奥迪q2参数汪宗兵;刘日良;廖希亮
【摘 要】以Catia作为平台,充分利用Catia软件的Cad和Cae优势,对微型电动轿车变速箱进行了参数化建模和壳体有限元分析,对其分析过程、结构特点和优化做了详细的说明,对微型电动汽车变速箱的设计具有一定的指导意义.
【期刊名称】《汽车零部件》
【年(卷),期】2010(000)008
【总页数】3页(P71-72,75)
【关键词】电动轿车变速箱;有限元瑞虎1.6s
【作 者】汪宗兵;刘日良;廖希亮
【作者单位】山东淄博陆骏电动车有限公司,山东淄博,255100;山东大学机械学院,山东济南,250061;山东大学机械学院,山东济南,250061
学车驾校学费多少【正文语种】中 文
0 引言
东风本田inspire由于能源紧缺，环境恶化，国内外对电动汽车都给予极大的重视，各国都投入巨资来研发，但由于新能源动力电池的不成熟和价格昂贵等原因，电动汽车目前还是以传统的铅酸牵引电池为主。但由于铅酸牵引电池的容量比和功率比较小，从而导致铅酸牵引电池在整车整备质量中占有相当大的比重，严重影响电动汽车的动力性和经济性能，所以当前阶段推出具有与传统汽车相媲美的电动汽车还有很长一段时间要走。结合当前形势，推出微型电动轿车是最佳选择。
纵观目前国内外市场，虽然变速箱制造公司推出不少微型电动汽车变速箱产品，但从其产品外观、结构、参数和性能可以看出诸多问题，设计经验明显缺乏，在变速箱壳体结构设计和轻量化、速比匹配、强度、NVH等方面还存在明显的不足之处。某公司目前采用的几家公司生产的微型电动汽车变速箱普遍具有体积大、噪音大、重量重、可靠性差、接触疲劳强度不足、变速箱壳体结构设计不合理等问题。
为了更好地解决微型电动汽车变速箱目前存在的缺陷，结合以前设计传统汽车变速箱的经验，优化设计了一款适合于微型电动汽车的一挡变速箱 (i=6.96)，优化了速比、齿数、模数、螺旋角、端面重合度系数、变速箱零部件内部布置和壳体材料的选择 (采用铝合金)等，从而从根本上解决了以上问题，在相同整车条件下，并且速比大于同类产品 (i=4)的前提下，反而减轻了变速箱重量达15%左右。
由于Catia软件具有强大的CAD造型功能和CAE分析功能，笔者通过Catia软件建模模块建立了参数化的变速箱模型，对仿真模块进行有限元分析，可以避免利用其他软件来分析时所需要的数据转换麻烦和转化过程中的数据丢失，提高了分析精度。下面主要对变速箱内部零部件布置、壳体的结构设计优化和有限元分析进行详细的阐述。
1 变速箱CAD模型及壳体有限元模型的建立
1.1 变速箱CAD模型建立和模型结构分析
利用Catia的参数化功能建立轴承、斜齿轮和锥齿轮及相关标准件，参数化的变速箱模型如图1所示。
图1 各个视图的模型
从以上变速箱数模可以看出，该款微型电动汽车变速箱壳体和零部件布置具有以下特点:轴承的位置基本上布置在变速箱左、右壳体上，没法布置在变速箱左、右壳体上的轴承都基本上设置了轴承安装突台，轴承安装突台周边都设置了合理的加强筋;左右壳体的连接都是在变速箱周边伸出的突台上设置螺栓孔通过螺栓来固定;一道齿轮轴上齿轮位置的设置偏向输入端;二道轴左右轴承根据左右载荷的不同设置了不同规格的轴承;设计的齿轮螺旋角方向很好地保证了电动汽车向前行驶时各个零部件具有良好的受力情况;差速器的结构设计精巧紧凑，采用了格里森制锥齿轮;变速箱安装突台的位置设置充分考虑了变速箱受到的载荷情况;输入端与输出端的设计充分考虑了减少动力总成在整车中的布置空间;齿轮和轴承布置紧凑等等。这些特点的设计主要是考虑在满足同等的载荷下变速箱体积最小化、动力总成占用空间最小化和变速箱质量最轻化，以满足电动汽车设计轻量化和整体布置的要求。
1.2 赋予变速箱壳体材料
赋予变速箱壳体铝合金材料。
1.3 网格划分和有限元模型建立 (以左壳体为例)
把建立后的变速箱壳体数模转化到Catia软件分析与仿真模块中，利用其先进网格划分工具 (Advanced Meshing Tool)对车架进行网格划分。
图2 左壳体有限元模型和网格划分详细信息图交通标志图
从图2(b)的网格分析结果可出，该变速箱壳体网格划分质量较高，优良率达到99.2%以上，为分析结果的准确性提供了有力的基础。
2 施加载荷和约束 (以右壳体为例)
根据计算的变速箱各个部位的受力情况和固定位置对模型施与载荷和约束，如图3所示。
图3 右壳体载荷和约束
3 变速箱壳体CAE分析和结构优化
3.1 求解和有限元结果分析
把网格划分后的变速箱壳体转化到Catia中的有限元分析模块 (Generative Structure Analysi
s)进行求解，得到如下变形位移图、应力云图等 (省略优化前的变速箱壳体有限元分析)。
图4 优化后的左侧壳体位移和应力云图
图5 优化后的右侧壳体位移和应力云图
从以上位移和应力云图等分析结果可以看出，通过在变形位移量最大的区域改进结构设计和设计加强筋等其他措施，使得左、右壳体最大变形位移量已由原来的0.003 16 mm和0.007 18 mm分别下降到0.002 17 mm和0.006 92 mm，降低了变速箱在载荷作用下的变形位移量和应力，改善了变速箱的运行状况，可以在一定程度上提高变速箱的使用寿命和降低噪音等［1］。
3.2 结构分析和优化
该变速箱零部件是根据其所受到的载荷情况，采用等强度设计原则来进行设计，力求保证各个零部件同等使用寿命，从而保证变速箱质量轻量化的设计效果。
通过以上有限元分析，设计者可以很容易地到变速箱的薄弱环节，能够有针对性地修改
结构，通过合理地设置加强筋和改变薄弱环节的结构的设计方式，可以明显改善壳体的受力状况和位移变形［2］。
4 结论
主要运用Catia软件进行参数化建立模型，针对变速箱壳体进行有限元分析，运用等强度的设计原则，在保证变速箱的使用性能的基础上进行了结构优化设计。
参考文献:
【相关文献】
【1】宫爱红，耿广锐.基于HyperMesh的轿车变速箱后盖有限元分析［J］.机电工程技术，2007(9):26－28.
交通违章查寻【2】曹凤利，李国璋，傅建平.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):35－37.
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