杨〓森1，王良模1，夏汉关2，董〓义2，王耀祖2
                                       (1.南京理工大学机械工程学院，江苏 南京〓210094）
                                  （2.江苏太平洋精锻科技股份有限公司，江苏 泰州〓225500)
摘要：为了改进变速器壳体的结构设计，对某商用车变速器壳体进行拓扑优化。首先，进行了边界条件的分析及载荷的获取；其次，针对典型工况，利用Hypermesh及Optistruct软件，对变速器壳体进行了强度分析和拓扑优化设计。优化后最大应力较优化前下降13.78%，最大应力明显得到优化，应力集中区域有缩小趋势。
关键词：变速器壳体；多工况；拓扑优化
中图分类号：U463.2〓文献标识码：A〓文章编号：2095-509X(2020)02-0074-04

 汽车变速器是汽车传动系统的重要部件，它直接影响着汽车的动力性、燃油经济性、舒适性和操纵性、可靠性等现代汽车的重要性能，是决定汽车品质的重要因素之一，因此汽车变速器的设计成为汽车制造商、汽车零部件供应商的重点工作之一。变速器壳体作为安装、保护变速器所有零件的机构，是保证在各种工作状态下，吸收工作时的作用力和力矩，保持轴和齿轮具有精确的相对位置的基础。在变速器工作过程中，壳体承受来自变速器传动部件较大的力和力矩，这就要求汽车变速器壳体具有较好的刚强度，以保证变速器传动精度，降低由齿轮传动精度不足而引起的振动、冲击和噪声，提高齿轮疲劳寿命等。提高刚强度通常是通过加大壳体厚度及在关键部位设计加强筋来实现的，但这增加了变速器壳体的自重，进而增加汽车的整备质量，与节能减排的目标不符。因此，变速器壳体的优化设计至关重要。
    实现汽车轻量化主要有两种方法：一是采用如镁、铝、陶瓷、塑料、玻璃纤维或碳纤维复合材料等轻质材料达到减重目的；二是从结构出发，采用有限元分析、局部加强设计等计算机辅助手段，在保证刚强度以及使用寿命满足设计要求的前提下对结构进行重新设计，实现轻量化。因此，本文借助不断成熟的CAE技术，以有限元理论为基础，对变速器壳体进行局部拓扑优化设计并计算优化前后变速器壳体强度。

1〓边界条件及载荷的施加
为了进行变速器壳体的有限元静力学分析和优化设计，需确定其边界条件及工作载荷。

1.1〓边界条件
本文中离合器钟形壳通过凸缘安装在变速器壳体上，同时为减少壳体的挠度，在中间壳体上为其提供了额外的支承点，变速器壳体另一端与变速器后盖相连。故分别约束离合器钟形壳、变速器壳体支撑点以及变速器后盖上与外界相连的螺栓孔的沿x，y，z轴的平动自由度和绕x，y，z轴的转动自由度。变速器壳体约束如图1所示。

1.2〓载荷的施加
变速器正常工作时，壳体受到的激励主要来自变速器内部齿轮和轴对它的作用。假设正常工作时来自内部的激励全部通过轴承1~5对应的惰轮轴轴承、一轴右端轴承、中间轴左右两轴承、二轴左端轴承传递给壳体。本文通过专业齿轮箱软件仿真出各轴承处的受载情况，表1给出了变速器Ⅰ挡工况下各承载处所受力及力矩大小，Ⅱ挡、R挡限于篇幅不在本文中列出（轴承1（惰轮轴轴承）的工况数据相比于其他4个轴承的参数要小得多，本文忽略）。在此，通过Hypermesh中柔性单元rbe3将这些载荷等效分布在轴承孔表面各节点处，以此为输入对变速器壳体进行静力学分析。载荷施加位置如图2所示。

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基金项目：江苏省产学研联合创新资金——前瞻性联合研究项目(BY2015004-02)
作者简介：杨森（1991—），男，硕士研究生，主要研究方向为车辆系统动力学，806876631@qq.com.

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