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(guó)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(guó)輝許妮周丹丹劉二寶-1 -2007年MSC.Software 中國(guó)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(guó)輝1許妮2周丹丹1劉二寶1（1長(zhǎng)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(dòng)軸和齒輪之間不是剛體連接，它們對(duì)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(jiǎn)化。但如果不恰當(dāng)簡(jiǎn)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(duì)某縱置 4X4 的變速箱進(jìn)行模態(tài)分析。通過(guò)對(duì)變速箱進(jìn)行合理簡(jiǎn)化獲得了理想的模態(tài)分析結(jié)果，為選用某型號(hào)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(dòng)力總成的NVH性能對(duì)整車的NVH性能有非常重要的影響， 其中變速器作為動(dòng)力總成中 的重要組成部分，其內(nèi)部軸承、傳動(dòng)軸、傳動(dòng)齒輪等零部件較多，且整個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建模時(shí) 需作一定的簡(jiǎn)化，但是數(shù)模又往往沒有詳細(xì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了的模

5、型整體質(zhì)量比原結(jié)構(gòu)輕。怎樣合理簡(jiǎn)化及布置內(nèi)部結(jié)構(gòu)，怎樣將這些失去的質(zhì)量（MASS ）補(bǔ)上及合理分布是本文的主題。縱置4X4的動(dòng)力總成固有模態(tài)振型應(yīng)有六個(gè)，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(zhǔn) 確，會(huì)出現(xiàn)不合理的頻率和振型。本文通過(guò)多次調(diào)整變速箱模型的質(zhì)量布置及多次分析計(jì)算， 得到六個(gè)振型均在合理的范圍內(nèi)。整個(gè)模型如圖1所示由發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱、分動(dòng)箱、傳動(dòng)軸組成。匚 MMliMIMMIMUllSSSil« =匸 傳動(dòng)軸離音器殼孌謙器本體圖1動(dòng)

6、力總成模型2有限元模型的建立2.1發(fā)動(dòng)機(jī)模型由于本次分析的主要對(duì)象是變速器，所以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)做了大量的簡(jiǎn)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(shí)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?jiǎng)澐帧?.2傳動(dòng)軸、分動(dòng)箱、齒輪傳動(dòng)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(dòng)箱殼結(jié) 構(gòu)用殼單元（Shell ）來(lái)劃分。變速箱和分動(dòng)箱內(nèi)部齒輪也作了必要的簡(jiǎn)化。但是嚴(yán)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(gè)

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(duì)象，所以變速箱的網(wǎng)格劃分比較詳細(xì)，整個(gè)變速箱箱體和離合器殼都是用六面體加五面體實(shí)體單元?jiǎng)澐值?。?duì)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(jiǎn)化等原因而丟掉的質(zhì)量按實(shí)際齒輪質(zhì)量分別添加到各齒輪 中心位置（14個(gè)點(diǎn)），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(jiǎn)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(guò)多次迭代計(jì)算發(fā)現(xiàn)第二種方法較好，與試驗(yàn)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(diǎn)數(shù)和單元數(shù)見表1。表1模型單元數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)CONM2 RBE3BarRigidTria3Quad4Pen ta6Hex8單元數(shù)（個(gè)）33 164P 458156125073772592031：節(jié)點(diǎn)數(shù)（個(gè)）1691712.4分析方法不加任何邊界條件，自由狀態(tài)3計(jì)算結(jié)果經(jīng)過(guò)多次調(diào)整計(jì)算后得到了三種質(zhì)量連接模型的計(jì)算結(jié)果，通過(guò)對(duì)計(jì)算模型及試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?duì)比發(fā)現(xiàn)第二種方法是最理想的。在第二種方法的計(jì)算結(jié)果中找到了期望的六階模態(tài)和振型，而且與試驗(yàn)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(guò)程中，由于復(fù)雜模型需要簡(jiǎn)化， 丟失的質(zhì)量需要補(bǔ)上， 所以要保證計(jì)算模 型與實(shí)際結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布一致，使其分析結(jié)果與試驗(yàn)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(guò)典型模型的多次