技术摘要：
本发明公开了一种变速器箱体轻量化优化方法，包括如下步骤：S1通过试验获得变速器箱在不同工况下的各工作参数；S2计算变速器箱体的动态激励参数；S3对步骤S1和步骤S2进行分析，确定在不同工况下对变速器箱体的主要影响因素；S4根据步骤S3中的分析结果建立变速器箱体有  全部
背景技术：
变速器箱体作为安装、保护齿轮传动的机构，是保证各档位齿轮传动精度的基础， 在变速器工作过程中，箱体因齿轮传动承受较大的载荷，可能产生较大的变形和应力，如果 变速器箱体的刚强度不足，导致箱体产生裂纹或变形，这会造成齿轮和轴的安装误差，再加 上齿轮和轴受载变形，破坏了齿轮理论上正确的啮合条件，降低了齿轮传动精度，引起齿轮 传动系统的振动、冲击和噪声、齿轮的过早疲劳破坏，导致整个变速器的性能下降。 齿轮传动故障在振动信号上表现为幅值调制和频率调制现象，不同的故障在频谱 上会有不同的表现。为了避免上述问题，在变速器设计时常常通过加大变速器箱体的厚度 来提高其刚强度，但同时也加大了变速器的自重，进而增加了汽车重量，影响汽车的动力性 和经济性，因此设计合适的变速器箱体至关重要；但是传统的变速箱设计过程耗时长、效率 低。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种变速器箱体轻量化优化方法，可以解决上述技术问题中 的一个或是多个。 为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下： 一种变速器箱体轻量化优化方法，包括如下步骤： S1通过试验获得变速器箱在不同工况下的各工作参数； S2计算变速器箱体的动态激励参数； S3对步骤S1和步骤S2进行分析，确定在不同工况下对变速器箱体的主要影响因 素； S4根据步骤S3中的分析结果建立变速器箱体有限元模型进行各参数的分析； S5再根据S1步骤中的试验结果，对步骤S4中的有限元模型进行对比验证； S6对步骤S4中的有限元模型进行拓扑优化模型，进而根据该优化模型对变速器箱 体进行结构优化。 优选的：步骤S1中包括如下步骤：将变速器箱体安装在“电功率封闭式机械传动系 统综合试验台”上，在变速器箱体上的不同位置贴有传感器，通过各传感器获得箱体在不同 工况下的温度参数、振动加速度参数、输入轴转速参数和扭矩测量参数、输出轴的转速参数 和扭矩测量参数。 优选的：步骤S2中所述变速器箱体的动态激励参数为振动的激励力，其主要由齿 轮动态刚度激励和齿轮误差激励组成。 优选的：根据步骤S3中和步骤3的结果获知引起齿轮故障的主要影响因素：齿轮轴 工作频率、啮合频率以及谐波频率和边频的特征；因此需要计算变速器齿轮箱的各主要特 4 CN 111611732 A 说　明　书 2/10 页 征频率。 优选的：步骤S4的步骤是应用三维软件Solidworks建立变速器箱体的三维模型； 应用Hypermesh软件对变速器箱体的三维模型进行网格划分，最后应用Abaqus有限元软件 进行各参数的分析。 优选的：步骤S5的步骤如下：抽取步骤S1中任意一段时间内所对应的步骤S4中的 仿真结果做对比验证。 优选的：步骤S6中拓扑优化目标函数的数学模型为： min.C(ρ)＝UTKU s.t.K(ρ)U(ρ)≤F 0＜ρmin≤ρe≤1   (1) 其中，ρ＝[ρ1 ,ρ2,…,ρn]T是有限元离散的单元的当量密度(即设计变量)；K(ρ)为 结构的整体刚度矩阵；U(ρ)和F分别为有限元位移和载荷(假定载荷同设计变量无关)；Ve和 V分别为单元体积和目标体积；ρmin是为防止0密度造成总体刚度矩阵奇异而设定的密度下 限，一般取为0.001。 优选的：为了获得设计变量的更新方向，需要求目标及约束关于设计变量的偏导 数—即灵敏度；具体过程如下： 对目标函数的偏导数，有： 由平衡方程KU＝F，得到(F独立于设计变量)： 联立(2)和(3)两个式子可得到目标函数的灵敏度： 其中，ue和ke是单元e对应的位移响应和单元刚度矩阵； 结合(1)式，可以得到结构总柔度的灵敏度： 体积约束的灵敏度： 优选的：步骤S6中的结构优化式通过ABAQUS仿真软件进行计算获得的。 本发明的技术效果是： 5 CN 111611732 A 说　明　书 3/10 页 本发明中主要通过仿真软件进行拓扑优化，采用仿真软件的过程中简化了计算过 程，整体计算量小，再结合试验的方式进行对仿真优化结果进行验证，降低设计周期；使变 速器箱体的结构更加合理，性能得到提高。 附图说明 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。 在附图中： 图1变速器动态测试平台示意图； 图2测试系统框图； 图3变速器箱体振动测试现场 图4轮齿载荷变化示意图； 图5齿轮振动模型示意图； 图6是2号测点振动加速度及频谱图； 图7是3号测点振动加速度及频谱图； 图8是4号测点振动加速度及频谱图； 图9是在三维软件中建立的变速器箱体初始几何模型； 图10是图9在导入仿真软件中的网格划分示意图； 图11是变速器箱体在仿真软件中的前五阶振型云图； 图12是变速器箱体有限元模型及传感器布置示意图； 图13是在试验平台上的0.4s内的加速度及频谱图； 图14是仿真软件中得到的加速度及频谱图； 图15是变速器箱体结构拓扑优化设计流程图； 图16是变速器箱体的刚度法优化后箱体材料分布云图； 图17图16的去除单元后箱体网格模型图； 图18是变速器箱体改进前后对比示意图； 图19是结构改进之后三档下箱体应力云图和位移云图； 图20是改进结构后箱体第一阶和第二阶振型图； 图21是改进前三档箱体应力云图； 图22是改进前三档下箱位移云图； 图23本发明的工作流程示意图。