关键词：变速器壳体;;混合动力汽车;;四档位;;有限元法;;结构优化;;模态分析;;强度;;刚度
摘 要：二十一世纪以来,环境保护、能源节约成为社会发展的关键词。有资料显示,截至去年我国汽车保有总量已居世界第二位,汽车数量庞大,我国的大气污染有将近三分之一来自于汽车尾气,每年汽车所消耗掉的石油资源已超过石油总消耗量的三分之一。种种数据均已表明,不论出自于考虑能源还是环境,发展新能源汽车替代传统汽车已经势在必行。随着相关政策的出台,新能源汽车越来越多地出现在人们的视野。目前,纯电动汽车由于技术及成本等原因,普及仍存在许多困难,相比之下,混合动力汽车技术已经比较成熟,相对传统汽车,能显著降低油耗,提高燃油效率,已逐渐被市场所认可。变速器作为汽车的核心部件之一,对汽车整车性能的好坏和发动机性能的发挥都有着非常大的影响。在汽车行驶过程中,变速器将发动机的动力传递给车轴,经受着动力载荷与高速旋转的双重考验。变速器壳体作为变速器的支承部件,承受了几乎所有传递至变速器的载荷,为了保证传动系统能够正常工作,就需要其具有可靠的静态性能和动态性能。本文以一款正在研发的新型四档位混合动力变速器为研究对象,对其壳体部分进行设计和研究,研究内容主要包括以下几个方面:(1)研究四档位混合动力变速器的结构和工作原理。分析确定变速器的极限工况,并在两个极限工况下对变速器的齿轮传动系统进行静力学分析,通过计算得到了各轴所受力的大小和方向。(2)利用三维建模软件PTC Creo Parametric 3.0对变速器壳体进行设计和建模,根据有限元计算的要求,对模型进行合理简化,并详细阐述了模型的前处理过程。(3)利用有限元计算软件Ansys对建立好的有限元模型进行计算求解,得到不同工况下壳体的静态性能,针对壳体的薄弱环节进行分析,并有针对性地提出改进方案。对改进后的壳体再次进行有限元分析,结果表明,壳体的静态性能得到了很大的改善,满足设计要求。(4)针对改进后的壳体进行模态分析,结果表明,在正常行驶速度范围内,内部激励有可能会使壳体产生共振。分析振型后,对壳体提出模态优化改进方案,针对改进后的壳体再次进行模态分析,结果表明,壳体的动态性能得到了提升,在正常行驶速度下不会产生共振,满足设计要求。本文对一款正在研发的新型四档位混合动力汽车变速器壳体进行了结构设计和优化。针对两种极限工况,通过有限元分析确定了壳体失效的部位。对壳体进行结构改进后,其静态性能和动态性能均有较大的提升,满足了设计要求,为该新型变速器后续的研究工作以及将来的工程应用提供了一定的基础和参考。
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