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安装中央制动器的变速器后壳体改进、仿真与试验研究

作　者: 王源隆
导　师: 王良模
学　校: 南京理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: 变速器壳体中央制动器有限元法模态分析
分类号: U463.212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 28次
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内容摘要

为满足驻车制动的需求,本文进行了中型卡车变速器后壳体上直接安装中央制动器的开发工作。在驻车制动以及紧急制动时,中央制动器将产生较大的制动力矩,容易引起壳体的损坏,主要表现为壳体上制动器定位销凸台孔处出现裂纹甚至断裂。针对这一问题,本文提出了安装中央制动器的变速器后壳体改进设计、仿真计算与试验分析的方法,并进行了相关研究：(1)对变速器后壳体的结构进行改进设计,确定了壳体的载荷条件以及静力学评价标准；利用HyperMesh软件建立壳体的有限元模型,使用MSC.Nastran有限元求解器进行了强度和刚度分析。结果表明,改进设计后的变速器后壳体具有较高的强度和刚度,能够承受中央制动器的最大制动力矩作用而不会发生损坏,并且壳体变形小。(2)将装有改进后的变速器后壳体整车,按国家制动性能标准进行整车试验,试验结果表明该壳体能满足坡道驻车以及紧急制动对后壳体的强度要求。另外,对后壳体进行了静扭试验,其试验结果验证了有限元静力计算的准确性,进一步证实了壳体具有足够的强度。(3)分析了变速器后壳体所受主要激振力的频率范围,通过有限元模态计算得到了原设计与改进后的壳体模态特性。结果表明,改进设计的后壳体的低阶自由模态频率较原设计均有所提高,远高于发动机激励频率；低阶约束模态频率均有所降低,但也高于齿轮啮合激励频率,因此该壳体具有良好的动态特性,对抑制变速器的振动具有积极意义。(4)搭建了试验模态分析测试系统,对原设计后壳体进行模态试验,试验模态结果与有限元模态结果有较好的一致性,验证了有限元计算结果的准确性和后壳体改进设计的合理性。综上所述,所开发的变速器后壳体能满足安装中央制动器的强度、刚度以及振动要求,所提出的设计分析方法是合理可行的。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
1 概述  9-15
  1.1 课题研究背景及研究意义  9-10
  1.2 国内外壳体结构分析的研究现状  10-12
    1.2.1 壳体有限元分析的国内外研究现状  10-11
    1.2.2 试验模态分析的国内外研究现状  11-12
  1.3 课题的来源、研究内容以及研究方法  12-15
    1.3.1 课题的来源  12
    1.3.2 课题的研究内容以及研究方法  12-15
2 变速器后壳体的逆向建模及初步设计  15-20
  2.1 CATIA软件简介  15-16
  2.2 变速器后壳体的逆向建模  16-17
  2.3 安装中央制动器的后壳体初步设计  17-19
    2.3.1 后壳体的基本设计思想  17-18
    2.3.2 后壳体的初步设计  18-19
  2.4 本章小结  19-20
3 变速器后壳体的有限元分析  20-30
  3.1 弹性力学基本方程  20-21
  3.2 有限元法简介  21-22
    3.2.1 有限元法基本思想  21
    3.2.2 有限元位移法基本流程  21-22
  3.3 建立变速器后壳体的有限元模型  22-24
    3.3.1 几何清理  22-23
    3.3.2 网格划分策略  23
    3.3.3 网格划分  23-24
    3.3.4 材料属性  24
  3.4 静力学评价标准  24
  3.5 边界条件的确定  24-28
    3.5.1 制动力矩的计算  25
      3.5.1.1 静态驻车的制动力矩计算  25
      3.5.1.2 紧急制动的制动力矩计算  25
    3.5.2 边界条件的确定  25-27
      3.5.2.1 载荷的确定  25-26
      3.5.2.2 约束的确定  26-27
    3.5.3 边界条件的验证  27-28
  3.6 变速器后壳体有限元静力学分析  28-29
  3.7 本章小结  29-30
4 变速器后壳体的试验研究  30-34
  4.1 变速器后壳体的整车道路试验  30-32
    4.1.1 整车试验要求  30
    4.1.2 整车试验环境  30
    4.1.3 整车试验方法  30-31
    4.1.4 整车试验结果  31-32
  4.2 变速器后壳体的静扭试验  32-33
    4.2.1 静扭试验要求  32
    4.2.2 静扭试验结果  32-33
  4.3 本章小结  33-34
5 变速器后壳体的改进设计及其静力学研究  34-38
  5.1 变速器后壳体的改进设计  34-35
  5.2 变速器后壳体有限元静力学分析  35-36
  5.3 变速器后壳体试验研究  36-37
  5.4 本章小结  37-38
6 变速器后壳体的有限元模态分析  38-47
  6.1 模态分析基本原理  38-39
    6.1.1 多自由度系统的运动微分方程  38
    6.1.2 多自由度系统的模态参数  38-39
  6.2 NASTRAN模态分析方法  39-40
  6.3 有限元模态分析边界条件  40
  6.4 模态分析评价标准  40-41
    6.4.1 发动机激励  40-41
    6.4.2 齿轮啮合激励  41
  6.5 变速器后壳体的有限元模态分析结果  41-46
  6.6 本章小结  46-47
7 变速器后壳体的试验模态分析  47-65
  7.1 试验模态分析理论基础  47-49
    7.1.1 多自由度系统的传递函数和频响函数  47-48
    7.1.2 频响函数的物理意义  48
    7.1.3 结构阻尼多自由度系统  48-49
  7.2 试验模态参数识别的方法  49-50
  7.3 试验模态测试分析系统的组成  50-51
    7.3.1 振动及动态信号采集分析系统CRAS  50
    7.3.2 其他主要设备及相关参数  50-51
  7.4 试验方案设计  51-55
    7.4.1 参数识别法和采集器通道数  52
    7.4.2 激励方法  52-53
    7.4.3 激励点与测量点、激励与测量方向  53-55
    7.4.4 其他设置  55
  7.5 试验模型的建立与试验参数设置  55-57
    7.5.1 试验模型的建立  55-56
    7.5.2 程控放大或电压范围设置  56
    7.5.3 工程单位EU设置  56
    7.5.4 校正因子以及电荷放大器的灵敏度、放大倍数设置  56
    7.5.5 触发参数设置  56-57
  7.6 变速器后壳体的试验模态分析结果  57-64
    7.6.1 波形图  57-58
    7.6.2 输入和输出自谱  58
    7.6.3 频响函数与相干函数  58-59
    7.6.4 频响函数的实部与虚部  59-60
    7.6.5 模态频率  60-61
    7.6.6 模态振型  61-63
    7.6.7 模态置信矩阵  63-64
  7.7 本章小结  64-65
8 总结与展望  65-67
  8.1 全文结论  65-66
  8.2 工作展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
附录  72

安装中央制动器的变速器后壳体改进、仿真与试验研究

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