后盖的优化设计--有限元科技

1. 变速器测试

   某整机厂对某变速器进行噪音测试，整个测试在实验室，测试档位为1档-5档，扭矩为发动机最大扭矩。测试部位如图：Node1-Node6为传感器贴片位置，经过测试，发现Node6部位振动最大。该部位为变速器后盖部位，变速器后盖为薄壁件，厚度为1.2mm，材料为ST12。

   
   
   
   

2. 后盖分析

   后盖模型如图：后盖是通过螺栓联接在变速器后壳体上，后盖在Node6部位振动较强烈（1档-5档振动都较强）。经过测试分析，在1档-5档时，由于齿轮啮合力产生的激励频率接近后盖的一阶固有频率，故产生较大的振动。因此我们优化的目的就是增大后盖的一阶固有频率

   
   
   

3. 后盖设计改进

   1）计算后盖的模态

   后盖单元采用PSHELL二阶单元，如图3，厚度为1.2mm，材料弹性模量为210GPa，泊松比：0.3，密度为7900Kg/m3。8个孔采用Rigid单元，由于后盖通过螺栓与变速器后壳体联接，故对8个孔采用6个自由度全约束的方式，计算该结构下的模态，一、二、三阶固有频率分别如下：一阶固有频率：1187.927Hz，二阶固有频率：1856.681Hz，三阶固有频率：2295.892Hz。

   
   
   
   

   2）利用HyperWorks软件对后盖进行优化，以提高其第一阶固有频率

   （1）优化目标：第一阶固有频率最大

   （2）约束：可设计部分（加筋部位）体积上限为原体积的30%

   （3）设计变量：可设计部分单元密度

   
   
   
   

   模型的每个单元都以不同的颜色表示其密度值，需要加强的区域密度趋向于1，不需要加强的区域密度趋向0,。从图4可以看出，红色区域的部位密度值趋向1，是需要设计加强筋的部位。

   3）设计有加强筋的后盖并计算其模态

   在后盖红色区域处设计10条加强筋，如图5所示：计算该结构下的模态，图6为有限元模型，采用PSHELL二阶单元，8个孔采用Rigid单元，8孔6个自由度全约束。计算该结构下的模态，一、二、三阶固有频率分别如下，一阶固有频率：1368.958Hz，二阶固有频率：1816.878Hz，三阶固有频率：2383.951Hz。通过对两种结构的一阶固有频率进行比较，有加强筋的后盖一阶固有频率比原来的提高15.239%。

   
   
   
   
   

4. 结论

没有加强筋的后盖在加载时产生较大的振动，说明齿轮啮合力产生的激励频率接近后盖的一阶固有频率，现通过对后盖进行加筋，提高了其一阶固有频率。通过试验后盖的振动有明显降低。本论文只是通过这个小小的例子来说明利用HyperWorks软件，可以帮助广大工程技术人员对各种工程上的零部件进行优化，关键是利用软件能找出需要优化的部位，从而指导工程技术人员快速地设计出满足使用和性能要求的零部件。