HyperMesh在车辆传动箱模态分析中的应用研究

一、引言

系统的模态参数中的模态频率、模态阻尼、振型等信息对系统的动态分析和结构的优化设计具有十分重要的现实意义。比较常用的实验分析方法有试验模态分析和计算模态分析两种方法。但在实际操作过程中，由于往往会受到实验的设备以及实验时间的限制，实际运作起来通常会有一定的难度，并且在实验数据次数的测量以及实验数据的处理准确性方面很难得到精准的结果，因此直接导致在设计阶段难以实现。因为虚拟样机技术的虚拟实验方法运用到履带车辆箱体类零部件模态参数测量，从某方面来说在设计阶段此方法就能为方案的优化提供方法的向导，并且节省产品开发时间，缩减费用。因此，在虚拟环境下测试箱体类零部件的模态参数研究与探讨并扩展其应用具有重要意义。本文以某型履带车辆传动箱设计为例，应用HyperMesh为前处理软件，对其进行了有限元网格的划分，进而对箱体的模态进行了分析，为箱体的设计与改造提供了技术支持。

二、箱体有限元模型的建立及模态分析

1.传动箱体体有限元分析模型的建立。

首先以传动箱体的结构尺寸作为根据，建立该齿轮传动箱箱体的三维实体模型。利用HyperMesh网格划分软件对传动箱体的实体模型进行有限元网格划分，箱体的材料为铝合金材质，其密度为2.66e33kg m，泊松系数为0.31，杨氏模量为7.7e72N m，强度极限为176.4MPa 。整个箱体共计划分为76 151个4面体单元，22262个节点。在这个实验过程中，必须将箱体有限元模型建立后与各传动轴之间的支撑连接考虑在内，即考虑到柔性体模型与刚体模型之间的连接关系。轴承与箱体支撑连接起传动箱的各轴，在有限元模型中应用多点约束(MPC，Multi-point Constraint)来模拟轴承的支撑作用。其中，实验中不相容单元间的载荷传递可以由多点约束来作用，并以此来代表一些特定的物理意义，例如刚性连接、铰接、滑动等。虚拟杆单元可以被建立在箱体有限元模型的轴孔中心的地方。

三、结论

由于在实验中，箱体被固定在车辆传动舱的底甲板之上，并且内部齿轮传动系统在实验中，是和发动机输出端以及变速机构的输入轴相连接，所以外部震动的激振必然影响到实验的数据。在实验中一旦箱体本身的频率与它所经受到的激振频率一致，在这种前提下就会产生共振的现象，而这种现象是在实验阶段无法避免的，不然，箱体的使用寿命和箱体的可靠性都会受到极大的影响，这种影响会直接导致整个系统没办法正常工作。

资料中的数据表明，因为该重型车辆发动机正常工作转速在1000～2000时 r/ min区间之内，其基础频率在16.7Hz到33.3Hz之间，变速机构各档的啮合频率分别为：一挡和倒挡为296Hz，二挡为494Hz，三挡为592Hz，四挡为691Hz，五挡为802Hz。在车辆行驶到崎岖路面时候，所产生的激振一般不会超过100Hz。观察实验数据可得出，文中分析的传动箱的一阶固有频率与变速机构五挡的啮合频率在一定范围内重合。这样，当该型车辆以五挡的速度快速行驶时，传动箱体极有可能与变速系统发生共振，影响其使用的可靠性。分析结果表明，该齿轮传动箱箱体的设计存在一定缺陷，仍需进一步改进，以使其固有频率避开外界激振频率以及变速机构固有频率。