毕业设计开题报告__某五档手动变速器模态分析与特性研究

福建工程学院

毕业设计（论文）开题报告

机械与汽车工程学院车辆工程专业设计（论文）题目：

某五档手动变速器模态分析与特性研究

学生姓名学号

起迄日期2015年3月~ 6月

设计地点福建工程学院

指导教师洪亮

2015年3 月05 日

毕业设计（论文）开题报告

1. 结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写文献综述。

1.1 本课题研究背景

随着汽车工业的不断发展，对变速器的性能要求也在不断提高。尽管国内外有许许多多的专家学者致力于变速器的试验模态分析，但变速器的结构刚度分析、轻量化设计研究、减少噪声振动等问题仍然非常重要，是一个不可忽略的重要研究领域[1]。新时代汽车的高速发展，必然离不开变速器的性能优化，所以本文主要针对变速器壳体噪声振动问题进行切入研究，主要运用试验模态分析技术于变速器上，寻求变速器壳体结构的优化方案。

试验模态分析是基于系统响应和激振力的动态测试。此试验方法的出现时间并不长，模态分析技术开始于20世纪30年代，到现在经过了几十年的发展，其应用于汽车领域的前景非常可观，所以仍需大量的试验研究为其发展奠定基础。利用试验模态分析技术来研究改善变速器的壳体结构，对国内变速器减振降噪技术的提高将起到非常重要的作用。

1.2 国内外研究现状

由于全球汽车工业的突飞猛进，变速器行业也在不断壮大。国内外汽车生产商对变速器振动及噪声的控制变得更加重视，这就使得试验模态分析方法应用于变速器来优化变速器结构变得更加重要。模态分析技术开始于20世纪30年代，经过70多年的发展，模态分析已经成为振动工程中一个重要的分支，最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。纵览全球变速箱市场，自动变速箱（AT）在北美市场，CVT在日本市场，手动变速箱在欧洲市场各自占有着主导地位。在过去的几年内，依靠欧洲已有的手动变速箱生产设施和条件，双离合器变速箱已经被大批量生产，其自动换档的特性以及良好的燃油经济性（相对于传统4速自动变速箱，其燃油消耗量将降低大约10％）使得其逐渐占据了一部分原有的手动变速箱和自动变速箱市场，其模态分析技术在汽车领域已得到广泛的利用，并有所突破[2]。在日本，丰田、本田、日产等大公司，其变速箱的减震降噪技术也在不断发展，并取得了一定的成绩，而模态分析技术对变速器的减振降噪研究更是功不可没。世界各国汽车生产商对变速器技术投入的研究成本越来

越大，致力于生产出结构更优、性能更好的变速器，同时对变速器的减震降噪技术也越来越成熟。而我国国内领先的变速器制造企业也在不断进步，然而与国际先进水平相比，我国国内总体水平还存在一定差距，还有相当大一部分变速器需要完全依赖进口[4]。我国国内目前汽车发动机普遍噪声大，使用性能不够优越。因为变速器壳体结构不够合理就会产生共振、噪声大等现象，而且容易产生疲劳损伤。因此，我国在汽车变速器的结构优化方面还需要进一步加强，而利用试验模态分析方法来研究改善变速器结构优化也将变得越来越重要，对国内变速器减振降噪技术的发展将起到非常重要的作用。所有的系统都能振动，模态分析技术是解决振动问题的一种强有力的工具，已被国内外专家广泛应用于汽车领域，包括用于汽车的变速器振动问题。

1.3 课题研究目的和意义

随着经济和科学技术的不断的发展，汽车工业也渐渐成为我国支柱产业，汽车的使用已经遍布全国。随着我国汽车工业的不断发展，如何设计出经济、实惠、性能良好又安全可靠的汽车是当前汽车设计领域的重大问题，然而掌控汽车快慢与其性能好坏的一重大因素，便是它的重要组成—变速器。变速器是一个复杂的系统件，是汽车传动系统的主要部件之一，它的振动必然带来汽车整车的振动与噪音，影响汽车的整车性能[3]。由于壳体是变速器振动的主要零部件，所以对变速器壳体的模态分析及优化方法就显得十分有意义。

模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型[5]。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。其主要应用于振动测量和结构动力学分析，可用模态试验结果去指导有限元理论模型的修正，使理论模型更趋完善与合理。

振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应[6]。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。模态分析最终目标在是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据，因此将试验模态分析技术应用于汽车变速器，有利于寻求变速器结构的优化方案[7]。

常用的模态参数辨识方法分为：频域法和时域法。频域法主要是通过测试得到系统的相应信号，经快速傅里叶变化处理后得到系统的相应函数，再经识别后得到有关的模态参数；时域法是通过利用系统的自由衰减振动时域模型来识别系统模态参数，

后发展成应用随机减量特征技术从系统的随机振动相应中获取随机减量特征，进而从随机减量特征函数中提取模态参数的方法。

随着发动机降噪技术的提高和纯电动汽车的快速发展，变速器的噪声问题越来越凸显，这也使得把模态分析方法应用于变速器上来寻求其优化方法变得更加重要。壳体是变速器振动的主要部件，所以，对变速器壳体进行模态分析，优化壳体结构，对提高变速器性能具有重要意义。

1.4 参考文献

[1]曹凤利, 李国璋. 基于有限元的履带车辆变速箱体强度分析[j]. 机械工程师,2006，(7):108-110.

[2]（美）J.厄尔贾维克. 汽车手动变速器和变速驱动桥[M]. 北京：机械工业出版社，1998.

[3]刘惟信. 汽车设计[M]. 北京：清华大学出版社，2001.

[4]盛选禹.CATIA三维机械设计实例[M].北京：机械工业出版社，2003.

[5]林建龙.模态分析与实验[M].北京:清华大学出版社,2011.

[6] Ye Zhiquan,Ma Haomin,Bao Nengsheng,Chen Yan,Ding Kang. Structure Dynamic Analysis of a Horizontal Axis Wind Turbine System Using a Modal Analysis Method[j]. W IND E NGINE E R ING V OL UME 25,2001,(4):237-248.

[7] Zheng Min, Shen Fan, Chen Huaihai.OPERATIONALMODAL ANALYSIS SCHEMESUSING CORRELATIONTECHNIQUE[j]. Acta Mechanica Solida

Sinica,2005,(18):0894-9166.

2.毕业设计（论文）任务要研究或解决的问题和拟采用的方法：

2.1 研究内容

本课题主要探讨的是将试验模态分析技术应用于五档手动变速器。试验模态分析方法为变速器壳体结构动态特性分析提供了有效的手段，通过试验模态分析，找出壳体结构刚度的薄弱环节及其结构设计的不合理处，从而为变速器动态特性的改善提供可靠的试验依据。

〈1〉首先对变速器壳体进行网格划分和坐标采点，然后利用CATIA软件进行坐标连线，绘出网格结构模型；