乘用车变速器斜齿轮传动系统拍击振动特性研究

摘要

在机械传动中，齿轮系统是一种重要的传动系统，随着科技的不断发展和机械工业水平的提高，各种各样工程中广泛使用齿轮传动，在汽车工业中，齿轮是汽车变速器的重要零部件之一，齿轮副的平稳啮合传动直接影响到变速器以及整车的各项性能指标。变速器各档位斜齿轮拍击碰撞会使变速器产生“咔嗒”噪声。汽车变速器齿轮传动系统的拍击特性是影响动力总成NVH性能的重要原因之一，加强对齿轮系统的拍击动力学行为的研究，是改善变速器传动系统性能的重要途径，进而对降低变速器各档位齿轮拍击噪声，改善整车NVH性能具有积极意义。
　　本文围绕国内某汽车企业的一款汽车变速器系统，以某档位单对斜齿轮传动系统为研究对象，以齿轮系统动力学理论为基础，建立了多自由度斜齿轮拍击动力学模型，分别使用有限元方法和Runge-Kutta数值方法求解，研究了系统固有特性和拍击特性，分别研究了齿轮自身结构参数和变速器系统激励参数对变速器斜齿轮拍击状态、拍击频率和拍击强度的影响。本文研究内容主要包括:
　　(1)在齿轮系统动力学和齿轮啮合原理的理论基础上，分析了齿轮拍击动力学产生机理，对影响齿轮拍击的系统动态激励的产生机理进行阐述，对齿轮啮合刚度进行傅立叶变换和数值模拟;对齿轮啮合误差进行了阐述，并数值曲线模拟。
　　(2)具体分析了几种不同的齿轮动力学模型建模方法和模型类型。在对比研究基础上，选择集中质量法，建立了弯-扭-轴的齿轮拍击动力学模型，并根据模型，推出拍击动力学微分方程组。为简化数值计算，对方程进行量纲归一化处理。
　　(3)分别使用有限元方法和MATLAB数值方法对斜齿轮系统的固有特性进行分析，分别通过MATLAB求解和ANSYS模态分析获得了系统的固有频率和振型，通过对比求解结果，说明了理论模型的可行性。
　　(4)通过MATLAB/Simulink搭建非线性拍击动力学方程组的求解模型，并使用龙格-库塔算法进行求解;研究了齿轮副时变啮合刚度、轮齿齿侧间隙、啮合阻尼、齿轮副啮合传递误差和输入扭矩对单对斜齿轮拍击状态、拍击频率和拍击强度的影响规律。并对一系列参数的选取提出合理化的建议。
　　本文研究结果表明:(1)适当增加齿轮副啮合阻尼比可在一定程度上减小拍击噪声;(2)降低齿轮副时变啮合刚度幅值对控制斜齿轮拍击现象具有积极意义;(3)扭矩波动由小变大时，齿轮拍击现象依次为:无拍击、单面拍击和双面拍击;(4)齿轮啮合传递误差变化对齿轮拍击变化基本没影响。(5)变速器拍击主要表现为扭转方向拍击。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 齿轮传动系统拍击动力学问题国内外研究现状

1．2．1 齿轮系统拍击动力学的国外研究现状

1．2．2 齿轮系统拍击动力学的国内研究现状

1．3 本文主要工作内容与研究路线

第二章 齿轮系统拍击振动机理和动态激励研究

2．1 引言

2．2 变速器拍击噪声产生条件

2．2．1 拍击产生原理

2．2．2 拍击门槛值判定

2．3 齿轮系统啮合动态激励研究

2．3．1 齿轮副啮合刚度激励

2．3．2 齿轮误差激励

2．3．3 啮合冲击激励

2．3．4 齿轮系统的外部激励

2．4 本章小结

第三章 变速器齿轮系统拍击动力学模型建立

3．1 引言

3．2 动力学离散化理论分析模型建模方法

3．3 典型的齿轮系统动力学模型介绍

3．4 变速器单对斜齿轮拍击动力学耦合模型建立

3．4．1 斜齿轮运动方程

3．4．2 弯-扭-轴耦合非线性分析模型

3．5 斜齿轮动力学模型中主要参数说明

3．5．1 一档斜齿轮副参数介绍

3．5．2 齿轮副啮合刚度建模计算与数值模拟

3．5．3 齿轮副啮合误差参数值计算与数值模拟

3．5．4 斜齿轮副轮齿啮合阻尼计算

3．5．5 单对斜齿轮副等效质量计算

3．5．6 齿轮副固有频率计算

3．5．7 齿轮副转动惯量计算

3．6 动力学方程无量纲化处理

3．7 本章小结

第四章 齿轮系统模态特性研究

4．1 引言

4．2 系统固有特性数值计算

4．2．1 理论分析基础

4．2．2 固有频率数值计算

4．3 齿轮系统有限元模态分析

4．4 分析结果对比

4．5 本章小节

第五章 齿轮系统非线性拍击动态特性分析

5．1 引言

5．2 动力学方程求解方法

5．2．1 数值方法Runge-Kutta法

5．2．2 齿轮动力学系统响应结果分析

5．3 不同参数对斜齿轮拍击动力学特性的影响与研究

5．3．1 齿轮齿侧侧隙对拍击特性影响

5．3．2 齿轮啮合传递误差对拍击特性影响

5．3．3 齿轮啮合阻尼对拍击特性影响

5．3．4 时变啮合刚度幅值变化对拍击特性影响

5．3．5 输入扭矩波动系数对拍击特性影响

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况