P074-纵置变速器模态分析中的集中质量处理

1、2007年MSC.Software 中国用户论文集纵置变速器模态分析中的集中质量处理岳国辉许妮周丹丹刘二宝-1 -2007年MSC.Software 中国用户论文集纵置变速器模态分析中的集中质量处理Handlingof Concentrate Mass in LongitudinalTran smissi on Normal Mode An alysis岳国辉1许妮2周丹丹1刘二宝1（1长城汽车股份有限公司技术研究院CAE部）（2广州汽车研究院）摘 要：变速器内部结构比较复杂，轴承、传动轴和齿轮之间不是刚体连接，它们对系统结构刚度的变化没有主导意义，故可以将它们作一定的简化。但如果不恰当简化的

2、话可能得不到所需的 CAE分析结果。本文应用 MSC Nastran SOL103 以DOE方法对某纵置 4X4 的变速箱进行模态分析。通过对变速箱进行合理简化获得了理想的模态分析结果，为选用某型号变速箱提供了理论依据。关键词：质量布置模态分析变速器 MSC Nastra nAbstract : The structure of a 4X4 tran smissio n is relatively complexity. It is very difficult to model the detail of all the comp onents of a tran smissi on. Bu

3、t miss ing some parts or improperly simplifying some components will cause wrong results in CAE analysis. The purpose of this paper is to find a way to reas on ably simplify the tran smissi on CAE model and obta in good no rmal mode results. The DOE iterati on was performed usingMSC.Nastran SOL103,

4、and a right way to make a simplified transmission model to yield 6 correct no rmal modes was obta in ed.Key words: Concen trate mass, Normal mode an alysis, Tran smissi on, MSC Nastra n1概述动力总成的NVH性能对整车的NVH性能有非常重要的影响， 其中变速器作为动力总成中 的重要组成部分，其内部轴承、传动轴、传动齿轮等零部件较多，且整个结构复杂，建模时 需作一定的简化，但是数模又往往没有详细内部结构，简化了的模

5、型整体质量比原结构轻。怎样合理简化及布置内部结构，怎样将这些失去的质量（MASS ）补上及合理分布是本文的主题。纵置4X4的动力总成固有模态振型应有六个，它们分别是：Yaw、Lateral ben di ng 、Vertical bending Bounee、Pitch and Roll。然而由于质量分布不均或连接质量的单元不准 确，会出现不合理的频率和振型。本文通过多次调整变速箱模型的质量布置及多次分析计算， 得到六个振型均在合理的范围内。整个模型如图1所示由发动机、离合器、变速箱、分动箱、传动轴组成。匚 MMliMIMMIMUllSSSil« =匸 传动轴离音器壳娈谦器本体图1动

6、力总成模型2有限元模型的建立2.1发动机模型由于本次分析的主要对象是变速器，所以对发动机做了大量的简化。 用六面体加五面体划分了缸体、缸盖的主体形状，其它剩余零部件用集中质量单元加在相应的质心位置上，最后把模型与真实质量的偏差值用质量单元（CONM2 ）加在质心位置，质心的质量单元与周围缸体之间用RBE3单元连接。油底壳用四边形单元划分。2.2传动轴、分动箱、齿轮传动轴用BAR单元模拟，与之相关的其它附件用质量单元加在相应位置；分动箱壳结 构用壳单元（Shell ）来划分。变速箱和分动箱内部齿轮也作了必要的简化。但是严格按齿 轮分布的间距排布齿轮模型，齿轮用六面体单元（Solid ）划分。各个

7、分总成之间的螺栓连接用RBE2单元模拟。2.3变速箱总成模型变速箱是本次分析的主要对象，所以变速箱的网格划分比较详细，整个变速箱箱体和离合器壳都是用六面体加五面体实体单元划分的。对于某些被忽略掉的小特征及一些非结构质量用质量单元（CONM2 ）模拟，质量单元的连接采用了三种方式：（1）在变速箱的质心位置加集中质量单元，然后用 RBE3单元连接到变速箱总成的最 外端。具体连接方式见图 2。图2集中质量连接方式图（2）将变速箱内部因齿轮简化等原因而丢掉的质量按实际齿轮质量分别添加到各齿轮 中心位置（14个点），具体连接方式见图3。图3齿轮中心位置质量添加图（3）将变速箱由于简化模型而丢失的质量均布

8、在变速箱总成的外壳体上。经过多次迭代计算发现第二种方法较好，与试验较接近，所以本文只列出了第二种模型的参数表，第二种质量连接方式最后模型的节点数和单元数见表1。表1模型单元数和节点数CONM2 RBE3BarRigidTria3Quad4Pen ta6Hex8单元数（个）33 164P 458156125073772592031：节点数（个）1691712.4分析方法不加任何边界条件，自由状态3计算结果经过多次调整计算后得到了三种质量连接模型的计算结果，通过对计算模型及试验模型的对比发现第二种方法是最理想的。在第二种方法的计算结果中找到了期望的六阶模态和振型，而且与试验结果更接近。以下列出了所期望的六阶模态振型图图4 Yaw振型图图 5 Lateral bending 振型图图 6 Vertical bending 振型图图 7 Bounee振型图MMI I 卄图8 Pitch振型图图9 Rroll振型图4结论在模态分析过程中，由于复杂模型需要简化， 丢失的质量需要补上， 所以要保证计算模 型与实际结构质量分布一致，使其分析结果与试验结果误差最小的关键因素是质量单元的连 接方法。通过典型模型的多次