【《巴哈赛车CVT变速箱及传动结构设计与仿真研究》10000字（论文）】

ii巴哈赛车CVT变速箱及传动结构设计与仿真研究摘要众所周知，变速箱是整车传动系统的核心部件，也是影响整车动力性的重要部件。因此我们最终的设计目标是提升整车动力性，兼顾最大爬坡度和最高车速。根据2021年巴哈规则的要求，巴哈赛车的传动系统可采用全时四驱驱动系统进行传动。为了提升最大爬坡度和最高车速及整车动力性，传动比的计算和选取、齿轮齿数的确定是关键。拥有了足够驱动力同时也要保证减速箱的可靠性，因此齿轮的分析和计算及材料的选取也是极为重要的。为了保证车辆性能可以达到最好的发挥，控制整车质量，整车结构轻量化，合理控制每个零部件的重量，均有利于赛车发挥最大的性能输出。因比赛赛场上地形复杂，使用环境恶劣，所以对变速器的要求很高，要求其稳定性、耐用性良好。所以我们需要对其进行仿真分析，验证其结构的合理性，材料方面的规格强度是否满足其使用要求，以及为不合理的设计优化提出前提条件等。并且以图纸作为依据。关键词：巴哈；传动比计算；仿真分析：图纸校准目录TOC\o"1-3"\h\u29655摘要 i16309目录 ii30868绪论 114656第1章巴哈减速器的类型及作用 2131441.1CVT变速箱的组成 232811.2CVT变速箱的类型 232811.3CVT变速箱的特点 232811.4CVT变速箱的工作原理 332811.5CVT变速箱的作用 319234第2章CVT的参数选择及外观设计 432812.1M19型变速箱结构 432812.2CVT变速箱传动比参数的选择 632812.3减速箱二级减速传动比的分配 1032812.4UG整车装配图 1126843第3章两级齿轮齿数的确定及布置 1350283.1齿轮相关参数计算 13274503.2减速箱齿轮布置 1432730第4章仿真模拟分析及零件图纸展示 16179864.1系统仿真的作用、意义、目的 16202764.2变速箱壳体分析 17202764.3齿轮及轴整体受力分析 18202764.4加工图纸的展示及校准 2121973第5章结论 23267395.1总结 2326535参考文献 24绪论中国汽车工程学会巴哈大赛(简称BSC大赛)是由中国汽车工程学会(China

SAE，简称中汽学会)主办，一般是在拥有汽车类、机械类专业的本科专科院校间开展的巴哈赛车设计和制作竞赛。竞赛包括静态与动态项目，静态项目包括技术检查、赛车设计、成本与制造、商业营销等，动态项目包括牵引、爬坡、操控性、直线加速、单圈计时、耐力比赛等。在动态项目里面都能很好的检测整车动力性的情况，整车动力性指标包括加速时间、最高车速和最大爬坡度。要使整车能克服各种行驶阻力稳定的行驶，要求传动系统能产生足够大的转矩和转速满足整车的动力性能评价指标。这就涉及到减速箱的设计，首先介绍一下对减速箱的要求，第一想要提升着一指标必须提升发动机功率或改变减速箱传动比，但由于发动机是组委会统一提供的所以就只能改变传动比来改变动力性。并且传动部分采用的是无极变速器CVT与一个二级减速器进行动力传递，因此减速器的传动比选取很重要必须与CVT的传动比相匹配。第二就是减速箱中齿轮的设计。我认为齿轮是传动系统的根基，每个齿轮都参与整个车辆的运行，通过齿轮回转来传递动力、扭矩和弯矩甚至还驱动着整辆车。因此齿轮在一辆车上的应用是很关键的，直接关乎车辆是否能正常工作的必要条件。其次，一般减速箱里面应用的齿轮要对其进行设计需要计算出整辆车所需的驱动力及行驶阻力然后进行传动比的计算，减速器总传动比确定后再将其分配为两级减速。之后就可以根据之前的一些参数（如整车质量，所需牵引力，最大车速）进行齿轮材料选取及结构设计。本篇绪论是将我校巴哈小型越野赛车的减速箱设计过程进行简单的概述从最初传动比的计算到减速器传动系统的部分设计的完成。第1章CVT变速箱的类型与作用CVT变速箱的组成以下我们所探究的均为带式CVT。带式CVT变速箱主要由主动轮组、从动轮组、金属带（皮带）和液压泵等基本部件。其中，主从动轮皆可以用可动锥盘与固定锥盘组成。金属带由两束金属环和几百个金属片构成。主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成，然后从动盘连接变速箱输入轴，之后由整个变速箱完成档位切换，速比变换，最终经输出轴、传动轴传递动力至驱动车辆。1.2CVT无级变速器的类型无级变速器按结构和传动方式可分为电力式、液力式和机械式三种。其中，电力式和液力式无级变速器因为成本高、效率低、结构复杂等原因没有得到广泛的应用；而机械式与前两种相比，具有结构简单紧凑、成本低、操纵方便等优点而成为目前主流的选择。根据传动方式可以将无极变速器分为几大类带传动式牵引传动式液力传动式等其中带传动式分为皮带传动，链条传动，钢带传动。因我们所需要的传动方式不需要太大的扭矩承受，且使用安全可靠，寿命长，结构简单，所以我们选用带式皮带传动。下面所描述的均为带式CVT。1.3CVT变速箱的特点（一）优点:①CVT可以在相当宽的范围内实现无级变速，从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性。

②汽车的后备功率决定了汽车的爬坡能力和加速能力。汽车的后备功率愈大，汽车的动力性愈好。由于CVT的无级变速特性，能够获得后备功率最大的传动比，所以CVT的动力性能明显优于其它变速器。

③CVT的速比工作范围宽，能够使发动机以最佳工况工作，从而改善了燃烧过程，降低了废气的排放量。

④由于CVT的速比变化是连续不断的，所以汽车的加速或减速过程非常平缓，而且驾驶非常简单、安全。其结构简单，体积小重量轻，有利于整车轻量化缺点：CVT属于摩擦传动，所能传递的最大功率收摩擦力矩的限制，由于是摩擦传动，其效率也不高。不可承受大扭矩输出，急加速时易出现皮带打滑，磨损锥轮（三）CVT变速器和传统自动变速器的区别CVT变速器和传统自动变速器的最大区别是它省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动，而只用了两组锥轮进行变速传动。通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径进行变速，由于CVT可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性和动力性，改善驾驶员的操纵方便性和乘坐舒适性，所以它是理想的汽车传动装置。

1.4CVT变速箱的工作原理金属带式CVT主要是通过改变主、从动轮和金属带的接触半径（即工作半径）来实现传动比的连续变化的。前面已经讲过，主、从动轮组都由可动锥盘和固定锥盘组成，可动锥盘可以在主、从动轴上沿轴向移动。可动锥盘与固定锥盘之间形成的V型槽与V型金属带相啮合。主动轮组的油缸控制主动轮组的可动锥盘沿轴向移动时，主动轮组一侧的金属带随之沿V型槽移动，由于金属带的长度固定，因此从动轮组一侧的金属带则沿V型槽向相反的方向移动，从动轮组的油缸此时则控制从动轮组的可动锥盘沿轴向移动，以保持金属带的张紧力，保证来自发动机的动力得到高效可靠的传递。金属带沿V型槽方向移动时，其在主动轮组和从动轮组上的回转半径发生变化，从而实现传动比的连续变化。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速。1.5CVT变速箱的作用(1)实现变速、变矩巴哈车上所应用的发动机具有转矩变化范围小、转速高的特点，这与实际的行驶状况是不符合的。如果不使用变速器而直接将发动机与驱动轮连接在一起，首先由于发动机的转矩小，不能克服汽车的行驶阻力，使汽车根本无法起步;其次假使汽车行驶起来，也会因为车速太高而不实用，甚至无法驾驶。所以必须对发动机的转矩、转速特性进行改造，使发动机的转矩增大、转速降低以适应汽车实际行驶的要求。巴哈变速器中是通过两级减速来实现这一功用，从而实现最佳的动力配合及最大车速的实现。(2)改变车辆行驶方向，增加车辆机动性发动机输出轴的旋转方向是不可改变的，所以就通过在减速箱中添加一个倒挡来改变传递路线方向来实现汽车的倒向行驶。在巴哈的比赛项目中操控赛对车手驾驶技术，赛车的操控性能有着很大的的挑战。并且赛事明确要求车辆在赛道中如果有两个或两个以上的车轮内沿线超过警戒线会被罚时10秒，如果四个车轮都都驶出赛道就会被判为没有成绩。在2018年的赛季中我们的赛车在操控赛中就被判为没有成绩。主要是因为整车的操控性能不佳，转弯半径过大并且没有倒挡。就导致在比赛过程中在通过比较急的弯道时有开出了赛道，因此在这次比赛之后我们就在减速箱设计了倒挡。据了解，有一些车队在变速器设计上并没有考虑设计倒挡，所以我们在车辆机动性上面占了一定的优势。(3)切断动力输出由于自主设计的减速箱输入轴与发动机输出轴是常接合的，在发动机不工作的情况下移动车辆的车轮是被发动机制动的很难推动。因此为了解除发动机制动就在减速箱中设置了空挡并且在发动机起动、怠速运转、变速器换挡、汽车滑行和暂时停车等情况下，都需要中断发动机的动力传动。第二章CVT的参数选择及外观设计2.1M19型变速箱结构我们变速箱采用两轴式的结构来实现变速变矩，倒挡通过中间轴的惰轮来实现改变输出轴的运转方向来实现，最终将发动机输出的动力经变速箱、传动轴、差速器、半轴给驱动车辆供驱动车辆的运行。通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径，因带轮与传动带的接触面呈锥型，改变带轮的直径即可改变传动比，实现变速功能。但只通过带轮改变速比是不符合驱动要求的，因其输入变速箱转速高，转矩小的特点并不适用于安装在车辆上使用，会爬坡性能不佳、动力不足、速度过快等缺点。所以我们通过二级减速变速箱来改善这种特点，通过减速增矩来增大其传动比，加强其动力性，并且使车辆的速度达到合理的范围值。并且我们为了在赛场上增加赛车机动性，减少因冲出赛道失误操作等情况发生而产生不必要的罚时或其他处罚行为，增加倒挡机构，这样如果发生操作失误的情况可以立即采用倒挡的形式来挽救，为比赛争取了更好的时机，增加了胜算。在发动机不发动的情况下如需要挪动车辆位置时，如果车辆一直位于档上，并且一直变速箱一直处于啮合状态时，车辆将无法移动或很难移动的（如发动机运行过程中想停车时或切换车辆运动方向时，发动机也会一直产生驱动力一直驱动车轮，车辆也将无法停稳或无法正常啮合倒挡齿轮）；这时，我们就需要将动力切断，方便不启动发动机是对车辆进行挪位或行进过程中制动。2.2CVT变速箱传动比参数的选择结合2019届参赛的车辆Z24以及2018届参赛车辆Z31的基本参数和设计经验，今年将会在它的基础上设计一套全时四驱传动系统。这就会使整车的质量增大会影响整车的动力性能，因此要在Z24的基础上进行轻量化设计，四驱传动系统也使其达到最轻来减少整车的质量，通过预估加上一个成年车手（70kg）的体重今年整车质量为280kg。巴哈赛车所用发动机均为百力通公司统一提供的排量为305cc的单缸发动机，为适应巴哈比赛时复杂的路况，巴哈赛车的变速器大多采用无级变速器CVT我们选择的是传动比在与减速箱输入轴中心距为243mm的无级变速器。设计巴哈减速箱的最终目的是使整车有较好的动力性。动力性是指汽车在良好的道路上直线行驶时由汽车受到纵向外力决定的所能达到的平均行驶速度。巴哈车作为一种娱乐型小型越野车要通过各种复杂路面，需要较强的爬坡能力以及加速性能，因此整车的动力性是至关重要的。巴哈赛车在行驶过程中会受到各种行驶阻力，为了保证汽车能正常行驶必须使驱动力能够克服各种行驶阻力；以及在整个比赛过程中我们所面临的地形以及各种赛道形式，要求我们有足够大的驱动力，这样子才可以保证整个车辆对于各种赛道的通过要求。要产生足够大的驱动力，仅靠发动机本身的的转矩是远远不够的。所谓驱动力就是指发动机的转矩经过传动系统的转变后传至驱动轮上得到的。想要增大汽车的驱动力可以采用两种方法：增加发动机转矩、加大减速器传动比，由于巴哈赛车的发动机是由巴哈工程协会统一提供的，不能对发动机进行改装，因此只能通过增大减速箱的传动比和优化传动系统减少动力损耗来保证汽车的驱动条件。同时，我们也需要考虑考虑整车最高时速，确保在整个参赛过程中既可以保证车辆爬坡加速性能，又可以让整车跑得更快，为比赛成绩争取更好的时机。

在确定传动比之前，通过分析得出发动机在不同转速区间的输出功率、转矩等数据，型号19S2320036质量/kg23排量/cc305尺寸（长×宽×高）/mm391×314×417最高转速/rpm3800最大转矩（3060rpm）/18.85最大功率（3600rpm）/kw6.4以及确定必须满足汽车行驶的必要条件：驱动力行驶阻力。因此驱动力是不能无限的增大，只要驱动轮与路面不发生滑转就是有效的。为了选取最佳的传动比可以根据汽车行驶的第二条件，就是驱动力不能超过附着力只能小于或等于附着力。只要在这个取值范围内任意一个值都能使汽车正常行驶。根据以下几个公式计算出传动比的选取范围。 2-1汽车的驱动力；发动机转矩18.85N；为变速器的传动比0.43-3；为主减速器的传动比；为传动系统的机械效率72%。 2-2汽车滚动阻力；G为汽车重力2744N；滚动阻力系数取0.05 2-3汽车坡度阻力；G汽车重力2744N；α坡度角 2-4为空气阻力；为空气阻力系数0.45；A为迎风面积1.2㎡；为汽车行驶速度55km/h 2-5为附着力；G为汽车重力；φ为附着系数0.7++2-6将以上已知参数带入公式1-6计算得30.9737.56通过利用matlab2018软件进行计算分析得出图1。如图所示图2-1驱动力图图2-2CVT传动比参数 当车速达到55.81km/h时与行驶阻力和相交这时行驶阻力为282.3N。这就意味着行汽车驶阻力刚好等于汽车驱动力，这个交点可以看出整车的速度达到最高驱动力为最佳值。通过结合规则要求兼顾最大爬坡度,最高车速和使用MATLAB软件进行计算分析。由于CVT无级变速器的传动比不是定值而是一个范围所以就在0.42-3内选取了11个数值进行分析并且利用软件matlab2018将、构成的数学方程式绘制成-曲线特性图。结合图2-1和图2-2可以分析出当CVT传动比达到0.56左右时，整车速度达到最高55km/h。再根据发动机转速与汽车行驶速度之间的转换公式求出减速器的传动比。（2-7）其中：为汽车行驶速度（km/h）；n为发动机最高转速（r/min）；r为车轮滚动半径；为变速器（CVT）传动比；减速器传动比；结合巴哈规则要求、MATLAB分析结果和整车的一些参数确定了=55km/h；n=3800r/min；r=0.265m；这几个参数。由（2-1）式转换得将已知参数带入得≈12.24，所以最后总传动比=36.722.3减速箱二级减速传动比的分配我们采用二级减速变速箱，更合理的来分配传动比以及动力传递路线。分配传动比有三大原则①是各级传动的承载能力接近②使各级传动的大齿轮都能浸入到油中并且深度大致一样，以使润滑效果更佳。③使减速器尺寸更小质量更轻。为了考虑减速箱与发动机的安装位置、空间的有效利用及轻量化设计，将第一级传动比与第二级传动比分配的很接近。因为主动齿轮与从动齿轮的齿数比与传动比有直接关系，如果单级传动比选取过大会导致主从动齿轮齿顶圆直径相差过大就不利于空间的利用减速箱壳体外轮廓弧形很大也不利于加工，为了尽可能缩小减速箱的体积，所以两级齿轮组的传动比越接近它的体积越小。并且我们减速箱外壳采用纯铝为材料进行加工，使得整个变速箱重量得以减轻，符合整车轻量化设计。我们采用第一级的传动比略高于第二级的方案，因为第一级从动齿轮要和第二轴上的接合套啮合并且第一级转速较高不利于啮合所以就取一级传动比略大一点来降低转速以确保换挡操作时更顺畅，最后将减速器总传动比=12.24分配到两级上分别为：第一级传动比=3.6；第二级传动比=3.4。由于我们该车采用四轮驱动的布置形式，需要我们对整个传动系统来进行更合理的动力传输。下面我来描述一下整个动力传输路线：车辆前进时，由皮带带动主动轮及从动轮运转，并且实现整个速比的改变，由从动锥轮（及变速箱输入轴）运转，经Z1齿轮与Z2齿轮啮合，实现一级减速，因Z2齿轮与Z3齿轮为同轴转动，后又由Z3齿轮与输出轴上Z4齿轮啮合，实现二级减速过程，从而改变发动机输出转矩，实现了减速增矩的整个过程，并且输出轴通过半轴与驱动车辆相连接，实现了驱动车辆的目的；四驱结构的前轮驱动则靠从二轴上外接分动器，而后通过传动轴的方式，将动力传输到前差速器（差速器存在的意义在于为了减少轮胎的磨损，转向时左右两轮的速度不一致，通过差速器的作用来使其达到平衡，更好的、更精准的实现整车操控的提升），差速器将其动力更合理的分配到驱动车辆上，从而完成整个动力传递。倒挡我们采用在第一轴与第二轴之前，加上一个惰轮来改变车辆的行驶方向；第一轴上有一个与Z1同样大小的齿轮Z5，并且第二轴有齿轮Z6，在中间加上一个惰轮来改变与Z5/Z6啮合，并且Z6与Z3为同轴齿轮，通过Z3齿轮及第二轴分动箱来实现动力输出。并且前进的动力传输路线与倒挡的动力输出路线均采用常啮合机构，通过拨叉轴来回啮动力传输路线实现档位切换，车辆运动方向改变。2.4UG整车装配图通过UG绘图设计软件，模拟出整个动力系统的的三维立体图，并且在巴哈赛车上模拟装配，检查该动力系统在车辆上是否与其他系统相配合，是否有干扰，相互配合，改进其安装位置，优化整个传动系统的结构及布置形式。第3章两级齿轮齿数的确定及布置3.1齿轮相关参数计算齿数选择原则:

（1）为了降低成本然后对噪声没要求的条件选用了直齿传动，直齿传递效率高加工成本低。标准直齿轮最小齿数一般为17齿，是不会发生根切的最小齿数，并非齿轮机构设计时必须的最小齿轮的齿数。齿轮传动机构的最小齿数，应该满足传动比的要求、中心距等结构尺寸要求；尽量靠近最小齿数17齿(如，18齿，19齿，20齿，等)即可。小齿轮齿数过少会导致齿轮重合度会很小齿面接触强度很小，齿轮在工作时会产生不利影响，也是考虑闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，所以齿数多一些比较可靠。（2）两齿轮啮合时，总是一个齿轮的齿顶进入另一个齿轮的齿根，为了防止热膨胀卡死和具有储存润滑油的空间，要求齿根高大于齿顶高。

(3)小齿轮齿数应避免根切，相啮合的齿数最好互为质数，且还要考虑凑配，适合的中心距。（4）考虑发动机与减速箱的安装位置和整车的重心应该尽可能减小减速器的尺寸，如下图所示图3-1发动机与减速箱布置根据图中发动机与减速箱布置，假如减速箱高度过高会导致发动机往上移动这样重心就会往上移。通过在UG软件上进行测量和计算之后减速箱尺寸应控制在270mm125mm160mm(长宽高)。所以主从动齿轮啮合之后两齿轮端面的最大距离应该小于270mm，最大的齿轮齿顶圆直径小于160mm。结合着两个基本参数进行配凑和计算得出结果如下表表3-1齿轮参数第一级传动比第二级传动比倒挡传动比m=1.5m=2m=1.5（惰轮）（为传动比；z为齿数；总传动比；m模数）齿轮我们选择采用渐开线圆柱齿轮，因其具有啮合角度不变，传动较为平稳；中心距可分性（即使有制造、安装的误差或轴承磨损导致中心距变更时,其传动比仍保持不变，这一特性称为中心距可分性。它给齿轮的制造和安装带来了很大的方便）等特点。在齿轮材料的选择上，需要满足质量小、传递功率大和可靠性高、强度及耐磨性能和精度的要求。我们选择采用40Cr硬度为HRC32~36，抗拉强度（σb/MPa）：≥980，屈服强度为785Mpa，可以完全满足我们的使用条件，并且在减轻重量上也有一定的优势。3.2减速箱齿轮布置由于今年是设计的是全时四驱减速箱，为了减轻簧下质量将以往的后轮上的轮边制动改为了轴制动，前轮因差速器的缘故，则继续采用轮边制动的方式进行减速制动。因四驱在两驱减速箱的基础上添加了一个分动箱，因此在布置齿轮组时需考虑减速箱的配重、制动卡钳、制动盘的安装。如下图所示图3-2齿轮的布置结合表1里面的参数和公式：分度圆直径;齿顶圆直径（齿顶高系数）查表得知取1。已知;，求，，，。通过利用齿顶圆直径计算第一级齿轮组与第二级齿轮组啮合后的总长为：=246mm，所以将齿轮组布置在一条水平线上也满足基本尺寸270mm。为了使配重均匀将制动卡钳、制动盘和第二级齿轮放在了一级齿轮左边，这样就使减速箱左右配重保持了平衡如果将制动卡钳放在右边会对分动箱有干涉并且配重就不均匀。最终布置实物图如下图3-3减速箱壳体布置仿真模拟分析及零件图纸展示4.1系统仿真的作用、意义、目的4.1.1系统仿真的作用

（1）仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统地收集和积累信息的过程。尤其是对一些复杂的随机问题，应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法。

（2）对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题。

（3）通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶成若干子系统以便于分析。

（4）通过系统仿真，能启发新的思想或产生新的策略，还能暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。4.1.2仿真分析的意义通过仿真分析以达到缩短产品开发周期、降低开发成本,并能提高产品性能的目的,通过合理、全面科学的安全可靠性模拟仿真验证。通过仿真分析结果可初步判定性能目标达成的可行性；通过与优化软件的耦合运行，可对其参数优化，结构合理性达到最佳平衡的方案。下面的分析我们采用ANSYS软件来分析，其中ANSYS有限元分析软件是目前应用最广的计算机辅助分析（CAE）软件，其强大的分析能力和细腻的补偿处理使得仿真结果具有相当的参考价值，而且ANSYS有许多的分析模块，包括静力学、显示动力学、模态、振动等。在传动系统中，变速箱至关重要，下面我们就来分析变速箱的各项参数、材料选取以及整体结构强度是否符合我们使用要求。以下主要针对变速箱进行有限元的分析。4.1.3仿真分析的目的在完成设计工作之后，需要对其所涉及的零部件进行仿真分析。仿真分析的目的在于模拟车辆真实的使用环境，并且对其施加可能出现的力或运动情况，验证其结构的合理性，材料方面的规格强度是否满足其使用要求，以及为不合理的设计优化提出前提条件等。4.2变速箱壳体分析变速箱壳体我们采用7075铝合金作为材料，因7075铝具有结构紧密，耐腐蚀效果强，耐磨性强，强度高，远胜于软钢的特性，并且比铸铁件轻，有利于整车轻量化。7075铝的抗拉强度σb(MPa)：≥560，伸长应力σp0.2(MPa)：≥495，伸长率δ5(%)：≥6。在整个变速箱壳体的设计及加工过程中，因壳体所受力不是很多，且所受力均不是很大，我们考虑在壳体保证其内部结构（轴、齿轮、拨叉等部件）安装位置正确的情况下，尽量做到减小壳体体积及质量，减低其加工难度，并且通过软件分析加以验证其结构、材料的合理性。我们对壳体进行模态分析，通过模态分析可以识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。首先，我们在其受力部位施加作用力，进行拓扑优化，对不受力的部位进行删减，优化其结构；其次，为了验证拓扑优化的合理性，进行模态分析。根据壳体的模态分析的结果来看，在壳体中间孔位以及中间上下壁所受应力最大，输出轴孔位也受到不小的应力，最容易发生变形。根据此特性，我们进行合理地拓扑优化来解决，并且通过模态分析来验证其合理性。4.3齿轮及轴整体受力分析齿轮起着承受来着发动机输出扭矩的，传递动力的作用，通过齿轮配合以及数据运算的结合，实现变速增矩的功能。这对齿轮及齿轮轴有着一定的要求，因齿轮上传递动力的几个齿需承受发动机输出的扭矩所带来的较大应力。下面我们用ANSYS对其进行应力分析以及形变量分析，检验我们的屈服强度是否符合实际需求。齿轮及齿轮轴我们选用40cr作为材料，40cr具有价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，并且具有较好的综合力学性能的特点。在温度550~570℃进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。40cr硬度为HRC32~36，屈服强度为785Mpa；40cr还具有质量轻的特点，有利于整车轻量化。该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴。因比赛赛场上地形复杂，环境恶劣，所以对变速器的要求很高。齿轮及齿轮轴的抗疲劳强度、稳定性，是否变形等参数都极其重要，直接影响整个变速箱的耐久度以及稳定性。这些参数关乎使用过程中可能出现的问题，如会不会因材料选取不够造成齿轮及轴出现变形，会不会因转矩过大而造成打齿等状况的发生。并且变速箱中还要加入润滑油液，进行润滑、散热，避免出现齿轮过热造成的热衰效应造成抗疲劳强度减弱而使齿轮发生齿断裂情况的发生。齿轮所受应力分析模拟齿轮在分别受到可能出现的370.95MPa和459.91MPa最大应力时，整个变速箱里齿轮传动的受力情况， 查看最大应力接触点的位置，看是否可能出现齿断裂或变形过大的情况发生。经分析得出以下结论，该齿轮的结构强度以及布置形式可以满足我们的使用要求，合乎规范要求。因其整个变速箱为自主设计，以及自制件。并且根据2021年巴哈赛事规则来看，增加自主设计、加工零件的数量以及技术要求对整个静态赛事，设计答辩环节有所加分，这样就为整个静态赛事拿高分做了一定的准备。形变量分析通过ANSYS分析可以看出，在齿轮与齿轮轴接触的地方，以及齿轮与齿轮接触传输动力的几个齿承受应力，且这些地方均可承受住相应的应力；并且整个齿轮经过动态受力形变分析，在受到最大应