某ATV車傳動系統(tǒng)箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化與強度分析.pdf

1、ATV 車（又稱全地形車）由于具有良好的越野性能和適應(yīng)各種地形的能力，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，市場需求量大，開發(fā)該車能產(chǎn)生很大的經(jīng)濟價值。ATV 車箱體結(jié)構(gòu)作為ATV車傳動系統(tǒng)的重要組成部分，其幾何形狀不規(guī)則，承受載荷復(fù)雜，其剛強度的高低直接關(guān)系到傳動系統(tǒng)的傳動效率與工作可靠性。因此對箱體結(jié)構(gòu)進行拓撲優(yōu)化與強度分析研究，獲得質(zhì)量輕、剛強度好的箱體結(jié)構(gòu)有助于確保傳動系統(tǒng)的性能。然而，在分析或優(yōu)化中如何建立仿真模型，如何處理復(fù)雜的邊界條件，使分析結(jié)果

2、符合實際情況，是其中的難點技術(shù)問題。本文針對這些問題，在某6驅(qū)ATV車的開發(fā)過程中，對其傳動系統(tǒng)箱體結(jié)構(gòu)進行拓撲優(yōu)化與強度分析研究，主要內(nèi)容和結(jié)論有：
　　(1)針對箱體拓撲優(yōu)化中，其箱體內(nèi)部載荷和軸承、齒輪軸系等如何處理是其中的關(guān)鍵問題。結(jié)合實際接觸情況在軸承承壓區(qū) 120°范圍內(nèi)以共節(jié)點連接，成功模擬軸承與箱體的相互作用；通過建立齒輪軸系網(wǎng)格模型，解決嚙合力加載位置的問題。在此基礎(chǔ)上，建立了包含齒輪軸系和軸承在內(nèi)的原設(shè)計箱體拓

3、撲優(yōu)化有限元模型。以靜力分析獲得節(jié)點位移作為約束函數(shù)，以箱體質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)，進行拓撲優(yōu)化分析，找出了箱體上加強筋的最佳布置位置。通過箱體加強筋和壁厚的設(shè)計，得到了新箱體結(jié)構(gòu)。
　　(2)為了分析支撐箱體的支架、軸承和軸系對箱體結(jié)構(gòu)模態(tài)的影響以及判斷箱體結(jié)構(gòu)是否可能發(fā)生共振，分別建立新設(shè)計箱體以及箱體-支架系統(tǒng)的有限元模型，對其進行約束模態(tài)分析；通過對比箱體結(jié)構(gòu)模態(tài)和箱體-支架系統(tǒng)模態(tài)，認為在結(jié)合箱體結(jié)構(gòu)的內(nèi)外部激勵判定箱體結(jié)構(gòu)是否

4、發(fā)生共振時應(yīng)考慮彈性支撐對箱體模態(tài)的影響。
　　(3)針對箱體靜態(tài)分析中多對軸承的接觸問題，根據(jù)實際軸承接觸角度和位置，建立軸承接觸模型；為了模擬螺栓的連接作用，在箱體與支架連接位置建立梁單元；為了解決嚙合力加載位置的問題，建立了齒輪軸系網(wǎng)格模型。在此基礎(chǔ)上，建立了包含齒輪軸系、軸承和支架在內(nèi)的新設(shè)計箱體有限元模型。針對靜態(tài)分析計算接觸時不容易收斂的問題，采用準(zhǔn)靜態(tài)分析方法進行箱體靜力學(xué)分析，得到了箱體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與位移分布。

5、>　　(4)箱體結(jié)構(gòu)因始終受到路面不平度引起的動態(tài)沖擊，且存在很多非線性因素，需要進行瞬態(tài)分析來進一步發(fā)現(xiàn)箱體更深層次的動強度與疲勞問題。為了解決箱體瞬態(tài)分析加載邊界條件很難確定的問題，本文建立了整車和路面瞬態(tài)分析有限元模型，通過模擬整車在路面上的瞬態(tài)運動獲取箱體連接位置處的位移響應(yīng)曲線；將此位移曲線加載到箱體結(jié)構(gòu)瞬態(tài)分析模型中，進行瞬態(tài)強度分析，得到箱體結(jié)構(gòu)的動態(tài)應(yīng)力。在此基礎(chǔ)上，對箱體結(jié)構(gòu)進行了疲勞壽命分析和評價。
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