美文精选| 变速器壳体模态识别与优化研究

变速器壳体有限元（FEM）模型如图１所示 。建立坐标系，从换挡手柄指向另一端为Ｘ方向，上为Ｙ方向，从输出端指向离合器端为Ｚ方向 。模型保留加强筋，螺栓孔以及轴承孔凸台等对变速器壳体动态特性影响较大的结构特征，忽略过渡圆角、倒角等细微特征的影响。利用Lancaos法求解变速器壳体自由振动态，频率1000Hz以内的弹性模态如表１所示 。

实验模态坐标系Ｘ方向为从离合器端指向输出端，向上为Ｚ方向 。实验中模拟“ 自由－自由”边界条件，将所测试变速器壳体用柔软的弹性绳悬挂于吊架水平位置。则有如下结果。

仿真模态频率与实验模态频率线性相关性分析如下图所示，横坐标为仿真模态频率，纵坐标为实验模态频率 。

模态振型相关分析结果下图所示，可见模态相关性总体上较好，但其中第４阶模态MAC值为0.58，模态相关性相对较差 。 

针对离合器端壳体结构的大直径、薄壁、大面积区域多等导致壳体刚度不佳的情况，结合变器壳体模态仿真分析和实验测试结果并加以改进，则改进后的变速器壳体有限元分析模型如下图所示 。

变速器壳体优化前后模态振型基本一致，模态频率有较大提升（表 3），第１阶模态频率超过600Hz，可有效避免变速器齿轮阶次激励被放大的风险，利于控制变速器齿轮啸叫 。

１）变速器壳体模态仿真分析和实验测试结果表明：壳体模态频率低于变速器啸叫性能管控的最低频率要求，需要优化 。

２）采用模态相位共线性MPC和平均相位偏移MPD等指标检验了壳体实验模态有效性 。

３）采用模态频率分布线性相关性、模态频率误差以及振型相关性分析等方法检验了壳体仿真模态识别的有效性 。

４）采用加厚离合器法兰、增加加强筋以及变截面设计等技术措施优化变速器壳体离合器部分，优化效果达到变速器啸叫性能管控的指标要求 。