汽車變速箱模態分析的案例
基于PERA SIM的汽車變速箱箱體模態分析
安小龍
仿真應用工程師
汽車變速箱的動態特性是影響汽車振動與噪聲的重要因素，作為多自由度彈性振動系統，變速箱在工作狀態下受到復雜的激勵并產生復雜的振動，嚴重影響著汽車的舒適性。本文以
汽車變速箱箱體
為研究對象，應用
自主有限元軟件Perasim
建立箱體有限元模型，完成變速箱箱體的模態分析，得到了變速箱箱體在低階以及高階單元下的前六階固有頻率與振型。
一、箱體有限元模型的建立
變速箱箱體的幾何結構十分復雜，箱體上分布著包括加強筋、各種圓角以及螺栓連接孔等結構。過小的結構特征對箱體的模態分析幾乎沒有影響，并且由于結構尺寸的影響，導致不必要的計算成本增加。因此，在模態分析之前，需要對箱體的幾何結構作適當的簡化：
（1）去掉各部分箱體之間的螺栓連接，不考慮螺栓的幾何建模；
（2）將箱體上的螺紋孔簡化為光孔，不考慮螺紋的幾何形狀；
（3）去掉小尺寸倒角；
（4）將螺栓連接簡化為被夾緊件接合面之間的綁定約束。
簡化后的變速箱箱體的幾何模型如下圖所示:
圖 1 變速箱箱體幾何模型
劃分網格
PeraSim支持四面體網格以及四面體、六面體混合網格劃分，考慮到箱體復雜的幾何結構，本文使用混合網格劃分。
展開 基于PERA SIM的汽車變速箱箱體模態分析
汽車變速箱的動態特性是影響汽車振動與噪聲的重要因素，作為多自由度彈性振動系統，變速箱在工作狀態下受到復雜的激勵并產生復雜的振動，嚴重影響著汽車的舒適性。本文以汽車變速箱箱體為研究對象，應用自主有限元軟件Perasim建立箱體有限元模型，完成變速箱箱體的模態分析，得到了變速箱箱體在低階以及高階單元下的前六階固有頻率與振型。
一、箱體有限元模型的建立
變速箱箱體的幾何結構十分復雜，箱體上分布著包括加強筋、各種圓角以及螺栓連接孔等結構。過小的結構特征對箱體的模態分析幾乎沒有影響，并且由于結構尺寸的影響，導致不必要的計算成本增加。因此，在模態分析之前，需要對箱體的幾何結構作適當的簡化：
（1）去掉各部分箱體之間的螺栓連接，不考慮螺栓的幾何建模；
（2）將箱體上的螺紋孔簡化為光孔，不考慮螺紋的幾何形狀；
（3）去掉小尺寸倒角；
（4）將螺栓連接簡化為被夾緊件接合面之間的綁定約束。
簡化后的變速箱箱體的幾何模型如下圖所示:
圖 1 變速箱箱體幾何模型
劃分網格
PeraSim支持四面體網格以及四面體、六面體混合網格劃分，考慮到箱體復雜的幾何結構，本文使用混合網格劃分。通過全局以及局部網格控制，劃分該箱體模型共產生337萬單元，箱體的網格模型如下圖所示：
圖 2 箱體網格模型
定義屬性
點擊“屬性”模塊，輸入變速箱箱體的材料屬性，定義為各項同性的線彈性材料，其中彈性模量：210 GPa，泊松比：0.3，密度：7800kg/m3。定義變速箱箱體的截面屬性，并將材料屬性與截面屬性一同賦予給箱體結構。
圖 3 屬性定義界面
二、有限元計算結果
基于Perasim對變速箱箱體進行模態分析，并研究低階與高階單元對箱體模態分析的影響。
展開 研究｜電動汽車兩擋自動變速器模態及振動響應仿真分析
汽車作為現代人們日益依賴的交通工具，不僅消耗了大量的傳統能源，而且對環境造成很大污染。隨著電池技術、控制技術等技術的發展，電動汽車的性能越來越好，成本逐漸降低，電動車將具備與傳統汽車競爭的能力。變速器作為電動汽車動力總成至關重要的一部分，它的NVH (Noise, Vibration, Harshness)[1]性能是影響汽車整體NVH性能的重要因素之一。電動汽車由于沒有發動機等噪聲的掩蓋，變速器噪聲顯得尤為突出。所以在開發設計變速器階段，設計者需要多加考慮。傳遞誤差的大小直接關系到變速器NVH性能的好壞，通過對齒輪想修形可以降低傳遞誤差從而達到降低變速器嘯叫，這種方法簡單實用，并且成本。
2. 傳遞誤差的定義
如果一對完美的齒輪在零載荷下嚙合，漸開線幾何數學規定了從動齒輪與主動齒輪接觸點長度相等，兩者轉動的角度與齒數成比例。但是，實際上由于加工誤差和裝配誤差等的存在，導致從動齒輪在理論位置的前方或后方。從測量的旋轉角度來看，齒輪傳遞誤差]可以表示
式中，TE為傳遞誤差；θ2、θ1分別為從動齒輪和主動齒輪轉角；rb2、rb1分別為從動輪和主動輪半徑。
展開 【汽車變速箱知識】
是指機械變速器每個檔位的變換是借助反映發動機負荷和車速的信號系統來控制換檔系統的執行元件而實現的。駕駛員只需操縱加速踏板以控制車速。
(3)半自動操縱式變速器:半自動操縱式變速器有兩種型式:一種是常用的幾個檔位自動操縱，其余檔位則由駕駛員操縱;另一種是預選式，即駕駛員預先用按鈕選定檔位，在踩下離合器踏板或松開加速踏板時，接通一個電磁裝置或液壓裝置來進行換檔。
保養方式
裝備自動變速箱的汽車越來越多。有了自動變速箱，人們可以在一腳油門、一腳剎車之間，完成對汽車的駕駛，非常輕松。如果車主平時忽視對自動變速箱的保養，嬌貴的自動變速箱很容易出現故障。
車主平時最容易忽視的是正確選用和按時更換自動變速箱油。除了平時的正確駕駛外，進行保養的關鍵就是正確"換油"。需注意的是，必須使用制造商規定使用的自動變速器油(ATF)，否則會使自動變速器出現異常磨損。更換自動變速箱油不能在路邊店或汽車美容店進行，因為此操作非常嚴格。國際上的自動變速箱有兩大系列，使用兩個系列標準的自動變速箱油，兩者不能互換和混用，否則會損壞自動變速箱。因此，更換自動變速箱油，車主一定要到特約維修廠或專業的自動變速器維修店去。
常規情況下，自動變速箱汽車每行駛20000公里至25000公里時應清洗保養一次，或遇變速箱打滑、水溫偏高、換擋遲緩、系統滲漏時清洗保養一次。
注意事項:
1.掌握好更換自動變速箱油的周期。
自動變速箱內部控制機構非常精密，配合間隙小，所以大部分自動變速箱換油周期一般為兩年或4~6萬公里。在正常使用的過程中，變速箱油的工作溫度一般在120攝氏度左右，因此對油品的質量要求很高，還必須保持清潔。其次，變速箱油使用時間長了以后會產生油垢，有可能會形成油泥，會加大各摩擦片和各部件的磨損，而且還影響系統油壓，使動力傳遞受到影響。
展開 
汽車變速箱養護概述
1：自動變速箱工作工程（液力傳動——變扭器、離合器等）由于變扭器再傳遞發動機力時有一部分時間是利用液力實現的，因此會形成大量熱能；同時離合器和制動器再工作時產生摩擦力也會產生大量的熱，因此會導致ATF再一定時間內變質
2：自動變速箱工作環境，經常性工作比較苛刻的環境下，由于變速箱工作載荷較大導致其溫度升高，時間久了油自然會變質。
3：自動變速箱使用條件（駕駛員的性情、極限范圍等），駕駛員總是追求動感駕駛模式，變速箱總是在發動機高轉速下完成換擋，長時間得不到高檔位的傳動比，所以變速箱溫度會持續升高從而導致AT變質。
4：變速箱數據參數變化（壓力、摩擦系數等）在某些工作情況下由于一些正常參數下降，導致壓力、摩擦系數的降低而影響其正常運轉。
5：到底怎樣理解某些變速箱的“終身面維護”？（質保范圍內），目前一些汽車廠家直接對汽車打出自動變速箱“終身免維護”的口號，因此導致用戶自始至終都不進行變速箱油的檢查和更換，從而使變速箱達到一定程度的磨損或損壞。其實這些都是不可能免維護的，在使用過程中其油還要發揮其各種作用呢，會影響其標準容量的。所以變速箱養護是很重要的一個環節。
展開 汽車科普小知識:變速箱種類篇
"變速箱是車輛上非常重要的部件，它可以改變傳動比，擴大驅動輪轉矩和轉速的作用。隨著現代科技的發展，變速箱也有了升級，從最初的手動變速箱，到現在無級變速箱，從無同步器到有同步器，操控越來越方便。"那么變速箱一共分為幾種呢？
筆記114：汽車變速箱齒輪滲碳變形
筆記114：汽車變速箱齒輪滲碳變形
汽車的五種變速箱，你知道幾種
給大家科普
變速箱
變速箱共分5種：
①手動變速箱MT
②自動變速箱AT
③手自一體變速箱AT/MT
④無極變速箱CVT
⑤雙離合變速箱DCT（DSG）
一、手動變速箱MT
優點
隨意掌握換擋時機
良好的駕駛樂趣、省油
缺點
操作性復雜、上手難度高
點評：老一批考駕駛證的都知道：一踩離合二掛擋，說的就是手動檔
二、自動變速箱AT
優點
操控簡單、上手快、適合新手
缺點
技術陳舊、動力燃油經濟性不如手動變速器
點評：現在的人都比較懶，喜歡買自動擋，踩油門就走，省事
三、手自一體變速箱AT/MT
優點
手動自動自由切換、燃油經濟性和舒適性好
缺點
手動模式不能完全手動、使用成本和維修費用高
點評：想懶，又想省油，于是發明了它
四、無極變速箱CVT
優點
無頓挫感、動力持續且順暢、油耗低
缺點
加速感差、可承受的最大扭矩偏小
點評：前面三種還要手動或自動跳檔，這種 CVT連檔都不用跳，直接用兩個甩盤變速
五、雙離合變速箱DCT（DSG）
干式
濕式
優點
換擋快、幾乎無扭矩損失、降低15%燃油消耗、幾乎無頓挫感
缺點
成本比較高，穩定性差
點評：DCT分干式和濕式，其設計來自于賽車運動，主要是為了更快傳遞動力和切斷動力！一般高端車才裝這個
展開 『原創』齒輪箱（變速箱）智能NVH測量和分析系統
齒輪箱（變速箱）智能NVH測量和分析系統
不斷增加的期望值
駕駛員和乘客越來越希望汽車廠家們生產噪聲越來越小的汽車。
傳動系的NVH增加了用戶對整車質量保證抱怨的風險。.
不斷提高質量 – 降低成本
通過檢查 NVH 譜貌，PLATO系統可以快速預見用戶對傳動系的評價，也會對離開工廠前的傳動系進行有效的故障診斷，找出振動噪聲產生的原因。這樣可以消除因傳動系 NVH問題而帶來的質保高成本。傳動系 NVH的客觀測量也可以用于指導生產，保證產品的高質量。
可配置軟件
PLATO是微機版，可以在 MS-WindowsTM (2000 ， XP ) 平臺上運行。高度可配置軟件的樹形結構可以配置試驗數據和確定試驗程序。.
所有結果數據以最新數據庫儲存，可以在當地瀏覽，也可以聯網。
展開 汽車變速箱間隔襯套精密鍛造模具設計及坯料尺寸優化
圖6 沖孔過程等效應力分布
圖7 毛坯、鍛件與最終零件
工藝方案驗證
采用優化后毛坯尺寸進行汽車變速箱間隔襯套鍛件生產，鍛造過程與模擬結果一致，如圖7 所示，零件表面質量檢測以及后續無損探傷均未發現缺陷，驗證了汽車變速箱間隔襯套鍛造全過程有限元模擬的可靠性。
結論
⑴根據零件特點設計了間隔襯套精密鍛造模具，通過數值模擬分析將間隔襯套鍛造過程分為自由鐓粗、側壁型腔填充滿、下模底部填滿、反向擠壓、全部填充、形成飛邊六個階段。
⑵采用有限元分析方法對毛坯尺寸進行了優化，得到了最優的汽車變速箱間隔襯套鍛件毛坯尺寸
φ52mm×23mm。
⑶對間隔襯套沖孔過程進行了數值模擬分析，得到的沖孔效果與實際鍛造一致，驗證了鍛造全流程模擬的可靠性。
技術中心主任工程師，主要從事材料精密成形工藝及模具開發。獲得過公司科技進步一等獎，擁有3 項專利及2 項軟件著作權。
——來源：《鍛造與沖壓》2020年第21期
展開 實現減重25% 用于電動汽車的輕量化高速變速箱
在一個“設計、生產用于電動汽車的輕量化金屬-復合材料變速箱”的項目中，CompoTech公司、布拉格捷克理工大學、韓國機械與材料研究院和三洋減速機公司協同工作，減輕了25%的重量，并憑借高振動阻尼而降低了噪聲。
變速箱主體由復合材料與金屬嵌件制成
該項目的目標是，開發用于電動汽車的輕量化高速變速箱，變速箱主體由復合材料與金屬嵌件制成以提供支撐表面。CompoTech公司設計并生產了齒輪箱殼體的上半部分，并正在生產更加復雜的下半部分，同時還開發了強度和疲勞試驗軸。該變速箱殼體和軸由許多零件組成，它們由粘合劑進行粘接。
強度和疲勞試驗軸
為支持變速箱的設計，采用各種類型粘合劑的試驗樣品得到了設計、生產和測試。布拉格捷克理工大學通過試驗和有限元分析，為設計和開發提供了支持。韓國的合作伙伴則提供了變速箱的技術規格，并將完成對變速箱的組裝和測試。
捷克技術局對此提供了財政支持。該項目自2016年開始運行，將于2019年10月結束。
展開 
【汽車知識】漫畫解說各種變速箱，你再不懂，我就去撞豆腐了！
比如，汽車在用A組離合器掛著3擋跑
這時候我們把B組的4擋的齒輪
提前和軸匹配好
所以之前的變速器
換個擋需要三步，就好比
而DCT呢？一步到位...
不過，DCT雖然換擋很快
但畢竟還是用離合器
這種硬家伙連接發動機
所以，換擋的時候頓挫感很難根除...
5.AT變速箱
AT變速箱是現在最常見的變速箱
不會像DCT變速箱一樣頓挫，綜合實力強
它由兩部分組成：
液力變矩器本質上和離合器一樣
都是負責連接發動機和變速箱齒輪
但是，液力變矩器里面是靠油來軟連接
這就好比...
這種變速箱結構復雜，造價高，體積大
我們知道汽車上總空間是有限的
如果一個零件太大就得擠占其他零件的空間...
6.CVT變速箱
也叫無級變速
最大的特點就是變速不靠齒輪組...
這就解決了其他變速箱
擋位再多也有限的難題
因為CVT變速箱的擋位是無限多
你喜歡的傳動比，它都有！
但CVT也有自己的BUG
這種變速箱是靠帶子和錐子間的摩擦力來連接
勁挫大了，帶子就容易打滑
可能起步都成問題。
文章就到這了
你看懂了嗎？
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展開 hypermesh optistruct 之 汽車燃油箱濕模態分析（虛擬質量法、流固耦合） ￥10
人懶，不想擼視頻，寫了分析教程PPT，準備了例子文件及計算結果，可自行查看。
汽車燃油箱（油箱+油液）濕模態分析.pptx（教程）
fuel_demo.rar（包含.fem以及.h3d）
不懂可以問
某變速箱齒輪斷齒失效分析
拆解經臺架試驗考核畢的變速箱總成，觀察其各檔位齒輪的磨損情況，各齒輪參與嚙合的齒面磨損均勻，無點蝕，齒頂齒根無干涉，輪齒完好，其他部位如內孔、孔口亦無燒傷等異常磨損，符合QC∕T 568—2011《汽車機械式變速器臺架試驗方法》[15]中的疲勞試驗不失效判據。將變速箱總成搭載于整車上進行道路可靠性試驗，順利通過了10 萬公里的耐久考核。經過臺架和道路試驗驗證畢的該變速箱已批量生產，隨整車投放市場。
4 結論
（1）針對與斷齒現象直接關聯的齒輪熱處理硬度、滲碳層深、材料成分、非金屬夾雜物、非異常磨損部位金相顯微組織等項目進行分析測量，符合設計要求。
（2）從3擋主動齒輪斷齒齒根、內孔兩端面異常磨損現象展開分析，其異常磨損部位的金相組織表明為摩擦燒傷所致。結合斜齒輪嚙合工作過程，指出恰好處于斷齒根部齒槽處“端面裂紋1#”為輪轂裂縫的疲勞裂紋源。輪轂開裂影響到了輪齒強度和嚙合節距，削弱了輪齒彎曲強度和產生了嚙合干涉，最終致使輪齒斷裂。指出了斷齒和端面異常磨損現象間的內在聯系。
（3）進一步分析端面裂紋產生的原因，中間軸組件上起軸向定位作用的卡環硬度偏軟，在齒輪嚙合軸向力作用下擠壓變形嚴重，同步器齒轂位置發生軸向竄動，3 擋齒輪軸向間隙消除甚至軸向過盈，不能自由轉動而產生了端面摩擦燒傷裂紋。
（4）汽車變速箱內的嚙合齒輪對數較多，軸上裝配有不同齒輪及其他零件，不同擋位工作時，有的齒輪副傳遞動力，有的空轉，彼此間正確的軸向位置關系及軸向間隙的保持對變速箱的可靠運轉至關重要。
展開 精密鋁合金壓鑄件汽車、摩托車變速箱殼體怎樣去毛刺除飛邊批鋒研磨拋光？
鋁壓鑄變速箱殼體去毛刺除氧化皮研磨拋光工藝技術方法分享：
鋁合金壓鑄件廣泛應用于電子、汽車、飛機、船舶、電機、家電等行業的機械零部件生產制造過程中，具有外形美觀、重量輕、強度和耐腐蝕性高的產品優點。不過在其生產過程中經常會產生毛刺、飛邊、批鋒等缺陷，因此產品表面的打磨處理工藝就顯得尤為重要。在這個案例中，我們來分享一個鋁合金壓鑄件零部件汽車變速箱殼體自動化高效率去毛刺飛邊、除氧化皮，除批鋒的工藝技術及方法。這種研磨工藝方法也適用于其他鋅、鎂、銅等軟質金屬材料的壓鑄零件產品的表面研磨拋光處理。
1. 鋁合金壓鑄變速箱殼體去毛刺飛邊前的狀態
材質：鋁合金
外觀：棱邊有毛刺，表面有氧化皮
外形：不規則異形
尺寸：300*260*150 MM
拋光前工序： 高壓澆鑄
拋光后工序： 成品包裝
2. 研磨拋光需求：
去毛刺飛邊、除氧化皮。
表面光滑，無毛刺, 無氧化皮。
3.
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