CN111611732B - 一种变速器箱体轻量化优化方法 - Google Patents
一种变速器箱体轻量化优化方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111611732B CN111611732B CN202010303546.XA CN202010303546A CN111611732B CN 111611732 B CN111611732 B CN 111611732B CN 202010303546 A CN202010303546 A CN 202010303546A CN 111611732 B CN111611732 B CN 111611732B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optimization
- transmission
- parameters
- box body
- finite element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005457 optimization Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 75
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 35
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 33
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 20
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 12
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 9
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 3
- 230000009347 mechanical transmission Effects 0.000 claims description 3
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 10
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 2
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 102100040428 Chitobiosyldiphosphodolichol beta-mannosyltransferase Human genes 0.000 description 1
- 101000891557 Homo sapiens Chitobiosyldiphosphodolichol beta-mannosyltransferase Proteins 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/18—Network design, e.g. design based on topological or interconnect aspects of utility systems, piping, heating ventilation air conditioning [HVAC] or cabling
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了一种变速器箱体轻量化优化方法，包括如下步骤：S1通过试验获得变速器箱在不同工况下的各工作参数；S2计算变速器箱体的动态激励参数；S3对步骤S1和步骤S2进行分析，确定在不同工况下对变速器箱体的主要影响因素；S4根据步骤S3中的分析结果建立变速器箱体有限元模型进行各参数的分析；S5再根据S1步骤中的试验结果，对步骤S4中的有限元模型进行对比验证；S6对步骤S4中的有限元模型进行拓扑优化模型，进而根据该优化模型对变速器箱体进行结构优化。最后进行结构优化前后分析验证优化结果。本发明中主要通过仿真软件进行拓扑优化，采用仿真软件的过程中简化了计算过程，降低设计周期；使变速器箱体的结构更加合理，性能得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及结构轻量化设计，具体涉及一种变速器箱体轻量化优化方法。
背景技术
变速器箱体作为安装、保护齿轮传动的机构，是保证各档位齿轮传动精度的基础，在变速器工作过程中，箱体因齿轮传动承受较大的载荷，可能产生较大的变形和应力，如果变速器箱体的刚强度不足，导致箱体产生裂纹或变形，这会造成齿轮和轴的安装误差，再加上齿轮和轴受载变形，破坏了齿轮理论上正确的啮合条件，降低了齿轮传动精度，引起齿轮传动系统的振动、冲击和噪声、齿轮的过早疲劳破坏，导致整个变速器的性能下降。
齿轮传动故障在振动信号上表现为幅值调制和频率调制现象，不同的故障在频谱上会有不同的表现。为了避免上述问题，在变速器设计时常常通过加大变速器箱体的厚度来提高其刚强度，但同时也加大了变速器的自重，进而增加了汽车重量，影响汽车的动力性和经济性，因此设计合适的变速器箱体至关重要；但是传统的变速箱设计过程耗时长、效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种变速器箱体轻量化优化方法，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：
一种变速器箱体轻量化优化方法，包括如下步骤：
S1通过试验获得变速器箱在不同工况下的各工作参数；
S2计算变速器箱体的动态激励参数；
S3对步骤S1和步骤S2进行分析，确定在不同工况下对变速器箱体的主要影响因素；
S4根据步骤S3中的分析结果建立变速器箱体有限元模型进行各参数的分析；
S5再根据S1步骤中的试验结果，对步骤S4中的有限元模型进行对比验证；
S6对步骤S4中的有限元模型进行拓扑优化模型，进而根据该优化模型对变速器箱体进行结构优化。
优选的：步骤S1中包括如下步骤：将变速器箱体安装在“电功率封闭式机械传动系统综合试验台”上，在变速器箱体上的不同位置贴有传感器，通过各传感器获得箱体在不同工况下的温度参数、振动加速度参数、输入轴转速参数和扭矩测量参数、输出轴的转速参数和扭矩测量参数。
优选的：步骤S2中所述变速器箱体的动态激励参数为振动的激励力，其主要由齿轮动态刚度激励和齿轮误差激励组成。
优选的：根据步骤S3中和步骤3的结果获知引起齿轮故障的主要影响因素：齿轮轴工作频率、啮合频率以及谐波频率和边频的特征；因此需要计算变速器齿轮箱的各主要特征频率。
优选的：步骤S4的步骤是应用三维软件Solidworks建立变速器箱体的三维模型；应用Hypermesh软件对变速器箱体的三维模型进行网格划分，最后应用Abaqus有限元软件进行各参数的分析。
优选的：步骤S5的步骤如下：抽取步骤S1中任意一段时间内所对应的步骤S4中的仿真结果做对比验证。
优选的：步骤S6中拓扑优化目标函数的数学模型为：
min.C(ρ)＝UTKU
s.t.K(ρ)U(ρ)≤F
0＜ρmin≤ρe≤1 (1)
其中，ρ＝[ρ1,ρ2,…,ρn]T是有限元离散的单元的当量密度(即设计变量)；K(ρ)为结构的整体刚度矩阵；U(ρ)和F分别为有限元位移和载荷(假定载荷同设计变量无关)；Ve和V分别为单元体积和目标体积；ρmin是为防止0密度造成总体刚度矩阵奇异而设定的密度下限，一般取为0.001。
优选的：为了获得设计变量的更新方向，需要求目标及约束关于设计变量的偏导数—即灵敏度；具体过程如下：
对目标函数的偏导数，有：
由平衡方程KU＝F，得到(F独立于设计变量)：
联立(2)和(3)两个式子可得到目标函数的灵敏度：
其中，ue和ke是单元e对应的位移响应和单元刚度矩阵；
结合(1)式，可以得到结构总柔度的灵敏度：
体积约束的灵敏度：
优选的：步骤S6中的结构优化式通过ABAQUS仿真软件进行计算获得的。
本发明的技术效果是：
本发明中主要通过仿真软件进行拓扑优化，采用仿真软件的过程中简化了计算过程，整体计算量小，再结合试验的方式进行对仿真优化结果进行验证，降低设计周期；使变速器箱体的结构更加合理，性能得到提高。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1变速器动态测试平台示意图；
图2测试系统框图；
图3变速器箱体振动测试现场
图4轮齿载荷变化示意图；
图5齿轮振动模型示意图；
图6是2号测点振动加速度及频谱图；
图7是3号测点振动加速度及频谱图；
图8是4号测点振动加速度及频谱图；
图9是在三维软件中建立的变速器箱体初始几何模型；
图10是图9在导入仿真软件中的网格划分示意图；
图11是变速器箱体在仿真软件中的前五阶振型云图；
图12是变速器箱体有限元模型及传感器布置示意图；
图13是在试验平台上的0.4s内的加速度及频谱图；
图14是仿真软件中得到的加速度及频谱图；
图15是变速器箱体结构拓扑优化设计流程图；
图16是变速器箱体的刚度法优化后箱体材料分布云图；
图17图16的去除单元后箱体网格模型图；
图18是变速器箱体改进前后对比示意图；
图19是结构改进之后三档下箱体应力云图和位移云图；
图20是改进结构后箱体第一阶和第二阶振型图；
图21是改进前三档箱体应力云图；
图22是改进前三档下箱位移云图；
图23本发明的工作流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种变速器箱体轻量化优化方法，包括如下步骤：
S1通过试验获得变速器箱在不同工况下的各工作参数；
试验过程如下：
试验台基本结构布置如图1所示。
本试验台为电功率封闭式机械传动系统综合试验台，在电气方面采用电力内反馈的方式，即动力和负载均采用电机拖动。
能量在直流母排之间循环，负载电机产生的电能通过变频器直接反馈到驱动电机，供电单元只需要考虑系统的损耗即可。采用1台驱动电机模拟发动机工况，用2个中间支撑把变速器的二个输出轴分别和负载电机连接起来，负载电机用于模拟路面工况。
在图1中1为温度传感器，放置在变速器润滑油液中，2，3和4为振动加速度传感器，5和6为输入轴转速和扭矩测量传感器，7和8及9和10分别为两个输出轴转速和扭矩测量传感器。
其中三个加速度传感器的安装位置如图3所示，测试系统框图如图2所示，每组采集6组信号，包括3路振动加速度信号、1路油温信号以及输入轴转速和扭矩信号各1路。
本试验台设计输入最高转速6000rpm，最高输入扭矩350N.m。试验台主要部件包括：变频器(ABB-ACS800系列变频器)；驱动电机(YVPCG315M3-50-A-E型低惯量高速交流变频电机)；负载电机(YVPCG315M1-50-A-E132kW交流变频电机)；数据采集系统(SoMateDAQ系列数据采集系统)，数据采集模块有24个通道，每个通道可配置成不同的传感器类型，可以测量电流，电压，电阻等模拟信号，模块可同时使用8种不同的传感器。
测试流程：针对一档，三档和四档工况进行测试，施加输入扭矩载荷50N·m和70N·m两种工况；在各个恒定输入扭矩载荷下，输入转速为600rpm；采样频率为5000Hz，每个工况测试10-15s。
通过本试验台可以记录测定变速器箱体整体的各个参数。
S2计算变速器箱体的动态激励参数；
由于变速器在工作过程中是有齿轮参与的，齿轮时变啮合刚度及误差激励的作用，使齿轮动态啮合力产生波动，通过支承轴承引起变速器箱体振动；同时，变速器各齿轮啮合的重合度均不是整数，啮合过程中同时参与啮合的轮齿对数随时间周期变化；此外轮齿在从齿根到齿顶啮合的过程中，弹性变形也不相同；当齿轮刚度的变化量越大，或当齿轮误差越大时，齿轮的啮合激励也就越大，则传递到变速器箱体上的振动就越明显。
在这里刚度激励就是指齿轮啮合过程中啮合综合刚度的时变性引起的动态激励。刚度激励反映在系统的动力学微分方程中则是弹性力的时变系数；
以渐开线直齿圆柱齿轮为例，假设齿轮的重合度ε＝1-2，传递的转矩不变，其轮齿载荷变化如图4所示。
齿轮轮齿综合啮合刚度和轮齿载荷周期性的变化，引起了齿轮系统的动态刚度激励。
齿轮啮合振动模型如图5所示。在这里通过引入总等效激励误差，并略去微小量，则齿轮振动模型可表示为：
式中：为轮齿平均刚度；y(t)为总等效激励误差。由此可见，经过近似变换，齿轮的非线性振动方程被转化成了线性振动方程。
该方程的右端项即为振动的激励力，由此就可以用常规的方法求解。
通常将上式右边的激励项考虑为齿轮啮合刚度的变化部分与轮齿综合误差的乘积。
若综合考虑齿轮的刚度激励和误差激励引起的激励力及齿轮啮合冲击引起的激励力，即：
F(t)＝ΔK(t)·e(t)+s(t) (8)
式中：F(t)为总激励力；ΔK(t)为啮合刚度的变刚度部分；s(t)为冲击激励力。
S3对步骤S1和步骤S2进行分析，确定在不同工况下对变速器箱体的主要影响因素；
在这里通过4档工况下3个测点的加速度响应测试结果，在四档状态下，输入转速600rpm，输入扭矩为70Nm时，测试得到的3个测试点振动加速度及加速度频谱。
图6是2号测点振动加速度及频谱图；图7是3号测点振动加速度及频谱图；图8是4号测点振动加速度及频谱图；各测点加速度主要频率成分如表2，表3和表4所示。
计算出该变速器齿轮箱的主要特征频率。在这里我们主要考虑的是变速器齿轮箱各轴的转动频率以及各档位齿轮副的啮合频率以及他们对应的谐波频率。
对于定轴转动的齿轮，其啮合频率为：
其中，n为齿轮轴的转速，r/min；Z为齿轮齿数。
该变速器在四档测试工况下主要特征频率如表5所示。
S4根据步骤S3中的分析结果建立变速器箱体有限元模型进行各参数的分析；
应用三维软件Solidworks建立变速器箱体的三维模型；箱体几何模型如图9所示；
将模型导入HyperMesh中进行必要的结构简化后进行网格划分。对箱体使用HyperMesh中的tetramesh网格划分功能进行四面体网格划分，单元尺寸取为3mm，最小单元尺寸为0.8mm。网格划分之后共生成共有134191个节点，590829个四面体单元，得到的变速器和离合器箱体有限元模型如图10所示。
最后应用Abaqus有限元软件进行各参数的分析。
仿真软件的条件设定如下：轻型轿车变速器箱体的常用材料是性能不低于抗拉强度σb为200MPa的压力铸造铝合金。选用HyperMesh材料库中的MAT1，即线性各向同性材料，其力学性能参数：材料弹性模量E＝7×1010Pa，泊松比0.3，密度2780kg/m3。通过HyperMesh中的mass calc面板测出该模型的质量为9.85kg。
变速器箱体约束模态分析是指变速器箱体在约束条件下的模态分析，即约束变速器箱体与离合器壳体连接部分、箱体与车架连接部分的六个方向的自由度。利用blocklanczos方法求解箱体前十五阶约束模态，箱体固有频率及振型描述如表6所示，图11为箱体前5阶振型。
再根据动态激励，将变速器齿轮箱系统中四档输入齿轮啮合激励及其倍频激励施加在箱体有限元模型(如图12)轴承座参考节点上进行有限元仿真。
作用于输入输出轴的动载荷通过轴承传递于变速器箱体，在变速器箱体限元模型的输入输出轴轴承支承位置建立参考点，并与轴承座壁面节点建立耦合关系，将动载荷施加于参考点，将离合器箱体与变速器箱体完全绑定，同时完全约束离合器箱体底部。
S5再根据S1步骤中的试验结果，对步骤S4中的有限元模型进行对比验证；
该变速器在试验台上所获得的四档测试工况下主要特征频率如表7所示。
虽然试验台的测试时间是12S，但是对于有限元仿真来说12S计算时间长，在这里任意选取有限时间内(0.4s)箱体的振动加速度，并与有限元仿真得到箱体动态响应比较。
在有限元软件仿真中，四档工况下，变速器箱体2号测试点加速度传感器在0.4s内的振动加速度及频谱图如图13所示。
测点2位于变速器箱体方格内(如图12所示)，将变速器四档主要特征频率与测试得到频率成分对比发现四档输入轴齿轮的啮合频率及其谐波成分比较明显，该齿轮副的啮合频率为370Hz。
通过上述对比可知，有限元的模型建立以及仿真过程中的约束条件贴近实际试验情况，可知仿真模型建立准确，结果可靠。
S6对步骤S4中的有限元模型进行拓扑优化模型，进而根据该优化模型对变速器箱体进行结构优化。
步骤S6中拓扑优化目标函数的数学模型为：
min.C(ρ)＝UTKU
s.t.K(ρ)U(ρ)≤F
0＜ρmin≤ρe≤1 (1)
其中，ρ＝[ρ1,ρ2,…,ρn]T是有限元离散的单元的当量密度(即设计变量)；K(ρ)为结构的整体刚度矩阵；U(ρ)和F分别为有限元位移和载荷(假定载荷同设计变量无关)；Ve和V分别为单元体积和目标体积；ρmin是为防止0密度造成总体刚度矩阵奇异而设定的密度下限，一般取为0.001。
优选的：为了获得设计变量的更新方向，需要求目标及约束关于设计变量的偏导数—即灵敏度；具体过程如下：
对目标函数的偏导数，有：
由平衡方程KU＝F，得到(F独立于设计变量)：
联立(2)和(3)两个式子可得到目标函数的灵敏度：
其中，ue和ke是单元e对应的位移响应和单元刚度矩阵；
结合(1)式，可以得到结构总柔度的灵敏度：
体积约束的灵敏度：
优选的：步骤S6中的结构优化式通过ABAQUS仿真软件进行计算获得的。优化过程如图15所示。箱体初始结构的体积3542772.25mm3，质量9.85kg。
在保留箱体总体积90％的前提下，达到结构刚度最大(应变能力最小)，分别采用刚度法和变密度法进行拓扑优化，刚度法优化速度快一些，但是适用范围小。采用刚度法优化之后。箱体结构迭代后的最终拓扑优化结果如图16所示，其中深颜色区域为可去除大部分材料，浅颜色区域为结构需保留区域，其他颜色区域为中间区域，这些区域可去除部分材料。经过8步迭代，图17为去掉材料之后的网格结构图。
根据箱体的拓扑优化结果对原始结构进行单元删减，删减部位主要位于差速器齿轮轴承座两侧支承板(其中一个支承板切除90mm，另外一侧支承板，如图18(a)所示)、箱体换挡口外部支承筋板(两排筋板删除10mm，如图18(a)所示)、箱体注油孔一侧三个加强筋(降低5mm，如图18(b)所示)等。修改后的箱体结构质量为9.18kg，较原先结构减小0.67kg，减重约6.8％。
验证改进后的箱体结构的合理性：
对未改进的箱体进行各工况下的刚强度分析，对比图21和图22应力云图和位移云图；
对改进后的箱体进行各工况下的刚强度分析，应力云图和位移云图如图19所示，箱体结构改进之后最大应力为158.1MPa。
改进后箱体的应力分布与原结构的应力分布基本一致，改进后箱体的最大位移为0.2592mm，位移变化与原结构的位移变化基本一致，表明改进后结构刚度没有变化。
表8为箱体改进前后各阶频率及振型描述，可以看出箱体结构的第一阶和第二阶固有频率为900.3Hz和1008.7Hz，略高于初始设计值。
图20为箱体改进后的前两阶振型图，与改进前相比，前两阶振型基本相同，改进后箱体结构的动力学性能有所提高。
综上，本方法在变速器箱体结构拓扑优化基础上对结构的改进设计是完全合理的，可以将此修改用于该轻型轿车变速器箱体结构的二次设计。
可以看到改进之后的箱体前两阶固有频率分别为900.30Hz和1008.7Hz，分别提高了4.1％和5.0％。且结构的振型改进前后基本一致。
变速器箱体结构改进前后各阶固有频率与各档位激励频率均无重合点，因此对该型变速器箱体的优化结果满足设计要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种变速器箱体轻量化优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1通过试验获得变速器箱在不同工况下的各工作参数；
S2计算变速器箱体的动态激励参数；
S3对步骤S1和步骤S2进行分析，确定在不同工况下对变速器箱体的主要影响因素；
S4根据步骤S3中的分析结果建立变速器箱体有限元模型进行各参数的分析；
S5再根据S1步骤中的试验结果，对步骤S4中的有限元模型进行对比验证；
S6对步骤S4中的有限元模型进行拓扑优化模型，进而根据该优化模型对变速器箱体进行结构优化；
步骤S1中包括如下步骤：将变速器箱体安装在“电功率封闭式机械传动系统综合试验台”上，在变速器箱体上的不同位置贴有传感器，通过各传感器获得箱体在不同工况下的温度参数、振动加速度参数、输入轴转速参数和扭矩测量参数、输出轴的转速参数和扭矩测量参数；
步骤S2中所述变速器箱体的动态激励参数为振动的激励力，其主要由齿轮动态刚度激励和齿轮误差激励组成；
步骤S3中和步骤3的结果获知引起齿轮故障的主要影响因素：齿轮轴工作频率、啮合频率以及谐波频率和边频的特征；因此需要计算变速器齿轮箱的各主要特征频率；
步骤S4的步骤是应用三维软件Solidworks建立变速器箱体的三维模型；应用Hypermesh软件对变速器箱体的三维模型进行网格划分，最后应用Abaqus有限元软件进行各参数的分析；
步骤S5的步骤如下：抽取步骤S1中任意一段时间内所对应的步骤S4中的仿真结果做对比验证；
步骤S6中的结构优化式通过ABAQUS仿真软件进行计算获得的。
2.根据权利要求1所述的变速器箱体轻量化优化方法，其特征在于：步骤S6中拓扑优化目标函数的数学模型为：
min.C(ρ)＝UTKU
s.t.K(ρ)U(ρ)≤F
0＜ρmin≤ρe≤1 (1)
其中，ρ＝[ρ1,ρ2,…,ρn]T是有限元离散的单元的当量密度(即设计变量)；K(ρ)为结构的整体刚度矩阵；U(ρ)和F分别为有限元位移和载荷(假定载荷同设计变量无关)；Ve和V分别为单元体积和目标体积；ρmin是为防止0密度造成总体刚度矩阵奇异而设定的密度下限，一般取为0.001。
3.根据权利要求1所述的变速器箱体轻量化优化方法，其特征在于：为了获得设计变量的更新方向，需要求目标及约束关于设计变量的偏导数—即灵敏度；具体过程如下：对目标函数的偏导数，有：
由平衡方程KU＝F，得到(F独立于设计变量)：
联立(2)和(3)两个式子可得到目标函数的灵敏度：
其中，ue和ke是单元e对应的位移响应和单元刚度矩阵；
结合(1)式，可以得到结构总柔度的灵敏度：
体积约束的灵敏度：
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010303546.XA CN111611732B (zh) | 2020-04-17 | 2020-04-17 | 一种变速器箱体轻量化优化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010303546.XA CN111611732B (zh) | 2020-04-17 | 2020-04-17 | 一种变速器箱体轻量化优化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111611732A CN111611732A (zh) | 2020-09-01 |
| CN111611732B true CN111611732B (zh) | 2023-12-29 |
Family
ID=72204677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010303546.XA Active CN111611732B (zh) | 2020-04-17 | 2020-04-17 | 一种变速器箱体轻量化优化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111611732B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112329168B (zh) * | 2020-11-02 | 2022-06-07 | 北京航空航天大学 | 一种二维振动条件下颗粒阻尼器减振效果的3d数值仿真方法 |
| CN113221278B (zh) * | 2021-05-14 | 2024-01-23 | 南京莱斯电子设备有限公司 | 一种车载光电平台照准架轻量化方法 |
| CN114139271A (zh) * | 2021-08-03 | 2022-03-04 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种变速箱壳体可靠性确定方法及装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104239639A (zh) * | 2014-09-18 | 2014-12-24 | 上海理工大学 | 一种简化变速器壳体拓扑优化模型参数修改的方法 |
| CN105938468A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-09-14 | 北京交通大学 | 一种滚动轴承的故障诊断方法 |
| CN107315871A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-11-03 | 北京理工大学 | 变速箱箱体优化方法和装置 |
-
2020
- 2020-04-17 CN CN202010303546.XA patent/CN111611732B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104239639A (zh) * | 2014-09-18 | 2014-12-24 | 上海理工大学 | 一种简化变速器壳体拓扑优化模型参数修改的方法 |
| CN105938468A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-09-14 | 北京交通大学 | 一种滚动轴承的故障诊断方法 |
| CN107315871A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-11-03 | 北京理工大学 | 变速箱箱体优化方法和装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 齿轮故障识别;张新华;机械强度(第04期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111611732A (zh) | 2020-09-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111611732B (zh) | 一种变速器箱体轻量化优化方法 | |
| CN102016736B (zh) | 齿轮箱模型式诊断方法、工具 | |
| Helsen et al. | Insights in wind turbine drive train dynamics gathered by validating advanced models on a newly developed 13.2 MW dynamically controlled test-rig | |
| US6223120B1 (en) | Cylinder torque estimation using crankshaft angular response measurements | |
| CN107391816B (zh) | 一种驱动桥桥壳振动噪声数值确定方法 | |
| Sanchez-Espiga et al. | Planetary gear transmissions load sharing measurement from tooth root strains: Numerical evaluation of mesh phasing influence | |
| CN106872105A (zh) | 整车状态下传动系多面剩余动不平衡测试方法 | |
| Xu et al. | Dynamic characteristics and experimental study on a wind turbine gearbox | |
| CN112781865B (zh) | 一种齿轮振动噪声测试试验方法 | |
| Sanchez-Espiga et al. | Numerical evaluation of the accuracy in the load sharing calculation using strain gauges: Sun and ring gear tooth root | |
| CN113465915A (zh) | 一种基于振动传递的齿轮箱齿轮故障程度确定方法 | |
| Sheng et al. | An Integrated Approach Using Condition Monitoring and Modeling to Investigate Wind Turbine Gearbox Design | |
| Łazarz et al. | Identification and verification of simulation model of gears working in circulating power system | |
| CN111795820B (zh) | 获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统及方法 | |
| Elyousfi et al. | A model-based analysis of crack fault in a two-stage spur gear system | |
| CN113758663A (zh) | 一种拉杆转子交变扭振激励方法 | |
| Shih et al. | Drivetrain noise and vibration troubleshooting | |
| Marrant et al. | Comparison of multibody simulations and measurements of wind turbine gearboxes at Hansen’s 13 MW test facility | |
| Kalinin | Dynamic loading of spur gears with linear tooth profile modification: modelling and experimental comparisons | |
| JP2020076577A (ja) | 軸トルク制御装置 | |
| Lin et al. | Application of acoustic digital twin model for fault monitoring of heavy duty gearbox | |
| RU2224232C1 (ru) | Способ виброакустической диагностики передач зацеплением | |
| CN114414243B (zh) | 一种齿轮-花键-轴承系统振动能量传递与耗散评估方法 | |
| Sun | An Experimental Study of the Dynamic Response of Spur Gears Having Tooth Index Errors | |
| Hu et al. | Research on vibration diagnosis method of broken tooth failure for marine high-speed gearbox |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |