型建立24-28
• 3.2.1 有限元法基本理论24-26
• 3.2.2 模型简化及几何清理26
• 3.2.3 箱体材料属性26
• 3.2.4 箱体网格划分26-28
• 3.3 分动器箱体模态分析28-30
• 3.3.1 箱体模态分析28-30
• 3.3.2 模态结果分析30
• 3.4 本章小结30-32
• 4 分动器箱体强度分析32-48
• 4.1 静力分析基本理论32-33
• 4.2 箱体载荷计算33-43
• 4.2.1 爬坡工况34-39
• 4.2.2 越障工况39-42
• 4.2.3 打滑工况42-43
• 4.3 载荷施加及约束43-45
• 4.3.1 载荷施加44
• 4.3.2 箱体约束44-45
• 4.4 强度结果分析45-46
• 4.5 本章小结46-48
• 5 分动器箱体拓扑优化设计48-60
• 5.1 OptiStruct 拓扑优化48-50
• 5.2 拓扑优化参数设定50-51
• 5.2.1 设计变量50
• 5.2.2 约束条件50-51
• 5.2.3 目标函数51
• 5.3 优化结果分析51-53
• 5.4 箱体优化方案53-55
• 5.5 优化后箱体性能分析55-59
• 5.5.1 箱体模态分析55-57
• 5.5.2 箱体强度分析57-59
• 5.6 本章小结59-60
• 6 结论与展望60-62
• 致谢62-64
• 参考文献64-68
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果附录68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 黄敦朴,袁松新,黄积喜;汽车结构模态试验分析方法[J];汽车工程;1982年03期

2 杨成云,林腾蛟,李润方,杭华江;中心传动齿轮箱体有限元分析及结构优化设计[J];重型机械;2001年02期

3 徐杰;曹建国;雷刚;;某重型汽车变速箱箱体轻量化设计[J];现代机械;2011年01期

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本文编号：388098