汽车变速器齿轮强化系数分析计算及加速寿命试验设计

摘要

汽车道路试验是考察和评价汽车可靠性的最直接的技术措施和手段。为了缩短汽车研发和试验的周期，道路试验一般都在配备有各类强化道路的汽车试验场进行。为了使道路试验里程与一般道路里程之间有可比性，需要确定各种试验场路面对于一般道路的强化系数。手动变速器是汽车上重要的总成之一，被广泛应用于各类车辆上。车辆在道路上行驶的过程中，由于变速器齿轮的应力难以直接采集，使其强化系数的计算存在一定困难。
　　本文以某SUV手动变速器齿轮为研究对象，提出了一种基于实测载荷与虚拟样机仿真的强化系数计算方法。在一般道路和试验场强化道路、山路和高环路上进行了载荷谱采集，用雨流计数法得到了载荷均值与幅值的分布形式，采用数理统计方法推断和检验了载荷的分布规律，发现载荷均值服从正态分布，载荷幅值不服从常规的正态分布或威布尔分布。采用参数估计的方法确定了载荷均值的概率密度函数，并对载荷谱进行外推。在此基础上，根据Conover方法将采集到的载荷编制为八级一维载荷谱。
　　接着，在ADAMS中建立了变速器齿轮轴系的多体动力学模型，得到了基于编制载荷谱的齿轮关键节点的应力，并用ANSYS瞬态动力学分析对同一节点的应力进行了对比验证，两者吻合程度较高。以齿轮材料的疲劳特性为基础，用Miner线性累积损伤理论计算了齿轮在各个工况下的损伤，进而得到了各种试验场路面相对于一般道路的强化系数。
　　最后，本文基于变速器台架试验的行业标准，计算了台架工况相对一般道路工况的强化系数，提出了变速器台架加速寿命试验方案，进一步缩短了试验周期，节省了试验成本。本文对汽车耐久性试验的组织实施和加速寿命试验的设计提供了重要依据。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 本课题的研究背景和意义

1．2 本课题的研究现状及发展

1．2．1 机械零部件疲劳寿命研究历史与现状

1．2．2 变速器疲劳寿命分析预测研究现状

1．2．3 载荷谱编制研究现状

1．2．4 汽车试验场道路强化系数研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 本文主要技术路线

2 变速器总成道路载荷采集

2．1 变速器总成载荷采集系统的实现

2．1．1 扭矩信号采集系统

2．1．2 转速、挡位信号采集系统

2．2 道路载荷采集试验

2．2．1 强化道路载荷采集

2．2．2 山路载荷采集

2．2．3 高速环路载荷采集

2．2．4 一般道路载荷采集

2．3 总成道路载荷预处理

2．3．1 毛刺信号的处理

2．3．2 信号漂移的处理

2．3．3 时域扭矩载荷按挡位分解

2．4 本章小结

3 载荷谱的外推与编制

3．1 载荷分布规律

3．1．1 均值分布规律

3．1．2 幅值分布规律

3．2 载荷谱的外推

3．3 载荷谱的编制

3．4 本章小结

4 试验场道路强化系数计算

4．1 齿轮应力时间历程的获取

4．1．1 齿轮副参数化模型的建立

4．1．2 变速器总成刚柔耦合模型的建立

4．1．3 齿轮应力时间历程的导出

4．1．4 应力时间历程的验证

4．2 各挡位工况间强化系数的计算

4．2．1 齿轮材料疲劳特性

4．2．2 疲劳累积损伤理论的选取

4．2．3 各挡位工况间强化系数计算

4．3 试验场道路强化系数计算

4．4 本章小结

5 变速器台架加速寿命试验设计

5．1 台架工况下齿轮应力时间历程的获取

5．2 台架工况强化系数的计算

5．3 变速器加速寿命试验方案设计

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士期间的学术活动及成果情况