基于SolidWorks的变速箱变速机构模态分析

    0 引言

    随着人们对商品耐久性、可靠性的重视，相对于乘用车和客车的环保、安全性的重要度而言，农用车更加关注产品的经济性、耐久性和可靠性。农用车相对其他车辆路况环境较为恶劣，所以对传动系统和承载系统提出了更高的要求，而作为传动系统的中枢——变速箱的动力性、可靠性就显得尤为重要。

    变速箱是个复杂的系统件，其核心是齿轮轴系，齿轮系统通过啮合传动将动力由发动机向传动轴变速输出，实际工作中的齿轮在安装误差、受载变形和冲击载荷的情况下破坏了理论上的正确啮合条件，迫使齿轮非匀速运转，致使齿轮传动精度降低，甚至造成齿轮的过早疲劳破坏，导致整个变速箱的性能下降。

    为提高农用车变速箱的工作可靠性，利用 Simulation模块对变速箱的变速机构进行模态分析，分析了各阶频率下齿轮的变形程度，模拟实际状况进行加载，并提出相应的改进方法。

    1 变速箱结构及变速齿轮工作参数

    选用某农用车机械变速箱作为研究对象，其齿轮传动如图1所示。

    图1 变速箱齿轮传动简图

    对变速箱各齿轮进行强度校核发现，变速机构是传动系统中的薄弱环节，同时是变速箱中的核心部件，所以主要对其进行模态分析。在实际运转过程中，变速齿轮常置于最高挡，即3挡运转，因此，在 Simulation加载中所有载荷均布于3挡齿面上，表1为变速齿轮的主要参数。由于变速机构中的输入齿轮及驱动轴不易失效，所以在本文中我们的分析以变速齿轮作为研究的重点。

    表1 变建齿轮主要参数

    将建立的变速机构三维模型导入Simulation中，根据表1设定材料特性，选用2阶四面体单元作为划分网格的单元类型，单元大小：13.0752mm，共生成5350个单元，10162个节点，网格生成后的模型如图2所示。

    图2 变速机构有限元模型

2 模态分析

    2.1 齿轮结构振型分析

    机械结构的动力特性主要取决于它的固有频率、主振型等模态参数，这些系统的固有特性对系统的动态响应，动载荷的产生与传递，以及系统的振动形式等都具有重要意义。本文中我们采用变速齿轮有限元模型进行模态分析，使得模型的质量分布于联接刚度与实际一致，符合动力学分析的要求。