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拖拉机变速器箱体动态特性分析与优化设计

王海林 郑锐禹 王昱 张廷浩 胡德正

王海林, 郑锐禹, 王昱, 张廷浩, 胡德正. 拖拉机变速器箱体动态特性分析与优化设计[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(11): 1685-1690. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190322
引用本文: 王海林, 郑锐禹, 王昱, 张廷浩, 胡德正. 拖拉机变速器箱体动态特性分析与优化设计[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(11): 1685-1690. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190322
Wang Hailin, Zheng Ruiyu, Wang Yu, Zhang Tinghao, Hu Dezheng. Dynamic Characteristics Analysis and Optimization Design of Tractor Transmission Box[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(11): 1685-1690. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190322
Citation: Wang Hailin, Zheng Ruiyu, Wang Yu, Zhang Tinghao, Hu Dezheng. Dynamic Characteristics Analysis and Optimization Design of Tractor Transmission Box[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(11): 1685-1690. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190322

拖拉机变速器箱体动态特性分析与优化设计

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190322
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2016YFD0701100

国家自然科学基金项目 51705161

广东省科技计划项目 2017B010122001

详细信息
    作者简介:

    王海林(1972-), 教授, 硕士生导师, 博士, 研究方向为机械系统动力学, hlwang@scau.edu.cn

    通讯作者:

    王昱, 副教授, 硕士生导师, yu-wang@scau.edu.cn

  • 中图分类号: S219.032.1;TH132.46

Dynamic Characteristics Analysis and Optimization Design of Tractor Transmission Box

  • 摘要: 针对重型拖拉机液压机械无级变速器箱体的减振降噪问题,对箱体进行动态特性分析,并运用结构优化方法进行箱体的优化设计。根据箱体的初始设计几何模型,建立箱体壳单元和体单元耦合的有限元模型,进行箱体模态分析和瞬态动力学分析;基于分析结果以箱体的前六阶加权模态频率最大化为目标,运用拓扑和形貌联合优化的方法得到了箱体最优化的材料分布和加强筋分布。分析结果表明:优化后箱体的强度和刚度满足要求,质量减少8.7%,前六阶固有频率都得到提高并且避开了激励频率。该方法为同类变速器箱体的优化设计提供了参考,降低产品设计成本,缩短研发周期。
  • 图  1  箱体结构

    图  2  箱体有限元模型

    图  3  前6阶模态振型图

    图  4  齿轮传动系统动力学模型

    图  5  轴承孔的激励载荷谱

    图  6  箱体的应力变化情况和应力云图

    图  7  箱体的位移变化情况和位移云图

    图  8  箱体的优化结果

    图  9  箱体的优化结构

    图  10  优化箱体的应力云图

    图  11  优化箱体的位移云图

    表  1  箱体前六阶固有频率及振型特征

    阶次 固有频率/Hz 振型特征
    1 279.09 右箱体底板沿Y方向的弯曲振动
    2 300.35 右箱体后板沿X方向的弯曲振动
    3 345.42 右箱体顶板沿Y方向的弯曲振动
    4 413.03 右箱体底板和后板的弯曲振动
    5 428.27 右箱体整体复杂的扭转振动
    6 439.86 右箱体底板和后板的弯曲振动
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    表  2  中间轴输出端轴承孔激励载荷

    时间/s X/N 比值 Y/N 比值 Z/N 比值
    6.005 4 256 0.98 4 875 1 7 423 0.97
    6.008 2 784 0.64 3 012 0.61 5 067 0.66
    6.012 2 012 0.46 967 0.19 3 390 0.44
    6.015 2 850 0.66 2 803 0.57 5 320 0.69
    6.018 4 314 1.00 4 784 0.98 7 619 1.00
    6.021 2 698 0.62 3 112 0.63 4 952 0.64
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    表  3  优化结果对比分析

    参数 原始模型 优化后模型
    质量/kg 96.6 84.4
    最大应力/MPa 140.61 165.9
    最大位移/mm 0.339 0.231
    1阶频率/Hz 279.09 450.27
    2阶频率/Hz 300.35 468.28
    3阶频率/Hz 345.42 474.31
    4阶频率/Hz 413.03 602.81
    5阶频率/Hz 428.27 628.50
    6阶频率/Hz 439.86 694.17
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  • 收稿日期:  2018-08-14
  • 刊出日期:  2020-11-01

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