硬杆换挡机构模态分析及结构改进

    0 引言

    随着社会的进步人们生活水平的提高，人们对汽车乘坐舒适性的要求日益提高，汽车的NVH性能是顾客选购汽车时普遍关心的问题之一。换挡机构是否存在振动情况是汽车NVH性能的重要影响因素之一。

    目前，CAE技术日益成熟，已广泛应用在NVH性能开发中，大大地降低了开发成本，缩短开发周期。对于低频NVH问题(0-150HZ)，主要采用模态法。汽车设计中各个部件的模态需要满足一定的设计要求，以避免各个零部件之间的共振。在设计人员在进行产品开发时，会导致零件的局部设计不够合理，从而导致模型不能满足模态要求。为了避免硬杆换挡机构与发动机怠速工况频率产生共振，必须对设计进行模态分析。

    1 模态分析的含义

    模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。

    模态分析的经典定义:将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。

    模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断以及结构动力特性的优化设计提供依据。

    2 模态分析的有限元仿真

    模态分析属于线性分析，也就是说，在模态分析中只有线性行为是有效的，如果在分析中指定了非线性单元，在计算中将被忽略并被作为线性单元处理。

    2.1 硬杆换挡机构有限元模型的建立

    本文采用ansa软件进行有限元建模。换档机构各零件都是采用实体单元进行网格划分，截面为圆的细长杆件用等直径的CBAR单元模拟，通过处理可得到图1所示的硬杆换档机构有限元模型。

    图1 硬杆换挡机构有限元模

    2.2 边界条件的施加

    在模态分析的过程中，约束方式和模型的重量对分析结果影响较大，所以，要对模型施加准确的边界条件，本文在模型的边缘处进行全约束，如图2所示。

    图2 边界条件的施加