下载文档原格式
MATLAB与ansys对汽车变速器传动轴联合优化仿真注：MATLAB与ansys对应的版本须一致，如2013版MATLAB 需对应13版的ansys，否则联合仿真时可能会报错一、建立数学模型1、设计变量：选择轴的直径和长度作为变量，X=[dL ]=[x1x2]2、目标函数：轴的质量最小f(X)=ρπx124x2=6.126×10−6x12x23、约束条件（1）扭转强度条件：τT=TW T −[τT]=865803d3−60<0（2）扭转刚度条件：θ=TGI −[θ]=21.38d4−1<0（3）几何条件：23≤d≤26 ，128≤L≤163二、MATLAB优化1、首先在磁盘中建立shaft文件夹（如E盘），在该文件夹中放入fun.m和confun.m 文件，见图1图1fun.m内容：function f=fun(x)f=6.126*10^-6*x(1)^2*x(2);confun.m内容：function[c,ceq]=execonfun(x)c(1)=865803/x(1)^3-60;c(2)=21.38/x(1)^4-1;c(3)=23-x(1);c(4)=x(1)-26;c(5)=128-x(2);c(6)=x(2)-163;ceq=02、在MATLAB窗口中输入如下程序：x=[25,180];lb=[23,128];ub=[26,163];[x,fval,exitflag,output]=fmincon('fun',x(),[],[],[],[],lb,ub,'confun') 3、得到结果如图2图2取整后得到最优点X=[dL ]=[25128]三、MATLAB与ANSYS联合优化仿真1、将MATLAB结果文件取整后导出TXT文件，保存在shaft文件夹中，见图3。
在shaft文件夹中建立shaft.mac命令流文件，内容如下：图3/FILNAME,shaft* DIM,XX,ARRAY,2,1* VREAD,XX,E:\shaft\data,txt,,jik,2,1(15f16.6)/PREP7ET,1,BEAM188MP,EX,1,2e11MP,PRXY,1,0.27SECTYPE,1,BEAM,CSOLIDSECOFFSET,CENTSECDATA,XX(1,1)/2000,40N,1,0,0,0N,15,XX(2,1)/1000,0,0FILL,1,15,13E,1,2EGEN,14,1,1FINISH/SOLD,1,ALLF,15,MX,170/STATUS,SOLUSOLVEFINISH/ESHAPE,on/POST1PLNSOL,U,SUMPLNSOL,S,XYSAVE2、在MATLAB命令窗口中输入如下命令x=[30,180];lb=[24,128];ub=[40,156];[x,fval,exitflag,output]=fmincon('fun',x(),[],[],[],[],lb,ub,'confun')x=ceil(x);save('E:\shaft\data.txt','x','-ascii')!’’D:\Program Files\ANSYS Inc\v140\ansys\bin\winx64\ANSYS140.exe’’-b-np7-dir E:\shaft\-i E:\shaft\shaft.mac-o ‘’E:\shaft\output.txt’’3、得到应力云图4，最大剪应力为49.3MPa，小于许用值，优化结果可靠（本人电脑上的MATLAB为12b，ansys为14.0，版本不一致，故参考书上的结果）。
基于ANSYS的汽车变速器斜齿轮的有限元分析姚鹏华【摘要】利用Creo2.0软件对汽车变速器斜齿轮进行三维建模,导入到ANSYS软件中进行有限元分析.通过施加载荷和约束,得到了齿轮的弯曲应力和齿面接触应力.将有限元分析应力值与理论应力值进行了对比,验证了有限元分析结果的正确性.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2016(029)006【总页数】3页(P18-20)【关键词】斜齿轮;接触应力;弯曲应力;有限元分析【作者】姚鹏华【作者单位】湖北文理学院机械与汽车工程学院,湖北襄阳 441053;纯电动汽车动力系统设计与测试湖北省重点实验室,湖北襄阳 441053【正文语种】中文【中图分类】TH132近年来，有限元方法在汽车变速器齿轮设计中得到了广泛的应用[1-3]。
有限元方法是在弹性力学的基础上发展起来的，通过有限元方法，可以获得齿轮内部的应力、变形和位移分布，能对齿轮进行强度校核，并找到轮齿受力的薄弱环节，从而对齿轮进行结构优化。
本文以现某轻型轿车变速器中的斜齿轮为研究对象，对其齿根弯曲应力和齿面接触应力进行有限元分析，并将模拟结果与理论公式计算结果进行对比验证。
验证结果表明，有限元分析可以提高设计效率，降低设计成本，对汽车的轻量化设计具有一定的意义。
主动斜齿轮和从动斜齿轮材料均为40Cr，弹性模量E=2.1×105 MPa，泊松比μ=0.31，许用弯曲应力[σF]=420 MPa，许用接触应力[σH]=550 MPa。
变速器齿轮的基本参数如表1所示。
2.1 模型的导入在Creo2.0软件中，按照设计尺寸对齿轮进行三维建模。
为了节省节省计算内存和时间，通过CAD接口导入ANSYS后，利用ANSYS的减运算，只分析单个齿的受力，如图1所示。
2.2 网格划分由于齿轮外形不是规则的，故采用自由网格划分，在需要施加载荷的齿廓部分进行网格的细分，如图2所示。
2.3 约束和载荷在齿轮轮轴内孔表面加载全约束，在齿轮的两个侧面施加对称约束。
变速箱换档拨叉强度优化设计发布时间：2021-08-13T11:06:20.320Z 来源：《科学与技术》2021年11期作者：郑永杰[导读] 结合ANSYS workbench软件针对市场出现的问题对换档拨叉进行郑永杰浙江零跑科技有限公司浙江杭州 310051【摘要】结合ANSYS workbench软件针对市场出现的问题对换档拨叉进行结构强度分析，根据分析结果对换档拨叉结构进行针对性改进，提高换档拨叉的使用安全性。
【关键词】换档拨叉；强度；使用寿命1引言换挡拨叉作为变速器的重要零部件，其强度在极大程度上影响着变速器的使用寿命。
若拨叉设计强度不足，在汽车行驶过程中发生断裂，无法完成正常的挂/退档操作，严重影响汽车正常行驶，甚至威胁车内成员的人身安全，其后果不堪设想。
本文针对某变速器换挡拨叉进行强度优化分析。
2拨叉工作原理单锥面同步器换档拨叉结构见图1，换挡通过叉轴孔1固定在叉轴上，在换挡力F作用下叉脚3与齿套直接接触，带动齿套克服摩擦力穿过同步环、到达齿轮同步锥体，完成换挡动作。
换挡拨叉给齿套施加力的同时叉脚3也受到齿套施加的反作用力，受力模型为叉轴孔1固定约束，叉脚3承受换挡力的反作用力。
摩擦式同步器的同步力矩（摩擦力矩）Tc值，是锥面上的摩擦力在平均半径处的扭矩值，即Tc——同步力矩 Rc——锥面平均半径φ——锥面半角 F——齿套上收到的水平推力μc——工作锥面上的动摩擦系数同步力矩形成齿轮系和离合器从动片的加速（或减速），因此同步力矩也可以通过同步惯量、同步角速度和阻力矩等求出，即：TC=JC×ξa±TDξa——被同步齿轮的角加速度TD ——阻力矩，包括润滑油的阻力矩、轴承阻力矩和离合器阻力矩通过式1和式2推导换挡力F，根据现有数据求解，换挡力F等于496N，小于现有标准商用车变速箱换挡力小于500N要求。
该值为静态力，考虑换挡冲击将该值扩大3倍，即叉脚3受到1500N的反作用力，方向垂直于作用面指向拨叉。
车辆工程技术46车辆技术一种基于Abaqus 的拨叉强度优化设计冯梦丽（陕西法士特齿轮有限公司汽车传动工程研究院,西安 710119）摘 要：本文以离合器分离拨叉为研究对象,运用Creo Parametric4.0三维建模软件对拨叉产品进行建模, 通过中性格式 STP 文件类型将实体数模导入 ABAQUS 软件环境中计算分析极限工况下拨叉关键结构的强度。
结果表明强度存在问题，根据薄弱环节对其进行了优化，改良结果符合指标要求。
关键词：拨叉强度；ABAQUS/Standard ；有限元分析0 引言 离合器分离拨叉是在汽车传动系统中广泛应用的一种关键零件之一。
其长期处于冲击和磨损的工况下，因此要求具有较高的耐磨性和抗冲击性能以及一定的强度和硬度要求。
若工作中出现损坏和断裂的情况，则严重影响到整车动力传递系统的的正常工作，为车辆的安全行驶造成威胁。
作为世界领先的有限元工程模拟软件，Abaqus 不仅具有友好的用户使用和操作界面，更具备强大的分析功能。
使用Abaqus/Standard 静力分析方法，可以在产品设计的过程中获得详细而具体的强度刚度等情况，用于指导设计，为优化产品的结构和材料提供重要参考依据。
本文基于Abaqus 分析软件在离合器分离拨叉的设计过程中对其进行强度校核并根据计算结果对其结构进行优化。
1 背景描述 应客户需求，开发设计一款拉式离合器分离拨叉，要求承受的最大分离力为10000N。
应用Creo 三维软件进行拨叉结构的三维设计，其工作原理及零件三维结构如下图1所示。
图1 离合器分离拨叉工作原理及拨叉结构 离合器工作时，助力缸输出力推动推杆，作用在分离拨叉的一端，关节轴承作为支点，使分离拨叉转动，分离拨叉与分离轴承接触，推动分离轴承使离合器分离。
以助力缸作用端到回转中心的距离与分离轴承作用端到回转中心的距离的比值为杠杆比，根据杠杆原理计算，拨叉受到的助力缸最大推力FP=5673N。
2 强度分析 机械强度指材料受外力作用时，其单位面积上所能承受的最大负荷。
基于ANSYS Workbench的汽车万向节叉优化设计杨兆;朱荣福【摘要】万向节叉在汽车工作过程中承受复杂的载荷,文中应用ANSYS Workbench建立万向节叉的三维实体模型,进行网格划分,施加约束和载荷,建立有限元模型,然后进行有限元分析,得到变形过程中的应力场以及应变场的分布.利用ANSYS优化设计技术,在满足最大应力值约束条件下,使万向节叉设计参数合理组合,最终达到轻量化的设计目标.【期刊名称】《交通科技与经济》【年(卷),期】2017(019)004【总页数】3页(P46-48)【关键词】万向节叉;有限元;静力学;优化设计【作者】杨兆;朱荣福【作者单位】黑龙江工程学院汽车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨 150050;黑龙江工程学院汽车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨 150050【正文语种】中文【中图分类】TB47汽车万向传动装置是一种能够连接不在同一直线上的变速器输出轴和主减速器输入轴，保证在两轴之间的夹角和距离经常变化的情况下，可靠地传递动力的装置[1-2]。
万向节叉是万向传动装置的关键零件之一，由于受力条件和工作环境较为恶劣，且尺寸超差会影响传动效果，因此其尺寸要求非常严格[3-4]。
ANSYS Workbench是ANSYS公司在2002年推出的新工程仿真技术集成平台，不但继承了ANSYS Mechanical APDL强大功能，还能提供全新的参数、无缝隙集成的优化设计工具等，由于自身的诸多优势使其在工程仿真中得到了广泛应用[5-8]。
基于万向装置的零部件受力复杂、在对其校核时若完全采用传统方法，得出的结论过于单一、过于片面的原因，本文利用有限元分析方法对万向节叉件进行建模、静力分析，对其结构进行优化设计。
以便尽可能地缩短该装置的开发周期、降低成本，提高质量、提高产品性能。
本文以总质量为13 t某载货汽车万向节叉为原始参数，按照表1设定万向节叉的材料密度和弹性模量等材料属性，对万向节叉孔、螺栓孔进行局部网格划分。
图1拨叉几何模型图2拨叉一阶振型图3拨叉二阶振型由图2和图3可知，拨叉的第1阶和第2阶模态的固有频率值分别为405.8Hz、406.6Hz；拨叉的1阶模态振型为弯曲振动，2阶模态的振型为扭转振动；由应力云图可知，1阶弯曲和第2阶模态时右拨爪和左拨爪顶端处的振幅较大，弯曲振动最大位移出现在拨叉的弧顶处，而扭图4拨叉三阶振型由图4可知，拨叉的第3阶模态的固有频率值分别为628.3Hz。
拨叉的3阶模态振型的应力云图可知，局部扭转时，右左拨爪顶端处的振幅相似。
都比前两阶最大应力要少。
从图2-图4可以看出拨叉的薄弱环节在拨爪与接合套接触的工作面的横向弧顶处，因此在设计拨叉时，可以通过优化结构或改善材料对其加以改进。
3拨叉静力学分析根据建立的有限元模型和加载约束条件，对拨叉做静力学分析，得到拨叉的振型图和应力云图。
由图5可知拨叉的最大位移在拨爪与接合套接触的工作面的横向弧顶处。
由图6可知拨叉的最大应力在拨叉与拨叉轴安装孔的地方，以后若要考虑优化设计，可着重考虑此部分的优化设计。
图5拨叉位移云图图6拨叉应力云图4拨叉的优化分析4.1优化方案图7为第一次迭代的结果；图8为第十次迭代的结果；图9为第十九次迭代的结果。
经过分析选择的优化方案为对拨叉应力最为集中的拨叉与拨叉轴安装孔的部位进行结构优化，优化将拨叉应力最为集中的部位进行适当的加厚。
图7第一次迭代图8第十次迭代图9第十九次迭代4.2优化方案从图7-图9可以看出对薄弱部位分别加宽后对优化后的模型进行再分析，前两张方案相比原拨叉应力明显变小，故满足设计的强度要求。
优化方案得到的拨叉强度最薄弱部位均在拨叉与拨叉轴安装孔的部位。
5结论①经过自由模态分析得出了拨叉的模态振型，拨叉的第1阶、第2阶和第三阶模态的固有频率值分别为405.8Hz、406.6Hz和628.3Hz。
②经过静力学分析得出了拨叉的的振型图和应力云图，从图分析出拨叉的最大位移在拨爪与接合套接触的工作面的横向弧顶处。
基于等刚度的变速箱拨叉优化设计王佳;李瑾宁;杜春鹏;闵运东;李剑平;占伟【摘要】针对商用车变速箱换档平顺性问题,建立换挡过程的力学模型和受力方程,分析变速箱拨叉结构设计中对换挡平顺性影响的关键因素,表明了拨叉等刚度优化设计的重要意义.以某型号变速箱拨叉为例说明结构优化过程,对比分析新旧拨叉的强度和等刚度,结果表明通过结构优化不仅可以大幅度提高拨叉结构的等刚度,提升变速箱换挡平顺性,还可以改善应力分布,提高强度,最后进行了试验验证.【期刊名称】《传动技术》【年(卷),期】2016(030)001【总页数】4页(P25-28)【关键词】商用车;变速箱拨叉;等刚度设计;换挡平顺性【作者】王佳;李瑾宁;杜春鹏;闵运东;李剑平;占伟【作者单位】东风商用车技术中心,武汉430000;东风商用车技术中心,武汉430000;东风商用车技术中心,武汉430000;东风商用车技术中心,武汉430000;东风商用车技术中心,武汉430000;东风商用车技术中心,武汉430000【正文语种】中文【中图分类】U463.211随着社会的进步和生活品质的提升，汽车变速箱不仅要满足换挡的功能要求，更要满足用户的舒适体验，变速箱换挡平顺性直接影响着用户的换挡体验。
影响变速箱换挡平顺性的因素有很多，如拨叉结构、同步器性能、换挡零部件加工精度等，其中拨叉结构对于换挡平顺性影响非常显著[1,2]。
在拨叉设计时尽量采用对称结构，保证其两叉脚受力过程中刚度一致[3]，避免在推动同步齿套过程中产生过大的附加弯矩，阻碍同步齿套的运动，造成换挡力偏大，换档不平顺，甚至挂不上档[6]。
然而很多拨叉的设计受变速箱内部空间结构的限制，很难保证所有拨叉都是结构对称，因此会造成部分档位换挡不平顺。
本文将详细阐述拨叉等刚度设计对变速箱换挡平顺性的重要影响和意义。
变速器换挡结构比较复杂，如图1所示，切换档位时通过拨叉将同步齿套推入相应档位进行啮合达到同步，理论分析时将其进行了相应的简化，如图2所示。
基于SolidWorks和ANSYS的变速器齿轮有限元分析孙勇;王靖岳;李学明
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2009(000)011
【摘要】变速器是汽车传动系统的重要零部件之一,变速器齿轮又是变速器的关键部分,其品质好坏直接形响着传动的质量,从而影响整车的性能.首先应用三维制图软件SolidWorks对汽车变速器齿轮进行了三维实体造型,然后通过接口传递数据,用有限元分析软件ANSYS对其进行了弯曲应力和接触应力分析,为变速器齿轮的强度校核提供了有效途径.
【总页数】2页(P89-90)
【作者】孙勇;王靖岳;李学明
【作者单位】沈阳理工大学,汽车与交通学院,沈阳,110168;沈阳理工大学,汽车与交通学院,沈阳,110168;广汽日野,沈阳,汽车有限公司,沈阳,110024
【正文语种】中文
【中图分类】U463.212.42;TB115
【相关文献】
1.基于Solidworks和Ansys齿轮泵齿轮轴的有限元分析 [J], 宋友明;李岚;王欣;梁永富
2.基于ANSYS的汽车变速器斜齿轮的有限元分析 [J], 姚鹏华
3.基于 Ansys 的齿轮泵齿轮有限元分析 [J], 王宇;孟庆鹏
4.SolidWorks与ANSYS对齿轮接触疲劳寿命有限元分析 [J], 姜广美
5.基于ANSYS的增速齿轮箱两级定轴斜齿轮有限元分析 [J], 张耀丹
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
