并联式液压混合动力车辆动力耦合机构的可靠性优化设计

论文摘要

科技的飞速发展也无法阻挡全球自然灾害的频频发生,环境恶化带来的全球隐患越来越严重。为了人类的生存及社会的和谐发展,节能与环保更加被人们重视。作为国家支柱产业之一的汽车行业,研制开发低能耗、低排放,并能满足各种使用性能需求的新型车辆成为21世纪初世界各国汽车行业的重要研究课题。其中混合动力车辆以其突出的优点而备受关注。动力耦合机构是混合动力车辆的核心组成部分,它不仅对混合动力车辆的动力性、经济性以及舒适性有直接的影响,还会关系到传动系统的空间布置形式。本文以吉林轻卡改装的并联式液压混合动力车辆为研究对象,综合利用了可靠性优化设计方法、三维建模技术和有限元分析法对动力耦合机构进行了结构设计。本文在查阅国内外相关文献的基础上,综述了动力耦合机构和可靠性优化设计的研究现状,对比、分析了动力耦合机构的配置模式和布置形式,根据整车性能需求,设计了差速耦合式动力耦合机构。差速耦合式方案可以较灵活的匹配发动机的工作特性和液压泵/马达的输出特性。本课题在其结构设计过程中应用了可靠性优化设计方法,力求使动力耦合机构体积最小,重量最轻,传动更加平稳,并将可靠度作为约束条件,结合动力耦合机构的结构和功能要求,建立了各零部件的多目标可靠性优化设计数学模型,基于Matlab对其进行了优化,同时对各约束条件进行了敏感度调试。根据可靠性优化设计的结果,基于Catia建立了动力耦合机构的三维模型,对装配体进行了干涉分析,并运用有限元分析法校核了各轴的强度。最后,本文还开发了Matlab与VB的集成程序,设计了动力耦合机构齿轮系可靠性优化设计的人机交互界面,为动力耦合机构齿轮系设计提供了直观的可视化窗口。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外动力耦合机构研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国外动力耦合机构的研究现状
• 1.2.2 国内动力耦合机构的研究现状
• 1.3 国内外可靠性优化设计的研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 动力耦合机构的结构模式
• 2.1 典型并联式动力耦合机构及其工作原理
• 2.1.1 动力耦合机构的配置形式
• 2.1.2 动力耦合机构的布置形式
• 2.2 动力耦合机构零部件结构分析
• 2.2.1 齿轮形式
• 2.2.2 行星轮系结构形式
• 2.2.3 行星轮系传动比计算法则
• 2.2.4 单排行星轮系的工作状态
• 2.3 动力耦合机构的设计需求
• 2.3.1 吉林轻卡整车参数
• 2.3.2 并联式液压混合动力系统关键元件参数
• 2.3.3 动力耦合机构传动比分析
• 2.4 动力耦合机构的结构方案
• 2.4.1 动力耦合机构的连接方案
• 2.4.2 动力耦合机构关键零件材料
• 2.4.3 差速耦合方式下车辆的工况分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 动力耦合机构可靠性优化设计数学模型
• 3.1 动力耦合机构的可靠度分配
• 3.2 齿轮系可靠性优化设计的数学模型
• 3.2.1 建立目标函数
• 3.2.2 选取设计变量
• 3.2.3 约束条件
• 3.3 轴系可靠性优化设计的数学模型
• 3.3.1 轴系的结构设计
• 3.3.2 建立目标函数
• 3.3.3 选取设计变量
• 3.3.4 约束条件
• 3.4 花键可靠性优化设计的数学模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于Matlab 的可靠性优化设计
• 4.1 Matlab 的优化算法
• 4.2 动力耦合机构的优化设计
• 4.2.1 齿轮系的优化设计
• 4.2.2 轴系的优化设计
• 4.2.3 花键的优化设计
• 4.3 动力耦合机构优化程序的调试
• 4.4 VB 与Matlab 集成的多目标优化系统开发
• 4.5 本章小结
• 第5章 动力耦合机构的结构设计
• 5.1 动力耦合机构的三维建模
• 5.1.1 动力耦合机构建模
• 5.1.2 动力耦合机构干涉分析
• 5.2 动力耦合机构轴系有限元分析
• 5.3 动力耦合机构工程制图绘制
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢