汽车变速器关键部件疲劳寿命预测与软件开发

摘要

变速器作为车辆传动系统的关键部件，起着改变汽车驱动力和车速的作用。随着汽车车速的提高，汽车变速器的工作条件变得恶劣，疲劳破坏事故不断增多。如果在变速器的研发阶段可以准确的预测变速器齿轮和轴承的寿命，设计出具有高寿命的变速器，可以避免很多事故的发生。一般的汽车变速器新品开发流程中新品实验以及产品验证周期过长，导致整个产品开发周期中设计更改阶段处于等待验证结果的状态。变速器疲劳寿命预测软件的开发可以使产品实验以及验证周期缩短，对变速器齿轮和轴承的疲劳寿命的研究具有重大意义。
　　文中利用MATLAB平台开发一套针对变速器的齿轮和轴承的概率疲劳寿命计算软件，软件利用MATLAB图形用户界面开发环境GUDE完成软件的界面设计。首先从功能分析的角度列举变速器关键零部件疲劳寿命预测软件所要实现的主要功能模块，并分析各个模块的可行性及实现方式。完成软件总体结构和软件内部的数据流通的设计，分析了各个模块之间的关系，然后分别设计软件的各功能模块。
　　系统的分析总结了变速器齿轮和轴承的载荷类型和载荷特点，根据变速器的稳态工况载荷，完成程序谱载荷的数学模型的设计。根据雨流法的理论将其编成程序，实现对变速器程序谱载荷和实测载荷的处理。在此的基础上完成载荷谱编制模块的设计。
　　根据GB3480-83完成齿轮应力和强度计算，利用MM准则对材料的P-S-N曲线进行修正，利用Gerber准则进行等效应力的计算，并利用Miner准则和Miner准则—干涉模型综合法完成变速器齿轮的概率疲劳寿命计算。在此的基础上完成齿轮寿命计算模块的设计。
　　在损伤积累假说的基础上，根据各档位使用情况和载荷类型，确定轴承总的当量动载荷，根据GB/T6391-2003来计算变速器轴承寿命。在此的基础上完成轴承寿命计算模块的设计。
　　最后利用该软件对某公司生产的5T136变速器的齿轮和轴承进行寿命计算，验证了软件的可行性和实用性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 变速器疲劳寿命计算的国内外研究现状

1．2．2 变速器疲劳寿命计算软件开发的研究现状

1．3 本论文的研究内容

第2章 变速器疲劳寿命预测软件功能分析与总体设计

2．1 软件的设计目标

2．2 软件的开发环境

2．3 变速器疲劳寿命预测软件功能分析

2．3．1 载荷谱编制功能

2．3．2 齿轮寿命计算功能

2．3．3 轴承寿命计算功能

2．4 变速器疲劳寿命预测软件总体设计

2．5 本章小结

第3章 汽车变速器的疲劳载荷谱编制模块功能实现

3．1 汽车变速器关键零部件载荷特点

3．1．1 齿轮载荷特点

3．1．2．轴承载荷的特点

3．2 雨流计数法及程序的实现

3．2．1 雨流法简介

3．2．1 雨流法在程序中的具体实现

3．3 汽车变速器的程序谱载荷

3．4 汽车变速器的实测载荷

3．5 汽车变速器的稳态工况载荷

3．6 汽车变速器的疲劳载荷谱编制模块设计

3．6．1 程序载荷谱的编制

3．6．2 实测载荷谱编制的界面设计

3．6．3 稳态工况载荷的输入界面设计

3．7 本章小结

第4章 变速器齿轮疲劳寿命计算模块功能实现

4．1 齿轮应力的理论计算

4．1．1 齿轮接触疲劳应力的理论计算

4．1．2 齿轮弯曲疲劳应力的理论计算

4．2 材料的P-S-N曲线及其修正

4．2．1 P-S-N曲线概述

4．2．2 P-S-N曲线的修正

4．3 等效应力的计算及修正

4．3．1 等效应力的计算

4．3．2 等效应力的修正

4．4 齿轮强度的理论计算

4．4．1 齿轮接触疲劳强度的理论计算

4．4．2 齿轮弯曲疲劳强度的理论计算

4．5 变速器齿轮的概率疲劳寿命理论计算

4．5．1 基于Miner准则的概率疲劳寿命计算

4．5．2 基于Miner准则—综合模型干涉法的概率疲劳寿命计算

4．6 变速器齿轮疲劳寿命计算模块设计

4．6．1 变速器齿轮基本参数

4．6．2 选择变速器齿轮的基本参数

4．6．3 导入各档位载荷谱

4．6．4 接触疲劳寿命计算

4．6．5 弯曲疲劳寿命计算

4．7 本章小结

第5章 变速器轴承的疲劳寿命计算模块功能实现

5．1 变速器轴承支反力的计算

5．1．1 输入轴轴承的支反力的计算

5．1．2 输出轴轴承的支反力的计算

5．2 变速器轴承当量载荷计算

5．2．1 受稳态工况载荷的轴承当量载荷的计算

5．2．2 受随机载荷的轴承当量载荷的计算

5．3 变速器轴承概率疲劳寿命的计算

5．4 变速器轴承的疲劳寿命计算模块设计

5．4．1 变速器轴承基本参数

5．4．2 选择变速器轴承的基本参数

5．4．3 导入各档位载荷谱

5．4．4 轴承寿命计算

5．5 本章小结

第6章 软件的工程应用

6．1 软件登录

6．2 变速器5T136基本参数

6．3 变速器5T136载荷谱的编制

6．3．1 变速器5T136程序载荷谱的编制

6．3．1 变速器5T136稳态载荷

6．4 变速器5T136各档位齿轮寿命计算

6．4．1 程序载荷谱作用下齿轮寿命计算

6．4．2 稳态载荷作用下齿轮寿命计算

6．4．3 结果分析

6．5 变速器5T136轴承寿命计算

6．5．1 程序载荷谱下的寿命计算

6．5．2 稳态载荷下轴承的寿命计算

6．5．3 结果分析

6．6 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录