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重型卡车混合动力驱动结构设计、有限元分析及拓扑优化
| 论文题名： | 重型卡车混合动力驱动结构设计、有限元分析及拓扑优化 |
| 关键词： | 重型卡车;混合动力系统;结构设计;有限元分析;拓扑优化 |
| 摘要： | 当前，环境污染、能源紧缺、气候变化等已成为世界各国所面临的共同问题，汽车电动化是能够解决目前问题的有效方式。我国占有量8%的重载卡车在整个汽车行业NOx的排放量中占比达到57%，在全球共担节能减排的重任下，重载卡车的碳排放及污染物的排放，无疑成为必须要解决的问题。传统卡车存在以下三个缺点：其一，发动机燃烧做功效率低；其二，传动系统存在机械效率损失；其三，制动引起的能量损失无法回收。目前，市面上混合动力卡车样机以集中式电机驱动为主，但这仅仅是在传统燃油车的基础上用电机替代发动机，动力的传递仍然是从电机经过离合器、变速器、传动轴、主减速器等传递到车轮，在这个过程中，上述传动机构引起的机械损失并没有消除，因此并没有将电机驱动的优势充分发挥出来。 针对以上问题，本文基于solidworks设计出一款新型的外转子内定子桥端轮毂电机，其主要突破点为设计一种能够驱动重型卡车的桥端轮毂电机，并且形成混合动力系统。本文将轮毂电机与驱动桥两端的轴端结构进行一体化设计，既可以避免较多的改变现有卡车底盘结构，又可以充分利用外胎轮毂的空间，同时也为现有存量市场的燃油车混动化和电动化提供一种可行性方案。本文的主要工作如下： 首先，在前期通过solidworks设计出的三维结构基础上，基于Ansys Workbnech对车桥、半轴、轮毂和定子连接件和行星架连接件等主要承受旋转频率载荷的结构部件进行应力分析和模态分析，通过仿真得出各结构应力、应变和变形判断是否符合强度要求，通过求解各结构的前六阶模态响应振型，分析各结构的最小固有频率是否小于卡车轮毂电机的工作频率，保证工作时无共振风险。 其次，本文基于动力学、运动学理论，运用Adams等仿真软件，通过分析轮毂电机内部齿轮的受力、速度、加速度、扭矩和铰点力等参数，以及在空载、满载工况下的动力输出，对轮毂电机设计结构的可行性进行评价。 再次，通过设计虚拟的路面施加激振信号，导入Adams View中作为路面激励，通过评价单个轮毂电机的平顺性，进而评价整车的平顺性。 最后，通过Hyperworks软件采用SIMP变密度方法对车桥电机结构的连接件部分以及轮毂部分进行拓扑优化，得到各个连接件在实际工况下的最佳材料分布和结构的拓扑形貌，针对结果云图进行分析，确定轮毂结构在实际工况下的传力路径及优化方向，以期可以把握轮毂产品后续开发设计。同时，在保证强度刚度等性能指标的前提下，质量降低20%左右，一定程度上降低正常油耗，以达到轻量化降重降本的目的。 |
| 作者： | 刘淑敏 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 马国清;王其光 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 烟台大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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