P074-縱置變速器模態(tài)分析中的集中質(zhì)量處理

1、2007年MSC.Software 中國用戶論文集縱置變速器模態(tài)分析中的集中質(zhì)量處理岳國輝許妮周丹丹劉二寶-1 -2007年MSC.Software 中國用戶論文集縱置變速器模態(tài)分析中的集中質(zhì)量處理Handlingof Concentrate Mass in LongitudinalTran smissi on Normal Mode An alysis岳國輝1許妮2周丹丹1劉二寶1（1長城汽車股份有限公司技術(shù)研究院CAE部）（2廣州汽車研究院）摘 要：變速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，軸承、傳動軸和齒輪之間不是剛體連接，它們對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)剛度的變化沒有主導(dǎo)意義，故可以將它們作一定的簡化。但如果不恰當(dāng)簡化的

2、話可能得不到所需的 CAE分析結(jié)果。本文應(yīng)用 MSC Nastran SOL103 以DOE方法對某縱置 4X4 的變速箱進行模態(tài)分析。通過對變速箱進行合理簡化獲得了理想的模態(tài)分析結(jié)果，為選用某型號變速箱提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：質(zhì)量布置模態(tài)分析變速器 MSC Nastra nAbstract : The structure of a 4X4 tran smissio n is relatively complexity. It is very difficult to model the detail of all the comp onents of a tran smissi on. Bu

3、t miss ing some parts or improperly simplifying some components will cause wrong results in CAE analysis. The purpose of this paper is to find a way to reas on ably simplify the tran smissi on CAE model and obta in good no rmal mode results. The DOE iterati on was performed usingMSC.Nastran SOL103,

4、and a right way to make a simplified transmission model to yield 6 correct no rmal modes was obta in ed.Key words: Concen trate mass, Normal mode an alysis, Tran smissi on, MSC Nastra n1概述動力總成的NVH性能對整車的NVH性能有非常重要的影響， 其中變速器作為動力總成中 的重要組成部分，其內(nèi)部軸承、傳動軸、傳動齒輪等零部件較多，且整個結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建模時 需作一定的簡化，但是數(shù)模又往往沒有詳細內(nèi)部結(jié)構(gòu)，簡化了的模

5、型整體質(zhì)量比原結(jié)構(gòu)輕。怎樣合理簡化及布置內(nèi)部結(jié)構(gòu)，怎樣將這些失去的質(zhì)量（MASS ）補上及合理分布是本文的主題?？v置4X4的動力總成固有模態(tài)振型應(yīng)有六個，它們分別是：Yaw、Lateral ben di ng 、Vertical bending Bounee、Pitch and Roll。然而由于質(zhì)量分布不均或連接質(zhì)量的單元不準 確，會出現(xiàn)不合理的頻率和振型。本文通過多次調(diào)整變速箱模型的質(zhì)量布置及多次分析計算， 得到六個振型均在合理的范圍內(nèi)。整個模型如圖1所示由發(fā)動機、離合器、變速箱、分動箱、傳動軸組成。匚 MMliMIMMIMUllSSSil« =匸 傳動軸離音器殼孌謙器本體圖1動

6、力總成模型2有限元模型的建立2.1發(fā)動機模型由于本次分析的主要對象是變速器，所以對發(fā)動機做了大量的簡化。 用六面體加五面體劃分了缸體、缸蓋的主體形狀，其它剩余零部件用集中質(zhì)量單元加在相應(yīng)的質(zhì)心位置上，最后把模型與真實質(zhì)量的偏差值用質(zhì)量單元（CONM2 ）加在質(zhì)心位置，質(zhì)心的質(zhì)量單元與周圍缸體之間用RBE3單元連接。油底殼用四邊形單元劃分。2.2傳動軸、分動箱、齒輪傳動軸用BAR單元模擬，與之相關(guān)的其它附件用質(zhì)量單元加在相應(yīng)位置；分動箱殼結(jié) 構(gòu)用殼單元（Shell ）來劃分。變速箱和分動箱內(nèi)部齒輪也作了必要的簡化。但是嚴格按齒 輪分布的間距排布齒輪模型，齒輪用六面體單元（Solid ）劃分。各個

7、分總成之間的螺栓連接用RBE2單元模擬。2.3變速箱總成模型變速箱是本次分析的主要對象，所以變速箱的網(wǎng)格劃分比較詳細，整個變速箱箱體和離合器殼都是用六面體加五面體實體單元劃分的。對于某些被忽略掉的小特征及一些非結(jié)構(gòu)質(zhì)量用質(zhì)量單元（CONM2 ）模擬，質(zhì)量單元的連接采用了三種方式：（1）在變速箱的質(zhì)心位置加集中質(zhì)量單元，然后用 RBE3單元連接到變速箱總成的最 外端。具體連接方式見圖 2。圖2集中質(zhì)量連接方式圖（2）將變速箱內(nèi)部因齒輪簡化等原因而丟掉的質(zhì)量按實際齒輪質(zhì)量分別添加到各齒輪 中心位置（14個點），具體連接方式見圖3。圖3齒輪中心位置質(zhì)量添加圖（3）將變速箱由于簡化模型而丟失的質(zhì)量均布

8、在變速箱總成的外殼體上。經(jīng)過多次迭代計算發(fā)現(xiàn)第二種方法較好，與試驗較接近，所以本文只列出了第二種模型的參數(shù)表，第二種質(zhì)量連接方式最后模型的節(jié)點數(shù)和單元數(shù)見表1。表1模型單元數(shù)和節(jié)點數(shù)CONM2 RBE3BarRigidTria3Quad4Pen ta6Hex8單元數(shù)（個）33 164P 458156125073772592031：節(jié)點數(shù)（個）1691712.4分析方法不加任何邊界條件，自由狀態(tài)3計算結(jié)果經(jīng)過多次調(diào)整計算后得到了三種質(zhì)量連接模型的計算結(jié)果，通過對計算模型及試驗?zāi)Ｐ偷膶Ρ劝l(fā)現(xiàn)第二種方法是最理想的。在第二種方法的計算結(jié)果中找到了期望的六階模態(tài)和振型，而且與試驗結(jié)果更接近。以下列出了所期望的六階模態(tài)振型圖圖4 Yaw振型圖圖 5 Lateral bending 振型圖圖 6 Vertical bending 振型圖圖 7 Bounee振型圖MMI I 卄圖8 Pitch振型圖圖9 Rroll振型圖4結(jié)論在模態(tài)分析過程中，由于復(fù)雜模型需要簡化， 丟失的質(zhì)量需要補上， 所以要保證計算模 型與實際結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布一致，使其分析結(jié)果與試驗結(jié)果誤差最小的關(guān)鍵因素是質(zhì)量單元的連 接方法。通過典型模型的多次