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关键词： 静液压   变速器   离合器   工作原理  

摘要： HST2214型静液压变速器采用双马达输入和1个离合器总成换挡的结构，通过程序控制可以实现功率合流，输出较大转矩。变速器设计为前进、后退各2个挡位，满足不同工况需求。离合器采用湿式、多片摩擦片结构，自然状态下离合器常闭，采用碟形弹簧压紧活塞，并创新性地采用辅助碟形弹簧来调节圆锥滚子轴承的轴向间隙及轴向预紧力，可以更好地应用于静液压装载机及静液压平地机等工程机械整机。

关键词： RL斜撑离合器   结构设计   楔合特性   粒子群优化算法  

摘要： 斜撑离合器由于其承载能力大、反应灵敏、结构简单而广泛应用于各传动系统中。常规斜撑超越离合器只能进行单向动力传递,而实际工况中存在双向传扭和制动的需求。本文基于常规斜撑离合器的构型,设计了一种新型双向可控RL(Reverse-Locking)斜撑离合器,可实现双向传扭和制动功能。在此基础上,以满足特定工况下接触应力、溜滑角、拨转角等为目标,开展了RL斜撑离合器工作特性分析及参数优化等研究,主要研究内容及结论如下:(1)分析了RL斜撑离合器工作原理及性能需求,设置其楔合约束、升程约束及强度约束,根据实际工况需求提出多种RL斜撑离合器方案,采用有限元方法对其接触应力、溜滑角、拨转角等进行分析,确定了一种RL斜撑离合器合理结构参数。(2)基于弹性变形和静力学理论,建立RL斜撑离合器楔合过程非线性迭代模型;基于运动学和静力学理论,推导离合器传动过程拨转角和传动摩擦力矩计算公式;采用Adams分析了离合器在不同载荷下的传动性能;采用ABAQUS分析了在不同摩擦系数下的离合器楔合过程中各构件的应力变化。结果表明:设计的RL斜撑离合器制动性能、传动性能满足使用要求,且外环接触力与接触变形较大;在传动过程中应避免力矩方向和传动方向一致,防止离合器震颤;离合器接触面摩擦系数增大可降低接触应力。(3)以离合器转角和外环接触力最小为优化目标,建立离合器优化函数并设置其结构设计约束条件,并通过粒子群优化算法对设计参数进行优化,计算结果表明:结构参数优化后,理论计算离合器的制动转角减小了47.5%,外环法向接触力减小了30.1%。建立优化前后离合器有限元仿真模型并对其结果进行对比,仿真结果表明:楔块制动转角降低34.9%,楔块应力峰值降低了14.8%。(4)搭建RL斜撑离合器实验台,进行离合器的性能测试实验,对其传动性能、制动性能和溜滑角进行了测试分析,实验结果表明,设计的RL斜撑离合器的传动性能和制动性能良好,溜滑角测试与仿真结果误差不超过23%,为RL斜撑离合器的使用提供实验依据。图58幅,表19个,参考文献65篇

关键词： 超越离合器   几何非线性梁   变截面弹簧   扭振特性   瞬态动力学  

摘要： 弹簧超越离合器具有轻质、结构组成简单、可靠性高等特点,适用于高速重载的传动系统,目前已在国外先进的高速直升机上得到应用。其传扭元件变截面弹簧为细长柔性梁结构,在三维空间上具有的初始挠曲率、变截面的结构特点和非线性分布载荷、连续位移约束的力学特征,使其不适合用线性弹性理论进行力学建模和求解。目前缺乏准确求解弹簧离合器稳态传扭下弹簧截面的应力应变场以及离合器稳态与瞬态非线性动力学响应的研究成果,制约了高速重载弹簧离合器的设计理论完善和应用推广。本文基于几何精确梁理论的Euler–Bernoulli空间柔性梁单元的完全拉格朗日构型,由两个独立连续的欧拉角来描述未变形构型与变形构型之间的坐标变换,并通过Jaumann应变率、旋转矩阵和正交虚旋转来描述梁单元的几何非线性和初始挠曲率。建立考虑几何非线性和初始挠曲率空间梁单元的六自由度非线性运动方程,推导出适用于几何非线性空间梁的有限元单元公式。同时根据弹簧的结构特点和使用场景,分析揭示了弹簧离合器瞬态接合特性、与齿轮系统耦合的稳态动力学特性。本文研究可为变截面弹簧超越离合器的设计和应用提供理论依据。论文的主要研究内容包括:(1)基于Euler–Bernoulli梁理论和几何变换关系,运用具有几何客观性的、共旋的Jaumann应变率,根据几何精确梁理论对弹簧丝进行建模描述螺旋弹簧在空间大变形问题。基于空间柔性梁的局部应变场,通过扩展的Hamilton原理推导出空间梁单元六个自由度上的非线性运动方程。(2)根据形变量和位移变量之间的泛函关系,推导出适用于数值计算的切向刚度矩阵的线性弱形式。分析弹簧在离合器工作中产生的载荷,并通过能量原理将其等效转换为单元载荷向量。运用MATLAB语言编写基于非线性有限元方法的数值求解程序,对变截面弹簧进行静力分析得到弹簧截面上内力和变形的分布,并分析不同结构参数对弹簧力学特性的影响。研究变截面弹簧的结构振动问题,用有限元方法分析变截面弹簧在离合器工况条件下的固有特性。提出了一种适用于计算复杂的载荷条件下弹簧扭转刚度的数值方法,为弹簧离合器的动力学研究和弹簧的设计工作奠定基础。(3)分析了超越离合器接合过程的不同阶段特征,用多参数方程描述了弹簧离合器接合过程中的扭矩传递规律,建立了超越离合器两自由度的扭转运动模型,获得了变截面弹簧超越离合器接合过程的瞬态响应,并分析了离合器设计参数对弹簧扩张过程中扭矩传递的影响。(4)针对“弹簧离合器—齿轮”的传动部件,建立了考虑系统非线性因素的三自由度扭振动力学模型,研究弹簧离合器在齿轮系统中的扭转动力学特性。以齿轮副的动态传递误差和离合器扭转角为指标,对系统在500～50000 rpm转速范围内的扭振动态特性进行了扫频分析,查明了系统动力响应下的跳跃现象以及次谐波和谐波共振区。研究了离合器的扭转刚度和阻尼比,以及离合器与小齿轮的惯量比对系统动态响应的影响。(5)建立了具有调节超越离合器接合、超越功能的动力学实验平台。实验测试了弹簧超越离合器的瞬态接合特性,得到了驱动端和从动端的角速度曲线,验证了理论计算模型的有效性。同时开展了弹簧超越离合器的扭转力学特性实验,验证了弹簧离合器扭转刚度模型的有效性;通过使用电阻应变仪测试了变截面弹簧扭转变形产生的应力,验证理论计算的准确性。图201幅,表11个,参考文献142篇

关键词： 统计过程控制   随机森林   离合器   模式识别   机器学习  

摘要： 现代社会,汽车已经成为生活中不可或缺的工具,汽车使用的安全性也受到广泛关注,汽车传动系统中离合器作为控制动力传递的起步元件,直接关系到汽车的行驶安全问题,要求的质量水平也日渐提升。因而,如何提升离合器的生产质量,延长离合器使用寿命,是汽车企业关注的重点。统计过程控制作为企业实施全面质量管理的重要方法,在制造业得到广泛运用。控制图作为SPC的核心工具,能够直观的反映生产过程的状态,控制图模式的识别更是有助于识别生产过程状态,及时发现异常。与机器学习相结合的控制图模式识别方法,提高了控制图识别异常的敏锐度,完成对生产过程中质量异常的预警并提出原因分析和解决措施。本文将统计过程控制与机器学习相结合,建立基于机器学习的控制图模式识别模型,提高对控制限内控制图模式的有效识别。本文首先分析了统计过程控制及其关键工具在控制图应用过程中存在的缺陷,针对控制图控制限内模式识别不充分的问题,提出了基于随机森林的控制图模式识别模型,通过搭建随机森林的基本框架,利用网格搜索法进行参数优化,建立基于随机森林算法流程和控制图模式识别模型以识别影响过程失控的系统性因素;其次以汽车离合器为例,将随机森林算法应用到离合器制造过程的控制图识别中,通过提取关键特殊特性相关数据,建立了基于随机森林的离合器装配线控制图模式识别模型,并与支持向量机、逻辑回归等机器学习方法相比较,验证随机森林模型对控制图模式识别的可行性和有效性;最后以某离合器公司生产制造过程为应用场景,结合生产过程质量控制需求,设计开发面向离合器生产过程的质量控制系统,将该系统进行实际应用测试,测试结果显示,该系统可以实现对离合器生产过程质量的有效控制,对提高离合器装配质量有一定的意义。

关键词： 离合器   邵氏硬度   抗剪切性   密封性  

摘要： 离合器是变速器实现变速功能所需的一个关键零部件。针对某型变速器离合器可靠性试验过程中出现的密封圈被挤出损坏的故障进行原因分析，排除图纸设计合理性、产品加工符合性以及产品使用工况等方面的原因，发现在相同工况下不同邵氏硬度密封圈的密封性、抗剪切性存在明显的差异。通过试验设计，选定合理的密封圈邵氏硬度范围，解决密封圈损坏的问题。相关试验结果可为密封圈设计、选型提供参考。

关键词： 表面粗糙度   齿轮修形   疲劳寿命   可靠性   优化设计  

摘要： 航空发动机作为飞机的动力系统,反映了一个国家的科技水平和国防实力。航空发动机的生产与制造涉及到机械、制造、材料和能源等众多领域。航空发动机的失效往往会造成灾难性的后果,因此进行航空发动机的可靠性与耐久性设计是十分必要的。齿轮作为航空发动机传动系统的主要零部件,往往在极端工况下工作,承受着复杂的交变载荷,其失效会直接导致航空发动机传动系统出现故障,因此需要对齿轮的强度和耐久性进行分析,并提出改善齿轮传动系统强度的措施。本文以某型号航空发动机传动系统的齿轮作为研究对象,对齿轮传动的耐久性问题进行了如下研究:通过使用弹性力学中的赫兹公式进行齿面接触应力的计算,同时基于M-B分形接触模型分析表面粗糙度对模型中真实接触面积的影响,从而完成不同表面粗糙度下齿面的接触应力计算,分析表面粗糙度对齿轮接触应力的影响。考虑齿轮受载的弹性变形引起的啮合干涉问题,进行齿廓修形齿轮的设计,并通过三维建模软件建立齿廓修形齿轮的模型,在ANSYS Workbench中通过瞬态动力学仿真的方法观察齿廓修形前后齿轮表面的最大接触应力及应力时间历程的变化情况,分析齿廓修形对齿廓啮合干涉及接触应力大小的改善情况。针对齿轮的初始装配误差,进行齿向修形齿轮的设计,建立齿向修形齿轮的模型,并在模型装配中考虑了轴线平行度误差,通过瞬态动力学仿真的方式对存在轴线平行度误差的未修形齿轮和修形齿轮的接触应力分布进行对比分析,分析齿向修形对齿轮偏载的改善作用。使用静力学有限元方法得出不同工况参数下未修形齿轮、齿廓修形齿轮和齿向修形齿轮的接触应力大小。在此基础上对齿轮的平均应力进行修正,得到等效的对称循环应力。然后使用名义应力法对三种不同工况下修形前后齿轮的疲劳寿命进行了计算。基于应力-强度干涉模型进行齿轮的可靠度计算,将齿轮接触应力计算公式和强度计算公式中的参数看作随机变量,在确定它们的均值和标准差后,使用变异系数法进行应力和强度分布的均值和标准差的计算,使用蒙特卡罗法进行模拟,完成可靠度的计算。并以齿轮的体积最小为优化目标,以齿轮的结构要求、传动性能要求以及可靠度要求作为约束条件,进行齿轮尺寸参数的优化设计。

关键词： 电动汽车   I-AMT   离合器滑摩点   自学习算法   车联网  

摘要： 随着全球变暖,资源枯竭等问题日益严重,汽车产业发生重大变革,纯电动汽车成为发展主流。电动车的核心工作部件之一是电驱动系统,目前市场绝大部分电动车仅匹配固定速比减速器,而搭载两挡变速箱,可以使驱动电机始终运行在较高的效率区间,提高整车的动力性和经济性。在变速箱工作过程中,离合器从最大位移到最小位移,实际起作用的工作区间是从恰好不传递扭矩到恰好能传递额定扭矩的距离。因此对这两个位置的辨识就十分重要。而且当汽车行驶一定里程,离合器执行机构,离合器摩擦片出现磨损或膜片弹簧疲劳时,离合器初始接触的位置以及刚好完全结合的位置都会发生偏移,需要添加自学习功能准确辨识离合器滑摩点以及完全结合点,弥补离合器磨损对变速箱换挡过程的影响。本文以一款新型的电动汽车无动力中断两挡变速器I-AMT(Inverse AMT)为研究对象,针对摩擦片式离合器磨损后滑摩点和完全结合点位置发生变化,实际一、二档位置偏移的问题,提出一种离合器滑摩点和完全结合点自学习策略。通过离合器执行机构Catia建模、运动受力分析、Simulink整车建模仿真以及台架、实车实验对离合器滑摩点和完全结合点自学习策略进行研究,仿真及实验结果表明通过该自学习策略可以控制离合器稳定跟踪目标曲线并准确捕捉滑摩点以及完全结合点位置,弥补了离合器磨损造成的一档,二档位置偏移。本文的具体工作如下:1.结构介绍与理论分析。首先对无动力中断两档变速箱的结构以及超越离合器的工作原理进行介绍,分析两个前进挡位以及倒挡状态下的动力传递路线;对换挡过程进行分析,说明其升挡无动力中断原理;详细介绍了湿式摩擦片离合器以及执行机构并对其进行运动分析。2.针对湿式摩擦片离合器磨损后滑摩点和完全结合点位置变化,实际一、二档位置偏移的问题,提出了一种离合器自学习策略,同时为了实现对离合器位移的精确控制,设计了前馈加反馈控制器。3.使用Simulink搭建整车模型离合器执行机构模型以及驱动电机模型,前馈-反馈控制器等。针对仿真模型可以实时检测离合器传递力矩这一特点对自学习策略进行微小的简化,在仿真模型中验证了自学习策略的有效性以及前馈加反馈控制器的效控制果。4.搭建了实验台架以及实车实验平台,对变速箱控制单元TCU进行了硬件设计和底层驱动程序的编写,利用基于模型的设计技术(MBD)搭建了TCU的控制层模型,使用自动代码生成技术将控制层模型生成代码并与底层程序一起烧写进TCU进行台架以及实车实验。介绍了车联网开发板的硬件组成,并改写了底层驱动程序以及编写服务器程序,最后将自学习结果经车联网开发板上传到远程服务器作为汽车历史实验数据。试验结果表明在台架以及实车中本文所采用的自学习策略依旧可靠有效,且成功率较高,能够有效弥补I-AMT离合器磨损导致的工作点偏移,从而保证换挡综合性能。

关键词： 道路养护   车辆轴载   识别系统   智能化检测   深度学习算法  

摘要： 车辆荷载是道路养护和管理中的一项重要参数。长时间的车辆过载使得路面材料内部受力发生变化，会造成路面病害、桥梁坍塌等严重危害，影响路面、桥梁等基础设施的使用性能和寿命，从而危及交通出行者的生命安全。因此，准确实时地获取车辆轴载信息对于道路养护工作十分重要。传统的车辆轴载大部分是通过侵入性外部供电传感器或人工检测识别来获取的，难以满足目前数字和智能基础设施养护系统的发展要求。随着云计算(Cloud Computing)、5G无线通信(5G:5th Generation Wireless Technology)和人工智能技术(AI:Artificial Intelligent)的快速发展和相互融合，衍生出一种新型的智慧计算方式，极大程度上推动了车辆轴载实现更自动化、智慧化和实时化的识别，引领未来智慧交通和智慧城市的发展方向。　　本研究将自供电柔性摩擦纳米发电传感器(TENG Sensor)、5G通讯技术、云控平台(Cloud Platform)与人工智能算法相结合，提出了一套从获取、传输、存储车辆传感器信号数据到基于深度学习模型进行分析的交通轴载信息实时监测与分析系统。具体研究内容包括以下几个方面:　　(1)通过全尺寸加速路面实验(APT)验证车辆轴载智能化识别系统的可行性。在试验环道上贴合TENG新型传感器，使用泵站给测试车辆施加4种给定液压，模拟4种不同车辆载况，采集不同轴载类型的车辆信息。随后，基于长短时记忆网络(LSTM:Long-Short Term Memory)深度学习模型对四种不同类型的车辆轴载进行处理分析，最终的分类精度为89.06％。　　(2)搭建用于传感器和多种终端设备之间数据传输共享与计算分析的5G云平台，保证系统间车辆轴载信号的快速准确传输。平台可对传感器采集到的实时车辆信息进行存储、共享和管理。其应用增大了车辆传感信号的存储规模，提高了数据计算分析的效率，实现对大容量传感数据的智能监测、分析与管理。　　(3)真实路面交通车辆信号数据的深度学习识别。本研究于2020年在中国南京市附近的一段高速公路上对系统进行了真实的上路测试。在此次采集过程中，通过5G网关将车辆信号数据高速传至云平台进行保存和管理。随后，在规范化监测数据和采用对抗神经网络(WGAN-GP:Wasserstein GAN-Gradient Penalty)模型增强原始数据集的基础上，基于ResNet卷积神经网络(Residual Neural Network)对包含1268张两轴四轮客车车辆图像、1151张两轴六轮整体式车辆图像样本、1039张三轴整体式货车车辆图像、1073张四轴及以下单托货车车辆图像和1340张六轴及以上单托货车的车辆图像的数据集进行智能分析，提取海量信号数据的特征，初步实现对交通监测车辆的自感知智能轴载识别，分类的总体精度可达至81.06％　　(4)基于TensorFlow Lite推理库和Android框架，初步开发一套名为“道路智能”的移动车辆轴载智能监测与分析系统。该应用程序可嵌入在智能手机、自动驾驶汽车导航等任何Android设备中，能够更加便捷地检测实时路面车辆信息。移动终端基于5G与交通基础设施和道路用户进行快速可靠的通信，并利用智能设备自身的算力运行移动深度学习模型识别车辆实时轴载信号，并且最终的分类结果可反馈至道路用户提供决策辅助或交通管理者实施交通控制并反馈给云平台后端数据库中进行保存和管理。　　本研究提出的智能道路轴载识别系统可用于城市基础设施、交通信息、出行安全等诸多方面的监测。柔性自供电智能传感设备高效准确的信息采集能力，满足智慧交通中实时监测和感知的需求。并且，在物联网(IOT:Internet of Things)等无线通信技术和人工智能等大数据分析技术的支持下，城市的各组成部分相互联系一体化，有利于数字化智慧城市的发展。毫无疑问，这种系统在道路环境监测、缓解交通拥堵、提高交通安全与管理效率等方面均有巨大潜能，其大覆盖的实际应用将使得未来智慧城市中的交通更加协调和安全。

关键词： 湿式离合器   摩擦片   表面接触理论   负斜率特性   滑摩振动  

摘要： 随着重载车辆逐渐向高线速与高能量密度方向发展,对其传动部件的性能需求也在不断提高。湿式离合器作为车辆传动系统的关键零部件,其结合的稳定性直接影响了车辆行驶的舒适性与安全性。本文以某型大功率重载车辆综合传动装置湿式离合器为研究对象,从离合器摩擦副表面微观结构出发,综合理论建模、仿真分析与试验研究等方法对离合器工作时的滑摩振动特性展开研究,丰富了离合器设计数据库,完善了离合器设计体系,具有重要的工程实际意义。本文所做的工作包括:(1)基于Hertz接触理论与Greenwood和Williamson提出的粗糙表面接触模型,考虑了湿式离合器摩擦副在滑摩过程中微凸体表面产生的侧向接触与黏弹性力,结合参数归一化与统计学方法,建立了摩擦副表面微观参数与宏观上摩擦副接触力之间的联系,推导了可用于计算旋转滑摩的摩擦副之间法向接触力与切向接触力矩的计算公式。(2)在摩擦副接触力模型的基础上,考虑了离合器摩擦副滑摩时的轴向的无量纲间隙变化对摩擦转矩的影响,建立了离合器摩擦副滑摩时的轴向动力学模型,获得了低转速时摩擦转矩-转速负斜率特性微观机理,分析了微凸体无量纲曲率半径与轴向压力对于负斜率特性动态特性的影响。结果表明:当轴向压力和无量纲曲率半径减小时,变化率(d T/dn)的最小值将会增大,摩擦转矩变化量减小,摩擦转矩-速度曲线趋于平缓。同时,通过台架试验测试,复现了负斜率特性与相关参数间的作用关系,得到了不同轴向压力下摩擦转矩变化的关键参数,经理论结果与试验结果对比,理论模型精度达到87%,说明了仿真结果的准确性。(3)使用有限元法对摩擦副的结构特性与周向冲击下的动态响应分别进行了模态分析与瞬态动力学分析,考虑了结合过程中摩擦转矩的非线性变化特点,分析了摩擦片在不同轴向压力与结合速度结合时,对偶钢片的动态响应。结果表明:对偶钢片的一阶固有频率为55.29Hz;结合过程中,周向的振动加速度响应特性呈现“三段式”的特点,在高速结合瞬间与结合即将完成的低速区间,对偶钢片产生较大的周向冲击,增大轴向压力与结合速度会增大结合过程的振动强度。(4)针对湿式离合器结合时摩擦副高线速滑摩的特点,开展了离合器结合全过程振动试验研究,测试了多组工况下的周向振动加速度。结果表明:虽然摩擦副在结合全过程中的振动加速度均方根值随速度增大而增大,但在3200rmp附近时,外部激励的频率接近对偶钢片的固有频率,会提高结合瞬间的振动加速度的幅值,影响系统稳定性。