汽车起动机在气体机应用环境下的断齿故障分析与优化设计研究

发布时间：2017-04-29 23:02

  本文关键词：汽车起动机在气体机应用环境下的断齿故障分析与优化设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：起动机又叫马达,它将蓄电池的电能转化为机械能,驱动发动机飞轮旋转实现发动机的启动。发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器,包括如内燃机(汽油发动机等)、外燃机(斯特林发动机、蒸汽机等)、电动机等。如内燃机通常是把化学能转化为机械能。发动机既适用于动力发生装置,也可指包括动力装置的整个机器(如:汽油发动机、航空发动机)。本论文的应用环境为起动机是电磁软啮合起动机,发动机为气体机。具体起动机和气体机的工作原理和分类见后页详细阐述。驱动齿轮作为起动机传动系统的主要零部件,用来传送盘动发动机飞轮齿圈的输出扭矩,具有传动效率高、结构紧凑、传动平稳等特点。天然气发动机气缸内混合气体压缩、气缸内混合气体做功造成发动机通过齿圈反馈给起动机的交变阻扭矩不同;同时,柴油机的着火方式是压燃式着火且柴油燃点低,而气体机的着火方式为电子打火且天然混合气的燃点高,由此带来的变化是发动机起动过程中气缸压缩次数的不同,气体机的压缩次数约为柴油机压缩次数的4倍。上述原因决定了天然气发动机和柴油发动机对于驱动齿轮强度的要求截然不同,驱动齿轮在气体机环境下承受频繁交变扭矩剧烈冲击更易造成驱动齿轮疲劳断裂。利用picolog测试分析软件对起动机的工作过程曲线进行分析对比,找出柴油发动机和天然气发动机在起动过程中平均拖动电流、起动阻扭矩、平均压缩次数的差别,结合起动机故障模式分析法,找出对应的原因和解决预案;同时,针对气体机强烈的交变载荷影响,从驱动齿轮的设计参数优化方面找出提升驱动齿轮强度的最佳参数组合。基于DOE试验设计系统化分析得出的最终结论是,造成驱动齿轮断齿失效的主要故障因子有驱动齿轮强度、发动机气缸压缩次数、起动时平均拖动电流,而起动阻扭矩、起动机制动扭矩是造成齿轮断齿的次要故障因子。发动机气缸压缩次数是气体机固有的特性,从而提升驱动齿轮强度和提高起动时平均拖动电流成为了解决驱动齿轮断齿失效的主要突破点。驱动齿轮设计参数的最终研究方案定为改变驱动齿轮的材料为20Cr Mn Ti,减少齿轮齿数为10齿,增大齿根圆角为R1.5,变位系数设置为0.8,作为齿轮的最终改善方案;为了提高起动时平均拖动电流,将起动机传动系统部分的行星齿轮系的传动比由5改为了4。
【关键词】：驱动齿轮强度 断齿 气体机
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.142
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 国内外汽车行业发展现状10-12
• 1.2.1 国内外汽车行业发展现状11
• 1.2.2 国外汽车行业发展现状11-12
• 1.3 国内外发动机行业发展现状12
• 1.4 柴油发动机和气体发动机工作原理12-14
• 1.4.1 柴油发动机工作原理12-13
• 1.4.2 天然气发动机工作原理13-14
• 1.5 起动机的工作原理和分类14-18
• 1.5.1 起动机的由来和现状14-15
• 1.5.2 起动机的工作原理15
• 1.5.3 起动机构造15-16
• 1.5.4 起动机分类16-18
• 第2章 起动机驱动齿轮18-24
• 2.1 齿轮的基本参数18-19
• 2.2 齿轮的工作原理19-21
• 2.2.1 一对渐开线齿轮正确啮合的条件19-20
• 2.2.2 渐开线齿轮连续传动的条件20-21
• 2.3 齿轮的失效形式21-22
• 2.4 本章小结22-24
• 第3章 市场反馈与分析24-32
• 3.1 市场表现24
• 3.2 断齿和铣齿的初步对比24-26
• 3.2.1 断齿故障24-25
• 3.2.2 铣齿故障25-26
• 3.3 论文主要研究内容26-28
• 3.4 Y1的真实性验证及现状分析28-30
• 3.4.1 Y1的真实性验证28-29
• 3.4.2 Y1的现状分析29-30
• 3.5 本章小结30-32
• 第4章 原因分析及改进32-48
• 4.1 原因分析32-36
• 4.1.1 理论分析32-35
• 4.1.2 市场调查分析35-36
• 4.2 起动机断齿分析36-43
• 4.3 影响Y/y的X的分析43-46
• 4.3.1 断口分析43-44
• 4.3.2 故障树分析44-46
• 4.4 本章小结46-48
• 第5章 齿轮断齿改进措施和市场跟踪48-66
• 5.1 断齿的原因总结分析48-49
• 5.2 对X因素齿轮断齿的改善49-51
• 5.2.1 影响X1的小x深入分析49-51
• 5.3 理论计算分析51-54
• 5.4 有限元分析54-56
• 5.5 优化改进56-61
• 5.5.1 改进后理论验证56-58
• 5.5.2 改进后试验验证58-59
• 5.5.3 改进后装机路试59-61
• 5.6 市场跟踪验证61-65
• 5.6.1 现场走访61-62
• 5.6.2 电话回访情况62-64
• 5.6.3 网络回访情况64-65
• 5.7 本章小结65-66
• 第6章 结论与展望66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 工作展望67-68
• 参考文献68-72
• 作者简介及科研成果72-74
• 致谢74

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