重型卡车传动轴匹配及优化

发布时间：2017-10-07 23:34

  本文关键词：重型卡车传动轴匹配及优化

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【摘要】：传动轴是汽车底盘结构重要零件之一,其主要作用是传递汽车发动机扭矩和转速。由于其自身固有频率低,十字万向节等附加力的存在等,汽车在高速行驶时较容易出现共振现象,不利于成员的舒适性。因此研究传动轴对降低汽车行驶过程中的振动噪音和提高乘员的舒适性具有重要意义。传统的传动轴设计方法因为设计周期长等原因不适用于现在快速生产制造体制,不能满足现代化市场发展要求。现代设计方法具有缩短设计周期、提高精度等优点,能大大提升传动轴企业的竞争能力。本文以某重卡的传动轴总成为研究对象,运用有限元技术和虚拟样机技术分别研究了传动轴的模态影响因素,对传动轴总成的关键部件进行了优化设计。其主要内容如下:1.对单根传动轴进行设计和校核。主要包括计算传动轴的最大转矩并选用传动轴系列、传动轴临界转速的校核、当量夹角的校核和对一些传动轴关键件的强度校核。通过对传动轴的设计校核分析,在满足整车传动输出参数要求的前提下,选择合适的传动轴,在满足性能需求的前提下,实现成本的最优化。2.对传动轴进行振动分析。主要包括建立数模,将数模导入有限元软件建立有限元模型,采用有限元求解器对模型进行传动轴的模态求解。通过对传动轴的建模及模态分析,有效优化传动性能,对传动姿态角进行优化,改善整车振动性能,提升整车舒适性。3.研究单根传动轴对整车的振动影响原因。采用仿真和试验相结合的方法对某卡车振动进行原因分析。分析结果表明是传动轴的一阶模态太低引起的。通过实际故障案例的分析,验证模态分析效果和实车改善情况,将模态分析和实际研发改善进行对比结合,摸索出改善设计的有效方法。4.传动轴设计优化。以传动轴长度和轴管厚度作为设计变量,一阶模态作为约束函数,传动轴质量作为目标函数对传动轴进行优化。通过改善传动姿态角,实现传动效果的改善。5.试验验证。通过对传动轴试验过程的总结形成了传动轴电测规范,同时通过试验结果同模态分析结果的对比,证明了模态分析的有效性,同时结合模态分析建立起了企业对传动轴的模态分析规范。
【关键词】：汽车传动轴原理 匹配 有限元技术 优化设计
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-18
• 1.1 课题的研究背景和意义14
• 1.2 国内外相关领域研究历史和现状14-16
• 1.3 论文结构及主要工作16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 第2章 传动轴设计方法和理论基础18-29
• 2.1 有限元基本理论18-19
• 2.1.2 有限元基本方法和步骤18-19
• 2.2 多体动力学建模基本理论19-21
• 2.2.1 多体动力学概述19-20
• 2.2.2 多体动力学基本理论20-21
• 2.3 万向节工作原理21-27
• 2.3.1 不等速万向节工作原理21-23
• 2.3.2 准等速万向节工作原理23-24
• 2.3.3 等速万向节工作原理24-27
• 2.4 传动轴设计流程27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 传动轴设计及校核29-34
• 3.1 引言29
• 3.2 传动轴的设计29-30
• 3.3 传动轴的校核30-31
• 3.3.1 传动轴临界转速的校核30
• 3.3.2 传动轴当量夹角的校核30-31
• 3.4 传动轴关键件校核31-33
• 3.4.1 万向节十字轴的强度校核31-32
• 3.4.2 传动轴轴管扭转强度的校核32
• 3.4.3 中间传动轴花键（非滑动花键）齿侧挤压应力的校核32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 汽车传动轴的振动匹配优化34-59
• 4.1 引言34
• 4.2 动力传动系统仿真分析模型建立概述34-35
• 4.3 发动机及变速箱模型35-46
• 4.3.1 建立发动机模型35-37
• 4.3.2 建立变速箱模型37-40
• 4.3.3 建立传动轴和后桥差速器输入轴模型40-41
• 4.3.4 建立悬置元件模型41-44
• 4.3.5 建立系统运动副约束44-45
• 4.3.6 建立系统振动输入输出通道45-46
• 4.4 系统振动仿真分析46-51
• 4.4.1 系统固有频率仿真分析46-48
• 4.4.2 系统频域响应分析48-51
• 4.5 系统振动优化51-58
• 4.5.1 常用优化理论简介51-53
• 4.5.2 传动系统振动优化53-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第5章 传动轴匹配方案验证59-75
• 5.1 试验准备59-61
• 5.1.1 汽车三维坐标系建立59
• 5.1.2 测量仪器说明59-60
• 5.1.3 试验条件60
• 5.1.4 测点布置60-61
• 5.2 试验步骤61-67
• 5.2.1 试验员将车辆开至测量场地并检查满足试验条件61-62
• 5.2.2 设备连线和准备测试软件62-63
• 5.2.3 参数设置和数据采集63-67
• 5.3 试验结果分析67-74
• 5.3.1 数据分析前准备67-68
• 5.3.2 时域分析68-69
• 5.3.3 数据整理69-70
• 5.3.4 数据频谱分析70-74
• 5.4 本章小结74-75
• 结论75-76
• 参考文献76-79
• 致谢79

【参考文献】

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1 刘伟东;基于有限元分析的轿车半轴总成优化设计研究[D];东北林业大学;2009年

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本文编号：990755