汽车轮边减速器系统耦合动态特性分析及动态响应优化

摘要

固定在大型重载汽车轮毂中的轮边减速器,是汽车传动系统中最后一级减速增扭装置,为汽车行驶的直接驱动装置。在满足苛刻的空间尺寸限制的同时,还需达到足够高的动力性能要求。因此,开展轮边减速器动态特性分析及动态响应优化的相关问题研究,对解决其减振问题具有重要理论指导意义和工程应用价值。
　　论文课题来源于某特种汽车轮边减速器开发与应用的横向项目。本课题研究的意义就在于突破传统机械系统的研究方法,采用现代化手段,用先进的动态设计取代传统的静态设计,研究如何在设计阶段就能综合考虑多种因素,模拟齿轮系统的振动响应,目的是用先进的现代设计技术设计出较为理想的低振动齿轮系统装置。综合运用齿轮啮合原理、齿轮系统动力学、三维静力(动力)接触有限元仿真以及优化设计方法,对轮边减速器进行动态特性分析及动态响应优化。本文的主要研究工作如下:
　　①轮边减速器系统耦合动力学分析模型的建立。在考虑齿轮副啮合变形和支撑轴承弹性变形以及箱体上的螺栓连接等因素的基础上,借用ANSYS参数化建模功能,建立精细的轮边减速器系统的齿轮-轴-轴承-箱体耦合系统动力学分析模型。
　　②轮边减速器系统固有特性的求解。采用Lanczos法进行模态分析,得出轮边减速器的固有频率及固有振型。
　　③轮边减速器内部动态激励的数值模拟。考虑时变啮合刚度、阻尼、齿侧间隙、传动误差等非线性因素,分别采用三维静力接触有限元法、动态接触有限元法和误差近似法对轮齿啮合刚度激励、啮合冲击激励及轮齿传动误差激励进行数值模拟,并对齿轮系统内部动态激励进行合成,定量地给出轮边减速器系统内部动态激励。
　　④轮边减速器系统动态响应的模拟。将系统的内部动态激励通过APDL命令流以分布载荷的方式施加在各齿轮副的啮合线上,采用模态叠加法对轮边减速器结构系统和传动系统耦合动态特性进行分析;得到轮边减速器在内部激励作用下的位移、速度、加速度时域曲线和频域曲线。
　　⑤轮边减速器系统动态响应的优化设计。选取轮边减速器在内部激励作用下节点振动加速度均方根值最小为目标函数,轮边减速器箱体主要设计参数为动态响应优化设计变量,以体积为状态变量,构建轮边减速器动力优化模型。采用ANSYS内部提供的零阶方法对减速器进行动态响应优化,得到设计变量的最优值。并根据最优值的圆整值重新建立轮边减速器动力学分析模型,采用和优化前同样的方法,重新计算减速器的固有特性和动态响应,以评价优化后减速器的动力性能。