第１０期卢兆刚等：基于模态分析及优化设计技术的低噪声齿轮室罩的设计
图３齿轮室盖侧面３１５Ｈｚ一４００Ｈｚ声强云图
Ｆｉｇ．３３１５Ｈｚ～４００Ｈｚｓｏｕｎｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｃｏｎｔｏｕｒ
ｍａｐｓｏｎｔｈｅｇｅａｒｓ－ｃｏｖｅｒｓｉｄｅ
通过以上分析，我们排除了４００Ｈｚ部分的红面板辐射噪声。９００Ｈｚ附近的机体辐射噪声，确定了齿轮室罩的关键频率段分别为９００Ｈｚ—ｌ１００Ｈｚ、１２５０Ｈｚ和２４００Ｈｚ一２６００Ｈｚ。并且得知红面板具有一定的噪声屏蔽效果。
４．２有限元约束模态的计算
计算约束模态时，约束部件与螺栓顶部接触的节点的六个自由度，以及与机体接触面所有节点ｌ，方向的自由度，计算结果如表３所示：
表３１－９阶约束模态
Ｔａｂ．３１—９ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｍｏｄａｌ
阶数１２３４５６７８９
频率Ｈｚ９０２．５３１２５４．７１６８９１９０１．７２０６５．７２２１４．５２４６３２７５１．８２８７９
与４．１分析结果对比可知，与齿轮室罩关键频率段对应的模态频率分别为第１、２、６和７阶，其振型如图５所示，由于齿轮室罩是薄壁件，壁厚仅为２．８ｒａｎｌ，所以其主要振型为面板的变形：
第１阶约束振型：中心部位整体作鼓状振动；
第２阶约束振型：启动轴孔处及油门拉杆右侧面板作弯曲变形；
第６阶约束振型：下侧面板作整体鼓状振动；
第７阶约束振型：下侧面板作弯曲变形。
综上所述，齿轮室罩的第ｌ、２、６和７阶模态是齿轮室罩的关键模态。齿轮室罩的第ｌ阶约束模态与机体的主要辐射频率９００Ｈｚ重叠，所以我们将１模态频率最大化作为优化设计目标。
５优化问题的设定
５．１目标函数：
第１阶模态频率最大化。
５．２设计变量
齿轮室罩外部形状关系到整机的美观，拓扑优化方法并不适合，其外貌设计和红面板设计问题另文叙述。所以设计区域为内部非干涉区间，主要是避免与内部齿轮、油门拉杆干涉。设计区间如图５所示。
图４齿轮室盖侧面５００Ｈｚ～１２５０Ｈｚ声强云图
Ｆｉｇ．４５００Ｈｚ一１２５０Ｈｚｓｏｕｎｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙ
ｃｏｎｔｏｕｒｍａｐｓｏｎｔｈｅｇｅａｒｓ—ｃｏｖｅｒｓｉｄｅ
图５设计区间
Ｆｉｇ．５ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｍｏｄａｌ
（ａ）１ｓｔ（ｂ）２ｎｄ（Ｃ）６ｔｈ（ｄ）７ｔｈ
５．３约束函数
（１）拔模约束。
考虑到工艺制造，约束拔模方向为ｙ负方向。
（２）室罩的质量约束Ｍ≤２．１６ｋｇ
６优化结果分析
利用Ａｌｔａｉｒ中Ｏｐｔｉｓｔｒｕｃｔ模块进行计算，当迭代进行到第２７步时，基本趋于收敛。拓扑结果如图６所示。由于删除掉了低密度单元，模型表面出现了锯齿结构。考虑到加工、装配等因素，重新建模后得到图６所示的模型。新模型和原设计相比，内部加强筋有了明显的不同，主要有以下几点：
（１）加强筋的类型。原设计以十字交叉和正六边形低矮加强筋为主，高加强筋也有三条，但分布不合理。而优化结果的内部加强筋都是高工筋。
（２）加强筋的位置。原设计的低矮加强筋附着于齿轮室罩内部面板上；三条高工筋，一条位于油门拉杆固定孔和启动轴孔之间，另外两条位于油门拉杆两侧。拓扑优化后，取而代之的是从油门拉杆固定孔位置向四周发射的三条高工筋和从启动轴孔到齿轮室罩壁的
加强筋；启动轴孔到左侧螺栓孔的加强筋。
基于模态分析及优化设计技术的低噪声齿轮室罩的设计
作者：卢兆刚， 郝志勇， 杨陈， 刘保林
作者单位：卢兆刚,郝志勇,杨陈(浙江大学能源工程系,杭州,310027)， 刘保林(江苏江动集团,江苏盐城,224001)
刊名：
振动与冲击
英文刊名：JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK
年，卷(期)：2010,29(10)
参考文献(5条)
1.李民;舒歌群;卫海桥基于拓扑优化和形状优化的低噪声齿轮室罩盖的设计[期刊论文]-内燃机工程 2008(06)
2.贾维新;郝志勇;杨金才基于形貌优化的低噪声油底壳设计研究[期刊论文]-浙江大学学报（工学版） 2007(05)
3.Bendsoe M P;Kikuchi N Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method[外文期刊] 1988
4.杨陈;郝志勇单缸柴油机的噪声源诊断及其特性分析[期刊论文]-农业机械学报 2008(06)
5.邓兆祥;高书娜;胡玉梅基于拓扑优化的轿车车身低噪声设计[期刊论文]-振动与冲击 2008(11)
本文链接：https://www.doczj.com/doc/342495166.html,/Periodical_zdycj201010051.aspx