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汽车变速器齿轴系统关键零件耐久分析及优化设计
| 论文题名： | 汽车变速器齿轴系统关键零件耐久分析及优化设计 |
| 关键词： | 变速器;汽车部件;齿轴系统;耐久分析;优化设计 |
| 摘要： | 随着汽车普及率的快速增长，消费者对汽车安全性能的重视程度越来越高，同时汽车的开发周期也被急剧压缩，在此背景下，变速器齿轮作为汽车最重要的传动件之一，对其进行自动参数优化设计已成为提高变速器乃至整车可靠性的关键；另外作为在汽车上运用最广泛的承重件，对变速器轴承的接触应力应变开展研究，保证其安全可靠地运行，对提高变速器乃至汽车的安全性能也具有重要的意义。 本文以某乘用车变速箱齿轮副为研究对象，首先研究了包括齿轮耐久性能和使用性能在内的变速箱齿轮性能评估方法，总结了在齿轮优化设计中的重要性能评价指标，在此基础上以提高齿轮耐久性能为优化目标，以保证齿轮使用性能为约束条件，建立了汽车变速器齿轮宏观参数多目标优化设计数学模型。本文针对NSGA-III算法在高维多目标优化问题中的局限性，提出了一种改进的遗传算法：引入一种参考点强制关联和“擂台淘汰”的全序机制，这种全序关系使得算法性能不受目标数增加的影响；提出一种基于种群收敛性和分布性统一度量的精英选择策略，使得种群在进化中兼顾收敛性和分布性；另外针对“擂台淘汰”机制带来的计算效率下降的问题，提出一种基于进化代数的自适应遗传算子，提高算法寻优速度。最后以科学计算软件MATLAB为平台，基于改进遗传算法求解变速器齿轮参数多目标优化数学模型，最终优化结果与NSGA-III算法优化结果相比较，在GD指标上提高了4.1%，在IGD指标上提高了86.8%，证明改进遗传算法能在保持种群收敛性相差不大的情况下极大地提高了种群的分布均匀性。 在变速器轴承接触力学分析方面，本文首先探讨了Hertz接触理论的基本方程，并且使用Hertz点接触问题的数值求解方法计算了变速器不同档位深沟球轴承最大接触应力，计算结果与商业软件误差小于1%。经典的Hertz线接触理论提出了很多假设，在实际工程上的应用具有很大的局限性，变速箱滚子轴承的接触力学分析属于非Hertz接触问题，本文在对有限长线接触问题进行一维简化的基础上，根据变形协调和力平衡条件，建立了整体接触分析的数学模型，使用MATLAB编制数值求解程序完成了对变速器不同档位圆柱和圆锥滚子轴承接触应力的求解，计算结果与商业软件误差小于4%。 本文规范化与标准化了变速箱齿轮参数的自动优化设计流程，提出了一种改进的多目标遗传算法，提高了齿轮参数设计的效率，提高了齿轮设计的质量，同时使用非Hertz接触理论求解轴承接触问题，提高了变速箱轴承接触力学性能分析精度，为汽车变速箱齿轴系统关键零件的设计和性能校核提供了借鉴。 |
| 作者： | 詹文超 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 宋小文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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