汽車主減速器的優(yōu)化設(shè)計_崔勝民

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1、第三屆中國CAE工程分析技術(shù)年會論文集汽車主減速器的優(yōu)化設(shè)計崔勝民，張誼華（哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院,威海264209）摘要:::本文:以汽車主減速比為設(shè)計變量，汽車動力性的要求做約束條件，對以汽車燃油經(jīng)濟(jì)性所做的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，得到最佳匹配的主減速比。在此基礎(chǔ)上，以齒輪副最小體積和為目標(biāo)函數(shù)，以齒輪的幾何約束和強度要求為約束函數(shù)，對主減速器的雙曲面齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，形成對汽車主減速器整體優(yōu)化的設(shè)計方法。在保證汽車動力性的同時，達(dá)到節(jié)能降耗，提高設(shè)計質(zhì)量的目的。最后通過設(shè)計實例，驗證此優(yōu)化方法的可行性。關(guān)鍵詞::::汽車主減速器；傳動比；優(yōu)化；雙

2、曲面齒輪汽車主減速器作為汽車驅(qū)動橋中重要的傳力部件，是汽車最關(guān)鍵的部件之一。主減速器設(shè)計的好壞關(guān)系到汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性以及噪聲、壽命等諸多方面。如何協(xié)調(diào)好各方關(guān)系、合理匹配設(shè)計參數(shù)，以達(dá)到滿足使用要求的最優(yōu)目標(biāo)，是主減速器設(shè)計中最重要的問題。通常主減速器優(yōu)化設(shè)計多是僅從某一角度考慮，單一的改善其某一方面參數(shù)，而沒有將其參數(shù)優(yōu)化有效結(jié)合起來。因此，本文力求改變以往的設(shè)計方式，提出針對汽車主減速器整體的最優(yōu)化設(shè)計方法，通過對汽車主減速器傳動比優(yōu)選及主減速器雙曲面齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，實現(xiàn)汽車主減速器參數(shù)的最佳匹配，達(dá)到充分發(fā)揮汽車整體性能、節(jié)約能耗、降低成本

3、、提高設(shè)計質(zhì)量和效率。111汽車1汽車汽汽汽主減速器傳動比優(yōu)汽主減速器傳動比優(yōu)化模型優(yōu)化設(shè)計最關(guān)鍵的一步是建立反映客觀工程實際的、完善的數(shù)學(xué)模型，因此，建模時要抓住主要矛盾，適當(dāng)忽略不重要的因素，盡量使問題合理簡化，這樣既可節(jié)省時間，也會改善優(yōu)化結(jié)果。1.11.11.1設(shè)計變量設(shè)計變量本文主要研究的是在不改變汽車變速器傳動比的情況下，針對汽車主減速器傳動比的優(yōu)化選擇。因此，只以主減速器傳動比i為優(yōu)化模型的設(shè)計變量，即：oX=i（1）o1.1.1.21.222目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)設(shè)計中總是希望得到良好的動力性和經(jīng)濟(jì)性。然而，汽車動力性與經(jīng)濟(jì)性往往是相互矛盾的，

4、不可能在同一方案中，使汽車的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性都達(dá)到最優(yōu)。本文采用以燃油經(jīng)濟(jì)性作為優(yōu)化的主要目標(biāo)，在保證汽車在具有必要的動力性的條件下，具有最好的經(jīng)濟(jì)性。汽車燃油經(jīng)濟(jì)性一般用多工況行駛?cè)加拖牧縼砗饬?，因此，以循環(huán)工況燃油消耗量Q為目s標(biāo)函數(shù)，要求Q最小。即：smin()fX=Q（2）s汽車在整個循環(huán)工況的燃油消耗量Q等于各行駛工況如等速行駛、加速、減速和怠速停s車等行駛工況的燃料消耗量之和。按循環(huán)六工況的計算油耗總量。(參照國內(nèi)載貨汽車六工況試驗循環(huán)JB3352)。汽車六工況循環(huán)參數(shù)如表1所示。8391第三屆中國CAE工程分析技術(shù)年會論文集表1汽車六工

5、況循環(huán)參數(shù)2工況序號車速(km/h)行程(m)累計行程(m)時間(s)加速度(m/s)12550507.20225~4015020016.70.2534025045022.50440~5017562514.00.255025087518.00650~25200107519.3-0.301.31.31.3約束條件約束條件既然選擇了經(jīng)濟(jì)性作為目標(biāo)函數(shù)，那么為了滿足汽車的動力性能的要求，就應(yīng)以動力性要求作為約束條件。以原地起步連續(xù)換檔加速時間t代表汽車的動力性，使時間t不得大于設(shè)計要求值t，即約束條件為：0gX()=-tt￡0（3）0式中t按汽車定型試驗標(biāo)準(zhǔn)對

6、汽車動力性要求：原地起步連續(xù)換檔加速通過400m所需時0間不大于37秒。汽車原地起步連續(xù)換檔加速時間t為：u1u2t=3.6dm/(F-F-F)du+3.6dm/(F-F-F)du∫0t0f0w0∫1t1f1w10u1un+1+L+∫3.6dnm/(Ftn-Ffn-Fwn)du(4)un式中，d為考慮了非穩(wěn)定工況時發(fā)動機特性變化及慣性影響回轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)；u為汽車原地起ii步連續(xù)換檔時的換檔車速，換檔點選擇在各檔加速度相等的點,(i=1,2,Ln)。用程序作出加速度倒數(shù)的曲線，根據(jù)曲線的交點確定加速換檔時間。F、F、F分別為汽車行駛時，所受tfw的驅(qū)動力滾動

7、阻力和空氣阻力。歸納起來，可得主減速比優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型如下:X=i0min()fX=Q（5）ss.tgX()=-tt￡00222汽主減速器齒輪參數(shù)優(yōu)化設(shè)計2汽主減速器齒輪參數(shù)優(yōu)化設(shè)計汽車主減速器主要是由一對錐齒輪副和主減速器殼體組成。主減速器的雙曲面齒輪屬于空間齒輪傳動副，是現(xiàn)有齒輪傳動副中最為復(fù)雜的一種。其設(shè)計涉及眾多的計算公式、參數(shù)和圖表。用傳統(tǒng)方法設(shè)計時，往往要憑經(jīng)驗估算來確定其基本參數(shù)，耗費大量的精力和時間,且容易出錯，也很難得到一個最佳的設(shè)計結(jié)果。因此，應(yīng)用優(yōu)化方法合理選擇雙曲面齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)，將有助于改善主減速器性能，降低成本，也有助于提高設(shè)計

8、質(zhì)量、縮短設(shè)計周期。2.12.1目標(biāo)函數(shù)2.1目標(biāo)函數(shù)一般汽車的總體尺寸有限，能