基于CETOL的变速器壳体孔系位置度加工定位基准研究
变速器上壳体工艺规程及夹具设计
编号：沈阳工学院毕业设计(论文)题目：上壳体工艺规程及夹具设计院（系）：机电工程系专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：指导教师：职称：2015 年5月10 日摘要本设计上壳体零件加工过程的基础上。
主要加工部位是平面和孔加工。
在一般情况下，确保比保证精密加工孔很容易。
因此，设计遵循的原则是先加工面后加工孔表面。
孔加工平面分明显的阶段性保证粗加工和加工精度加工孔。
的基础上，通过输入输出底面作一个良好的基础过程的基础。
主要的流程安排是支持在定位孔过程中的第一个，然后进行平面和孔定位技术支持上加工孔。
整个过程是一个组合的选择工具。
专用夹具夹具的选择，有自锁机构，因此，更高的生产力，对于大批量，满足设计要求。
关键词：工艺，工序，切削用量，夹紧，定位，误差AbstractBased on this design process of shell parts. The main processing part is plane and hole machining. In general, it is easy to ensure precision machining holes than guarantee. Therefore, the design principle is the first processing surface after machining hole surface. Phase plane hole machining obvious to ensure the accuracy of machining and rough machining hole. On the basis of the foundation, through the input and output of the bottom surface as a good basis for the process. The main process is supported in the positioning hole in the process of the first, and then the processing hole plane and hole positioning technology support. The whole process is a combination of selection tool. Special fixture fixture selection, a self-locking mechanism, therefore, higher productivity, in large quantities, meet the design requirements.Key words: process, process, cutting, clamping, positioning, error目录摘要........................................................................................................................................ I I Abstract (III)1 序言 (1)2 零件的分析 (2)2.1 零件的形状 (2)2.2 零件的工艺分析 (2)3 工艺规程设计 (4)3.1 确定毛坯的制造形式 (4)3.2 基面的选择 (4)3.3 制定工艺路线 (4)3.3.1工艺路线方案一 (5)3.3.2 工艺路线方案二 (5)3.3.3 工艺方案的比较与分析 (6)3.4 选择加工设备和工艺装备 (7)3.4.1机床选用 (7)3.4.2选择刀具 (7)3.4.3选择量具 (7)3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (7)3.6 确定切削用量及基本工时 (9)4 设计钻底面孔夹具 (22)4.1设计分析 (22)4.2设计方案论证 (22)4.3切削力及夹紧力的计算 (22)4.4 设计及操作的简要说明 (23)4.5 结构分析 (23)4.6 夹具的公差 (25)4.7 工序精度分析 (26)5 铣侧面夹具设计 (27)5.1 问题的提出 (27)5.2 夹具设计 (27)5.2.1夹具体设计 (27)5.2.2定位基准的选择 (27)5.2.3定位方案和元件设计 (28)5.2.4定位误差的计算 (28)5.2.5夹紧力计算 (29)5.2.6夹紧机构的设计 (31)5.2.7定向键与对刀装置设计 (32)5.2.8确定夹具体结构尺寸和总体结构 (34)5.2.9夹具设计及操作的简要说明 (35)总结 (36)参考文献 (37)致谢 (38)1 序言机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。
变速器壳体课程设计
变速器壳体课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解变速器壳体的结构特点，掌握其主要功能；2. 学生能描述变速器壳体的设计原理，了解其在汽车变速系统中的作用；3. 学生能掌握变速器壳体的材料选择及加工工艺。
技能目标：1. 学生能运用CAD软件绘制变速器壳体的三维模型；2. 学生能运用CAD/CAM软件完成变速器壳体的加工路径设计；3. 学生能通过实际操作，制作出符合设计要求的变速器壳体样品。
情感态度价值观目标：1. 学生能培养对汽车工程技术的兴趣，激发创新意识；2. 学生能增强团队合作意识，提高沟通协调能力；3. 学生能认识到变速器壳体在汽车产业中的重要性，树立环保和节能意识。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程将目标分解为以下具体学习成果：1. 学生能独立完成变速器壳体的设计；2. 学生能熟练运用CAD/CAM软件进行变速器壳体的设计与加工；3. 学生能通过课程学习，了解汽车变速器壳体的产业发展趋势，为未来职业生涯做好准备。
二、教学内容1. 变速器壳体结构特点及功能- 参考教材第3章“汽车变速器”，介绍变速器壳体的结构组成及其在变速系统中的作用；- 分析变速器壳体的设计要求，探讨其与性能、强度、成本等方面的关系。
2. 变速器壳体设计原理- 参考教材第4章“变速器设计基础”，讲解变速器壳体的设计原理；- 结合实例，分析变速器壳体的设计步骤和方法。
3. 变速器壳体材料及加工工艺- 参考教材第5章“变速器壳体材料与加工”，介绍变速器壳体的常用材料及加工工艺；- 分析不同材料性能对变速器壳体的影响，探讨加工工艺对产品质量的作用。
4. CAD/CAM软件在变速器壳体设计中的应用- 教学大纲安排4个课时，详细介绍CAD/CAM软件在变速器壳体设计中的应用；- 教学内容涵盖：三维建模、加工路径设计、加工参数设置等。
5. 变速器壳体样品制作- 实践环节，安排2个课时，指导学生利用CAD/CAM软件设计并制作变速器壳体样品；- 强调实际操作过程中的注意事项，确保学生掌握制作技巧。
CETOL在公差设计的解决方案 - 汽车
CETOL软件在三维公差设计的解决方案莎益博工程系统开发（上海）有限公司1.三维公差1.1. 传统设计的不足国内的大部分企业，对于公差分析还是存在模糊的认识，即公差分配是设计人员的任务。
设计人员在做公差分析的时候，大多数时候参照已有产品的公差分配，公差无法参照的地方，多采用手工画一维尺寸链图，粗略的得出封闭换尺寸公差。
上述情况存在诸多不足，第一，当设计人员在设计公差时参照老产品，并不能提高设计人员对公差分配原理的理解，当遇到和老产品不一样的产品，设计人员就失去了参照的依据。
第二，手工计算一维尺寸链很容易出错，当这种错误发生时，又不容易检查。
第三，手工计算效率较低，当尺寸链包含非常长时，需要大量的公差计算时间。
第四，手工方法计算一维尺寸链比较容易，但是对于二维或三维的尺寸链计算就更加复杂。
1.2. 使用公差分析软件的优势公差分析软件为设计人员提供了一个公差分析与综合的平台，使设计人员通过它实现在设计阶段对关键零件尺寸进行公差分析，结合实际的工艺加工能力，选择制造成本最低，又能保证满足设计要求的最优公差，分析的结果也可以为设计提供参考。
具体来说，公差分析与综合系统为设计人员提供了评估公差状况的手段，通过该系统，给出了可靠、准确、合理的公差分配的依据。
总结来说，使用公差分析软件有如下优势：一．在CAD环境下模拟三维零件的装配过程。
它可以直接读取CAD系统的设计参数，当设计参数更新时，公差分析的数据也一起更新。
图1 Solidworks公差分析界面图2 CATIA公差分析界面图3 Cre/Proe 公差分析界面二．自动计算三维尺寸链误差的传播。
下图是V形块和圆柱销的装配，公差分析软件不仅能计算沿着尺寸方向的尺寸对圆柱销高度的影响，还可以计算V形块的宽度和夹角对圆柱销高度的影响。
图4自动计算三维误差的传播三．真实地模拟零部件之间的装配关系。
例如，在销和孔的装配过程中，在CAD的装配关系中，定义二者的中心轴线同心，这样销和孔的配合关系就产生了，但是这种状态是不符合现实的，应当考虑重力或者在实际的装配状态中受某一方向外力的反作用力的影响，实际销和孔是处于相切的状态。
位置度三坐标测量方法的实践
位置度三坐标测量方法的实践摘要：本文通过分析位置度三坐标测量方法的基本原理，分析位置度三坐标测量方法面临的操作问题，例如如何调整基准坐标系使得测量数据更加精确，从而减小测量中的评定误差，能够正确判断产品质量的优劣性，使得企业利益最大化。
关键词：位置度；三坐标测量；测量基准许多加工企业都会利用位置度三坐标测量方法对零部件进行检测，比如汽车加工业常用此方法检测汽车各个机件零件的质量是否合格，因为汽车零件的表面有许多空间孔系，孔系之间的位置度和位置尺寸需要精确测量，才能保证汽车装配出现相互交换的可能性。
为提升空间孔系之间的加工精度，提高企业内各部门之间的交接效率，做好对产品质量的把控，对汽车的每个装配加工程序，安装有位置度三坐标测量软件，在加工程序时利用软件对加工工序进行自动测量。
通过充分利用此测量方法的基本特点，利用最大值化小的思想，采取对平面孔系实体的最大位置偏差因素进行分析，进而跟踪优化调整的措施，能够较快速、高效地处理好生产过程中的测量和零件加工、装配问题。
2 位置度三坐标测量方法的基本原理传统的空间孔系位置度测量方法包含以下两种，对此进行简要分析。
第一种为综合量规检验法在专用量规检验方法因为其定性测量的局限性，并不能准确判断孔系的方向；第二种为平板坐标测量法平板坐标测量法操作较为复杂、测量费用较高、测量时间长，在实际操作中显得不够灵活，也不利于企业进行商业运作。
随着新技术发展，这种传统的空间孔系位置度测量方法已经不能满足工业时代大规模生产要求，渐渐被汽车加工企业所淘汰。
进而三坐标位置度测量方法被许多加工企业争相应用，至此三坐标测量机诞生，使得企业的测量工作变得简单易行。
其原理主要是采用坐标测量的方法，通过计算机编辑测量程序对零件中的孔系位置度自动精确测量，能最大程度上降低操作误差，而且，按照零件上标注的加工标准，将标准规格数值记录在测量机器中，测量机即可自动生成三维校正坐标系，标记出零件上的孔或轴的坐标，精确求出位置度。
基于响应面优化法的变速箱壳体结构优化设计
第５期２０１９年５月组合机床与自动化加工技术ＭｏｄｕｌａｒＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆ＡｕｔｏｍａｔｉｃＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＮｏ.５Ｍａｙ２０１９文章编号:１００１－２２６５(２０１９)０５－０００４－０４㊀㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.１３４６２/ｊ.ｃｎｋｉ.ｍｍｔａｍｔ.２０１９.０５.００２收稿日期:２０１８－１２－２０ꎻ修回日期:２０１９－０１－２４㊀∗基金项目:贵州省科技厅(黔科合ＬＨ字[２０１５]７０３８号)ꎻ贵州省教育厅(黔教合ＫＹ字[２０１７]０５２号)ꎻ贵州省科技厅(黔科合ＬＨ字[２０１６]７００７号)作者简介:李伟(１９８７ )ꎬ男ꎬ贵州遵义人ꎬ遵义师范学院讲师ꎬ硕士ꎬ研究方向为结构设计与优化㊁机电一体化ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)１６６７７６７８６５＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ基于响应面优化法的变速箱壳体结构优化设计∗李㊀伟１ꎬ李焱哲２ꎬ金㊀星１(１.遵义师范学院工学院ꎬ贵州遵义㊀５６３００２ꎻ２.贵州航天实业有限公司ꎬ贵州遵义㊀５６３０００)摘要:针对某工程用变速箱壳体轻量化问题ꎮ基于Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ建立其三维模型并联立ＡＮＳＹＳ对壳体进行静态分析ꎬ得到壳体的应力㊁变形云图ꎬ从而确定壳体危险点的位置及力学变化特性ꎬ同时通过第四强度理论对壳体进行强度校核ꎬ在保证强度的基础上利用响应面优化法对壳体进行优化设计ꎬ通过输入变量与输出变量的灵敏度关系ꎬ以壳体质量最小㊁总变形最小和应力最小为优化目标并建立变速箱壳体结构优化模型ꎬ对壳体进行尺寸优化设计ꎬ依据有限元响应面优化结果ꎬ确定了优化后变速箱壳体模型ꎮ优化结果表明ꎬ优化后壳体的应力和变形基本没有变化ꎬ重量减轻了６.０３％ꎬ为变速箱壳体结构轻量化设计提供参考ꎮ关键词:变速箱壳体ꎻ静应力ꎻ轻量化ꎻ灵敏度ꎻ响应面优化法中图分类号:ＴＨ１６２ꎻＴＧ５０６㊀㊀㊀文献标识码:ＡＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＧｅａｒｂｏｘＳｈｅｌｌＢａｓｅｄｏｎＲｅｓｐｏｎｓｅＳｕｒｆａｃｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄＬＩＷｅｉ１ꎬＬＩＹａｎ￣ｚｈｅ２ꎬＪＩＮＧＸｉｎｇ１(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＺｕｎｙｉＮｏｒｍａｌＣｏｌｌｅｇｅꎬＺｕｎｙｉＧｕｉｚｈｏｕ５６３００２ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＧｕｉｚｈｏｕＡｅｒｏｓｐａｃｅＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＺｕｎｙｉＧｕｉｚｈｏｕ５６３０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｐｒｏｂｌｅｍｏｆｇｅａｒｂｏｘｓｈｅｌｌｕｓｅｄｉｎａｐｒｏｊｅｃｔ.ＢａｓｅｄｏｎＳｏｌｉｄｗｏｒｋｓꎬｔｈｅｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄｔｈｅｓｔａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎｐａｒａｌ￣ｌｅｌｗｉｔｈＡＮＳＹＳ.Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｎｅｐｈｏｇｒａｍｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌｉｓｏｂｔａｉｎｅｄꎬｓｏａｓｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｐｏ￣ｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄａｎｇｅｒｏｕｓｐｏｉｎｔｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｎｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ.Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅꎬｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌｉｓｃｈｅｃｋｅｄｂｙｔｈｅｆｏｕｒｔｈｓｔｒｅｎｇｔｈｔｈｅｏｒｙ.Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｇｕａｒａｎｔｅｅｉｎｇｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈꎬｔｈｅｓｈｅｌｌｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄꎬａｎｄｔｈｅｉｎｐｕｔｖａｒｉａｂｌｅｓａｎｄｏｕｔｐｕｔａｒｅｕｓｅｄ.Ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｖａｒｉａｂｌｅｓｔａｋｅｓｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｍａｓｓꎬｔｏｔａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌａｓｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅꎬａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｇｅａｒｂｏｘｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｏｐｔｉｍｉｚｅｓｔｈｅｓｉｚｅｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌꎬａｎｄｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｇｅａｒｂｏｘｓｈｅｌｌｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌｈａｖｅｎｏｔｃｈａｎｇｅｄａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎꎬａｎｄｔｈｅｗｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌｈａｓｂｅｅｎｒｅｄｕｃｅｄｂｙ６.０３％.Ｔｈｉｓｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｇｅａｒｂｏｘｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｇｅａｒｂｏｘｈｏｕｓｉｎｇꎻｓｔａｔｉｃｓｔｒｅｓｓꎻｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔꎻｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙꎻｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ０㊀引言变速箱壳体作为变速箱运转的关键部件ꎬ主要是用来承载运转轴承及其他传动零件ꎬ箱体在工作中的受力比较复杂ꎬ且壳体的质量及加工成本在变速箱的研制中占有很高的比例ꎬ因此在变速箱壳体的设计过程中ꎬ在保证强度的基础上降低壳体质量ꎬ对提高变速箱的可靠性起到了关键的作用[１￣２]ꎮ目前ꎬ国内许多专家学者利用现代设计方法对变速箱结构的设计做了大量研究ꎬ如冯翠云[３]利用有限元方法对旋耕机变速箱的强度进行优化分析ꎬ周云山等[４]利用有限元与试验相结合的方法对纯电动汽车两挡变速器壳体进行强度分析ꎬ沈伟等[５]利用有限元拓扑优化方法对丘陵山区小型联合收割机变速箱进行了轻量化设计ꎬ李健等[６]利用有限元模态与灵敏度相结合对ＣＪＫ６１３２数控车床主轴箱进行优化设计ꎬ得到了优化后的结构重量减轻了１２.５４％ꎬ优化效果明显ꎬ因此采用有限元法对结构进行优化改进是可靠的ꎬ但是对于工程用大型变速箱壳体的研究则较少ꎮ对此ꎬ本文以某工程用变速箱壳体为研究对象ꎬ应用有限元响应面优化法对壳体进行结构优化设计ꎮ利用ＡＮＳＹＳ进行有限元静应力及优化分析ꎬ以壳体壁厚为输入参数ꎬ通过变速箱壳体结构参数间的灵敏度确定输入变量与目标变量之间的关系ꎬ同时在保证强度的基础上采用响应面优化法对壳体的结构参数尺寸进行了优化设计ꎬ确定了壳体结构参数的优化设计方案ꎮ１㊀变速箱壳体有限元分析１.１㊀模型的建立变速箱壳体的模型主要是依据工程实际的工况条图１㊀变速箱壳体件及变速箱内部的结构决定的ꎬ通过Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ建立其三维模型ꎬ将格式保存为中间格式导入到ＡＮＳＹＳ中进行有限元分析ꎬ其有限元三维模型如图１所示ꎬ箱体为对称结构ꎬ箱体中的大半圆为承载输入轴的轴承位置ꎬ小半圆为承载输出轴位置ꎬ对于一些受力不大的部件进行了简化处理ꎬ变速箱壳体的材料采用的是灰铸铁材料ꎬ其中材料的泊松比为０.２６ꎬ密度为７４００ｋｇ/ｍ３ꎬ弹性模量Ｅ＝１３０ＧＰａꎮ１.２㊀模型网格的划分在有限元分析中ꎬ网格的划分及其重要ꎬ因为网格图２㊀变速箱壳体网格模型质量的好坏直接影响有限元后处理结果的准确度ꎮ本文采用系统自动划分的方式ꎬ网格划分设置为Ｆｉｎｅꎬ划分后的网格节点为７０１６３ꎬ网格单元为３７３５９ꎬ壳体的网格模型如图２所示ꎬ网格质量为０.８趋近于１ꎬ表明网格质量良好ꎮ１.３㊀约束条件的施加本文选用的变数器的传动原理图如图３所示ꎮ其基本工作原理为动力从主传动轴ＡＢ输入ꎬ再由输出轴ＣＤ输出ꎮ图３㊀变数器传动原理图从图３中可以直观的看出在变数器壳体上的外载荷主要为轴承载荷和上壳体的重力载荷ꎬ上壳体的重力载荷相对于轴承的载荷相比ꎬ重力载荷引起的应力和位移变化非常小ꎬ因此在进行载荷的施加中可以忽略重力较小的部件所施加的力ꎮ为了计算出变速箱壳体轴承位置所受力的大小ꎬ需要对齿轮进行力的分析ꎮ在齿轮传动过程中ꎬ作用于齿面的法向载荷Ｆｎ垂直于齿面ꎬ力Ｆｎ将会沿齿轮的周向㊁径向及轴向分解成３个垂直的力[７]ꎬ力的大小为:Ｆ１＝２Ｔ１/ｄＦ２＝Ｆ１ｔａｎαｎ/ｃｏｓβＦ３＝Ｆ１/ｔａｎβ{(１)式中ꎬＦ１为周向力ꎻＴ１为转矩ꎻｄ为结缘直径ꎻＦ２为径向力ꎻαｎ为法向压力角ꎻβ为节园螺旋角ꎻＦ３为轴向力ꎮ在本文中ꎬ轴承座的径向载荷等效为１２０ʎ的余弦分布压力[８]ꎬ以轴承孔中心为圆心ꎬ建立轴承孔上的分布载荷示意图ꎬ如图４所示ꎮ图４㊀轴承座径向载荷分布图根据图４分析可得到分布载荷ｑ(θ)与集中径向应力Ｆ的关系如下:Ｆ＝ｑ(θ０)＋２ｑ(θ１)＋......２ｑ(θｎ)(２)可以求得在轴承座上的面力载荷压力分布同意形式为:ｑ(θ)＝５Ｆ６ＢＲｃｏｓ(３２θ)(３)通过计算取整得到大半圆面的轴向力为１５００Ｎꎬ小半圆面的轴向力为１３００Ｎꎬ在壳体的上表面主要受到的是上箱体的重力ꎬ通过Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ测出上箱体的体积为０.０１９ｍ３ꎬ通过计算得到重力为１３７７.８８Ｎ取整为１４００Ｎ的力ꎬ壳体所受载荷如图５所示ꎮ图５㊀约束条件的加载１.４㊀有限元静应力结果分析在有限元ＡＮＳＹＳ中设定载荷约束条件ꎬ可以得到壳体的应力㊁变形云图如图６㊁图７所示ꎮ㊀图６㊀应力云图㊀㊀㊀图７㊀变形云图从图６以及图７的云图中可以看到ꎬ变速箱壳体在变形最大处为变速箱壳体的中部ꎬ呈现出向两侧弯曲变形ꎬ主要的原因是由于载荷都集中在壳体前后位置ꎬ使得壳体中部变形最大ꎬ从图６中可以看到应力主要集中分布在与轴承和上箱体的接触部位的周围ꎬ应力值较小ꎬ结合第四强度理论公式:１２[(σ１－σ２)２＋(σ２－σ３)２＋(σ３－σ１)２]ɤ[σ](４)５ ２０１９年５月㊀㊀李㊀伟ꎬ等:基于响应面优化法的变速箱壳体结构优化设计[σ]＝σｂｎ(５)依据强度公式和图７中的应力云图可知ꎬ箱体结构满足强度要求ꎬ且强度有很大的冗余ꎬ所以在满足结构强度的条件下通过利用有限元响应面优化法对壳体进行尺寸优化设计ꎮ２㊀变速箱壳体结构尺寸优化２.１㊀优化尺寸的选择针对变速箱壳体结构ꎬ以壳体的壁厚为设计变量ꎬ设置左右的两个面共６个部分为变量Ｐ１和Ｐ１０ꎬ在设置底面两侧的支撑板为Ｐ１５ꎬ设置箱体底面部分为变量Ｐ１６ꎬ由于壳体的前后壁面内部不规整ꎬ如果设置为变量将会使计算出错ꎬ因此只设置了如图９的４个变量ꎬ这４个变量的尺寸相对是独立的不存在依赖关系ꎬ因此在优化中不会求解失败ꎮ图８㊀壳体优化尺寸的选择本文采用有限元响应面优化法对壳体进行优化设计ꎬ在优化设计中首先通过生成设计点ꎬ设置设计点为以面为中心进行加强ꎬ提高求解的精度[９]ꎮ然后通过响应面中设置参数的变化范围ꎬ在优化中设定优化方法为筛选模式ꎮ２.２㊀灵敏度分析优化设计中的灵敏度分析方法是通过数学的方法对输入参数及输出参数之间的关系进行分析ꎬ然后依据计算得到的各个参数之间的变化规律ꎬ确定对结构影响较大的参数为优化参数[１０]ꎬ通过灵敏度值的正负ꎬ来对壳体进行优化设计ꎮ通过全局筛选模式确定了对壳体影响较大的设计变量ꎬ在计算中经过迭代运算得到了４个变量对壳体的质量㊁变形及应力变化的关系如图９所示ꎮ图９㊀设计变量与输出变量灵敏度图９中的输出变量值均为正值ꎬ表示每一个设计变量与目标变量的关系为正相关ꎬ通过图９的分析可知ꎬＰ１ꎬＰ１０ꎬＰ１５ꎬＰ１６对壳体的质量ꎬ变形及应力的影响较大ꎬ因此这４个设计参数不可忽略ꎬ在尺寸优化中选择这４个尺寸为需要优化的尺寸参数ꎮ２.３㊀响应面法理论分析及结果有限元响应面法主要是通过分析输入变量与输出变量之间的关系ꎬ再利用统计学思路来分析ꎬ可以简化优化程序ꎬ响应面模型的建立一般是将有限元中生产额设计点作为样本数据ꎬ然后构建模型进行处理ꎬ最后可以得到各个参数之间的变化规律[１１]ꎮ响应面模型如下:ｆ(ｘ)＝ａ０＋ðｎｉ＝１ａｉｘｉ＋ðｎｉ＝１ａｉｘ２ｉ＋ðｎｉɤｊａｊｉｘｊｘｉ(６)其中ꎬａ０㊁ａｉ㊁ａｊｉ为待定系数ꎬ输入数据为(ｘ１........ｘｎ)ꎬ输出数据ｇ１(ｘ１.........ｘｎ)其中ｉ等于１ꎬ２ꎬ３.....ｋꎬｘｉｊ为第ｉ组数据中的第ｊ个数据ꎬ可得矩阵如下:Ｘａ＝ｇ(７)Ｘ＝１ｘ１１..ｘ１ｎｘ２１１...ｘ２１ｎｘ１１ｘ１２...ｘ１ꎬｎ－１ｘ１ｎ⋮...⋮...⋮...⋮......⋮...１ｘｋ１..ｘｋｎｘ２ｋ１...ｘ２ｋｎｘｋ１ｘｋ２...ｘｋꎬｎ－１ｘｋｎéëêêùûúú(８)ａ＝(ａ０ꎬａ１...ａｎꎬａ１１ꎬａ２２ꎬ....ａｎｎꎬａ１２ꎬａ２３.....ａｎ－１ꎬｎ)ｔ(９)ｇ＝(ｇ１ꎬｇ２.....ｇｋ)Ｔ(１０)本文在得到设计点后进行灵敏度及响应曲面分析ꎬ经过灵敏度分析后ꎬ系统会对模型进行设计点的求解ꎬ就可以得到不同设计变量对应的响应曲线如图１０~图１２ꎬ同时也可得到响应面优化参数的拟合度如图１３所示ꎮ图１０㊀壁厚Ｐ１ꎬＰ１０ꎬＰ１５ꎬＰ１６对应力的响应图图１１㊀壁厚Ｐ１ꎬＰ１０ꎬＰ１５ꎬＰ１６对变形的响应图图１２㊀壁厚Ｐ１ꎬＰ１０ꎬＰ１５ꎬＰ１６对质量的响应图图１３㊀响应面优化参数拟合度６ 组合机床与自动化加工技术㊀第５期通过图１４可知各个设计点对输出参数的拟合度较好能够满足优化要求ꎮ３㊀确定优化目标通过对变速箱壳体进行分析得到ꎬ再结合壳体有限元静应力分析结果ꎬ在不影响壳体工作性能的前提下确定了将壳体质量㊁变形及应力为优化目标ꎬ其中设置壳体质量的优化目标为 Ｈｉｇｈ ꎬ其余保持默认ꎬ同时确定了变量的取值范围ꎬ优化尺寸的变化范围设定见表１所示ꎮ表１㊀优化尺寸变化范围参数初始值(ｍｍ)最小值(ｍｍ)最大值(ｍｍ)Ｐ１２０１８２２Ｐ１０２０１８２２Ｐ１５４０３６４４Ｐ１６５０４５５５在基于优化尺寸的基础上建立了３个目标的优化设计数学模型[１２]:优化参数:ｓ.ｔ.１８ｍｍɤＰ１ɤ２２ｍｍ１８ｍｍɤＰ１０ɤ２２ｍｍ３６ｍｍɤＰ１５ɤ４４ｍｍ４５ｍｍɤＰ１６ɤ５５ｍｍìîíïïïï(１１)优化目标:ｍｉｎＤ(Ｐｉ)Ｇ(Ｐｉ)Ｍ(Ｐｉ){(１２)式中ꎬｉ＝１ꎬ１０ꎬ１５ꎬ１６ꎬ目标函数Ｄ(Ｐｉ)为最小变形量ꎻＧ(Ｐｉ)为最小等效应力ꎻＭ(Ｐｉ)为十字工作台的最小质量ꎮ４㊀变速箱壳体优化结果分析根据轻量化设计确定以质量为优化目标ꎬ在优化设计中ꎬ采用分类优化的方法ꎬ将目标质量与变形量设定相应的重要性ꎬ设定完成后求解得到如图１４的３组优化候选点ꎮ图１４㊀优化候选点通过查看候选点发现候选点２的质量为最小ꎬ因此选用候选点２嵌入到当前模型模型中进行求解运算ꎬ得到表２所示的优化设计尺寸ꎮ表２㊀优化前后尺寸对比参数初值(ｍｍ)优化后(ｍｍ)圆整(ｍｍ)Ｐ１２０１８.００２１８Ｐ１０２０１８.００２１８Ｐ１５４０３６.００４３６Ｐ１６５０４５.００５４５根据优化的设计尺寸嵌入到优化参数中进行重新求解ꎬ更新有限元模型ꎬ在载荷相同的情况下对结构进行膜静应力分析ꎬ得到优化后的静应力分析云图及变形云图如图１５所示ꎮ(ａ)应力云图㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ｂ)变形云图图１５㊀优化壳体的应力变形云图表３㊀壳体优化前后比较质量ｋｇ最大变形ｍｍ最大应力ＭＰａ优化前４１６.１３０.００１９７６３１.０５８２优化后３９１.０２０.００１７６３４１.０４２３对比２５.１１０.０００２１２９０.０１５９由表３通过分析可知目标质量优化较为明显ꎬ优化后的最大变形量和最大应力没有变化但是质量比优化前的质量减少了２５.１１ｋｇꎬ占优化前质量的６.０３％ꎬ有效的降低了生产成本ꎬ且优化后的壳体满足强度要求ꎬ大量的节约了生产壳体的材料ꎬ实现了壳体轻量化的目标ꎮ５㊀结论本文在基于ＡＮＳＹＳ有限元数值模拟方法的基础上对变速箱壳体结构进行优化设计ꎬ通过利用响应面优化的方法获得了变速箱壳体结构的优化参数ꎮ在壳体静应力分析的基础上设定需要优化的结构参数ꎬ结合设计变量与输出变量的灵敏度关系确定设计变量的重要性ꎬ再采用响应面法获得了变速箱壳体优化结果ꎮ壳体进行优化分析后得到ꎬ优化后的应力及变形均减小ꎬ且优化后壳体的质量减轻了２５.１１ｋｇꎬ大大地节省了生产壳体的材料ꎬ为合理设计变速箱壳体结构提供参考ꎮ[参考文献][１]鄢敏丽.基于拓扑优化方法的专用齿轮箱轻量化研究[Ｄ].重庆:重庆理工大学ꎬ２０１４.[２]丛明ꎬ王贵飞ꎬ宋健.高速立式镗铣加工中心滑枕动态特性有限元分析[Ｊ].组合机床与自动化加工技术ꎬ２０１１(６):１－４.[３]冯翠云.旋耕机变箱体强度有限元分析及优化[Ｊ].制造业自动化ꎬ２０１３ꎬ３５(１１):１３８－１４８.[４]周云山ꎬ吴云兵ꎬ傅兵.纯电动汽车两挡变速器壳体强度分析与改进[Ｊ].计算机仿真ꎬ２０１５ꎬ３２(１):１７９－１８３.[５]沈伟ꎬ廖敏ꎬ王强ꎬ等.基于拓扑优化的变速箱壳体轻量化设计[Ｊ].农机化研究ꎬ２０１８(４):２３４－２４１.[６]李健ꎬ徐敏ꎬ张宝.基于模态和灵敏度的主轴箱有限元分析与优化设计[Ｊ].组合机床与自动化加工技术ꎬ２０１６(１０):５１－５４.(下转第１３页)７ ２０１９年５月㊀㊀李㊀伟ꎬ等:基于响应面优化法的变速箱壳体结构优化设计４㊀结论本文以一种新型动静压转台为研究对象ꎬ为提高其承载能力对螺旋油楔结构参数进行改进ꎬ得到以下结论ꎮ(１)通过坐标变换ꎬ建立边界拟合坐标系下的螺旋楔形织构模型ꎬ并通过数值计算控制方程进一步获得液膜压力分布㊁承载力㊁动压泄漏量㊁平均温升等性能参数ꎮ并通过与ＣＦＤ仿真结果的比较证明了计算方法的正确性ꎮ(２)探究螺旋油楔几何参数对转台承载性能的影响ꎬ发现摩擦副中动压承载力随螺旋油楔螺旋角㊁楔深㊁楔数的增加均呈先增大后减小的趋势ꎮ建立以动压承载力为目标函数的优化设计模型ꎬ选择螺旋角㊁楔深㊁楔数为优化模型的设计变量并根据以上结论确定其优选范围ꎮ(３)得到固定工况下使动压承载力达到最大的螺旋角㊁楔深和楔数组合ꎬ并探究最优解在不同工况下的变化规律ꎮ得到结论为:在任何工况下ꎬ最优解中螺旋角为２８ʎꎬ楔数为１２个ꎬ并可以根据油楔进出口最优膜厚比３.７２确定楔深ꎮ优化后的转台与优化前相比ꎬ动压泵出效应增强ꎬ动压承载力和总承载力显著提高ꎻ同时动压泄漏量增大ꎬ有利于改善润滑环境ꎮ[参考文献][１]ＳａｔｉｓｈＣＳｈｒａｍａꎬＳＣＪａｉｎꎬＤＫＢｈａｒｕｋａ.Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｒｅ￣ｃｅｓｓｓｈａｐｅｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｃａｐｉｌｌａｒｙｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｃｉｒｃｕｌａｒｔｈｒｕｓｔｐａｄｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃｂｅａｒｉｎｇ[Ｊ].ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＩｎｔｅｒ￣ｎａｔｉｏｎａｌꎬ２００２ꎬ３５:３４７－３５６.[２]ＮａｒｅｎｄｒａＳｉｎｇｈꎬＳａｔｉｓｈＣＳｈｒａｍａꎬＳＣＪａｉｎꎬｅｔａｌ.Ｐｅｒｆｏｒｍ￣ａｎｃｅｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｍｕｌｔｉｒｅｃｅｓｓｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ/ｈｙ￣ｂｒｉｄｆｌｅｘｉｂｌｅｊｏｕｒｎａｌｂｅａｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｖａｒｉｏｕｓｒｅ￣ｃｅｓｓｓｈａｐｅｓ[Ｊ].ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌꎬ２００４ꎬ３７:１１－２４.[３]ＡｌｅｘａｎｄｒｉｎａＵｎｔａｒｏｉｕꎬＧｅｎＦｕ.Ｅｆｆｅｃｔｏｆｒｅｃｅｓｓｓｈａｐｅｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｈｉｇｈ￣ｓｐｅｅｄｈｙｂｒｉｄｊｏｕｒｎａｌｂｅａｒｉｎｇ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｆｏｒＧａｓＴｕｒｂｉｎｅｓａｎｄＰｏｗｅｒꎬ２０１７ꎬ１３９:１１２５０１－１－１１２５０１－１０.[４]ＳｍａｌｌｙＡＪ.Ｔｈｅｎａｒｒｏｗｇｒｏｏｖｅｔｈｅｏｒｙｏｆｓｐｉｒａｌｇｒｏｏｖｅｇａｓｂｅａｒｉｎｇ:ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｆｏｒｍｕ￣ｌａｔｉｏｎｆｏｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ[Ｊ].ＡＳＭＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｕｂｒｉｃａ￣ｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ１９７２ꎬ９４:８６－９２.[５]ＢｏｕｎｅａｕＤꎬＨｕｉｔｒｉｃＪꎬＴｏｕｒｎｅｒｉｅＢ.Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇｒｏｏｖｅｄｇａｓｔｈｒｕｓｔｂｅａｒｉｎｇｓａｎｄｇｒｏｏｖｅｄｇａｓｆａｃｅｓｅａｌｓ[Ｊ].ＡＳＭＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｒｉｂｏｌｏｇｙꎬ１９９３ꎬ１１５:３４８－３５４. [６]ＺｈｕＱꎬＺｈａｎｇＷＪ.ＡｎｕｍｅｒｉｃａｌｐｒｏｃｅｄｕｒｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＡｒｃｈｉｍｅｄｅａｎｓｐｉｒａｌｇｒｏｏｖｅｄｔｈｒｕｓｔｏｉｌｂｅａｒｉｎｇ[Ｊ].ＡＳＭＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｒｉｂｏｌｏｇｙꎬ２０００ꎬ１２２(３):５６５－５７２.[７]陈源ꎬ彭旭东ꎬ李纪云ꎬ等.螺旋槽结构参数对干气密封动态特性的影响研究[Ｊ].摩擦学学报ꎬ２０１６ꎬ３６(４):３９７－４０５.[８]李振涛ꎬ黄佰朋ꎬ郝木明ꎬ等.周向斜面台阶螺旋槽液膜密封流体动压性能[Ｊ].化工学报ꎬ２０１７ꎬ６８(５):２０１６－２０２６.[９]Ｍｅｉ￣ＨｓｉａＣｈａｎｇꎬＣｈｉｎ￣ＨｓｉｎｇＣｈｅｎｇ.Ｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｓｌｉ￣ｄｅｒｓｈａｐｅｆｏｒｓａｔｉｓｆｙｉｎｇｌｏａｄｄｅｍａｎｄｓｕｎｄｅｒｓｐｅｃｉｆｉｅｄｏｐｅｒａ￣ｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌꎬ２００５ꎬ３８:７５７－７６８.[１０]叶红玲ꎬ文聘ꎬ张颜明ꎬ等.基于多层可行方向法液体静压转台优化设计[Ｊ].工程力学ꎬ２０１４ꎬ３１(２):２４９－２５６.[１１]庞晓平ꎬ陈进.非支配排序遗传算法的动压轴承形状多目标优化[Ｊ].西南交通大学学报ꎬ２０１２ꎬ４７(４):６３９－６４５.[１２]张永芳ꎬ刘成ꎬ李莎ꎬ等.基于混合遗传算法的径向滑动轴承表面织构优化[Ｊ].交通运输工程学报ꎬ２０１７ꎬ１７(３):９０－９８.[１３]孟曙光ꎬ熊万里ꎬ王少力ꎬ等.有限体积法和正交试验法相结合的动静压轴承结构优化设计[Ｊ].中国机械工程ꎬ２０１６ꎬ２７(９):１２３４－１２４２.[１４]Ｘｉｎ￣ＳｈｅＹａｎｇꎬＳｕａｓｈＤｅｂ.ＣｕｃｋｏｏＳｅａｒｃｈＶｉａＬéｖｙＦｌｉｇｈｔｓ[Ｃ]//ＷｏｒｌｄＣｏｎｇｒｅｓｓｏｎＮａｔｕｒｅ＆ＢｉｏｌｏｇｉｃａｌｌｙＩｎ￣ｓｐｉｒｅｄＣｏｍｐｕｔｉｎｇꎬＩｎｄｉａ.ＵＳＡ:ＩＥＥＥＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２００９:２１０－２１４.[１５]ＡｍｉｒＨｏｓｓｅｉｎＧａｎｄｏｍｉꎬＸｉｎ￣ＳｈｅＹａｎｇꎬＡｍｉｒＨｏｓｓｅｉｎＡｌａ￣ｖｉ.Ｃｕｃｋｏｏｓｅａｒｃｈａｌｇｏｒｉｔｈｍ:ａｍｅｔａｈｅｕｒｉｓｔｉｃａｐｐｒｏａｃｈｔｏｓｏｌｖｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓ[Ｊ].ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｗｉｔｈＣｏｍｐｕｔｅｒｓꎬ２０１３ꎬ２９(１):１７－３５.[１６]ＰｉｎａｒＣｉｖｉｃｉａｇｌｕꎬＥｒｋａｎＢｅｓｄｏｋ.ＡｃｏｎｃｅｐｔｕａｌｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅＣｕｃｋｏｏ￣ｓｅａｒｃｈꎬｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎꎬｄｉｆｆｅｒｅｎ￣ｔｉａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄａｒｔｉｆｉｃｉａｌｂｅｅｃｏｌｏｎｙａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ[Ｊ].Ａｒｔｉ￣ｆｉｃｉａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅＲｅｖｉｅｗꎬ２０１３ꎬ３９(４):３１５－３４６. [１７]Ｘｉｎ￣ＳｈｅꎬＳｕａｓｈＤｅｂ.Ｃｕｃｋｏｏｓｅａｒｃｈ:ｒｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＮｅｕｒａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１４ꎬ２４(１):１６９－１７４.[１８]杨辉华ꎬ谢谱模ꎬ张晓凤ꎬ等.求解多目标优化问题的改进布谷鸟搜索算法[Ｊ].浙江大学学报ꎬ２０１５ꎬ４９(８):１６００－１６０８.[１９]吴国芳.云环境中基于布谷鸟搜索算法的度目标任务调度方案[Ｊ].计算机应用研究ꎬ２０１５ꎬ３２(９):２６７４－２６７７.[２０]陈淑江.螺旋油楔滑动轴承润滑机理的理论与实验研究[Ｄ].济南:山东大学ꎬ２００７.(编辑㊀李秀敏)(上接第７页)[７]濮良贵ꎬ纪名刚.机械设计[Ｍ].北京:高等教育出版社ꎬ２００１.[８]杨文硕ꎬ满志强.齿轮减速箱体的结构力学分析[Ｊ].哈尔滨科学技术大学学报ꎬ１９９５ꎬ１９(３):９４－９８. [９]郑文标ꎬ彭晋民.ＶＬ１０６０立式加工中心床身结构优化设计[Ｊ].组合机床与自动化加工技术ꎬ２０１７(５):１２６－１２９. [１０]ＭｉｎｇＣｏｎｇꎬＴａｏＨａｎꎬＱｉａｎｇＺｈａｏ.ＦｕｚｚｙＭｕｌｔｉ￣Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ￣ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＳｌｉｄｉｎｇＲａｃｋＢａｓｅｄｏｎＳｉｘＳｉｇｍａａｎｄＧｏａｌ￣Ｄｒｉｖｅｎ[Ｃ].２０１０ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＭｅｃｈａｎｉｃＡｕ￣ｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＷｕｈａｎꎬＣｈｉｎａꎬ２０１０(６):５５６－５５９.[１１]阳志光ꎬ陈敏ꎬ隋允康.响应面法在圆柱壳体结构优化设计中的应用[Ｊ].弹箭与制导学报ꎬ２００７ꎬ２７(３):１２７－１３０.[１２]王礼明ꎬ田亚峰ꎬ李正羊ꎬ等.基于响应面法的数控机床工作台有限元分析与尺寸优化[Ｊ].组合机床与自动化加工技术ꎬ２０１５(６):２８－３２.(编辑㊀李秀敏)３１２０１９年５月㊀㊀田再浩ꎬ等:新型动静压转台螺旋油楔几何参数优化。
Clutch control unit
专利名称：Clutch control unit 发明人：栗原 万昌,新井 健司 申请号：J P 特願昭63-114 783 申请日：19880513 公开号：JP特公平7-37215B2 公开日：199504 26
摘要：PURPOSE:To enable a good start of a vehicle by making the half clutch state of a clutch controllable according to the acceleration control input in the gear position such as to require a delicate speed adjustment in the start. CONSTITUTION:Acceleration signals A are supplied to a first and a second acceleration discriminating parts 28, 29 by means f a signal control circuit 21 in the stoppage of a vehicle. If the acceleration control input becomes more than 5 percent, the discrimination whether or not to perform the half clutch control according to the accelerating speed at the time is made in a half clutch discriminating part 35. In case the judgment to perform the half clutch control is made, a first control part 38 becomes operable under the condition that the acceleration control input is between 5 and 40 percent, and the connection state of a clutch 3 is controlled according to the control input of an acceleration pedal 12.
CETOL6σ公差分析软件在电器产品设计中的应用
CETOL6σ公差分析软件在电器产品设计中的应用
CETOL6σ公差分析软件在电器产品设计中的应用
秦家爱;张顺法
【期刊名称】《上海电器技术》
【年(卷),期】2009(000)001
【摘要】结合低压配电系统塑壳断路器的装配性能指标,采用公差分析系统CETOL6σ软件进行数字化分析,真实模拟实际的物理装配过程.通过CETOL6σ系统的贡献度和敏感度分析结果,在现有加工条件的基础上,提出合理的质量改进措施,并指出优化设计的方向.
【总页数】5页(55-59)
【关键词】CETOL6σ;公差分析;贡献度;敏感度;优化设计;塑壳断路器
【作者】秦家爱;张顺法
【作者单位】西希安工程模拟软件(上海)有限公司;上海华通低压开关有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TM5
【相关文献】
1.计算机辅助公差分析在低压电器产品中的应用 [C], 张军化; 史小燕
2.方差分析法在鲁棒公差设计中的应用 [J], 蔡敏; 杨将新; 吴昭同
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5.UG软件在低压电器产品设计中的应用 [J], 蒋后仲
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使用公差分析软件CETOL6sigma进行公差设计实例
使⽤公差分析软件CETOL6sigma进⾏公差设计实例使⽤公差分析软件CETOL 6 σ进⾏公差分析的实例----汽车锁具公差分析案例针对汽车锁具Pro/E模型，采⽤Pro/E完全集成环境下的公差分析软件CETOL 6 σ，来做公差模型的创建，基于CETOL提供的系统矩（SOTA法）算法，做统计和极限⼆种情况下的公差分析。
⼀．锁具质量关⼼焦点作为汽车座椅锁具，其质量的好坏，关系到汽车驾乘⼈员乘坐的舒适性和安全性。
锁具在开锁时，希望能够充分打开，不要与其他零部件之间产⽣⼲涉，即顺利打开。
锁具在闭锁时，能够经受得住外⼒的冲击，不⾄于产⽣突然脱开现象。
在锁具的任何状态，都要求锁具动作部件能够与电器设备很好地连接，在电控装配的驱动下，锁具能够准确地运转到指定的位置。
根据设计功能要求，把项⽬细分到具体的状态上，在运动部件的具体指定位置，做功能要求的详细设定。
1）⼀个关键质量要求就是⽖轮在打开时要远离侧板的开⼝槽，这是为了确保⽖轮不会与锺棒产⽣⼲涉。
如图1所⽰。
2）锁轮上的孔，在完成机械装配后，需要从这个孔⾥穿电缆线，来接通电源。
根据座椅的设计要求，为了保证电缆线能与机械设备能可靠地连接，电缆线过孔必须在位于基准孔名义值的正负2个mm之间。
如果尺⼨超过了上极限，锁具就会出现卡死现象，如果超过了下极限，电缆线就不能很好地与电器设置连接，导致零件废弃和成本增加。
图 2 闭锁时的测量尺⼨另外⼀个关键尺⼨就接触⼒位置，这个接触⼒与作⽤⽅向⼀致，是在⽖轮和中轮之间，接触⼒⽮量的位置决定了是否有⾜够的闭锁运动来保持锁具在冲压载荷的情况仍能正常闭锁，加⼯和装配偏差都有可能这些关键质量要求产⽣失效，过紧的公差会增加成本也有可能导致产品⽆法加⼯。
为了⽣产⾼质量低成本的产品，有必要在设计阶段就能理解所有这些问题。
⼆. 创建公差分析⽬标公差分析的前提⾸先要确定装配性能尺⼨，对于锁具装配体，需要确定具体的装配状态。
实施步骤如下：1）启动CETOL软件的分析器。
变速器壳体拓扑优化设计分析
变速器壳体拓扑优化设计分析林凤涛【摘要】The general principle of gear-housing design is introduced. The basic function of structural topology optimization design is summarized as well. Taking the gear-housing design in the developing period as an example,the basic requirements for transmission design is introduced, some experience data for the gear-housing design is provided,as well as the choice of materials and structure of gear-housing is expounded. The finite element analysis is applied in analyzing in top ological optimization of the gear-housing.With different topology optimization method,the realization way for advanced design method is analyzed,which provides a basis for the gear-housing optimization design.%介绍了变速器壳体设计的一般原则,简述了结构拓扑优化设计技术的基本功能,以实际开发项目中的变速器壳体技术设计为例,介绍了变速器设计的基本要求,提供了变速器壳体设计的一些经验数据,并阐述了壳体材料的选择和结构的工艺性.采用有限元分析方法,对变速器壳体进行拓扑优化分析,通过不同的拓扑优化方法,分析了先进设计方法的实现方式,为实现变速器合理优化设计提供了依据.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2011(000)005【总页数】2页(P24-25)【关键词】变速器壳体;拓扑优化;结构优化【作者】林凤涛【作者单位】华东交通大学,载运工具与装备教育部重点实验室,南昌,330013【正文语种】中文【中图分类】TH16;TG3861 引言随着技术的发展，市场对变速器的性能要求越来越高，而且更新周期也越来越短。
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基于CETOL的变速器壳体孔系位置度加工定位基准研究廖勇军，王芳芳，晏敏，谢李华（格特拉克传动系统有限公司产品开发中心，江西南昌 330013）摘要：以某变速器壳体的孔系作为研究对象，已知加工时对壳体采用一面两销的形式进行定位，考虑到不同的定位基准会带来不同的位置度，故为了得到孔系的最小位置度结果，需要在待选的加工基准组合方案中选择最优的方案，为此建立了变速器壳体孔系位置度的三维公差分析模型，把尺寸公差、形位公差、过程能力及孔销浮动等因素考虑在内，基于CETOL软件，采用统计法计算了在5种不同的加工定位基准情况下孔系的位置度，找出了控制孔系位置度的最佳方案，对实际生产加工起到了指导作用。
关键词：变速器；壳体；公差；位置度；CETOL中图分类号：U463.212 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2017.07.017 文章编号：1006－0316 (2017) 07－0068－04Processing Locating Datum Research for Location of the Transmission Housing HolesBased on CETOLLIAO Yongjun，WANG Fangfang，YAN Min，XIE Lihua( Product Development Center, Getrag Transmission Co., Ltd., Nanchang 330013, China ) Abstract：Take the transmission housing holes as study object, the housing is located in the form of a plane and two pins during processing, different location datum relate to different position. So, in order to get the smallest position results, the best location datum scheme should be chose from the candidates. Three-dimensional tolerance analysis model for location of the transmission housing holes was established, the dimensional tolerance, geometric tolerance, process capacity and hole-shaft float are took into account, based on the CETOL software, the location of transmission housing holes is calculated by statistical method under the condition of five schemes of processing locating datum. Then the best schemes to control the location of transmission holes was found out, the conclusion was used to conduct the processing.Key words：transmission；housing；tolerance；location；CETOL变速器作为汽车动力总成的重要组成部件，具有高技术、高价值的属性[1]。
高技术体现在需要精细制定零部件的各个参数、准确控制零部件的安装位置并合理选择零部件之间的配合关系。
要达到上述要求，涉及到设计、加工、测量等内容，显然在设计时可以很容易地制定出高精度的尺寸公差及形位公差，但如何在加工阶段将实物精度控制在合理范围，这对工艺人员是一个挑战。
变速器壳体作为最主要的支撑部件，上面分布有多个轴承孔、换档杆安装孔等，这些孔系位置度的精度直接影响到变速器的使用品质，而位置度的精度与加工基———————————————准的选择又直接相关。
目前针对变速器壳体孔系位置度的研究主要集中在测量方面[2-3]，而采用定量计算的方法来选择加工基准较为少见。
本文以某变速器壳体的孔系作为研究对象，综合考虑尺寸公差、形位公差、过程能力及孔销浮动等因素，借助CETOL软件，采用统计法计算了在5种不同的加工定位基准的情况下孔系的位置度，找出了控制孔系位置度的最佳方案。
1 分析对象介绍如图1（a）所示为变速器壳体的孔系示意图，这些孔需要在当前工位进行加工，它们的位置度大小需要得到控制。
图1（b）显示了变速器壳体在机床上的安装状态，壳体与工作台采用“一面两销”的配合方式。
“一面”指壳体结合面与工作台面的面配合，作为第一定位基准，限制壳体的三个自由度，即沿Z轴的平动、绕X轴、Y轴的转动；“两销”指用销子连接工作台销孔与壳体的销孔，其中销子与工作台销孔的配合为过盈配合，销子与壳体销孔的配合为间隙配合。
“两销”中的第一个孔销配合为第二定位基准，限制壳体的两个自由度，即沿X轴、Y轴的平动，“两销”中的第二个孔销配合为第三定位基准，限制壳体的一个自由度，即绕Z轴的转动。
壳体上有5个用于定位的销孔，分别是J、R、AH、RP1、RP2，加工定位基准在初始设计时有5种组合方案，如表1所示。
（a）壳体孔系示意图（b）壳体加工定位示意图图1 变速器壳体孔系及加工定位示意图表1 加工定位基准组合方案方案第一定位基准面第二定位基准孔第三定位基准孔销与工作台面销孔配合形式销与壳体销孔配合形式第二定位基准孔尺寸/mm第三定位基准孔尺寸/mm第二定位基准销直径/mm第三定位基准销直径/mm方案1 壳体结合面销孔J 销孔R 过盈间隙 9.1(-0.1,0.1) 9.1(-0.1,0.1) 9.0(-0.14,-0.05)9.0(-0.14,-0.05)方案2 壳体结合面销孔J 销孔R 过盈间隙 10(0.013,0.028)10(0.013,0.028)10(-0.014,-0.05)10(-0.014,-0.05)方案3 壳体结合面销孔AH销孔R 过盈间隙 8.3(0,0.1) 9.1(-0.1,0.1)8.3(-0.14,-0.05)9.0(-0.14,-0.05)方案4 壳体结合面销孔AH销孔R 过盈间隙 8.3(0,0.1)10(0.013,0.028)8.3(-0.14,-0.05)10(-0.014,-0.05)方案5 壳体结合面销孔RP1销孔RP2 过盈间隙 8.3(0,0.05) 8.3(0,0.05) 8.3(-0.14,-0.05)8.3(-0.14,-0.05)2 三维公差分析流程介绍目前基于CETOL的公差分析方法逐渐得到推广[4-7]，本文借助CETOL软件，遵循图2所示的流程进行公差分析。
在模型装配环节，应按装配顺序在软件的模型树上对零部件的放置位置进行排列。
装配时产生的连接副名称可放到“配置”下，也可放到模型树下，这取决于使用者的计算意图。
若当前分析模型中包含多个“配置”，则可把与该配置有关的连接副放到“配置”之下，把公共连接副放在模型树中，这样可以快速理清不同配置所拥有的装配关系；若当前分析模型中只有一个“配置”，则直接把连接副放到模型树中，其优势在于可以直观地看出与连接副RP1RP2R工作台AHJ孔系壳体结合面有关的零部件名称以及连接副所处的层级。
在定义销与壳体销孔的装配关系时，由于两者之间存在间隙，此时销可能处于销孔的任意位置，这种情况称为孔销浮动，应选择孔销配合的形式为“float ”，系统会自动计算销在孔任意位置时的影响[8]。
图2 CETOL 公差分析流程计算孔的位置度时需要做一定的转化，即把测量对象分解为求取孔心线在两个相互垂直方向上相对于参考平面的距离，令这两个方向为X 向、Y 向，再采用代换公式求取：C （1）式中：C 为位置度；x 、y 分别为孔心线到参考平面的实测距离，x'、y'分别为孔心线到参考平面的名义距离。
软件的顾问窗口中显示了大部分的建模错误信息，包括连接副、零部件特征的过约束或欠约束提示等，根据这些提示可以快速地修改模型，直到所有错误提示均得到解决。
针对分析模型中所出现的零部件特征并结合产品图纸，将相关的尺寸公差及形位公差输入公差分析模型中，检查完模型之后便可执行分析任务。
3 孔系位置度分析3.1 建立分析模型图3所示为孔系测量对象示意图。
最终的分析模型包含11个连接副、80个测量对象、32个特征、50个尺寸公差及形位公差。
1.垂直参考平面2.水平参考平面3.孔系孔心线在X 方向上到参考平面的距离4.孔系孔心线在Y 方向上到参考平面的距离图3 测量对象3.2 分析设置分析模型中需要对一些参数进行定义，主要为：①假定所有公差的分布类型均为正态分布；②假定所有过程能力值均为1.33；③假定所有零部件均为刚体，不考虑热膨胀；④设置孔销浮动；⑤假定分析结果控制在4σ范围内。
3.3 公差分析理论把测量对象即孔心线与两个参考平面的名义距离视为封闭环N ，把跟封闭环有关的各个名义尺寸视为组成环A 1, A 2, …, A n ，根据具体的结构形式，把封闭环与组成环按一定的函数关系组装起来[9]，即：),,,(321n A A A A f N ⋅⋅⋅= （2）把封闭环与组成环的微小变化考虑进来，分别为δN ，δA 1, δA 2,…,δAn ，式（2）可转化为： 1122[(),(),()]N A A n An N δf A δA δA δ+=++⋅⋅⋅+（3）对式（3）的各个变量进行全微分，再用泰勒级数展开，忽略数值很小的高次项，只取一阶项可得：1342121212(,,)N n A A An nN δf A A A N N NδδδA A A +=⋅⋅⋅+∂∂∂++⋅⋅⋅∂∂∂ （4） 式中：N ＝f (A 1, A 2, …, A N )。
当式（4）等号两边消去N 和f (A i )，并用δi代替δA 1，同时，为了能符合尺寸链的代表形式，当包括封闭环在内的总环数为n 时，组成环代表的自变量应为n －1。
因此，可得到极值法的公差计算关系式为：1111n n N i i i i i iNδδr δA −−==∂==∑∑∂ （5）式中：δN 为极值法计算得到的封闭环公差；r i 为传递系数；δi 为第i 个组成环公差。
根据极值法求得传递系数r i 后，便可以推导出统计法的公差计算关系式为：C δ= （6）式中：δC 为统计法计算得到的封闭环公差。