某重型汽车变速箱箱体轻量化设计

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重型汽车变速箱箱体拓扑优化

重型汽车变速箱箱体拓扑优化

郭 能 ,周 友 国 ,雷 刚 ,王 伦
(t.重 庆 北 奔 变速 器 制 造 有 限公 司 ,重 庆 400074;2.重 庆 理 工 大学 ,重 庆 400050)
摘 要 :引入 结构拓 扑优化 方法 ,解决 汽 车 变速 箱 减重 设计 问题 。 采 用有 限元 法与 变 密度
收 稿 日期 :2010—11—20 作者简介 :郭能 (1972一 ),男 ,硕士研究生 ,工程师 ,主要从事重型汽车变速器设计研究 。
郭 能 ,等 :重 型汽 车 变速 箱箱 体拓扑 优化
1O7
种新 的减 重设 计 方 法 ,它 包 括 离 散 结 构 的拓 扑 优 大 于或者 等于 阈值 的区域 显示 为有材 料 区域 。 化和 连续变 量结 构 的 拓扑 优 化 ¨I4 ,其 定 义 :在 不
退化为 机构 的条 件下 ,加 上 或 去掉 某些 构件 ,也 可 2 有 限 元模 型 的 建 立
以变 动节点 间构 件 的连 接 形 式 ,从 而 达 到 减 轻 结
构质量 、提 高 结 构 性 能 的 目的 。结 构 的拓 扑 优 化 是 结构 优化 中较 为复杂 、层 次较 高 的优 化策 略 。
法 ,给 出了优化 方法和 步骤 。以结构质 量 为 目标 函数 ,建立 了某重型 汽 车 变速 箱箱体 的优 化模
型 ,进行 了结构拓 扑优化 。通过 对重型 汽车 变速 箱箱体 的重建 ,对 比分析 了优化 前 、后 箱 体的 动
力 学和 强度特性 。
关 键 词 :轻 量化 ;变速 箱箱体 ;拓扑优 化 ;形状优 化
function,the optimization model of overweight of the gear-box of heavy vehicle was established, and its structure topological optim ization was performed. By rebuilding the 3 D actual m odel of the gear— box,the dynam ics and strength characteristics of the gear—box before and after optimization were eom — pared and analyzed. By use of FEA m ethod,the results showed that topological optimization design of components in vehicle was an effective method to reduce the weight. K ey words:lightweight;gear—box;topology optim ization;shape optimiza文章 编号 :1674—8425(2010)12—0106—04

重卡轻量化设计思路

重卡轻量化设计思路

《重型汽车》HEAVY TRUCK 2011.414重卡轻量化设计思路文章对汽车轻量化研发理论依据进行了比较全面的阐述,阐明了重卡轻量化研究的意义。

在与国外先进重卡的比较中,发现目前国内轻量化研发的局限性,提出了重卡轻量化的优化设计思路和具体方法。

通过从轻型材料选用、先进的制造工艺、零部件结构的优化、合理的整车布局、模块化设计思想、功能集成技术等方面出发,结合设计实例和具体效果,目前轻量化车型均可达到8%~10%的减重效果。

1 轻量化研发理论依据1.1 设计原则在确保强度、安全性、可靠性等汽车综合性能指标的前提下,兼顾“质量-性能-价格”三因素,最大限度地减轻各零部件的质量。

1.2 经济、环境效益实验证明,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%~8%;整备质量每减少100kg,百公里油耗可降低0.3~0.6L。

将重卡的自重减轻,降低油耗,以此减少有害物排放、节省计重收费支出、提高载质量利用系数、增加运输利润。

1.3 局部改善整车的性能汽车减轻质量后可使车身重心降低,汽车行驶更加稳定、舒适,对加速和弹性也有很大好处,同时转动和震动部件的噪音明显降低,提高了抗倾翻能力。

轻量化不仅可以减小滚动阻力、加速阻力和爬坡阻力,还为实现大功率创造条件。

1.4 轻量化的关联性汽车各部分的质量是相互关联的。

通过减轻发动机质量,可以减轻发动机悬置、动力传动系统的质量。

当汽车某个部位质量减轻1kg,对整车减重效果为K kg,称K为增长因子,K值因部位而异,汽车的K值在1.5~2.0。

2 重卡轻量化设计思路2.1 国内研发状况与欧洲汽车相比,中国商用车重量高出17%。

目前国内应对重卡轻量化的措施,大都着眼于比较简单的零部件替换和轻质材料使用方面,这是国内长期从事逆向设计所形成的思维。

如更换铝合金储气筒、采用少片簧或橡胶悬挂、使用真空子午胎等。

然而这些都可以从供应商处直接采购过来,随着这些零部件的广泛使用,仅限于此很难脱颖而出。

HMCVT箱体轻量化措施

HMCVT箱体轻量化措施

第2期总第290期2019年3月农业科技与装备Agricultural Science&Technology and EquipmentNo.2 Total No.290Mar. 2019 H M C V T箱体轻量化措施郭丽君,张晓刚(甘肃机电职业技术学院,甘肃天水741001)摘要:埔T H M C V T的工作原理及主要特点,使用ANSYS工作台对H M C VT进行静态分析,探讨使H M C V T箱体轻W:化的措施和方法,为减少能源消t t和改善辆的粮体性能提供技术参考。

关键词:HM C VT;轻员化;ANSYS;材料中阁分类号:TH137 文献标识码:A 文帘编号:丨674-丨161(2019)02-0052-02传动系统是影响车辆性能、工作效率和能效的主 要因素,好的传动系统可显著改善车辆的整体性能。

农业机械、工作机械等能源需求庞大,工作环境复杂,必须适应不断变化的外部载荷,对传动系统的要求较 高。

无级变速液压机械传动(HMCVT)结合纯液压传 动和纯机械传动的优点,可提高车辆的整体性能和燃 油效率,改善液压机械的综合性能。

因此越来越多的 车辆使用液压机械传动系统.以减少能源消耗和改善 操作环境。

1H M C V T的原理及特点1.1原理和结构组成HMCVT是基于17世纪中叶提出的静压传动原 理的新型变速箱,其驱动系统分为液压系统和机械系 统2部分。

液压系统主要由泵和电机组成;机械系统 主要由机械传动部分组成。

发动机输送的动力流被分 成2个路径:一条路径由液压系统传输,另一条路径 由机械系统传输。

最后,通过总线机构将动力组合并 输送到后传动部件。

1IMCVT结合高液压动力传动、无级变速和高机 械效率的优点,有效利用发动机动力。

液压机械传动 采用分流和汇流机构,因此可根据力分布和汇流的形 状对液压机械传动进行分类。

在加工技术和成本方 面,分流机构大多是同定轴型,而汇流型主要是行星 式。

《某重型卡车组合变速箱优化设计任务书900字》

《某重型卡车组合变速箱优化设计任务书900字》
倒档齿轮
1700ND-131-D
二轴三档齿轮
1700ND-031-D
一轴
1700ND-509
太阳轮
1700ND-56
变速箱后壳体
1700ND-513-D
内齿轮
1700ND2-160
突缘总成
1700ND1-150
二轴后轴承盖总成
1700ND1-514-D
副箱输出轴
1700ND1-511
行星轮
1700ND1-521
2、目标
(1)综述各类汽车变速器及其用途
(2)确定变速器的传动机构布置方案
(3)变速器主要参数的确定与设计计算
(4)利用计算机仿真软件进行对变速箱模拟以及建立合理有效的有限元模型对比验证。
3、具体要求
由于轴和齿轮的工作条件最为恶劣,复杂,故对其进行三维仿真分析。对优化之后的变速器数据便进行精准建模。
表1东风系列车型17ND-00030变速箱选型结果
1700ND-024
变速箱前壳体
1700ND-025
变速箱中壳体
1700ND-048
中间轴
1700ND-105-D
二轴
1700ND-056
常啮合齿轮
1700ND-112
二轴一档齿轮
1700ND-051
中间轴三档齿轮
1700ND-116
二轴二档齿轮
1700ND-182
2017年10月10日至10月31日完成毕业设计开题工作;
2017年11月1日至11月16日 查阅变速箱相关理论
2017年11月17日至11月30日 手动变速箱优化选型
2017年11月30日至12月31日 传动机构布置方案
2018年1月1日至1月21日 零、部件结构方案分析

汽车变速器箱体轻量化设计

汽车变速器箱体轻量化设计

汽车变速器箱体轻量化设计摘要:本文根据汽车变速器总成结构和工作原理,运用静力学分析,得到各挡离合器总成与箱体之间的最大轴承力,作为箱体有限元分析的边界载荷;采用有限元分析方法对箱体进行强度分析,得到最大应力与最大变形量分布情况;对箱体做轻量化处理后,以相同边界载荷进行强度校核;最终将汽车变速器箱体壁厚减去2mm.。

关键词:变速器箱体; 静力分析; 有限元分析; 轻量化1. 绪论1.1 引言随着汽车工业的快速发展和日益突出的能源问题,节能减排在汽车工业中越来越受到人们的重视。

目前,降低制造成本和提高整车燃油效率已成为汽车设计的要求,为实现这一目标,各大汽车制造商纷纷关注汽车轻量化技术的研究与应用。

研究表明,汽车约60%燃料消耗于自重,汽车质量每减轻10%,可降低油耗6%至8%[1]。

由此可见,汽车燃油消耗率同汽车整车整备质量密切相关,而汽车轻量化则通过对汽车结构的优化设计,最大程度内减小汽车整车整备质量,降低汽车的燃油消耗率,减少油耗。

除此之外,轻量化还可以减少汽车原材料的消耗,降低汽车的生产成本,提高汽车的操控性能,减小振动和冲击,降低噪音。

随着汽车技术的发展,现代汽车日益数字化、智能化、高级化,附加的汽车电子装置越来越多,导致汽车的质量不断增加,为控制汽车质量,必须加快汽车各组成部分的轻量化技术研究。

变速器作为汽车传动系统关键组成部分,主要由各档齿轮、轴系和变速器箱体组成,发动机输出的动力经离合器传到变速器输入轴,再通过齿轮系啮合传动将动力传至传动轴,最后动力经传动轴、驱动桥等装置传给车轮。

变速器可以改变传动比,扩大驱动轮转矩和转速的变化范围,以适应起步、加速、上坡等经常变化的行驶条件,使发动机在有利的工况下工作;还可以在不改变发动机旋转方向的前提下,使汽车能倒退行驶;此外利用空挡,中断动力传递,以使发动机能够起动、怠速,便于变速器换挡或进行动力输出。

变速器箱体作为安装、保护齿轮传动的机构,是保证齿轮传动副精度的基础。

汽车轻量化设计方案

汽车轻量化设计方案

汽车轻量化设计方案
汽车轻量化对于降低油耗、减少排放起着重要作用,是汽车工业技术发展方向。

汽车轻量化主要采取材料轻量化与结构轻量化相结合的方式,汽车质量每减轻10%,油耗下降6%~8%,排放量量下降4%。

例如以下方案:
半挂、自卸车大梁轻量化方案
980LE替代700L材料轻量化后:982kg--773kg,减重效果:209kg,21.28%上海频开实业有限公司位于国内现有规模较大的钢材市场——乐从钢铁世界,供应汽车大梁钢,1.5-14mm厚度,多种规格尺寸,其他主营产品有耐磨钢、高强度钢板、工程机械用钢、汽车大梁钢、冷轧高强车厢板、耐候钢、耐酸钢等品种钢,常备万吨库存,品种规格全。

是集原材料供应、加工与物流配送于一体的现代化企业。

液压机械无级变速箱箱体轻量化设计

液压机械无级变速箱箱体轻量化设计

液压机械无级变速箱箱体轻量化设计*张 鹏1,肖茂华2,郭梦雪2(1.雷沃重工股份有限公司,山东 潍坊 261206;2.南京农业大学工学院,江苏 南京 210031)摘 要:液压机械无级变速箱(HMCVT)是结合纯液压式变速箱和纯机械式变速箱的优点,使功率先分流再汇流,最终达到无级变速。

将其使用在车辆上能够改善车辆的动力性、燃油经济性同时减小控制的难度。

文章使用ANSYS workbench 对HMCVT 虚拟装配模型结构中的箱体完成静力学分析,确定了箱体优化设计的方案并在完成改进后再次进行验证。

关键词:HMCVT;虚拟装配;workbench 中图分类号:TG315.4 文献标志码:A 文章编号:1672-3872(2017)14-0005-011 前言HMCVT 这种机构运用的传动方法是先分流再汇流[1],结合液压和机械的优点来完成无级变速。

它会通过控制各个离合器来完成变速箱的换挡工作,这样就可以获得不同的传动比,进而使车辆以不同的速度行驶,其一般叫做多段式HMCVT。

随着液压机械无级变速箱的逐渐开发应用以及车辆行业的快速发展,轻量化设计成为日益被重视的发展方向。

经过长时间的发展,尽管车辆的能源利用率有一定的上升,但是据分析仅仅为20%~30%。

追溯这其中的原因,发现最消耗能量的其实是车辆本身的质量[1]。

在对车辆采用一定的轻量化设计手段后,因为其底盘质量比较轻,进而使得颠簸会有一定的减弱,从而使得在其行驶的过程中,车身也会更加得稳定。

它碰到撞击时,产生的能量也会被吸取走一部分,最终增强了车辆行驶的安全性[2]。

同时现在车辆行业都开始使用轻量化材料,这样不仅可以提高燃油经济性,还使得车辆重量也有所减轻。

2 变速箱箱体轻量化分析HMCVT 的虚拟样机如图1所示。

图1 虚拟样机图——————————————基金项目: 江苏省自然科学基金(BK20140728)、江苏省工业支撑计划(BE2014034)、江苏省六大人才高峰项目(2015-ZBZZ-011)、南京农业大学工学院优秀青年人才科技基金(YQ201605)和中央高校基本科研业务费专项资金资助(KYZ201760)作者简介: 张鹏(1971-),男,山东诸城人,高级工程师,研究方向:农业机械。

基于拓扑优化的变速箱壳体轻量化设计

基于拓扑优化的变速箱壳体轻量化设计

基于拓扑优化的变速箱壳体轻量化设计沈伟;廖敏;王强;王霜;易军;王川东;何旭【摘要】针对某丘陵山区小型联合收割机变速箱轻量化问题,对变速箱壳体进行结构优化设计.以变速箱壳体的柔顺度最小为目标函数,应用变密度法进行变速箱拓扑优化,去除部分多余材料,并进行了加强筋设计;基于响应面法建立变速箱壳体结构尺寸多目标优化模型,发现箱体壁厚和加强筋2宽度对变速箱壳体强度、刚度影响较大,再应用综合指数评价法得到壳体结构尺寸参数的最优解;最后,进行优化前后对比分析.结果表明:优化后壳体质量减少了17.1%,强度和刚度还有所提高.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2018(040)004【总页数】8页(P234-241)【关键词】收割机;变速箱壳体;轻量化;拓扑优化;响应面【作者】沈伟;廖敏;王强;王霜;易军;王川东;何旭【作者单位】西华大学机械工程学院,成都 610039;西华大学机械工程学院,成都610039;西华大学流体与动力机械教育部重点实验室,成都 610039;四川省机械研究设计院,成都 610063;西华大学机械工程学院,成都 610039;西华大学流体与动力机械教育部重点实验室,成都 610039;成都主导科技有限责任公司,成都 610091;西华大学机械工程学院,成都 610039;西华大学机械工程学院,成都 610039【正文语种】中文【中图分类】S225.40 引言丘陵地区田块小、不平坦、形状不规则,分布较为分散,地形条件复杂多变[1-2]。

大型收割机无法正常使用,而小型联合收割机由于其质量相对较轻和体积相对较小,具有得天独厚的优势[3]。

在收获季节,收割机持续工作时间很长,且长期伴随着较大的载荷冲击和振动冲击,特别在高低不平和泥脚较深的田间作业时,变速箱需承受更大的负载,因此对变速箱壳体的可靠性提出了很高的要求。

变速箱是整机传动系统的重要部件,为行走动力传动轴系和割台动力传动轴系提供动力。

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( 上接第 3 9页)
[] 2 马香峰. 工业机 器人的操作机设计. 北京 : 工业 出版社 。 % 冶金 1 9 I 一
l一 一


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cl cr e e
li
[] 3 谢存禧 , 张钝 机 器人技 术及 其应 用[ . M]北京 : 机械 工业 出版
社 . 05 20

十一 } . 一 _{ . . i

一 — 一
…一 — — m ’
[] 4 马香锋. 机器人机构学[ . M] 北京工业出版社 , 9 , 11 9 9
[] 自 机器人学[ 5 蔡 兴. M]. 清华大学 出 , O 版2O 0 [] 6 霍伟. 器人动力学与控制. 机 北京 : 高等教育 出版社 , O 2O O [] 7 范波涛 , 张 蒙特 卡洛方法在喷浆机 器人 工作空 间分析 中的应 用 [] 山东工业大 学学报 , 9 , ()1611 J. 1 92 2 : — 9 9 4 5 [] 8 郑建 惹 A A S D M 虚拟 样机技 术入 门与提 高[ M]. 械 工业 出版 机
表 2箱体结合面在倒档工况下受力情况表
用 O t t c计算得两种工况下 的位移和应力 , pS ut ir 计算 得2 个工况下的最大位移分别为6 1 x 0 Tn 12 . 1 1 和 .2 3 f X
1~ l , 0 nn最大单元应力分别为 5.4MP 和 1 . M a l 44 a 1 9 P 。 2
图2 变速 箱1 阶模 态振 形图
箱体 进行 模态 分 析, 求
解得第 1 自由模态 为 阶 56H , 4 z振形表现为离合
器盖轮廓 的伸缩变形振
动, 其振形图如 图2 。
32箱体静力学计算 .
定义后 的网格模型如图
3 示 所。
邸定
耋 蝴
优化约束 : 第一阶频率大于 60H ; 0 z体积分数上限为
O t t c 成功完成该拓 p S ut ir 扑优化问题 , 优化后单元
密度等值图见图 4 。
根据优化结果对模 型进行几何重构 , 并重新
进行 网格划分 , 结果如图
5所示 。
43拓 扑优 化后 的静 力 .
学 分析
对拓扑优化后 的的 模型进行 自由模态分析 ,
计算 得 第 一 阶 模 态 为
化, 在保证设计要求的前提下降低 了变速箱质量 , 为寻求 8 0 g 目 ∞ #
[] 2 李楚琳 , 张胜兰, 冯樱等. yeWo s H pr r 分析应用实例[ . k M]北京: 机
械 工业 出版社 , 0 2 8 0
[ ] 慧蓥 , 3程 王红岩. ye rs 汽车变速箱箱体模 态分析 中的应 H pr k 在 Wo


一 ; 一 ; { 、 …
优化 目标 : 质量最小化 。
42优化结果 .
在输入轴输入扭矩为 3 0 m时 , 0N・ 0 箱体各轴承接触 03两种工况下的最大位移均小于优化之前。 .; 处受力大小经简化计算 , 前进档和倒档工况如表 1 和表 2
所示 。
表 1箱体结合面在爬档工况下受力情况表
经过 8 0次 迭 代 ,
图8 形状优化后 的弯角 区域 图9 形状优 化后 的弯 角区域
应 力 云 图
用. li中国区20Hpr r 技术大会论文集 , 0 Atr a 08 yeWo s k 28 0
6 结论
经过拓扑优化 和 自由形状优 化之后 , 对优 化前和优
作者 简介 : 徐杰( 8 一 , 1 1 )河北省保定市人, 9 硕士, 研究方向为汽车

5 1・
所示弯角区域, 故选定弯角处 的 1 4个节点定义为 自由形
状变量 , 如图 7 所示。
表3
优化前后变速箱性能对 比
优化 目标 : 最小化最大单元应力。
通过拓扑优化和 自由形状优化 , 变速箱箱体质量降低
了 33 g 占原质量的45 %, .3k , .8 达到了轻量化的 目的。同
参 考文献
[ ] yeWo s s ’ M na 1H pr r e 8 aul kU r
52优化结果 .
经过 O tt t 5 pS i mc 的 次迭代完成 自由形状优化 , 设计
变量处优化结果如图 8 所示 , 优化后弯角处最大应力降低 为 8.0M a应力云图如图9所示 。 93 P ,
时, 变速箱箱体第一 阶模态 略有提高 , 2种工况下 的最大
图6 最大单元应力 区域
应 力 云 图
图7 自由形状优化 变
单元应力均有所下降, 中最大单元应力 由 129M a 其 1. P 下 降到 8.0M a下降了 9%。 93 P , 0 本文通过对 变速箱箱体 的拓扑优 化和 自由形 状优 变速箱箱体在结构 、 强度 、 刚度的最优化设计探索了方法 , 对其他机械结构的轻量化设计具有一定 的指导意义。
现代设计理论与方 法, 为重庆 广播 电视 大学汽 车工程 现
学院( 重庆工商职 业学院汽车工程 系) 师。 教
化后 的变速箱箱体静态性能进行对 比分析, 见表 3 。

收稿 日 : 1—0 1 期 2 0 1 —6 0
夺 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 夺 夺 夺 争 夺 夺 夺 牵 夺 夺 夺 夺 孛 夺 夺 夺 夺 夺 夺 幸 孛 夺 夺 争 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 { 夺

5 ・ 0
3 变速箱箱体静态性能计算与分析
31变速箱箱体 自由模态分析 . ’
4 拓扑优化
41 . 优化问题定义
在无任何约束和载
荷 的情况 下 , 对变 速箱
优化 变 量 : 除原 去
有加强筋并填充材料 与 原筋 板等 高, 定义 变 速 箱主箱体 四个面所填充
部 分 为 4个设 计 空 间,
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