课程文献中心 更多>>

关键词： 启动电机   电机驱动   翻转   乐高积木   传动比   显示屏   时钟  

摘要： 乐高翻转时钟。这款乐高翻转时钟的外观和操作与老式机械翻转钟一模一样。它利用了相同的齿轮和机制来显示时间,仅由一个电机驱动,当启动电机时,联动着的齿轮会带动着显示屏以不同的传动比从后往前滚动。时钟宽44厘米,高15厘米,除了翻转板上的数字贴纸,全部由乐高积木完成。乐高不再仅仅是儿童的玩具。

关键词： 卧式   沉降   离心机   差速器   传动比  

摘要： 行星齿轮差速器是卧式沉降过滤式离心机的核心传动部件,差速器的工作性能直接关系到整机工作的可靠性和平稳性,合理选取差速器的参数尤为重要。本文通过分析确定了差速器的传动比,并对齿轮齿数进行了选配设计,计算了差速器的转矩与功率,为结构设计与选型奠定基础。

关键词： 车辆工程   模拟退火   线控转向   变传动比   操纵稳定性  

摘要： 针对线控转向(SBW)系统车辆进行研究,基于定横摆角速度增益法设计变传动比算法,并依照系统结构与设计目的对算法改进修正。采用模拟退火算法,以郭孔辉院士提出的操纵稳定性综合评价指标函数作为优化算法目标函数,对经验选取的定增益值进行优化,得到全局最优定增益值。以全局最优增益值作为最终传动比算法设计依据。对所设计传动比算法进行仿真分析,结果表明,采用优化后增益值传动比算法的SBW车辆具有更好的转向性能,并有效减轻驾驶员的操作负担。

关键词： 摩擦热流密度   有限元分析   稳态温度场   齿轮传动  

摘要： 以一对高速传动条件下的渐开线圆柱直齿轮为研究对象,基于传热学理论推导出齿轮副稳态温度场的边界条件,计算分析了齿轮啮合线上任意点的摩擦热流密度,结合SolidWorks的三维建模功能和ANSYS的有限元仿真分析功能得到了不同传动参数下的齿轮稳态温度场变化特性图。结果表明,降低转速、转矩会不同程度地降低齿轮本体温度,为降低齿面温升、改善齿面润滑性能和提高齿轮胶合承载能力提供了一定的理论依据。

关键词： ADAMS   平面四连杆机构   运动学仿真   实体建模  

摘要： 为了了解柔性部件对机械运动的影响,也为了在机械结构设计过程中减少设计误差,保证机械设计作品的可行性和有效性。基于ADAMS软件,创建平面四连杆机构虚拟模型,并对其进行运动学仿真分析。从影响机械运动的关键参数着手,即:仿真分析位移、速度、角速度、角加速度、各点作用力与力矩变化特性曲线,用特性曲线描述出平面四连杆的运动趋势,同时通过对比仿真数据与理论数据,得出其理论值与仿真值相差不大,表明利用ADAMS软件对平面四连杆机构进行仿真分析可以验证平面四连杆机构的运动可行性。这对于解决机械结构设计过程中出现的机械机构不合理、不可行等问题具有重要的作用,同时也在一定程度上了解了各部件在运动过程中的瞬时状态,增强对机械结构的分析能力,提高了设计效率。

关键词： 线控转向系统   变角传动比   横标角速度增益   侧倾角增益   操纵稳定性   平顺性评价指标  

摘要： 近年来,汽车行业迎来巨大变革,使用电力、新能源等作为驱动能源的汽车正不断地取代传统燃油汽车。伴随着21世纪计算机技术,控制技术的发展,在转向系统研究领域,线控转向系统(SBW)相对于传统机械式转向系统(MS)的优势愈发明显,SBW技术没再用方向盘与转向器之间的齿轮相接,转而使用电机、线束等控制线路来实现和保障功能。与此同时,也正是因为电控系统的应用有便于转向系统中转向角传动比的设计,也有便于将转向系统与其他控制系统集成起来更好地提升汽车操纵稳定性舒适性。但是在目前的普遍研究中,在SBW角传动比的具体设计方面还没有具体的国际标准,同时大众对于汽车操纵稳定性和舒适性的要求则越来越高,针对这个现状,本文针对SBW的理想转向角传动比设计及控制策略等进行研究,探究的主要内容如下: (1)对SBW中的结构与原理进行分析,利用降价建模思想,对组成部分建立微分方程并建立动力学仿真模型;利用参数化建模思想在CARSIM中建立汽车模型。最后利用CARSIM-SIMULINK软件联合仿真建立整车模型,并建立三自由度汽车模型。 (2)分别研究MS技术和SBW技术中的转向特性,并由此对比指出SBW的优势。利用线性三自由度汽车模型,基于固定横摆角速度增益来对变角传动比进行初步设计,随后与传统MS进行仿真对比,获得仿真实验数据后开展数据分析并提出下一步要求。 (3)为设计出更为理想的变角传动比,使之更加符合操作者的驾驶习惯。一方面对评价指标进行改进,将稳定性评价指标和平顺性评价指标进行结合得到新的总评价指标;另外一方面是基于分段思想,综合考虑基于横摆角速度增益和侧倾角增益相结合的办法,来设计变角传动比。 (4)基于已设计的理想变角传动比,在应用前馈控制策略的基础上面,设计了基于滑模控制的主动转向控制策略,以应对复杂工况受到外部环境的干扰下,能够对前轮转角进行补偿使其更加趋近于理想前轮转角,此后再进行工况仿真验证。

关键词： 线控转向系统   转向变角传动比   转角跟踪控制   主动前轮转向控制   线性自抗扰控制  

摘要： 随着汽车电动化、网联化、智能化和共享化时代的到来,汽车线控底盘技术迎来了快速发展阶段。线控转向系统作为汽车线控底盘系统的重要组成部分,其取消了方向盘与转向执行机构之间的机械连接,实现了两者之间的机械解耦。转向执行机构的线控驱动特点使得汽车可以实现转向变角传动比控制以及主动前轮转向控制功能,进而为提升汽车的操纵稳定性创造了条件。然而,线控转向系统取消了机械连接,转向轮由转向执行电机驱动,因此需要有效地设计转向执行电机转角跟踪控制算法,保证转向执行电机能够精确地跟踪期望转角。针对上述问题,首先,本文在调研了国内外研究现状的基础上,依托国家重点研发计划项目“多系统高效集成轮毂电机行动模块与整车转矩矢量分配技术”(项目编号:2021YFB2500703)和吉林省科技发展计划项目“线控一体化底盘电动汽车自动换道决策与控制研究”(项目编号:20230101121JC),设计了随车速和方向盘转角变化的线控转向系统转向变角传动比,提高了汽车在低速行驶时的转向灵敏性和中高速行驶时的稳定性。其次,为了保证线控转向系统转向执行电机在内部参数和外部力矩扰动下都能够精确地跟踪期望转角,设计了基于线性自抗扰控制的转角跟踪控制算法。最后,为了减小侧向风、对开路面等驾驶工况对汽车操纵稳定性的影响,设计了考虑介入时机的主动前轮转向控制算法。本文的具体研究内容如下:(1)搭建线控转向汽车动力学模型。首先,利用MATLAB/Simulink软件搭建了线控转向系统动力学模型。其次,利用CarSim软件的接口设置和多软件联合仿真功能,将CarSim汽车动力学模型中的助力转向模型替换为所搭建的线控转向系统动力学模型,从而组成线控转向汽车动力学联合仿真模型。最后,基于双移线试验、转向轻便性试验和方向盘角正弦输入试验对线控转向汽车动力学模型进行了测试验证。(2)研究线控转向系统转向变角传动比设计方法。首先,利用CarSim汽车动力学模型分析了传统机械转向汽车的转向特性,并介绍了基于定横摆角速度增益设计转向变角传动比的方法。其次,根据国内外转向变角传动比研究成果以及对传统机械转向汽车转向特性的分析,提出了随车速和方向盘转角变化的转向变角传动比统一模型。再次,将车速分为低速、中速、高速、由低速到中速过渡和由中速到高速过渡五个速段,并基于转向变角传动比统一模型分别设计了每个速段的转向变角传动比。最后,利用粒子群优化算法优化了不同速段下转向变角传动比统一模型中的中心比梯度系数值,并利用线控转向汽车动力学模型对所设计的转向变角传动比的控制效果进行了测试验证。(3)研究基于线性自抗扰控制的转角跟踪控制算法。首先,为了提高线控转向系统转向执行电机转角跟踪控制的精度和鲁棒性,从而减少线控转向系统工作过程中由内部参数和外部力矩扰动带来的影响,利用线性自抗扰控制设计了线控转向系统转向执行电机转角跟踪控制算法。其次,为了验证所设计的转角跟踪控制算法的控制效果,设计了基于PID控制的转角跟踪控制算法对比控制效果。最后,利用线控转向汽车动力学模型,并在转向变角传动比控制的基础上,测试验证了所设计的转角跟踪控制算法的控制性能。(4)研究线控转向系统主动前轮转向控制算法。首先,基于横摆角速度偏差和质心侧偏角偏差设计了主动前轮转向介入时机,并利用侧向速度-横摆角速度相平面验证了其合理性。其次,利用模糊自适应PID控制设计了基于横摆角速度反馈的主动前轮转向控制算法。再次,为了避免主动前轮转向给驾驶员正常驾驶带来过大影响,设计了随车速变化的主动前轮转向介入阈值。最后,利用线控转向汽车动力学模型,并在转向变角传动比控制和转向执行电机转角跟踪控制的基础上,测试验证了所设计的考虑介入时机的主动前轮转向控制算法的控制性能。

关键词： 非线性动力学   锥齿轮传动   齿面温度   动态特性   参数耦合  

摘要： 锥齿轮传动是传动系统中常见的一种传动形式,本课题拟以一对直齿锥齿轮副传动系统为研究对象,在综合考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、阻尼、传递误差等非线性因素基础上引入齿面闪温建立7自由度锥齿轮系统动力学模型,探索啮合频率、齿侧间隙、载荷系数、时变啮合刚度幅值系数以及齿面闪温对直齿锥齿轮系统动力学特性的影响;采用CPNF法延续追踪判稳获得其周期运动的参数域界结构,揭示系统随参数分岔、脱啮、冲击、动载荷的转迁规律及其关联关系,为直齿锥齿轮结构设计参数选择提供理论依据。 利用matlab以及球面渐开线方程绘制了直齿锥齿轮三维模型。根据Block闪温理论,计算直齿锥齿轮主、从动轮的齿面闪温,分析转速、负载、重合度对锥齿轮齿面闪温的影响、齿面闪温引起的齿廓形变以及由形变引起的直齿锥齿轮时变啮合刚度的变化。 建立含齿面闪温、时变啮合刚度、齿侧间隙等因素的直齿锥齿轮系统七自由度动力学模型,运用龙格库塔法求解方程,以啮合频率、齿侧间隙、时变啮合刚度幅值系数、载荷系数为分岔参数绘制分岔图、相图、Poincaré截面图、时间历程图,分析锥齿轮系统动力学的混沌与分岔特性。 最后采用改进的CPNF法,通过Floquet理论延续追踪判稳获得其周期运动的参数域界结构,得到直齿锥齿轮系统的周期数和不动点,分析系统随参数分岔、脱啮、冲击、动载荷的转迁规律及其关联关系。 研究结果表明:在参数区间内,系统经周期1运动、周期4运动、周期10、拟周期等运动进入混沌,由周期到混沌有时会经历明显的“跳跃”行为,齿面闪温在一定程度会加剧齿轮的非线性特性。构建时变啮合刚度和频率比平面,采用CPNF法延续追踪判稳获得其周期运动的参数域界结构,解域界结构表明齿轮啮合重合度是影响齿轮冲击的主要因素,随重合度递增齿面脱啮、齿背接触的概率增大。同时参数平面解域界结构揭示了系统随参数分岔、脱啮、冲击、动载荷的转迁规律及其关联关系,依据解域界结构对转速和重合度参数进行匹配优化。选取参数时尽量避开混沌、双边冲击和动载较大的参数区域,能有效地降低啮合冲击、脱啮和动载对直齿锥齿轮的影响,延长锥齿轮使用寿命。

关键词： 线控四轮转向   变角传动比   粒子群模糊控制   模糊滑模控制   操纵稳定性  

摘要： 近年来,智能汽车技术迎来了发展的机遇,电动汽车也越来越受到人们的关注,它使人们的出行变得更加智能、高效和人性化。其中,线控四轮转向电动汽车由于具有低速的机动性和高速的操纵稳定性,逐渐成为了未来无人驾驶汽车发展的方向。本文针对线控四轮转向电动汽车进行研究,通过设计合理的变角传动比算法控制前后轮的转角,以此来改善汽车低速的机动性和高速的稳定性。首先,根据线控转向(SBW)系统工作原理搭建了线控转向系统模型,并在整车模型中搭建了轮胎模型和驾驶员模型等,从而构成了非线性7自由度整车模型,通过模型对比分析来验证所建模型的准确性与合理性,为后续线控四轮转向(SBW-4WS)汽车的算法研究奠定了基础。其次,针对线控前轮转向变角传动比,提出了粒子群模糊控制方案。模糊控制器可以不考虑模型的复杂性,对转向实现精确控制,却过于依赖设计者的经验且调试繁琐,所以采用粒子群群体智能算法对模糊规则与隶属度函数进行寻优。为了避免粒子陷入局部最优,引入可变惯性权重和可变学习因子,以保证粒子的全局寻优能力,从而提高控制器的控制效果。通过稳态回转试验、双移线和角阶跃工况仿真结果可知,所提出的控制策略满足汽车低速转向轻便和高速转向稳定的转向特性,改善了汽车的操纵稳定性,并且验证了该方案的可行性。同时,在线控主动后轮转向控制算法研究中,提出了包含变角传动比的模糊滑模控制方案。在分析了车辆稳定性之后,选取质心侧偏角为零与跟踪理想横摆角速度作为控制目标,并将变角传动比引入线控四轮转向汽车中,设计了滑模控制器,它抵抗外界干扰的能力较强,但是容易出现抖振现象,所以将指数趋近率和模糊控制理论引入其中,以改善控制器的控制性能。通过开环和闭环试验仿真结果可知,模糊滑模控制器相比于传统的四轮转向汽车和前轮转向汽车在低速时具有更好的机动性,在高速时稳定性也更佳,抗侧向风能力也更好,验证了该方案的有效性。最后,针对线控四轮转向汽车在低附着路面上的操纵稳定性,采用了最优控制方案,以理想车辆模型为跟踪对象,同时对汽车前、后轮转角进行控制,进而改善了汽车的稳定性。通过开环和闭环试验仿真结果可知,全线控四轮转向汽车相比线控主动后轮转向汽车的稳定性得到了改善,从而验证了控制算法的有效性。

关键词： 车辆工程   机车齿轮   内外激励   齿面磨损   齿轮振动  

摘要： 机车传动齿轮是机车运行的关键零部件,常处于高速重载的运行条件下,因此对齿轮的服役性能提出了更高的要求。齿面磨损作为齿轮的常见故障之一,会降低传动系统的效率和精度,甚至影响到机车的安全行驶。因此,有必要对机车齿轮齿面磨损特性开展研究。由于机车运行条件的特殊性,存在内部和外部因素对机车齿轮传动系统产生影响,所以需分析内、外部激励对机车齿轮齿面磨损的影响。最后,为保障齿轮传动系统的稳定性和可靠性,有必要分析含齿面磨损故障的机车齿轮振动响应和模态。基于此,本文以机车传动齿轮作为研究对象,通过数值法和有限元法进行研究,论文的主要研究工作如下:(1)通过Archard磨损公式和Hertz接触理论,建立了考虑动态磨损系数的机车齿轮齿面磨损数值仿真模型,并对其进行仿真计算,计算表明,主、从动齿轮靠近齿根处磨损深度最大,在节线处磨损深度为0mm,节线两侧单、双齿交替区域磨损深度出现突变。随后分析齿轮参数对齿面磨损的影响,结果表明,增大模数、压力角、齿宽和传动比或减小负载转矩可减缓齿面磨损。(2)为进一步探究内外激励对机车齿轮齿面磨损的影响,利用有限元软件ABAQUS进行二次开发UMESHMOTION子程序,并结合ALE自适应网格,建立了机车齿轮齿面磨损有限元仿真模型,在仿真后通过MATLAB提取齿面磨损信息,并将结果与数值仿真结果对比,发现两者都在齿根处磨损深度最大,节线处几乎不发生磨损。随后,通过改变模型参数以研究摩擦系数和中心距误差对齿面磨损的影响。研究发现,随着摩擦系数的增大,磨损深度总量不断增大,在节线处磨损深度不变,以节线为界靠近齿根处磨损深度增加,齿顶处相反,其增加量大于减少量,磨损深度的增加量主要集中在齿根处。当中心距误差为负时,随着中心距的减少,磨损深度总量越大,而当中心距误差为正时,随着中心距的增大,磨损深度总量几乎不发生变化。最后,基于多体动力学软件建立了机车动力学模型,分别仿真得到钢轨波磨激励和车轮多边形激励下从动齿轮垂向振动位移,加载到有限元模型中进行磨损仿真计算,发现激励的存在会加深齿根处磨损,且激励产生的垂向振动位移越大,对齿面磨损的影响越大。(3)基于能量法推导出含齿面磨损的齿轮啮合刚度计算公式,进而研究不同程度齿面磨损对齿轮时变啮合刚度的影响,研究发现,齿面磨损会降低齿轮啮合刚度,随着磨损程度的加剧,刚度减少量越大,对齿顶刚度的影响大于齿根位置。在此基础上建立了六自由度齿轮动力学模型,将齿轮时变啮合刚度代入到动力学方程中进行求解,以研究含齿面磨损故障的齿轮振动响应,发现磨损故障对齿轮振动响应和传动误差影响较小,仅在幅值上发生变化。因此通过统计指标去评估不同程度磨损对信号的影响,发现在频域中偏度和均方根值对磨损故障有比较强的敏感性。(4)在ABAQUS软件中建立了含不同程度齿面磨损的机车齿轮有限元模型,并对其进行模态分析。结果表明,齿面磨损导致齿轮固有频带变宽,在设计和使用中应注意避开这一频带,避免发生共振。但齿面磨损对振型影响较小,齿顶变形量大于齿轮其他部位,因此在齿轮加工时需要注意加强齿顶的强度。