单锥面锁环式同步器有限元动态分析及拨叉结构优化

摘要

目前对同步器的研究，主要偏向于换挡过程试验研究、理论物理模型推导、动力学仿真以及对部分零件的结构优化。其中，同步器的试验研究虽然能够较为真实的反映换挡过程的真实情况，但并不能观察到各零件的真实运动情况，且试验成本高昂；模型推导和动力学仿真研究着重分析了同步器中的运动学问题、换挡力和换挡时间，而缺少了对同步器中故障问题的分析研究；同步器的结构优化，往往是设计人员根据经验对拨叉、弹簧等的改进，然后利用试验分析改进效果，效率较低。
　　本文以某商用车变速器中单锥面锁环式同步器为研究对象，针对其现实中出现的强度破坏、磨损和烧灼等现象，利用虚拟仿真技术分析同步器换挡过程中产生故障的原因，并加以改进。将同步器的换挡过程划分成五个阶段，预同步阶段、同步阶段、解锁阶段、啮合阶段和换挡完成阶段。根据这五个阶段的特征，具体分析研究内容如下：
　　（1）建立同步器动力学模型，分析其换挡过程并提取换挡力、拨叉位移等参数；
　　（2）将动力学分析获得的参数作为边界条件，建立对称拨叉、不对称拨叉同步器有限元动态模型，分析对比换挡过程中出现应力集中、破坏的原因；
　　（3）针对不对称拨叉两臂不同刚度而产生的偏载及应力集中现象，确认设计变量、约束条件和优化目标，对其进行拓扑优化和形状优化，并将优化后拨叉与同步器装配，进行有限元分析并与优化前结果进行对比，验证拨叉优化的有效性。
　　从动力学分析、有限元分析和结构优化三个方向对单锥面锁环式同步器进行分析，旨在提高同步器研究设计效率，改善同步器换挡性能，并降低不对称拨叉产生的偏载、应力集中,延长同步器使用寿命。

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1 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 单锥面锁环式同步器介绍

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容

2 单锥面锁环式同步器换挡力分析

2.1 引言

2.2 轮齿刚度、接触刚度提取

2.3 动力学接触模型

2.4 动力学模型参数及约束

2.5 动力学仿真分析结果

2.6 本章小结

3 单锥面锁环式同步器有限元动态分析

3.1 引言

3.2 模型参数及约束

3.3 法向接触模型

3.4 摩擦模型

3.5 有限元仿真分析

3.6 本章小结

4 拨叉结构优化

4.1 引言

4.2 OptiStruct结构优化技术介绍

4.3 不对称拨叉拓扑优化

4.4 不对称拨叉形状优化

4.5 优化后同步器有限元分析对比

4.6 本章小结

5 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表论文目录