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大扭矩轮毂驱动系统动力学研究及可靠性优化
| 论文题名： | 大扭矩轮毂驱动系统动力学研究及可靠性优化 |
| 关键词： | 大吨位工程车辆;大扭矩轮毂驱动系统;动力学分析;可靠性优化 |
| 摘要： | 大扭矩轮毂驱动系统是大吨位工程车辆中的核心零部件，其承载驱动、传动、减速以及制动等多项核心功能，并且具有高集成度、长使用寿命以及稳定可靠等特征。但是，随着工程车辆装载量、可靠性以及平顺性等性能要求的提升，对大扭矩轮毂驱动系统的结构设计、动力学性能以及多方面的稳定性都提出了更高的要求。本文是以400t矿用自卸车中大扭矩轮毂驱动系统为研究对象，通过接触刚度和摩擦理论模型、等效转动惯量以及动力学建模精度的研究，对各子系统以及整体系统的关键动力学性能和相互耦合特性进行细致研究。同时基于动力学响应载荷谱，结合刚度匹配、模态解耦以及拓扑优化等研究，完成了系统全面的可靠性分析和具体结构优化设计，为该类型系统的设计优化工作奠定了基础。本文的主要研究内容与成果如下： （1）解决系统动力学建模的重难点问题，提升动力学建模精度。提出以分形接触理论理论研究零部件表面接触刚度，并设计实验测算系统关键零部件表面轮廓、识别分形参数,计算接触刚度。基于考虑Stribeck效应的静摩擦理论模型,结合摩擦衬片纸基复合材料摩擦特性曲线，定义制动器中关键摩擦参数。并基于能量守恒法，等效等车负载。 （2）基于轮毂传动减速系统以及湿式多片盘式制动系统动力学模型，研究系统输出特性以及制动性能，揭示影响系统运行平顺性的本质原因。得到制动性能的关键影响因素，提出以平均压紧力损失系数修正理论扭矩计算模型，提升计算精度。并通过整机负载实验，验证系统动力学模型的准确性，提升模型的可信度。 （3）基于系统整体动力学模型和运动机理，将系统运行过程分为矿用自卸车正常工作阶段以及刹车制动阶段，提出以系统输出特性以及制动性能为分析指标，研究传动减速系统与制动系统间的耦合特性，解决子系统间相互影响难以具体量化的问题，为大扭矩轮毂驱动系统中减速器和制动器的耦合设计提供参考。 （4）通过系统动力学仿真研究获取零部件的载荷谱，结合外界激励分析，基于系统约束模态、结构刚度以及疲劳寿命的研究，全面评估系统的可靠性，解决可靠性分析中载荷谱难以准确定义的问题。并提出以模态解耦和刚度匹配为目标的结构拓扑优化研究，改善系统的结构可靠性以及运行的平顺性。 |
| 作者： | 林永强 |
| 专业： | 机械工程;机械制造及其自动化 |
| 导师： | 张建润 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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