某輕型車變速器后懸置支架模態(tài)分析及優(yōu)化

李苗，李世云，崔丹丹，董瑞君，唐磊

（1.新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 831400；2.新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 831400；3.重慶長(zhǎng)安汽車股份有限公司，重慶 401120）

關(guān)鍵字：懸置支架；CAE；優(yōu)化

前言

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，目前的設(shè)計(jì)手段已經(jīng)不僅僅局限于使用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式，而是采用設(shè)計(jì)、仿真、試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式。這樣可以大大節(jié)省研發(fā)時(shí)間，提高效率。

汽車動(dòng)力總成懸置支架是連接發(fā)動(dòng)機(jī)和車身（或車架、副車架）的零件，是動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的安全件和功能件，具有重要的隔振作用[1]。因此，在前期的設(shè)計(jì)階段需要考察懸置支架的模態(tài)，使得其一階模態(tài)規(guī)避開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)的激振頻率，避免共振和車內(nèi)噪聲的產(chǎn)生[2]。

本文通過(guò)研究某輕型車的變速器后懸置支架模態(tài)，來(lái)達(dá)到利用CAE手段進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的，使得在設(shè)計(jì)階段可以獲得一個(gè)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)[3]。

1 仿真模型搭建

此變速器后懸置支架是一個(gè)鑄件結(jié)構(gòu)，因此，采用的是四面體劃分方式。平均單元尺寸為2mm×2mm，單元總數(shù)為186359個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為41345個(gè)。在支架與變速箱的連接點(diǎn)處進(jìn)行固定約束，考察其約束模態(tài)。所建立的有限元模型如圖1所示。

圖1 變速箱后懸置支架有限元模型

2 分析結(jié)果

懸置支架的模態(tài)目標(biāo)要求為[4]：

試中：f為懸置支架的一階模態(tài)；ε為避頻系數(shù)；nmax為發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速；z為發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)。

此次設(shè)計(jì)車型使用的是三缸的發(fā)動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為6000r/min。因此，需要設(shè)計(jì)的支架一階模態(tài)大于420Hz。

通過(guò)仿真運(yùn)算，獲得結(jié)果如下圖所示：

圖2 后懸置支架一階模態(tài)（418.4Hz）

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，此變速箱后懸置支架模態(tài)為 418.4Hz，小于目標(biāo)值，因此，需要對(duì)此懸置支架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行多方面的考量，不僅要做到幾何結(jié)構(gòu)與周圍零件不干涉，安裝便利，而且要達(dá)到模態(tài)提升的最終目的。在此次優(yōu)化過(guò)程中最初做出了兩種方案，如下表1所示。

表1 方案示意

圖3 優(yōu)化位置示意圖

根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，由于方案二的填充位置會(huì)與周圍部件產(chǎn)生干涉，因此，初步選定方案一進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立新的數(shù)模并劃分出有限元模型如下圖所示。

圖4 優(yōu)化后懸置支架有限元模型

同樣，在變速箱與支架連接位置進(jìn)行約束，再次進(jìn)行仿真計(jì)算，獲得計(jì)算結(jié)果如下圖所示：

圖5 后懸置支架一階模態(tài)（550.8Hz）

由上圖可知，計(jì)算結(jié)果為550.8Hz，大于目標(biāo)值420Hz，達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，完成了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。并且，優(yōu)化后的懸置支架結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)后期的實(shí)驗(yàn)路試后沒(méi)有出現(xiàn)異響、共振等NVH問(wèn)題。

4 結(jié)論

此次設(shè)計(jì)的懸置支架在前期設(shè)計(jì)階段通過(guò)CAE分析，發(fā)現(xiàn)了一些潛在的問(wèn)題，并且在問(wèn)題位置進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，獲得了最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，達(dá)到了性能提升的效果。

因此，通過(guò)CAE仿真分析，可以在前期設(shè)計(jì)階段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行很好的把控，規(guī)避掉一些潛在的風(fēng)險(xiǎn)，不僅開(kāi)發(fā)便利，而且為產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)大大節(jié)省時(shí)間，節(jié)約成本。