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轻卡变速箱壳体静动态特性分析及多目标拓扑优化
| 论文题名： | 轻卡变速箱壳体静动态特性分析及多目标拓扑优化 |
| 关键词： | 变速箱壳体;复杂载荷;静动态特性;应力变形;多目标拓扑优化 |
| 摘要： | 轻卡变速箱壳体作为车辆传动系统的重要组成部件，其结构性能的优劣直接影响车辆的使用性能和寿命。正常工作过程中，壳体在多种复杂载荷作用下可能产生较大的应力和变形，严重影响齿轮传动的平稳性和精确性;恶劣的振动条件也极易造成壳体破裂失效。在这样的背景下，为了获得一个多项性能综合最优的壳体结构，对轻卡变速箱壳体进行静动态特性分析及多目标拓扑优化就显得很有必要，这对于提高变速箱等壳体类零件设计水平具有重要的理论指导意义和工程实用价值。 本文运用SolidWorks和HyperMesh软件分别建立了某型号轻卡变速箱壳体三维模型和有限元模型，在此基础上，首先对变速箱壳体进行了Ⅰ档及倒档工况下的静力学仿真分析。根据应力、应变分布情况，了解到两种工况下壳体强度虽然满足要求，但中壳、后壳轴承孔及周围区域变形较大，刚度需要加强;然后，采用仿真与试验的方法开展了变速箱壳体模态分析。对比仿真与试验模态参数，验证了变速箱壳体有限元模型及模态分析的正确性与合理性;此外，将发动机激励和齿轮啮合频率与轻卡变速箱壳体固有频率进行对比，找到了容易引起壳体共振的频率，为多目标拓扑优化提供了理论依据及基础数据。 最后，基于多目标拓扑优化理论建立了轻卡变速箱壳体静动态多目标拓扑优化模型，并参考层次分析方法对模型中各权重系数进行了确定;在此基础上，采用OptiStruct模块对轻卡变速箱壳体进行了静动态多目标拓扑优化，优化后变速箱壳体结构刚度和固有频率获得了较大幅度的提高，且壳体固有频率有效避开了齿轮啮合频率，结果表明静动态多目标拓扑优化在改善壳体静动态特性的同时能够实现壳体的轻量化设计，为变速箱等壳体类结构的改进设计奠定了基础。 |
| 作者： | 孟凡龙 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 马维金 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中北大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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