汽车变速箱的动态特性是影响汽车振动与噪声的重要因素，作为多自由度弹性振动系统，变速箱在工作状态下受到复杂的激励并产生复杂的振动，严重影响着汽车的舒适性。本文以汽车变速箱箱体为研究对象，应用自主有限元软件Perasim建立箱体有限元模型，完成变速箱箱体的模态分析，得到了变速箱箱体在低阶以及高阶单元下的前六阶固有频率与振型。
一、箱体有限元模型的建立
变速箱箱体的几何结构十分复杂，箱体上分布着包括加强筋、各种圆角以及螺栓连接孔等结构。过小的结构特征对箱体的模态分析几乎没有影响，并且由于结构尺寸的影响，导致不必要的计算成本增加。因此，在模态分析之前，需要对箱体的几何结构作适当的简化：
（1）去掉各部分箱体之间的螺栓连接，不考虑螺栓的几何建模； （2）将箱体上的螺纹孔简化为光孔，不考虑螺纹的几何形状； （3）去掉小尺寸倒角； （4）将螺栓连接简化为被夹紧件接合面之间的绑定约束。 简化后的变速箱箱体的几何模型如下图所示:
图 1 变速箱箱体几何模型
划分网格
PeraSim支持四面体网格以及四面体、六面体混合网格划分，考虑到箱体复杂的几何结构，本文使用混合网格划分。通过全局以及局部网格控制，划分该箱体模型共产生337万单元，箱体的网格模型如下图所示：
图 2 箱体网格模型 定义属性 点击“属性”模块，输入变速箱箱体的材料属性，定义为各项同性的线弹性材料，其中弹性模量：210 GPa，泊松比：0.3，密度：7800kg/m3。定义变速箱箱体的截面属性，并将材料属性与截面属性一同赋予给箱体结构。 
图 3 属性定义界面 二、有限元计算结果 基于Perasim对变速箱箱体进行模态分析，并研究低阶与高阶单元对箱体模态分析的影响。对比低阶单元与高阶单元变速箱箱体的前6阶频率及振型： 
一阶模态（低阶） 
一阶模态（高阶） 
二阶模态（低阶） 
二阶模态（高阶） 
三阶模态（低阶） 
三阶模态（高阶） 
四阶模态（低阶） 
四阶模态（高阶） 
五阶模态（低阶） 
五阶模态（高阶） 
六阶模态（低阶） 
六阶模态（高阶） 图 4 低阶与高阶单元的前六阶振型比对 根据其前六阶模态的动态云图显示，低阶与高阶单元的振型基本一致，且发现一阶振型为沿Y向（径向）的平移变形；二阶振型为沿Z向（径向）的平移变形；三阶模态为沿X向的扭转变形；四阶模态为沿Y向的弯曲变形；五阶模态为沿Y向的压缩变形；六阶模态为沿Z向的压缩变形。 表格 低阶与高阶单元的前六阶固有频率
| 低阶单元 | 高阶单元 | 差值 | |
| 1 | 888.72 | 866.81 | 2.5% |
| 2 | 918.02 | 893.98 | 2.6% |
| 3 | 1229.1 | 1199.3 | 2.4% |
| 4 | 1425.8 | 1389.1 | 2.6% |
| 5 | 1548.9 | 1504.3 | 2.9% |
| 6 | 1679.8 | 1633.6 | 2.8% |
对比低阶单元的模态，高阶单元下变速箱箱体的前6阶模态相对更低，相对差值均在3%以内。一般而言，当网格数量相同时，由于高阶单元更能精确地描述模型的曲线边界，相对低阶单元可以得到更准确的数值结果。由于网格闭锁现象的发生，低阶单元下的模型刚度更大，当结构质量保持不变时，刚度越大会导致其固有频率更大。 三、结论 本文基于自主有限元软件PeraSim建立某汽车变速箱箱体的有限元模型，并分别利用低阶单元与高阶单元对箱体进行了模态分析。结果显示两种单元类型下箱体的前6阶固有频率结果差距在3%以内，且振型云图基本一致。并且根据变速箱箱体实际工作环境，其前6阶固有频率均在传动共振区之外，说明该变速箱的设计较为合理。
来源：安世亚太科技股份有限公司
声明：本站部分文章及图片转载于互联网，内容版权归原作者所有，如本站任何资料有侵权请您尽早请联系jinwei@zod.com.cn进行处理,非常感谢！