某型商用车变速器动力学分析研究

论文摘要

变速器是车辆传动系统的关键部件之一，其性能优劣直接影响到车辆使用安全，乘驾舒适性以及能耗方面的特性。本课题根据某型商用车变速器产品开发的实际需要，采用虚拟样机技术对商用车手动变速器的齿轮啮合、中间轴过盈量、同步器以及壳体进行研究。通过对变速器虚拟样机的分析研究可以在产品开发的初级阶段掌握产品的性能，及时发现设计中的缺陷，对于变速器产品开发具有重要的意义。在变速器产品的改进开发过程中，通过虚拟样机技术可以事半功倍地改进设计；在轻量化、节能降噪改进方面，虚拟样机技术也具有明显的技术优势。因此，本课题具有重要的工程实践意义。在查阅大量参考文献、了解并学习国内外变速器研究进展的基础上，本课题主要进行了以下五方面的工作：1.变速器虚拟样机的建立。在三维建模软件UG中建立完整的变速器三维模型并总结出建模、装配的要点。2.齿轮啮合力与啮合频率的研究。建立常啮合齿轮副动力学分析模型后，基于Hertz碰撞理论获得齿轮啮合的动态负载与啮合频率，负载参数为中间轴过盈量分析做好准备。3.中间轴的过盈量分析。以齿轮啮合分析得出的负载为载荷边界条件，对过盈量进行了相应的有限元分析研究，得出影响过盈量联结性能的因素包括过盈量的取值、过盈面之间的摩擦系数以及载荷情况。4.同步器同步时间的研究。首先建立了以换挡时间与换挡力为研究对象的数学模型，然后在动力学分析软件ADAMS中建立了动力学分析模型，得出影响同步器同步时间的主要因素有转动惯量、接触锥环之间的摩擦系数、结合齿圈的锥角以及发动机转速。5.壳体动态负载下的有限元分析。首先在ADAMS软件中建立了一挡传动动力学模型并获得了各个轴轴承处的负载，以此作为壳体有限元分析的载荷边界条件，然后在UG软件的高级仿真模块中建立了以多点约束(MPC)连接前后壳体的有限元分析模型，找到壳体薄弱结构并提出相应的改进建议；通过使用新材料并重新分析计算后得出：新材料可以使壳体质量减轻62.8﹪，这个结果对于变速器轻量化设计具有良好效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.1.1 变速器研究发展概况及分类
• 1.1.2 虚拟样机技术概况及应用
• 1.1.3 本课题研究意义
• 1.2 变速器动力学研究现状
• 1.2.1 齿轮啮合力研究现状
• 1.2.2 过盈量研究现状
• 1.2.3 同步器研究现状
• 1.2.4 壳体研究现状
• 1.3 本文研究内容和分析流程
• 第二章 变速器模型的建立
• 2.1 传动系统模型建立
• 2.1.1 传动轴建模
• 2.1.2 齿轮建模
• 2.2 同步器建模
• 2.3 换挡机构模型建立
• 2.4 壳体及其附属部件模型建立
• 2.4.1 壳体建模
• 2.4.2 附属部件建模
• 2.5 装配
• 2.5.1 装配方法
• 2.5.2 总装配的建立
• 2.6 本章小结
• 第三章 齿轮动态啮合研究
• 3.1 齿轮啮合仿真原理与计算
• 3.1.1 ADAMS 软件简介
• 3.1.2 碰撞接触算法
• 3.1.3 齿轮啮合力理论计算
• 3.2 齿轮啮合动力学模型的建立与仿真
• 3.2.1 三维模型的建立
• 3.2.2 数据转换
• 3.2.3 动力学分析模型的建立
• 3.2.4 模型分析结果
• 3.3 本章小结
• 第四章 中间轴过盈量研究
• 4.1 过盈联结理论基础
• 4.1.1 过盈联结的装配与拆卸
• 4.1.2 过盈联结计算
• 4.1.3 ABAQUS 软件简介
• 4.2 过盈联结仿真分析
• 4.3 过盈量影响因素研究
• 4.3.1 不同过盈量取值的影响
• 4.3.2 摩擦因数对过盈量的影响
• 4.3.3 载荷对过盈量的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 同步器同步过程的研究
• 5.1 同步器分类及工作原理
• 5.1.1 同步器分类及其特点
• 5.1.2 同步器换挡过程的数学模型
• 5.1.3 同步器摩擦力矩计算
• 5.1.4 转动惯量计算
• 5.1.5 同步力矩与同步时间的关系
• 5.2 同步器换挡过程仿真
• 5.2.1 参数计算
• 5.2.2 同步器仿真模型的建立
• 5.2.3 同步器仿真实验
• 5.3 换挡时间影响因素的研究
• 5.3.1 转动惯量的影响
• 5.3.2 摩擦因数的影响
• 5.3.3 锥角的影响
• 5.3.4 发动机转速的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 壳体动态特性有限元分析
• 6.1 齿轮传动动力学模型的建立
• 6.1.1 传动工况的选择及模型准备
• 6.1.2 动力学仿真模型的建立
• 6.1.3 动力学仿真结果
• 6.2 壳体有限元分析
• 6.2.1 壳体模型及输入参数的确定
• 6.2.2 多点约束（MPC）的理论基础
• 6.2.3 壳体分析模型的建立
• 6.2.4 仿真结果与改进建议
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果
• 致谢