基于Pareto遗传算法的功率分流式无级变速器优化设计研究

摘要

无级变速器作为汽车传动较理想的传动方式，不仅加速性能好而且乘坐舒适性高，尤其可以减轻堵车时驾驶员的疲劳，提高驾驶的安全性。由于汽车无级变速器采用传动带式摩擦传动，与齿轮传动相比存在传动效率较低、承载能力有限等缺点，针对这种情况，论文对功率分流式无级变速(PS-CVT)进行了研究，基于Pareto遗传算法，以齿轮可靠性作为主要约束条件对其齿轮系进行了优化设计，在保证汽车动力性和可靠性前提下，尽量提高汽车的制造和燃油经济性。论文主要完成了如下研究工作：
　　通过对PS-CVT的结构和传动过程进行分析，建立了其运动学方程。在保证无封闭功率循环条件下，针对不同输入输出组合的串、并联式PS-CVT，从速比、传动比范围和流经CVT的功率比等方面进行了研究，所得结果可以为不同组合的串、并联式PS-CVT选型提供指导。
　　针对PS-CVT，在保证零件强度和变速器动力性能前提下，建立了以速比范围最大、体积最小以及轴中心距最短的多目标函数；结合齿轮可靠性理论，将齿轮可靠性作为约束条件之一，构建了PS-CVT优化设计模型。
　　基于Pareto遗传算法，对PS-CVT优化设计模型的求解方法进行了研究，通过优化设计得到了整个Pareto最优解集。优化结果的对比分析表明，优化后PS-CVT的速比范围增大、体积减小、轴中心距变化不大。最后，根据优化后的齿轮参数数据构建了其三维装配模型，并将模型导入ANSYS Workbench中，建立了齿轮副有限元分析模型，对斜齿轮啮合副的接触分析进行研究，分析结果表明优化设计得到的齿轮满足接触强度和可靠度要求。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的内容

第2章 PS-CVT的传动机理及方案分析

2.1 无级变速单元的运动学分析

2.2 行星轮系的运动分析

2.3 PS-CVT的运动学分析

2.4 PS-CVT的功率流分析

2.5 PS-CVT的方案分析

2.6 本章小结

第3章 PS-CVT齿轮系多目标优化数学模型的建立及算例分析

3.1 常用的变速器设计目标函数

3.2 齿轮的可靠度约束计算方法

3.3 PS-CVT齿轮系的多目标优化函数

3.4 约束条件

3.5 基于遗传算法的PS-CVT优化算例

3.6 本章小结

第4章 基于Pareto遗传算法的多目标优化

4.1 遗传算法基础

4.2 Pareto遗传算法的多目标优化

4.3 基于Pareto遗传算法的PS-CVT优化算例

4.4 优化结果的验证

4.5 本章小结

第5章 总结和展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的成果及参与的项目