车辆工程毕业论文某商用车变速器箱体CAE分析(声学13000字.docx

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1、编号毕业设计（论文）题目某商用车变速器箱体CAE分析（声学）摘要现代人们对汽车的舒适性要求越来越高，所以减少汽车的振动和噪声是现代汽车制造商和消费者共同追求的目标。变速器作为重要的动力传动装置，它产生的噪声对汽车降噪有重要影响，所以减少变速箱的振动和噪声中有着重要的研究意义。本文运用了有限元和边界元等方法，首先通过建立变速箱箱体的有限元模型，对箱体进行结构模态分析，得到了变速箱的固有频率和振型；再建立了变速箱箱体空腔的空腔声学模型，通过分析其声学模态，得出其空腔的模态频率和振型的的分布和变化，以避免外界激励与声腔固有频率接近而使得声腔发生共鸣从而放大变速箱噪声；然后考虑了声腔与结构的影响，建立

2、了变速箱的声固耦合模型并进行了模态分析；最后对比分析了声学模态和声固耦合模态的模态频率和振型的分布和变化。本论文展开的主要研究工作如下：1、首先利用HyPerMeSh对变速箱箱体进行了离散处理，建立了变速箱箱体的有限元模型，并设置了模态计算卡片，并对箱体进行了结构模态分析，最终知道了箱体的固有频率及其振型。2、利用HyperMesh建立了变速箱箱体空腔声学有限元模型，再将模型导入1MSVirtua1.1ab12中进行了空腔的声学模态分析。3、考虑变速箱的结构与其声腔的耦合作用，建立了变速箱的声固耦合模型,并进行了声固耦合模态分析，并与前面两种模态结果进行了对比分析。关键词：变速箱箱体、振动、噪

3、声、有限元、NVHABSTRACTNowadayspeop1eonthevehic1ecomfortrequirementsgethigherandhigher,soreducingthevibrationandnoiseofthecaristhecommongoa1oftheautomobi1emanufacturersandconsumers.Transmissionasanimportantpowertransmissiondevice,thenoiseitproduceshasasignificantimpactonreducingcarnoise,sothecontro1oftran

4、smissionvibrationandnoiseisanimportantcontentofmodemautomobi1enoisereduction.Thispaperusesthefinitee1ementmethodandboundarye1ementmethod,thegearboxofthediscretefinitee1ementmethod,gear-boxfinitee1ementmode1isestab1ished,andthestructura1moda1ana1ysisandgettheinherentfrequencyandvibrationmodeoftransmi

5、ssion;thenbui1dthegearboxcavityacousticmode1,throughtheana1ysisoftheacousticmoda1,itisconc1udedthatthecavityofthemoda1frequencyandvibrationmodeofdistributionandchange,inordertoavoidtheoutsideincentiveandspokefornatura1frequencyc1osetoresonanceamp1ifyinggearboxnoise;fina11y,acomparativeana1ysisofthea

6、cousticmoda1harmonicso1idcoup1ingmoda1frequencyandvibrationmode1ofthedistributionandchange.Themainresearchworkofthispaperisasfo11ows:1 FirstbyusingHyperMeshdiscreteprocessingofgearbox,toestab1ishthefinitee1ementmode1ofthegearbox,andsetthemodetoca1cu1atethecard,andhascarriedonthemoda1ana1ysisofthestr

7、uctureofthebox,fina11yknowtheinherentfrequencyandvibrationtypeofbox.2 ByusingHyperMeshgearboxcavityacousticfinitee1ementmode1isestab1ished.Thenthemode1isimportedintothe1MSvirtua1.1ab12cavityacousticmoda1ana1ysis.3 Consideringthegearboxstructureandacousticcoup1ing,gearboxstructureacousticcoup1ingmode

8、1isestab1ished,andthesoundso1idcoup1ingmoda1ana1ysis,andtheresu1tswerecomparedwiththeprevioustwomoda1.Keywords:gearbox;vibration;noise;finitee1ement;NVH目录摘要IAbstractI11、绪论11.1 引言11.2 国外研究现状11.3 国内研究现状41.4 本文研究的主要内容52、变速箱箱体结构模态分析62.1引言62.2变速箱箱体结构模态分析的有限元理论62.3变速箱箱体结构模态有限元模型的建立72. 4结构模态分析112. 5本章小结133

9、、变速箱箱体声腔模态分析133. 1引言133. 2声学固有模态分析143. 2.1声学模态分析的有限元法143. 2.2箱体声腔模型的建立153. 2.3声学模态分析173. 3声固耦合模态分析193.3.1声固耦合模态分析的有限元法193.3.2声固耦合模型的建立203.3.3耦合模态分析21243.4本章小结4、论文总结24参考文献261、绪论1.1 引言随着时代的进步，科学技术不断提高，汽车的制造产量和消费者需求量的大大提高使得汽车市场竞争相当激烈。激烈的市场竞争和客户对汽车的舒适度、安全性要求也不断提高。而汽车汽车的NVH性能直接影响了以上的舒适度以及安全性，所以汽车制造厂家对汽车的

10、NVH特性越来越重视。而车内噪声是汽车噪声中人们最关注的。因为车内噪声会直接影响汽车的舒适性、安全性等。所以生产和驾驶良好的NVH性能的汽车既是生产厂家的新产品开发目标，也是用户的追求的理想目标。目我国在汽车噪声控制方面目前还与国外噪声控制方面水平存在的差距还很大，研究工作开展得也很不够好。我国汽车产品噪声控制水平首先在噪声测量方法及噪声限值的法规上与国外噪声水平控制存在差距，国外激烈的市场竞争、人们总体对环境污染的重视、相关法规的要求和执行都非常严格。这就使得汽车产品的噪声控制在国外得到了非常重视。而汽车产品的噪声从声源的角度来看，发动机、消声器、变速箱、冷却系统等是汽车的声源，在这些声源控

11、制方面国内外都已经有深刻的研究和成熟的理论计算以及相关的产品开发设计程序。NVH是衡量汽车设计及制造质量的一个重要因素。NVH主要研究的是车辆的噪声和振动对整车性能和舒适度的影响。振动主要是指乘客和驾驶员感觉到的方向盘、地板、座椅等的抖动，通常是由发动机、变速箱和路面不平等因素产生的。相对于乘客来说听到的车内噪声通常包括是由发动机产的的噪声、轮胎噪声、传动齿轮啮合时产生的噪声。变速箱作为汽车主要的核心零部件，在其工作时.，变速箱箱体结构是齿轮传动系统的承载体，变速箱内部系统产生的振动通过传动轴传递到箱体上，从而使箱体产生振动，甚至变形，进而产生较大的辐射噪声，对汽车的NVH性能产生直接影响。所

12、以研究对变速箱箱体进行声学仿真研究分析具有重要意义。1.2 国外研究现状长期以来，发达国家就非常重视汽车噪声振动的控制问题，并在这些问题方面积累了丰富的理论知识，获得了大量的技术研究成果，还有在解决问题时的工程实践经验。西方国家对NVH的问题研究比较早，在20世纪60-70年代西方国家的一些汽车公司开始关注VNH的相关问题。相比而言，我国对NVH的相关问题关注较晚，而且相关研究技术起步也较晚，国内的自主品牌发展到现在仅有10多年的时间。NVH的相关研究工作从国际水平来看，在这方面做得最好的是日本，美国占据其次，欧洲相比日本和美国而言稍微做得差点。但是相比于日本、美国和欧洲而言我国在NVH技术方

13、面还与他们存在着一定的差距。比如，就汽车怠速时开起空调时的噪声值，日本、北美车辆的噪声值为43-45dB,而我国国产车辆一般都达到了50dBo这些发达国家自从上个世纪60年代起就制定了许多法规和标准来控制汽车噪声，这说明那时他们就对机动车噪声给予了高度的重视。这显著促进了NVH技术不断的深入研究、发展和应用。我国汽车噪声控制从1979年开始，其相关法规和标准在20多年内没有任何发展和变化，这也一定程度上阻碍了NVH技术在我国的发展和引用。发达国家真正开始对齿轮振动噪声的研究是在二战以后。在1968年H.Opitiz通过叙述变速箱的传动误差、传动功率和齿轮精度与变速箱振动噪声之间的函数关系,就针

14、对变速箱的振动、噪声相关机理发表了相关的研究曲线。在1996年，RookToddE,开创了从能量角度上解决噪声问题的又一新途径。国外在汽车变速器噪声领域的研究已经进行了将近30多年。其中以德国，日本,美国为代表。在这方面他们做出了大量的理论研究及大量的基础性实验，积累了宝贵的经验和保留了大量的实验数据。噪声的研究已经不在是像最初的依靠实验测试，而现在进行噪声预测是通过运用各种先进技术进行预测，目前已经形成了完善的实验和理论体系来解决汽车的噪声问题。自20世纪50年代在结构振动和声辐射等问题的研究分析中有限元法开始被慢慢地开发出来。在1966年，G1adwe11和Zimmermann对声学结构振

15、动的问题提出了相关理论，并建立了一种基于结构-声学理论的能量公式,从而开启了声学有限元分析技术的里程碑，但遗憾的是，该公式无法应用到结构复杂的物体上。到上世纪70年代，有限元分析技术有了显著的提高，然后它在车辆噪声与振动分析方面得到了广泛的应用。在1976年研究员JOSCPhA.Wo1f,Jr.和Dona1dJ.Nefske等人运用了有限元分析软件Nastran对汽车乘坐室的结构和声学问题进行分析，并预测了影响车内低频噪声（20-80HZ）的三大要素是空腔的声学特性、车身结构特性、激励力。但是由于当时研究条件的限制，其对边界阻抗的分析较少。然后从80年代初期开始，模态技术被广泛应用到了求解空腔

16、的固有动态特性。在声固耦合特性对车辆内部噪声影响的相关领域，美国通用汽车公司这一方面开展了大量的研究工作。Dona1dJ.Nefske和ShungH.SUng等人通过让乘坐室声腔强制响应，然后对声腔的动态固有特性进行研究，从而指导车内空腔的声学设计。对那些已经开发出来的车身结构，还可以通过测量响应来对耦合模型的有效性进行评价。JohnBret1建立的结构、空腔以及两者耦合的有限元模型，分别通过软件和数值矩阵的方法对它们进行频响分析，通过模态和板件贡献量来预测并降低了车内噪声。到90年代以来，计算机仿真分析的进一步发展，促使汽车车身壁板以及发动机、变速箱等壁板的声学贡献分析被广泛应用到车内噪声的控制，它能快速有效的识别出板件对车内、箱体内特定场点的声压峰值频率点的声学贡献大小。其中日产汽车的IchiroHagiWara等为解决结构