关键词：变速器操纵机构;;多体系统动力学;;有限单元法;;拓扑优化;;强度
摘 要：近年来,作为汽车的设计创新核心竞争力之一的操纵舒适性备受关注,变速器的外操纵机构是驾驶过程中使用最为频繁的机构之一,但由于其设计方法的局限性,使得换挡性能难以满足驾驶者的要求。因此本文基于多体系统动力学理论和有限元分析方法对变速器操纵机构的设计和仿真关键技术进行研究,探索出更为有效的设计方法。针对由于换挡槽曲线设计问题导致换挡性能差这一现状,本文提出了一种换挡槽曲线设计方法。该方法从简化建模技术入手,基于多体动力学理论建立了变速器操纵机构的几何模型和物理模型,应用赫兹接触理论建立接触动力学模型,采用参数化技术建立了换挡槽曲线模型,根据换挡力和角变形关系创建了目标函数和约束函数,最终进行优化设计得到满足换挡性能要求的换挡槽曲线。为了确保变速器操纵机构的强度和刚度性能,本文选择变速杆处于前进挡极限位置受载工况,对变速器操纵机构进行静力学分析,首先基于有限元方法使用ANSYS软件建立了变速器操纵机构的有限元模型,然后创建了材料模型和连接关系,施加边界条件并进行求解。为了模拟变速器操纵机构的冲击试验,本文选择变速杆处于空挡位置受重锤冲击工况,对变速器操纵机构进行冲击仿真,首先基于动载荷问题中杆件受到冲击的应力和变形理论建立物理模型并推导冲击系统的数学模型,然后求解换挡管的静变形,通过计算得到冲击瞬间速度,采用ANSYS显式动力学分析模块进行冲击仿真。基于拓扑优化理论基础采用OptiStruct软件对变速器操纵机构的底座进行轻量化设计。使用Hypermesh进行前处理,建立了底座的有限元模型,定义材料特性,施加边界条件,设置求解参数,计算完成后对优化结构进行圆整,并通过静力学分析验证优化结构的合理性。
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