大马力拖拉机变速箱壳有限元分析与结构优化

发布时间：2021-05-13 18:29

　　大马力拖拉机作为农用机械中重要的动力机械,其速度范围广,通常都有几十个档位,因此,其变速箱结构复杂。由于工作环境恶劣,以及某些中小型拖拉机企业研发能力有限,出于安全考虑,大马力拖拉机各部件往往存在设计偏于保守,结构存在某些不合理之处,为此,本文以某大马力拖拉机变速箱壳为研究对象,对其在静载荷工况下的结构强度、刚度进行分析计算,并以此分析结果作为变速箱壳拓扑优化设计的基础,对变速箱壳进行结构优化。首先,根据大马力拖拉机变速箱壳图纸,利用CATIA软件创建变速箱壳三维CAD模型,然后,将其导入HyperMesh中,并进行自由模态和约束模态分析。并进行自由模态试验验证。试验结果表明:计算模态与试验模态前五阶的固有频率与振型数据基本一致,最大相对误差6%,从而说明所建立的变速箱壳有限元模型正确性。其次,对变速箱壳在一档和倒退一档工况下分别进行了静力学分析,分析结果表明:变速箱壳在一档时,其变形主要发生在变速箱壳与发动机、后桥连接位置以及变速箱壳内部中隔板处,其最大变形为0.061mm;应力分布在变速箱壳前部以及变速箱壳前、中、后三个隔板位置,其最大应力为57.4MPa,位于变速箱壳中隔板附近。... 

【文章来源】：山东理工大学山东省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 轻量化技术国内外研究概述
        1.2.1 轻量化技术国外研究现状
        1.2.2 轻量化技术国内研究现状
    1.3 结构优化设计简介
    1.4 研究目的和意义
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 研究意义
第二章 变速箱壳有限元模态分析
    2.1 大马力拖拉机变速箱结构
    2.2 建立变速箱壳3D数模
    2.3 Hyperworks软件
        2.3.1 Hyperworks特点
        2.3.2 Hyperworks技术特征与功能模块
    2.4 有限元分析基本过程
    2.5 变速箱壳有限元模型的建立
        2.5.1 几何模型简化
        2.5.2 网格划分
        2.5.3 壳材料基本参数
        2.5.4 安全系数
    2.6 变速箱壳模态分析
        2.6.1 模态分析
        2.6.2 自由模态分析结果
        2.6.3 约束模态分析结果
    2.7 本章小结
第三章 变速箱壳模态试验
    3.1 试验目的
    3.2 锤击法基本原理
    3.3 试验对象以及支撑方式
        3.3.1 试验对象
        3.3.2 支撑方式
    3.4 试验设备系统
        3.4.1 试验设备
        3.4.2 M+PAnalyzer动态分析系统
    3.5 试验过程
        3.5.1 模型建立
        3.5.2 试验参数设置
        3.5.3 数据采集
    3.6 试验数据处理及结果分析
        3.6.1 试验数据处理
        3.6.2 集总频响函数(FRF)曲线
        3.6.3 稳态图
        3.6.4 各阶模态相干性检查
        3.6.5 试验结果
    3.7 试验模态结果与计算模态结果对比
    3.8 本章小结
第四章 变速箱壳静力学分析
    4.1 变速箱壳边界处理
    4.2 一档工况下静载荷计算
    4.3 倒档工况下静载荷计算
    4.4 拖拉机其它零部件对变速箱壳作用力
    4.5 变速箱壳静力学分析结果
        4.5.1 一档工况分析结果
        4.5.2 倒档工况分析结果
    4.6 本章小结
第五章 基于OptiStruct变速箱壳结构拓扑优化
    5.1 拓扑优化方法
        5.1.1 均匀化拓扑优化
        5.1.2 变密度拓扑优化
        5.1.3 渐近结构拓扑优化
    5.2 拓扑优化设计定义
    5.3 拓扑优化结果
    5.4 建立优化后变速箱壳模型
    5.5 改进后变速箱壳性能验证
        5.5.1 改进后变速箱壳约束模态分析
        5.5.2 改进后变速箱壳静力学分析验证
    5.6 总结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
在读期间科研情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]变速器壳体强度的有限元计算分析[J]. 张星辉.  机械管理开发. 2017(09)
[2]2017年拖拉机市场走势解读[J]. 张华光.  农业机械. 2017(06)
[3]拖拉机需求结构调整 收割机市场两升一降[J]. 张华光.  农机市场. 2015(10)
[4]某主减速器壳体强度与刚度的研究及优化[J]. 汤春球,李宇峰,刘念,晏熙.  武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2014(06)
[5]2014年大中型拖拉机市场综述[J]. 叶红.  农业机械. 2014(23)
[6]汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 范子杰,桂良进,苏瑞意.  汽车安全与节能学报. 2014(01)
[7]2013年拖拉机市场半程盘点[J]. 叶红.  当代农机. 2013(08)
[8]新时期的中国农业发展:机遇、挑战和战略选择[J]. 黄季焜.  中国科学院院刊. 2013(03)
[9]基于有限元法的大型客车模态分析与结构改进[J]. 沈光烈,林圣存.  公路与汽运. 2012(06)
[10]基于Hypermesh的汽车驱动桥壳有限元分析与疲劳寿命预测[J]. 杨志卿,王良模,荣如松,王国林,宋怀兰.  机械设计与制造. 2012(05)

博士论文
[1]基于有限元方法的重型车变速器整体动态模拟与寿命预测研究[D]. 陈静.吉林大学 2009

硕士论文
[1]纯电动轿车车架有限元分析与优化[D]. 王欢.合肥工业大学 2013
[2]汽车变速器箱体结构强度分析与优化设计[D]. 高娟.吉林大学 2011
[3]大客车车身骨架结构拓扑优化设计[D]. 赵永辉.武汉理工大学 2008



本文编号：3184501