基于CAE 分析的变速器后悬置支架优化设计 - CAMEO-计算机辅助多 .PDF

《装备制造技术》2010 年第10 期 基于CAE 分析的变速器后悬置支架优化设计 林 涛，闫剑韬，吕兆平 （上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西柳州545007） 摘 要：提出了基于CAE分析的优化设计方法及工作流程，并基于此流程对某车型变速器后悬置支架进行了优化设计，改进了后悬 置支架的结构，既减小了后悬置支架的净质量，又确保了零件性能。 关键词：CAE；优化设计；后悬置支架 中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1672- 545X（2010）10- 0053- 03 传统的产品设计流程， 是一个人工反复的过程。工程师借 降低产品开发成本，缩短产品的开发周期。 助CAD 工具，进行产品的设计，然后提交到工厂进行加工制 现以GP50 变速器后悬置支架为例，详细阐述基于CAE 造，接着对产品进行实物试验，如果产品不能满足功能要求或 分析和优化设计的方法及步骤。 者失效，就需要对产品设计进行修改，甚至重新设计。如此反 复运作，直到产品在实物试验中满足全部要求。这是一个周期 库 1 后悬置支架的概念设计空间及边界条件定义 长、耗费高的过程，已完全不能满足现代产品设计的要求。 随着计算机软硬件技术的发展，CAE 技术日趋成熟，各种 变速器后悬置支架概念设计几何结构见图2 。该件作为动 例 数值仿真方法，如有限元、多体动力学、计算流体力学等技术， 力总成悬置系统中的安全件和功能件，起到支撑悬置、连接变 在产品设计中得到大量的应用。产品在初步设计完成后，可以 速器以及传递作用在动力总成上的一切力和扭矩；另外，悬置 基于CAD 模型进行产品性能的虚拟试验，初步考察其工作应案 支架的一阶固有频率，对车内噪声的影响很大，因此在动力总 力、运动过程、寿命等。如果产品不能满足要求，可以立即返回 成悬置系统设计时，应对支架的强度和固有模态进行校核。本 E 设计人员进行修改或重新设计，从而大大减少实物试验的周 文将对此支架在行驶过程中受到的28 种不同工况，进行应力 A [1] 期和费用（见图1）。 C 和模态分析，确保其在所有工况条件下，所受应力满足如下技 术要求： 模 典型工况下，最大应力应该小于所用材料屈服极限；极限 工况下，最大应力应低于材料的抗拉极限的85 % ；一阶模态 凯 大于或接近500 Hz。 图1 CAE 技术改变传统设计流程 O Altair 公司的Hyperworks 有限元分析软件，提供了良好的 优化设计环境，把基于CAE 分析的优化设计流程，分为两个 E 典型的阶段： M A 第一阶段是概念设计阶段。首先对设计对象进行分析，确 定设计对象的概念设计空间，包括设计对象的整个轮廓，分析 C 设计对象的载荷工况和设计优化参数，利用拓扑优化的有限 元计算方法，对整个概念空间进行拓扑优化，获得设计对象的 图2 后悬置支架概念模型图 初步拓扑结构，根据设计要求及生产工艺，提取初始的概念设