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AMT选换挡执行机构的接触动力学及有限元分析

作　者: 刘志锋
导　师: 冯增铭
学　校: 吉林大学
专　业: 机械工程
关键词: 接触动力学有限元分析电控机械式变速器接触应力
分类号: U463.212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着经济的高速发展和汽车保有量的增加,市场对装配自动变速器汽车的需求日益高涨,自动变速器在汽车上的应用逐渐普及。机动车使用的手动变速器虽然能满足汽车动力性和经济性的基本要求,但存在换挡、加速、离合等操作,劳动强度大,不易把握好换挡的最佳时机点以及换挡操作不当使乘车舒适性下降和燃油消耗的增加。尤其是重型车辆,使用条件非常恶劣,变速器负载很大、挡位较多,选换挡操纵相对复杂,从国际重型车辆自动变速技术发展趋势和目前我国重型车辆装用的都是手动机械式变速器,并形成了相当规模的生产能力的现实出发,要提高重型车辆操纵的轻便程度和汽车行驶的安全性,提高车辆的动力性和经济性,利用电控机械式自动变速(AMT)技术是最好的途径之一。因此,在乘用车和商用车领域,研究将变速器的结构由手动改造成电控自动具有非常重要的意义。本文设计了一套完整的换挡执行机构,为电控电动的执行机构。设计的重点在于如何在有限空间,有限的功率的条件下完成规定的换挡动作。根据实际情况通过采用蜗轮蜗杆和齿轮齿条相结合的方式来满足相应的要求。然后要关注两个齿轮的结合部分和另外连个齿轮的缓冲问题。CAE分析是本文的重点篇章。利用多体动力学软件RecurDyn进行多体动力学的分析。通过试验测得选换挡执行机构的换挡力和行程及动作时间。通过力与力矩等效转换,把力、力矩、动作行程、动作时间等参数添加到执行机构的动力学模型中,进行多体动力学的计算。得出蜗轮蜗杆和齿轮齿条等之间动态载荷条件下的接触力,为后续的有限元分析提供了边界载荷。还可得出选挡的回位弹簧的弹簧力,评价弹簧的缓冲效果。进行动力学的分析可得出各个部件的动态特性。利用网格划分软件Hypermesh对蜗轮蜗杆、齿轮齿条进行网格划分。其中,根据零件的特点,对零件进行适当的简化,如去掉倒角和没有接触可能的部分,使得有限元分析快捷高效。本文中,蜗杆采用实体单元Solid187,齿轮等采用实体单元Solid185。材料类型分别为金属和工程塑料。最后使用Ansys软件进行有限元分析,得出最终结果。导入网格模型,根据蜗轮蜗杆和齿轮齿条等接触部件的特点,使得其中一个部件固定,在与之相接触的另一个部件上添加多体动力学分析得出的载荷,进行有限元静力学分析,得出蜗轮蜗杆、齿轮齿条等的接触应力、应变等。齿轮间接触应力的分析为齿轮的设计提供了依据,及达到CAE分析的目的。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题来源及研究的意义  11
  1.2 AMT 自动换挡技术国内外研究现状  11-12
  1.3 多体动力学及有限元研究现状  12-14
    1.3.1 多体动力学研究现状  12-13
    1.3.2 有限元研究现状  13-14
  1.4 本文主要研究内容  14-17
第2章换挡执行机构的设计  17-25
  2.1 AMT 相关理论  17-19
    2.1.1 AMT 原理  17-18
    2.1.2 换挡过程  18-19
    2.1.3 AMT 的执行机构  19
  2.2 换挡执行机构的设计  19-23
    2.2.1 整体结构  20-21
    2.2.2 选挡机构  21-22
    2.2.3 换挡机构  22-23
  2.3 本章小结  23-25
第3章换挡执行机构的多体动力学分析  25-35
  3.1 主要分析参数  25-27
    3.1.1 结构拓扑图  25-26
    3.1.2 执行机构零件的材料力学属性  26-27
    3.1.3 分析方案及参数  27
  3.2 AMT 运动部件刚性分析  27-32
    3.2.1 选挡蜗杆、换挡蜗杆及轴的等效阻力矩  27-29
    3.2.2 后处理分析  29-32
  3.3 本章小结  32-35
第4章换挡执行机构的有限元分析  35-53
  4.1 齿扇与12 齿齿轮有限元分析  35-39
    4.1.1 分析目的  35
    4.1.2 分析过程  35-39
    4.1.3 结论  39
  4.2 齿条与17 齿齿轮有限元分析  39-43
    4.2.1 分析目的  39-40
    4.2.2 分析过程  40-43
    4.2.3 结论  43
  4.3 选挡蜗杆与蜗轮有限元分析  43-47
    4.3.1 分析目的  43
    4.3.2 分析过程  43-47
    4.3.3 结论  47
  4.4 换挡蜗杆与蜗轮有限元分析  47-51
    4.4.1 分析目的  47-48
    4.4.2 分析过程  48-51
    4.4.3 结论  51
  4.5 本章小结  51-53
第5章结论及研究展望  53-55
  5.1 结论  53
  5.2 展望  53-55
参考文献  55-57
作者简介及在硕士期间所取得的科研成果  57-58
致谢  58

AMT选换挡执行机构的接触动力学及有限元分析

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