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机械式汽车变速器的结构分析与优化
| 论文题名： | 机械式汽车变速器的结构分析与优化 |
| 关键词： | 汽车变速器;有限元;接触算法;序列二次规划法;结构优化设计;动力性能 |
| 摘要： | 汽车变速器是汽车传动系统的主要变速器机构，其结构性能对汽车的动力性能、燃油经济性、换档操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接影响。随着汽车行业高速发展，汽车零部件制造商面临着严格的技术法规约束以及降低产品成本等压力，因此，质量最轻、体积最小等轻量化指标已经成为考核变速器生产企业竞争力的重要依据。为了缩短设计周期，提高设计质量，降低企业成本，对汽车变速器进行结构分析与优化具有重要的工程实际应用价值。 以中型载货汽车的机械式变速器为例，结合变速器的结构特点，主要探讨了机械式变速器在稳定工作状态下，变速器齿轮与轴的强度、刚度情况。而且，根据变速器的设计要求，分别对变速器齿轮与轴作了结构优化。 首先，根据变速器的总成结构和工作原理，运用基本的力学知识，分别对变速器轴的扭转变形、弯曲变形以及齿轮齿根弯曲与接触强度作了简单的力学分析，为后续的分析与优化作铺垫。 其次，为了提高建模精度以及有限元分析效率，利用APDL语言采用参数化建模的方式分别建立了变速器各轴的有限元分析模型。同时以稳定状态下变速器承载最大的I档为例，结合有限元理论，在ANSYS环境下，利用线性求解器，对变速器各轴进行结构分析，校核了齿轮的齿根弯曲强度以及轴的强度和刚度。 然后，以Ⅰ档为例，利用参数化的方式建立了变速器整体的有限元分析模型。根据变速器的结构具体分析了变速器力和位移的边界条件，建立变速器齿轮啮合的接触对。然后，在ANSYS软件中，利用接触的有限元理论，并采用增强拉格朗日的接触算法，对变速器整体作非线性的接触分析，校核了变速器齿轮的接触强度。 最后，根据变速器的结构特点，以变速器的设计准则和性能条件为约束，以减重为目标，以变速器齿轮和轴的设计参数为设计变量，分别建立变速器齿轮和轴优化的数学模型。然后，以MATLAB的优化工具箱为平台，结合序列二次规划法（SQP），通过调用fmincon函数，分别对变速器的齿轮与轴作了结构的优化设计研究，取得了良好的优化效果，从而降低了企业的生产成本，提高了企业的竞争力。 |
| 作者： | 傅灵玲 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 黄伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广西大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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