隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)收緊以及消費(fèi)者對燃效的要求越來越高，汽車制造商需要開發(fā)出更輕的組件幫助實(shí)現(xiàn)車輛低排放以及高里程。德國福伊特(Voith)公司旗下的Voith Turbo部門專注于開發(fā)汽車、軌道列車的液力傳動、制動系統(tǒng)。其認(rèn)為，達(dá)到上述目標(biāo)的方法之一就是增強(qiáng)變速箱的效率。

　　福伊特公司將材料輕量化作為提升變速箱效率的最重要方法。雖然工程師在開發(fā)階段已經(jīng)盡可能地優(yōu)化變速箱設(shè)計(jì)，但他們認(rèn)為仍然有提升效率的空間。為了優(yōu)化自動變速箱組件結(jié)構(gòu)，福伊特公司利用FE-DESIGN公司的Tosca Structure軟件進(jìn)行優(yōu)化工作。

　　Tosca Structure是一款針對非參數(shù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模塊化軟件系統(tǒng)。Voith Turbo公司利用這款軟件對變速箱中的行星架組件進(jìn)行了優(yōu)化。行星齒輪傳動系統(tǒng)中包含一個(gè)或多個(gè)外部行星齒輪，圍繞內(nèi)部中心齒輪旋轉(zhuǎn)。而該系統(tǒng)本身也可圍繞中心齒輪一同旋轉(zhuǎn)。

　　從左至右依次為行星齒輪架原始設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)精簡后的輕量化設(shè)計(jì)

　　首先，工程師利用Tosca Structure軟件制定出功能區(qū)域和組件連接領(lǐng)域，剩余的空間則被定義為”有效設(shè)計(jì)空間(available design space)”。在首先確保了組件的功能性和可制造性之后，才對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過該方法，行星架上的功能剛度(指軸承的耐久性和每個(gè)行星齒輪側(cè)面的負(fù)載相等)得到了保證。

　　隨后Tosca Structure會自動定義出多余的力通量區(qū)域，并在計(jì)算機(jī)中模擬去除這部分的材料。由于生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)直接設(shè)定在軟件中，因此在利用CAD系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)可以直接對鑄造參數(shù)進(jìn)行改動。

　　Voith Turbo公司商用車技術(shù)負(fù)責(zé)人Bernd W?hrle表示：”通過Tosca Structure軟件，我們找到了節(jié)省材料并提高自動變速箱行星齒輪機(jī)構(gòu)效率的最好方案?！?/p>

　　新設(shè)計(jì)的齒輪架組件相比上一代產(chǎn)品的重量下降了30%。更緊湊的行星架結(jié)構(gòu)意味著在變速箱模具中能夠容納更多的組件，也就是說以相同的鑄造過程生產(chǎn)出更多的鑄造件。