汽车变速器壳体结构振动特性研究及探究.pdf

第 2期 汽 齿 科 技 2013笠 汽车变速器壳体结构振动特性研究 缪 国 摘要：变速器壳体是变速器的主要噪声辐射，其结构振动特性影响到变速器的振动和噪声，对壳体 的振动特性分析有利于对其进行结构改进。本文以某型汽车变速器壳为例，分析了壳体有限元模态 对壳体结构振动特性的影响，研究并验证了结构设计对提高变速器壳体的抗振能力的重要影响，为 汽车变速器壳体结构振动特性的改进提供理论依据。 关键词：变速器；壳体；振动；模态 汽车工业经过一百多年的发展，到现在已经发展成为全球各经济体的支柱产业。近3O年 来，中国的汽车工业得到迅速发展，2010年成为世界第一汽车产销大 国。巨大市场吸引了国 外的先进汽车厂商，也使得国内汽车行业的竞争 日趋激烈，同时，广大用户对汽车的驾驶舒 适性、排放、噪音污染等也提出了更高的要求。近年来 由于车辆振动噪声及舒适性 问题的突 出，国、内外汽车噪声法规均在不断收紧，我国于2005年强制执行了新的汽车及发动机噪声 法规(GB1495)，要求轿车汽车加速行驶噪声限值达国际水平的74dB。2012年，欧委会正式向 欧洲理事会和欧洲议会提交一份关于机动车降噪提案。根据该提案，机动车噪音释放须在5年 内累计降低4dB。该提案一旦获得通过，势必会给汽车行业造成重大影响。 车辆的噪声主要包括动力总成噪声、传动系统噪声和轮胎噪声等等，发动机和变速器结 构组成的动力总成装置是车辆行驶噪声的一个最主要的振动和噪声源，车辆行驶噪声限值标 准的降低 ，势必要求同时控制和降低发动机和变速器系统的振动和噪声特性。 1 汽车变速器壳体振动特性与模态分析的关系 对于汽车变速器而言，变速器噪声的传播途径主要有两种。其一是部分齿轮噪声透过变 速器壳壁辐射 出来，这部分的比例较小；其二是齿轮振动通过齿轮本体、齿轮轴、轴承传递 到变速器壳体，引起壳体的振动，通过壳体侧壁的振动辐射出来，这 占大部分 。由于变速器 的噪声最终都是通过变速器壳体辐射 出去，因此变速器壳体结构振动特性制约了变速器乃至 整车的NVH特性。因此有必要对变速器壳体结构振动特性进行分析，以便寻找相应的振动和 噪声源 。 模态分析是分析结构振动特性的重要方法 。振动模态是结构固有的、整体的特性，通过 模态分析方法搞清楚了结构在某一易受影响的频率范围内的主要模态的特性，就可以预言结 构在此频段 内，在外部或 内部各种振源作用下产生的实际振动响应 。 汽车变速器壳体模态分析研究的主要 内容是确定变速器振动特性 (固有频率和主振型)， 它们是承受动载荷结构设计中的重要参数。由模态分析可以确定齿轮转速与变速器壳体的合 理匹配，进而避开其固有频率；壳体结构上有无薄弱环节和振动的噪声源，并 由此进行结构 第2期 缪 国：汽车变速器壳体结构振动特性研究 优化，以减小变速器壳体的结构振动。 2 有限元模态分析理论基础 目前，有限元模态分析已成为振动模态分析有效途径之一，利用有限元方法对变速器壳 体进行模态分析，可以在变速器设计初期确定变速器壳体的振动特性 (固有频率和主振型)， 它们是承受动载荷结构设计 中的重要参数，因而得到广泛应用。 有限元法的基本思想是将弹性体离散为有限多个单元，而后根据各单元节点的位移协调 条件和平衡条件建立整体刚度方程： 对于 自由度线性系数，其运转方程为 [M]{}+[C]{)+[K]{}={l厂} (1) 式中： 以上矩阵通常都是实对称的矩阵，其他阻尼通过周期耗散相等原则转化为第二次黏性 阻尼 。 设零初始条件，并对式(1)进行拉氏变换，得 (S2[』]+s[C]十[]){y())={F()) (2) 令系统矩阵 ()]=S2[M]+sic]+[K]，则有 [()】[J，()]={F()} (3) 2Z．Z2H(_[ ～： 惰