随着汽车工业的发展，汽车保有量的增大，在促进我国制造业发展和给人们生活带来方便的同时，也产生了油耗、排放和安全三大问题。研究表明，油耗和汽车自身质量成线性关系，汽车质量的增加同时导致油耗和尾气排放量的增加。而汽车轻量化是降低能耗、减少排放的最有效措施之一，汽车每减少100kg, 可节省燃油0.3~0.5L/(100 km) ,可减少CO2排放8~11g/(100 km)。因此发展汽车轻量化可缓解汽车工业发展和能源、环境之间的矛盾。

变速器作为汽车动力总成的重要组成部分，其重量大约占了整车的5%。变速箱壳体是变速箱中非常重要的一个部件，与其他部件，例如齿轮、轴承、轴顶等零件，组成一个整体。使轴齿系统和换挡操纵系统处于精确的相对位置,保证动力传递的精度;同时用于形成变速器液压系统油路,实现变速器控制与润滑。而在设计变速器时通常通过加大变速器箱体的厚度来提高其刚强度，以防止产生裂纹或变形，但同时也加大了变速器箱体自重，进而增加了车重量，影响汽车的动力性和经济性，故对变速箱壳体的轻量化设计是十分必要的。

实现轻量化的途径主要有两种：一种是采用质量更轻、强度更高、力学性能更好的新材料来替换原有材料，另一种是借助于现代化设计方法对机械零件的结构和加工工艺进行处理，在保证相关性能的前提下最大限度地减轻汽车零部件的质量。

第一种途径存在成本高，技术不成熟等困难，这表明通过材料的轻量化减轻汽车自重虽然具有巨大潜力，但在现阶段很难实施。而随着CAD/CAE技术的成熟，后一种途径已经运用到汽车设计、研发和制造等各个环节 。目前，汽车结构轻量化设计的思想已入到产品设计前期，以达到汽车轻量化、操控性、安全性及成本的统一。另外，新制造工艺的使用，使得某些结构能实现“以空代实”，达到简化结构的目的。

关于变速箱壳体结构优化国内外的发展，在80年代，国外学者将结构优化设计技术和刚柔体耦合动力学仿真技术结合起来实现变速器箱体轻量化，分析变速器箱体在动态载荷下结构刚强度，根据分析结果，对箱体进行整体或局部改进，达到优化设计的目的。

国内汽车变速器箱体结构优化设计方法的研究刚刚开始，传统的变速器箱体设计多采用有限元分析和经验设计相结合的方法，以达到目的 。赵丽娟、陈令国、刘宏梅等人，应用Pro/E三维软件来建立起了矿用的减速箱箱体的三维实体模型，用ANSYS软件对其箱体的结构进行了有限元方面的分析，分析的结果合理的指出了其箱体结构的最薄弱的地方，并且对其箱体的结构进行了优化方面的工作，其箱体优化后的重量减少了531k。

近年，很多学者对变速器壳体等机械零部件的轻量化做了大量的研究试验。陈黎卿等采用微粒子群优化算法对差速器壳体进行轻量化设计。马闯等对利用工程经验对汽车真空助力器的前壳体进行轻量化设计研究。宋春雷等利用有限元技术对驱动桥的差速器壳体轻量化进行分析。彭帮亮等利用拓扑优化技术对变速器壳体进行轻量化设计。

先进的非线性拓扑优化方法已成为动力总成结构轻量化和性能设计最有前景的技术。本次设计的核心正是结合拓扑理论对变速箱壳体进行结构优化，在保证变速箱壳体动静态性能的情况下，实现变速箱壳体的轻量化。

2. 研究的基本内容与方案

1.运用静力学分析，得到各挡离合器总成与箱体之间的最大轴承力，作为箱体有限元分析的边界载荷；

2.采用有限元分析方法对箱体进行强度分析，得到最大应力与最大变形量分布情况；