AMT离合器执行机构参数建模优化与有限元耦合仿真分析

摘要

本文以北汽幻速S6混动车型中AMT（Automated Mechanical Transmission）系统的项目为研究背景，并以该车型的电控离合器执行机构作为研究对象，针对手动挡离合器分离与接合操纵复杂的问题，运用CAE仿真分析方法，对AMT离合器执行机构及其中的复合材料关键零件进行了优化及性能预测研究。主要做了以下几点工作：
　　（1）采用理论计算的方法建立了弹簧助力与扇形齿轮旋转角度的关系、推杆位移和阻力的关系以及分离电机扭矩的力学模型，验证了其虚拟样机模型的可靠性；揭示了其工作机理，发现了机构存在的不足，明确了离合器执行机构参数化优化的方向。
　　（2）基于上述建立的虚拟样机模型，对离合器执行机构中的助力机构进行了参数化分析，发现了影响扇形齿轮扭矩的主要因素。并通过比较优化前后少齿数齿轮的最大扭矩的仿真曲线，对助力机构进行了参数优化，最终使少齿数齿轮最大扭矩降低了12.48％。
　　（3）提出了采用复合材料多尺度理论与模流分析理论相结合的方法，对离合器执行机构中的玻纤增强塑料的材料属性进行研究，预测了其力学本构模型，为非线性材料零件的有限分析奠定了基础；基于模流分析理论，对该零件进行最佳浇口位置分析和充填取向分析，实现了玻纤方向分布的提取以及在同型异构网格之间的映射，为下一步玻纤增强塑料零件的强度分析提供了依据。
　　（4）采用耦合仿真方法对离合器执行机构推杆装配体及其中的关键零件进行了有限元分析，根据仿真结果提出的优化改善建议，减小了补偿机构工作过程中长度的变化；针对球头连接扣有限元耦合仿真分析中出现的应力集中现象，采用最佳注塑双浇口的模流优化设计方法，获得了球头连接扣的最佳浇口位置，使球头连接扣的最大应力值相比原始方案降低了8.4%，左右肩部的最大应力差值相比原始设计方案也降低了81.9%；对参数化优化前后扇形齿轮的结构强度进行了有限元耦合仿真研究及对比。结果表明优化后的扇形齿轮的最大应力降低了15.4%。
　　本文从仿真的角度，运用虚拟样机技术和有限元耦合仿真分析方法，对离合器执行机构进行了参数化优化研究，并提出了玻纤增强塑料的关键零件结构强度的研究方法和技术流程。对离合器执行机构的开发设计及增强塑料的关键零件的强度分析提供了参考。

目录

第一章 绪 论

1.1 前言

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 离合器执行机构的结构分析与设计参数

2.1 助力机构分析

2.2 补偿机构分析

2.3 缓冲机构分析

2.4 结构参数的设定

2.5 本章小结

第三章 离合器执行机构的多体系统动力学分析

3.1 多体系统动力学建模与求解

3.2 多刚体模型的建立

3.3 动力学仿真分析

3.4 本章小结

第四章 离合器执行机构的参数化优化分析

4.1 ADAMS参数化优化简介

4.2 助力机构参数化建模

4.3 助力机构设计研究

4.4 助力机构优化设计

4.5 本章小结

第五章 关键零件材料的本构模型、玻纤方向提取及映射

5.1 纤维方向张量理论基础

5.2 玻纤增强材料的本构模型

5.3 关键零件玻纤方向的提取

5.4 玻纤取向的映射

5.5 本章小结

第六章 关键零件耦合仿真分析与优化设计

6.1 耦合仿真分析软件

6.2 球头连接扣强度分析

6.3 推杆强度分析

6.4 扇形齿轮强度分析

6.5 本章小结

总结与展望

全文总结

论文创新点

论文的不足与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢