首页 > 解决方案 > 汽车 > OPTIMUS_发动 OPTIMUS_发动机齿轮变速箱质量分布优化

应用概述
为了达到欧洲ISO362 标准,案例研究了如何调整摩托车齿轮变速箱质量分布来最小化该结构在500 到1500Hz 频率下总的噪声输出功率。传统的设计方法通过反复制造测试物理原型来达到目标。为了改进这种即耗时又高成本的设计方法,目前采用的是在产品设计阶段,在计算机仿真环境中对产品的虚拟原型进行优化。一个完整的仿真涉及多个学科,包括结构静力学、动力学以及声学特性。变速箱的形貌受到很多因素的影响,如加工工艺要求、悬置要求以及产品功能特性等。

设计问题

变速箱的频率范围由齿轮的动态响应特性和齿轮箱体铸造形貌决定。轮齿上的接触力和齿轮的旋转引发齿轮轴的振动会传递到箱体上,从而辐射出振动噪声。仿真的第一步是计算受到安装悬置和轴上载荷影响的齿轮箱应力状态。第二步是使用结构分析方法建立箱体振动模型——即典型的有限元分析模型。最后一步是使用计算得到的速度作为边界条件并以此作为噪声分析的输入。在本案例中,采用边界元法进行振动噪声分析。分析的前两步使用MSC.Nastran 软件,而最后一步使用LMS 公司的SYSNOISE 进行分析。
使用的软件工具
• MSC.Nastran
• LMS SYSNOISE
仿真过程与OPTIMUS工作流
OPTIMUS 图形用户界面集成了仿真程序,它们的工作流程以及输入输出文件(图 1)。

 设计参数和方法

模型
结构静力学和动力学分析采用相同的有限元网格模型(图 2)。振动噪声分析需要使用粗化后的有限元网格生成的边界网格进行。边界元网格可以在LMS SYSNOISE 中自动生成。


设计优化
采用局部优化算法,以全频段总功率(IP)最小化为优化目标,齿轮箱重量(w)、最大应力(MS)、和每个频率下的输出功率(Fs)为约束条件,保证它们不能超出初始设计对应的数值。

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