乘用车两轴式机械变速器的可靠性优化设计

论文摘要

变速器是汽车传动系中一个比较关键的部件,它设计的好坏直接影响到汽车的使用性能。随着汽车工业的高速发展和汽车现代设计方法的开发和应用,人们对汽车变速器的设计要求越来越高。其中,减小变速器体积,提高变速器可靠性以及改善其与发动机的匹配更是当前急需解决的问题。本文将可靠性优化设计理论应用到汽车机械式变速器齿轮系的设计中,根据汽车动力性要求,在保证零件结构强度和刚度可靠使用的条件下,以变速器体积最小化和功率使用率最大化为目标函数,建立了汽车机械式变速器多目标可靠性优化设计的数学模型。通过使用MATLAB编程实现了混合遗传算法在该模型中的求解应用,最终得到可靠性优化设计结果。通过可靠性优化设计结果与原始数据的对比,得出可靠性优化设计方法在变速器设计领域是可行的,且具有较高的工程应用价值。变速器轴系也是变速器的主要零部件,其性能直接影响着变速器的可靠性和寿命。因此本文还在第四章建立了轴的强度和刚度可靠性设计数学模型,并且以一档传动为例应用ANSYS对输出轴进行了扭转作用下的静力分析,结果表明所设计输出轴具有足够的刚度和强度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 计算机辅助设计国内外概况
• 1.2 汽车变速器概述
• 1.2.1 变速器功能
• 1.2.2 传统变速器速比配置分析及存在的问题
• 1.3 机械优化设计理论
• 1.3.1 机械最优化设计概述
• 1.3.2 优化设计数学模型的建立
• 1.3.3 优化设计基本算法
• 1.4 机械可靠性设计理论
• 1.4.1 机械可靠性研究的重要性
• 1.4.2 机械可靠性设计方法概述
• 1.4.3 应力-强度分布干涉理论
• 1.5 机械可靠性优化设计概述
• 1.6 论文选题的意义与目的
• 1.6.1 论文选题的意义
• 1.6.2 论文选题的目的
• 1.7 本文的主要研究内容
• 第二章 汽车变速器可靠性优化设计数学模型的建立
• 2.1 最常用的几种变速器优化设计目标函数
• 2.1.1 中心距最小
• 2.1.2 重合度最大
• 2.1.3 体积最小
• 2.1.4 驱动功率极限发挥率
• 2.2 变速器优化设计目标函数的建立
• 2.2.1 基于体积最小建立优化目标函数
• 2.2.2 基于驱动功率极限发挥率的目标函数的建立
• 2.2.3 变速器优化设计的总目标函数的建立
• 2.3 设计变量的确定
• 2.4 约束条件的建立
• 2.4.1 变速器最大传动比约束
• 2.4.2 变速器传动比的约束
• 2.4.3 中心距A 的约束
• 2.4.4 输出轴的轴向力约束
• 2.4.5 斜齿轮轴向重迭系数约束
• 2.4.6 边界约束条件
• 2.4.7 防止动力传动中断的约束条件
• 2.4.8 可靠性约束条件
• 第三章 混合遗传算法在变速器可靠性优化设计中的应用
• 3.1 复合形法
• 3.1.1 初始复合形的产生方法
• 3.1.2 收敛判别条件为
• 3.1.3 择优过程及程序框图
• 3.2 遗传算法
• 3.2.1 基因表达与初始化
• 3.2.2 评估函数
• 3.2.3 选择算子
• 3.2.4 交叉
• 3.2.5 变异
• 3.3 混合遗传算法
• 3.4 算例分析
• 3.4.1 对算例进行单目标（驱动功率极限发挥率）优化计算
• 3.4.2 对算例进行联合优化
• 3.4.3 速比优化前后驱动功率—车速曲线
• 3.5 基于MATLAB 的优化程序的图形用户界面（GUI）的设计
• 第四章 轴的可靠性优化设计
• 4.1 输出轴的受力分析及强度可靠性设计
• 4.2 输出轴的刚度可靠性设计
• 4.2.1 轴挠度和轴截面偏转角可靠性设计
• 4.2.2 轴扭转刚度可靠性设计
• 4.3 轴模型的有限元分析
• 4.3.1 变速器输出轴三维实体模型的建立
• 4.3.2 变速器输出轴有限元模型的建立
• 4.3.3 变速器输出轴结构强度有限元计算结果
• 第五章 结论与展望
• 5.1 研究成果
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的论文