450kW液力变速器试验台结构设计与分析

发布时间：2020-08-19 19:55

【摘要】：变速器是车辆传动系统中是非常重要的组成部分,变速器性能的优劣直接影响着整车性能的好坏,故不论是对变速器的研发还是制造都需要进行大量试验,以此来判断变速器的各种性能参数能否达到设计预期。变速器研发和制造环节中必不可少的试验设备—变速器试验台,主要用在研发过程中的变速器性能试验以及制造过程中的变速器出厂校验试验。本课题的研究对象是大功率液力变速器试验台,主要用于大功率液力变速器的检测测量。相比普通的变速器试验台,大功率液力变速器试验台具有大功率、大扭矩、重载等特点。我国在大功率液力变速器方面的关键技术底子比较薄弱,且对应的试验设备更是少见,故本课题的研究对我国大功率液力变速器试验台的自主研发具有指导作用和借鉴意义,同时对我国提升大功率液力变速器的研发能力和核心技术的掌握起到了促进作用。大功率、大扭矩、重载的特点对试验台的静、动态特性提出了更高的要求,且结构的强度、刚度、抗振性大大影响着试验台的整体性能,将直接反应到试验台测量精度上,所以对试验台的关键零部件试验台底座、高速加载主轴进行系统研究是很有必要的。本文以450k W液力变速器试验台为主体,完成了对试验台结构型式的搭建和机械零部件的结构设计,以试验台高速加载主轴、驱动及前加载底座为研究对象。用有限元软件ABAQUS作为分析工具,对试验台高速加载主轴、驱动及前加载底座进行分析研究及优化设计,主要研究内容及方法包括:(1)以原有试验台驱动及前加载底座结构为研究对象,用ABAQUS对底座的抗振性能进行分析研究,主要研究了不同元结构及不同约束布置形式对底座动态性能的影响规律,并在对底座拓扑优化的基础上对底座的筋板进行了尺寸优化。对优化前后底座进行了比较分析,得到优化后的底座在重量减轻17.75%的同时,一阶固有频率提高26.27%。该优化路线为相似结构的试验台底座结构设计提供了一种新的设计路径。(2)应用ABAQUS自带的建模模块建立了大功率液力变速器试验台高速加载主轴的三维模型,采用ABAQUS中的弹簧单元来简化主轴的轴承支承边界条件,建立了高速加载主轴的有限元分析数字模型。运用参数化讨论的研究方法,深入研究了不同规格矩形花键与不同直径轴颈组合主轴结构、不同主轴跨距对高速加载主轴静动态性能的影响规律,并最终得到高速加载主轴的优化结构。研究结果为提升试验台的整体性能提供了理论依据。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U467
【图文】：

液力变速器,公司

车辆外部环境、车辆受载情况等等[5]。当前，常用的智能换控控制方式有神经网络换挡控制、自学习换挡控制、还有模糊换控控制[6][7]。在重型车辆，工程机械和军用特种车辆等领域，国外发达国家基本都采用大功率液力变速器，并由此产生了许多有知名度的厂商，比较出名的有美国 Allison、美国 CAT、德国 ZF 等等。美国 ALLISON 公司自 1946 年开始对变速器进行研制以来，在通过将近 70 年的漫长发展，现在已经发展成为全球在重载车辆大功率液力机械变速器领域的先驱，目前，该公司的变速器产品己经成功发展到了第五代[8]。Allison 变速器自从 19 世纪70 年代进入中国市场以来，已经在我国众多领域得到了推广应用。美国 CAT 公司在工业燃气轮机、采矿装备、天然气引擎、柴油机、工程机械等领域拥有上百年的技术积淀，同时也是大功率液力机械变速器技术新成长起来的优秀者[9]，其液力机械变速器产品从 65kW 至 466kW 都有涉猎，并迅速得到了推广应用。德国 ZF 公司从成立至今经过了百年的历史沉淀，其变速器产品已经覆盖到了工业的各个领域，覆盖面相当广泛，包含各种轻、中、重型液力变速器，尤其在大功率液力变速器方面在业界享有极高的声誉。

液力变速器

图 1.2 国产大功率液力变速器贵州凯星液力传动机械有限公司是一家将研发、制造、销售大功率液力变为一体的企业，这在国内是比较罕见的，其生产的大功率液力变速器产W 到 3000kW 都有涉猎，主要被应用于民用高端商务车辆、工程机械、油设备、军用特种车辆等领域[13]。中国兵器内蒙古第一机械集团有限公司于 2012 年获得了国家科技部“大动变速器研发”项目的批准，通过多年的努力，不但在基础理论原理方面

变速器,试验台,ZF公司,竞争力

液力机械变速器方面有很深的技术积累，国外对其的研究历史的研究使国外掌握了对其产业化的能力，并且有相当丰富的生产有相当完善的研发体系与试验规范[17][18]。在美国、日本等对液力技术的国家都针对不同的液力机械变速器检测项目制定了一系列美国通用汽车公司就针对液力机械变速器研发了循环循环振动试等一系列的试验并制定了试验标准[19]。试验台架设备的关键技术被国外知名的变速器企业与汽车公司垄日本 Horiba、奥地利 AVL。oriba 公司在车辆变速器测试系统方面进行了很多年的不懈研发常先进的技术，该公司研发的全轮驱动试验系统不但可以进行稳对实际路况进行模拟甚至是对高性能发动机图谱进行模拟[20]。 AVL 的内燃机领域在世界上享有极好的声誉，是世界三大内燃机上世纪五十年代便开启了对变速器试验台架的研发，它研制出的试精度高、试验项目齐全，在世界上得到了极高的声誉[21]。

【参考文献】