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作为汽车传动系统的重要组成部分,变速器壳是传动系统的基础。合理的设计变速器的壳体结构不仅能够保证变速器传动精度、降低齿轮传动过程中产生的冲击与振动,还能通过优化材料分布,在减小壳体自重的前提下提高零件的刚强度,进而延长其使用寿命。本文以某型车变速器壳体为研究对象,通过数值计算方法对其进行了静强度、疲劳寿命预测及结构模态分析,并以此为基础对壳体的结构进行了局部优化。本文的主要研究工作如下:(1)基于变速器壳的设计要求和有限元理论,进行了变速器壳体的有限元建模对有限元模型的网格尺寸、网格类型以及网格规模等进行了深入的探讨,并以3mm的一阶四面体单元对模型进行了离散,为静力学分析、结构模态分析、疲劳寿命预测及拓扑优化研究提供了模型基础。(2)应用Romax软件建立了变速器传动轴及齿轮的三维模型,并对1到6前进挡及R挡工况下壳体所受的力与扭矩进行了提取;以此为基础对各个挡位下变速器壳体的受力情况进行了计算,并获得了各工况下应力分布。(3)以名义应力法为理论基础,应用Optistruct软件对变速器壳体进行了疲劳寿命分析,得出变速器壳体的疲劳寿命存在不合格部位,壳体结构需要进一步优化。(4)研究了变速器在运行过程中的激励类型及标准,对变速器壳体的自由模态以及约束模态进行了计算,得出自由模态频率满足设计要求,约束模态频率仍与齿轮啮合频率有交叉范围,需进一步优化变速器壳体结构,以避免变速器噪声过大及壳体过早失效。(5)基于疲劳分析和模态分析的结果,对变速器壳体进行拓扑优化,并将疲劳寿命引入拓扑优化约束,实现变速器壳体关键部位最大应力减少36.33%,并减轻了壳体重量。