课程文献中心 更多>>

关键词： 纯电动汽车   动力系统   传动参数   仿真  

摘要： 针对目前纯电动汽车大多采用高速电机配备固定速比一档变速器或者配备只有高速档和低速档的两档变速器,致使纯电动汽车续驶里程不足的问题。本文在某型号纯电动汽车的基础上,通过对其档位数和传动比进行调整,利用ADVISOR仿真软件对两档到五档的纯电动汽车进行了性能仿真分析,仿真结果表明五档纯电动汽车相比其它档位的纯电动汽车在动力性和经济性上更具优势。并应用遗传算法对五档纯电动汽车的各档传动比进行了优化处理,使其在驱动电机和动力电池一定的条件下,性能达到最优。具体研究工作如下:(1)以纯电动汽车的运动力学特性分析为基础,对纯电动汽车的整车性能需求及其主要影响因素进行了研究,为驱动电机和动力电池的选型提供参考与依据。(2)分析研究了纯电动汽车驱动电机和动力电池的部件特性。通过对电机特性以及电池特性的研究,为纯电动汽车传动参数的匹配,尤其是档位数的确定提供了理论依据;同时也为低速电机搭配多速变速器的传动方案提供了理论支撑。(3)在研究了电机特性和电池特性的基础上,分析了纯电动汽车的不同传动系统结构,并对纯电动汽车的传动系统特性、档位数确定原则以及传动比确定原则进行了深入研究。(4)建立了纯电动汽车传动部件的ADVISOR模型,运用ADVISOR软件对两档到五档的纯电动汽车进行了性能仿真,并对仿真结果进行了对比分析。在此基础上,针对纯电动汽车动力性和续驶里程的要求,应用遗传算法对五档纯电动汽车的各档传动比进行了优化处理。仿真结果表明:纯电动汽车可以采用低速电机搭配多速变速器的传动方案;其传动比的选择虽然可以参考等比级数或者偏置等比级数的传动比分配方式,但相邻档位传动比的间隔可以在此基础上适当增大,并且最高档传动比的取值可以取到0.8以下;随着档位数的增加,纯电动汽车的动力性和经济性均会得到明显改善,其中五档纯电动汽车的最高车速可以达到120km/h,运行完一个NEDC工况后的SOC=0.945,这两项指标均优于其他档位的纯电动汽车。应用遗传算法优化五档纯电动汽车各档传动比的优化结果表明:优化后五档纯电动汽车的加速性能和爬坡性能均有提高,且整车效率提升了12.77%。

关键词： 自行车   传动比   踏蹬频率   肌肉机能   能量消耗  

摘要： 研究目的通过对不同踏蹬频率下机体下肢肌表面肌电活动和气体代谢指标进行综合研究,为在不同竞赛要求和不同战术目标下踏蹬频率的选择提供理论与实证依据。研究方法确定15名运动能力良好的男生在其坐位姿势下的最大功率及其对应的踏蹬频率,以此踏蹬频率为基准点踏频,划分五级踏蹬频率。受试者以随机踏蹬频率进行2分钟的稳定骑行,实时采集表面肌电信号与气体代谢,分析积分肌电和中位频率指标。采用幅频联合分析来观察肌肉活动情况,并结合能量消耗和心率指标进行综合分析。研究结果1在SRM功率自行车7档位、9档位和11档位间,档位越大,最大功率及最大功率踏蹬频率越大,二者在不同档位、不同踏蹬频率时均具有显著性差异(P<0.05),且为极显著性差异(P<0.01)。固定档位踏蹬时,踏蹬频率越大,踏蹬速度越大;不同档位踏蹬时,踏蹬百分比一致时,档位越大,踏蹬频率越低,踏蹬速度越大。踏蹬过程中不同档位、不同踏蹬频率间的踏蹬频率与踏蹬速度也具有显著性差异(P<0.05),且为极显著性差异(P<0.01)。2积分肌电值在7档位、9档位和11档位表现为随踏蹬频率的增加而升高,多数肌肉7档位积分肌电值在基准点踏频及以上踏蹬频率时显著高于9档位与11档位,而多数肌肉中位频率值随档位的增加而减少,但其显著性变化所占比例偏少。其中股外侧肌的积分肌电,股外侧肌和腓肠肌内侧的中位频率在各踏蹬频率间增长均具有显著性差异(P<0.05)。部分肌肉在7档位基准点踏频以上时出现疲劳,在9档位60%基准点踏频与140%基准点踏频时出现疲劳,在11档位60%基准点踏频时出现疲劳。3能量消耗和心率在7档位、9档位和11档位表现为随踏蹬频率的增加而呈线性增加,并具有极显著性差异(P<0.01),且在不同档位相对踏蹬频率百分比一致时发现,9档位能量消耗和心率在基准点踏频时表现最低。研究结论1传动比越大,最大功率越小,最大功率踏蹬频率越小。2随踏蹬频率增加,肌肉用力增加;能量消耗和心率均显著性增加。3小传动比(7档)在采用最大功率踏蹬频率(100%基准点踏频)以下的踏频,可以获得较佳的输出功率,较大的肌力之外,同时具有相对较小的能量消耗及心率的优势,但在高于100%基准点踏频以上踏频时,能量消耗及心率均最高,身体负荷急剧增加;大传动比(11档),虽可以获得较大的车速,但输出功率相对小,肌肉易于疲劳,且能量消耗、及心率均较高,身体负荷较大;中等传动比(9档)则综合效益较佳,输出功率虽略低于小传动比(7档),但在不同踏频时均有较低的能量消耗及心率,身体负荷较小。建议选取小传动比,易采用最大功率踏蹬频率附近的踏频,可以获得较大的肌力,相对较小的能量消耗;选取大传动比,可以获得较快的车速,但肌肉易于疲劳,其只适宜在体能较佳的条件下为保持高车速时选用。而在需要持续采用较大的踏频来维持较高的车速时,选用中等传动比较为适宜。故而在实际训练比赛时,要综合传动比与训练要求进行。

关键词： 斜齿轮   传递误差   时变啮合刚度   非线性动力学   修形  

摘要： 汽车变速器的振动噪声特性对整车的NVH性能有很大影响,其中传动齿轮作为动力传递的主要载体,其动力学特性在很大程度上决定了整个变速器的振动性能。随着人们对汽车NVH性能要求的提高,对汽车变速器传动齿轮的动力学特性研究也具有更加重要的工程实际意义。本文的主要工作内容如下:(1)本文以单对斜齿轮副为研究对象,分析了齿轮系统的内部动态激励,着重研究了时变啮合刚度激励和误差激励。对时变啮合刚度进行了理论求解,并通过KISSsoft软件仿真验证了理论求解方法的正确性。研究了螺旋角、输入扭矩对时变啮合刚度的影响,以及齿距误差对传递误差的影响。结果表明,1)存在一个最佳螺旋角使时变啮合刚度幅值变化最平缓,当螺旋角增大或减小都会引起时变啮合刚度波动幅度增大,使系统振动加剧;2)当输入扭矩增大时,时变啮合刚度幅值相应增大,但每次增大的幅值却在减小;3)齿距误差的引入使传递误差的波动程度和数值都明显增大,齿距误差每次以相同的百分比增大,对应的传递误差增大的幅值相等。(2)结合内部动态激励,建立了斜齿轮副六自由度非线性动力模型及其非线性动力学方程组。利用Matlab软件理论求解与有限元软件仿真两种方法,得到了斜齿轮系统的无阻尼自由振动固有特性,并对固有频率进行了对比分析。(3)运用四阶龙格库塔法对非线性方程组进行了动力学求解,得到了系统的时域响应;并利用快速傅里叶变换求得了对应的频域响应。研究了时变啮合刚度、齿距误差对斜齿轮动力学特性的影响规律。结果表明,1)当时变啮合刚度减小时,斜齿轮系统各方向上振动加速度相应增大,并且增大的速率加快;2)当齿距误差以一定比例逐渐增大时,系统的响应也相应增大,但每次的增幅几乎相等。(4)分析了齿轮修形方法;确定了本文齿轮的修形方案;研究了鼓形量对齿轮传递误差、齿面接触应力等齿轮动态特性的影响。结果表明,鼓形量需控制在合理范围内,才能获得变化平滑且幅值小的传递误差,并改善齿面偏载现象。

关键词： 弧面凸轮分度装置   动力学分析   刚柔耦合   虚拟仪器   动态测试  

摘要： 弧面凸轮分度装置是由包含弧面凸轮分度机构在内的几个零件组合的单元,其作用是通过凸轮机构将输入轴的连续运动转变为输出轴的间歇运动。弧面凸轮分度装置以其运动平稳、定位准确、传动无间隙、分度精度高、高速性能好、传递扭矩大、结构紧凑、体积小、噪声低等优点,适应了机械的高速、高效、高精度、低噪声和自动化的发展趋势,被广泛应用于各种自动机械和生产线上。该装置应用前景广阔,所以其动力学研究也比较突出,但总体来看,大部分研究太过理论化,无法与实际相联系。而且其性能检测一直以来是一个薄弱的环节,特别是凸轮轮廓几何形状误差检测困难、动态检测设备缺乏、检测费用高,所以一般生产厂家不予检测。本文在机械动力学知识的基础上,建立了与实际相符的弧面分度凸轮机构动力学模型,并对其进行了详细的动力学分析,大大提高了理论分析的准确性。同时借助虚拟仪器技术,运用现代测试技术、传感器技术、计算机技术及总线技术,对弧面凸轮分度装置的动态特性测试系统进行了研究与开发,为弧面分度凸轮机构动态测试提供了理论基础和技术支持。本文主要内容如下：首先,根据机械动力学知识,建立弧面分度凸轮机构动力学模型,并对理论模型进行了分析。同时在理论模型的指导下,利用ANSYS软件和ADMAS软件,建立弧面分度凸轮机构刚柔耦合动力学模型,模拟分析弧面分度凸轮机构动态性能的影响因素。其次,在理论分析的基础上,设计弧面分度凸轮机构动态测试系统总体方案并建立数字化样机,选择合适的测试系统元器件和传感器,保证测试系统硬件方案的可行性。最后,完成测试系统人机交互界面设计,数据采集器驱动程序的设计及负载和驱动控制程序设计。完成Lab VIEW用户应用程序的设计,完成同步采集、实时保存、并在线显示多路信号;完成信号处理,可以对波形进行数字滤波、FFT、功率谱分析等多种数字信号处理。本文还详细的介绍了弧面分度凸轮机构动力学分析理论基础,软件设计基础,并特别论述了软件系统的开发过程。

关键词： 双圆弧弧齿锥齿轮   啮合分析   参数化建模   动力学仿真   有限元分析  

摘要： 双圆弧弧齿锥齿轮作为一种新型的弧齿锥齿轮传动方式,无论在齿线方向以及齿高方向均为凸、凹齿廓相啮合,与传统弧齿锥齿轮相比,采用双圆弧齿廓的弧齿锥齿轮具有综合承载能力强,重合度高,使用寿命长,传动效率高等优点,这已被近年的试验研究所证实。由于双圆弧弧齿锥齿轮齿面几何复杂,目前研究者较少且不深入,限制了其应用推广。本文基于微分几何与齿轮啮合原理,结合格里森制弧齿锥齿轮的加工原理,以双圆弧基本齿廓为基础,对双圆弧弧齿锥齿轮进行了切齿啮合分析,通过理论分析得到了切齿啮合中的产形轮齿面方程、啮合方程以及双圆弧弧齿锥齿轮齿面方程。在切齿啮合分析的基础上,根据简单双面切削法加工原理,对实际加工参数进行计算,得到了双圆弧弧齿锥齿轮粗加工和精加工过程中的刀位、刀位角等参数,并依此制定双圆弧弧齿锥齿轮实际加工计算卡。利用三维建模软件UG的表达式功能,参考空间曲面原理,编写生成双圆弧弧齿锥齿轮齿面的一系列曲线的数学方程,通过表达式功能绘制出双圆弧会吹锥齿轮齿面的曲线网格模型,进而生成双圆弧弧齿锥齿轮齿面的实际齿面模型。在已知参数的基础上,编制双圆弧弧齿锥齿轮齿坯实体的参数表达式,形成齿坯实体。通过布尔运算,切制出完整的双圆弧弧齿锥齿轮齿形。基于多体动力学原理,在动力学仿真软件ADAMS中建立双圆弧弧齿锥齿轮的虚拟样机的装配模型,设定好已知参数,对其动态啮合过程中的主、从动齿轮的角速度、啮合力变化规律作了分析。通过仿真分析验证了参数化建模的合理性。最后,分别取主、从动齿轮的三对齿进行啮合装配,通过UG与ANSYS workbench模块的连接接口,将主、从动齿轮三对齿装配模型导入到workbench中,设置齿轮副约束和已知参数,对其瞬时啮合状态进行静力学仿真,对其啮合状态下主、从动齿轮的大变形、等效应力、接触应力等作了分析。

关键词： 包装机组   弧面分度凸轮机构   动力学分析   凸轮优化   参数化设计系统  

摘要： 弧面分度凸轮机构具有高速性能优良、分度精度高、承载能力强、运行平稳、结构紧凑、维修率低等特点,广泛应用在高速高精度的自动机床、包装机械、建筑机械、纺织机械、印刷机械等需要实现间歇运动的装置中。高效地进行弧面分度凸轮机构设计,可缩短产品的研发周期。通过技术引进而国产化的高速包装机组,其中的弧面分度凸轮由于设计及制造存在难点,目前还依赖于进口。开展包装机组弧面分度凸轮机构的研究工作,将有利于烟草机械的国产化及技术创新。本文以高速卷烟包装机组中的弧面分度凸轮机构为研究对象,对其进行了设计,并对机构的动力学特性进行了研究,提出了一种优化弧面分度凸轮机构动力学特性的方法,开发了弧面分度凸轮参数化设计系统。首先,根据弧面分度凸轮机构的特点,分析其设计参数,利用共轭曲面理论和坐标变换法,推导凸轮共轭接触方程和工作轮廓的曲面方程。根据包装机组的运行特点,选择改进正弦加速度运动规律作为凸轮曲线运动规律。接着,建立弧面分度凸轮机构的三维模型和动力学模型,对机构的动力学参数进行了计算,采用虚拟样机技术对机构进行了动力学仿真分析。仿真结果表明,凸轮曲线对机构的动力学特征参数有着决定性影响。然后,以凸轮曲线为切入点,以改善机构动力学特征参数为目标,运用凸轮曲线运动规律调幅处理方法,利用粒子群优化算法求解优化设计变量,提出了一种对机构的动力学特性进行优化的方法。优化结果显示,通过改变目标函数的权重系数,采用此优化方法,即可使机构的动力学特性获得不同效果的改善。最后,利用三维建模软件自带的二次开发工具,使用C语言编程,开发了弧面分度凸轮参数化设计系统。该设计系统操作简单,运行稳定,可提高弧面分度凸轮机构的研发效率。

关键词： 弧面分度凸轮机构   动力学分析   点曲线约束   伺服驱动   机电联合仿真   前馈控制  

摘要： 弧面分度凸轮机构在高速运行情况下,具有高分度精度以及良好的动力学性能,目前广泛应用于纺织、包装和印刷等轻工机械领域。传统的机械传动方式已经越来越不能满足当前机电系统朝着高速、高效发展的趋势,采用独立伺服驱动取代传统的机械传动链成为机电系统性能提升的关键技术。因此本文设计对弧面分度凸轮机构采用独立伺服驱动,运用机电联合仿真方法,分析该系统的动态性能,并对弧面分度凸轮机构采用伺服驱动的可行性做出评判。本文在对国内外机电联合仿真研究现状进行综述的基础上,分析了机电联合建模的关键技术。以伺服驱动弧面分度凸轮机构为研究对象,首先,利用共轭曲面理论推导了凸轮的轮廓曲面方程及其共轭接触方程,并根据机构的运行工况,选择了从动件运动规律,建立了机构的三维模型。其次,对机构的动力学参数进行了计算,并将其作为动力学仿真的理论依据。针对目前国内学者对弧面分度凸轮机构进行动力学分析时,在ADAMS中设置凸轮与滚子之间为接触力约束,导致仿真结果与理论计算结果偏大的问题,本文提出在凸轮与滚子之间采用点曲线约束。通过对两种约束方法下的仿真结果对比分析可知,采用点曲线约束时,仿真值与理论计算值更接近,仿真结果更准确。为了使动力学模型更符合实际情况,考虑机构的柔性变形,运用有限元方法,建立了基于ADAMS/ANSYS的刚柔耦合动力学模型。然后,基于对永磁同步电机的基本结构、数学模型的分析,建立了电机的三闭环控制仿真模型,通过软件接口建立了伺服驱动弧面分度凸轮机构基于MATLAB/ADAMS的联合仿真模型。最后,利用永磁同步电机三闭环仿真模型,研究了速度前馈控制和负载特性对系统跟随性能的影响,确定采用速度前馈控制时,能够改善系统的跟随性能;利用伺服驱动弧面分度凸轮机构机电联合模型进行仿真分析,结果表明,系统具有良好的跟随性能,弧面分度凸轮机构采用独立伺服驱动是可行的。

关键词： 纯电动汽车   变速器   粒子群算法   动力性   经济性   换挡冲击度  

摘要： 近年来,由于环境问题日益严峻和油价的飞涨,越来越多的国家和整车厂开始关注纯电动汽车的发展。纯电动汽车作为新能源汽车的重要组成部分,是我国七大战略新兴产业之一。然而由于核心技术(电池技术)没有取得实质性突破,使得我国纯电动汽车产业发展缓慢。动力传动系统作为纯电动汽车的核心部分,对整车的动力性和经济性有着极大的影响。因此,合理的选择动力传动系统的部件,提高动力传动系统的效率,是提高电动汽车性能的重要手段之一。变速器作为动力传动系统的关键部件,对整车性能起着至关重要的作用。本文为了提高驱动电机的效率,结合纯电动汽车匹配项目,将采用固定速比的电动汽车改为两档传动比方案,利用粒子群优化算法对传动比参数进行优化,以此来提高电机的工作效率,从而提高整车的动力性及经济性。此外,本文通过MATLAB/SIMULINK软件和台架试验对所采用的两档变速器的换挡品质进行仿真和实验验证,通过仿真结果和台架试验所获得的换挡冲击度的曲线验证两档变速器换挡策略的准确性。本文进行了如下研究工作:(1)根据国家标准关于纯电动乘用车动力性及经济性要求,确定车辆的设计目标。依据车辆的设计目标,完成车辆动力传动系统的匹配工作。(2)利用CRUISE软件搭建了纯电动汽车整车动力性模型。详细介绍了CRUISE软件搭建整车模型的流程。(3)以主减速器的传动比及两档变速器的传动比作为设计的变量,以CYCCE工况的续驶里程和原地起步加速时间为目标函数,以整车的动力性为约束条件,建立多目标优化数学模型。利用粒子群优化算法进行优化,优化得到两档变速器及主减速器的速比。(4)对车辆所选择的两档自动变速器的换挡品质展开研究,将换挡冲击度作为换挡品质的评价指标。利用MATLAB/SIMULINK软件搭建了两档自动变速器的模型及汽车动力学模型,通过仿真及台架试验得到了两档变速器换挡冲击度的曲线,验证了两档自动变速器的换挡策略的正确性。(5)利用所搭建的CRUISE整车模型仿真验证粒子群优化算法对传动比优化前后整车性能的变化,仿真结果验证了采用两档自动变速器的车辆的动力性及经济性都得到了相应的提高,证明采用粒子群算法对电动汽车传动比优化的可行性。

关键词： 双离合器式自动变速器   遗传算法   多目标优化   斜齿轮  

摘要： 变速器是车辆重要组成部分,变速器的性能能够直接影响汽车的动力性、舒适性和经济性等。双离合自动变速器(DCT)由手动变速器(MT)发展而来,其结构紧凑、效率高,提高了换挡平顺性,是国内新型变速器未来主要发展方向之一。齿轮作为变速器中不可或缺的零件,其疲劳寿命及传动性能对变速器的整体性能有着重要的影响。本文在合肥工业大学汽研院自主研发的新型选择性输出并联行星轮系自动变速器项目过程中,基于遗传算法利用Matlab平台对各挡位齿轮系进行了结构参数优化,并在专业研究齿轮系传动系统的软件Romax Designer环境里对齿轮疲劳寿命和传动性能进行了分析,研究内容如下：(1)完成了在保持齿轮副中心距不变的情况下,齿轮结构参数(齿数、模数、螺旋角、变位系数等)对齿轮疲劳寿命、传动平稳性以及齿轮接触应力的影响分析。(2)在研究分析新型双离合自动变速器的结构特点和工作原理基础上,基于Romax Designer,完成了变速器的虚拟建模与仿真。(3)基于遗传算法开展了系统多目标优化研究,在变速器匹配车型、载荷工况、结构、材料、齿轮副中心距、压力角等确定的条件下,建立了系统总体积最小、齿面接触应力最小和重合度最大的多目标优化数学模型。(4)根据所建模型,利用Matlab编写了多目标遗传算法的优化程序,并运行获得了各挡位传动齿轮副的各项优化参数；应用Romax Designer对优化前后的数据进行了仿真验证,结果表明优化方案可行。

关键词： 行星齿轮轮系   类型综合   向量编码法   行星轮媒介法   传动比  

摘要： 与传统的定轴齿轮轮系相比,行星齿轮轮系拥有许多优点。在完成同等传动要求的前提下(比如特定的传动比),行星齿轮轮系传动更加平稳,体积与质量也明显更小;换言之,在体积与质量有一定要求的前提下,它拥有更广泛的传动比与更好的传动特性。而且行星齿轮传动的适用范围也非常广,不仅在高速大功率方面表现出色,同时在低速大转矩方面也有着很好的应用前景。本文以行星齿轮轮系为研究对象,在类型综合、同构识别、传动分析以及传动比计算等方面进行了较为深入的研究,完成了以下研究工作:通过对d系统(第10页有说明)的自由度分析,论证了单输出平面单级行星齿轮轮系的行星轮齿圈数最多为三,在对含V结构(第10页有说明)的单级行星齿轮轮系归类基础上进行穷举,得到了全部7种含V结构的行星齿轮轮系;采用图论法中的邻接矩阵法,简化邻接矩阵得到行向量,用向量编码法对单级行星齿轮轮系进行了错误结构去除与同构识别,对不含V结构的单级行星齿轮轮系进行了类型综合,得到了全部12种不含V结构的单级行星齿轮轮系。行星轮系可由编码向量表示。引入位置数概念,对12种不含V结构的单级行星齿轮轮系所构成的二级串联行星齿轮轮系与封闭行星齿轮轮系分别进行分类。采用新的编码体系对二级串联行星齿轮轮系与封闭行星齿轮轮系分别进行类型综合。并采用向量编码法对组合行星齿轮轮系进行了同构识别,得到二级串联行星齿轮轮系465种,封闭行星齿轮轮系765种。提出了一种行星轮媒介法,用于分析行星齿轮轮系各个活动元件的运动情况。采用行星轮媒介法,不仅可以对各种行星齿轮轮系中所有活动元件进行运动分析,而且可以计算各种行星齿轮传动的传动比。