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关键词： 风电齿轮箱   斜齿轮   非线性动力学   轮齿修形  

摘要： 随着风能的开发和利用,风力发电技术得到了很大的发展,由于风力发电机的工作环境恶劣且其维修成本较高,因此对于风电齿轮箱的工作性能和使用寿命提出了更高的要求。在传动过程中,齿轮传动系统的动态性能影响着整个机械运行的平稳性,为了改善系统在运行过程中产生的振动和噪音,有必要对齿轮传动系统进行非线性动力学研究及修行研究。本文以含两级行星轮传动系统加一级平行轴传动系统的风电齿轮箱为基础展开研究。风电齿轮箱最高级传动系统的综合性能对于整个系统运行的稳定性尤为重要,本文取风电齿轮箱第三级平行轴斜齿轮传动系统为研究对象,基于Romax软件建立平行轴传动系统模型,经过静力学分析得到系统的静态传动误差,建立了考虑啮合刚度、侧隙、传动误差等非线性因素的斜齿轮传动系统纯扭转振动分析模型,推导出该模型的动力学微分方程组,并对其进行无量纲化处理,运用数值积分法中的四阶龙格-库塔方法对其进行求解,利用分岔图、poincare截面图、相图等方法研究了齿轮参数如侧隙、载荷、阻尼比等对系统特性的影响,进而得到使系统平稳运行的参数范围,对以后齿轮的优化设计具有一定的指导意义。根据以上非线性动力学的研究结果,对第三级斜齿轮系统的侧隙和阻尼比进行调整,基于Romax软件对风电齿轮箱传动系统进行建模,为了使分析结果更为准确,将齿轮箱箱体及行星架进行柔性化处理,形成齿轮箱刚柔混合模型,为了验证齿轮箱设计的可行性,对齿轮箱中的所有轴、齿轮和行星架进行校核,并在特定工况下对整个齿轮箱传动系统进行静力学分析,根据各齿轮副的传递误差幅值的大小及轮齿载荷分布情况,设计修形方案并计算修形参数,最后借助Romax软件中的修形模块对各齿轮进行修形,与优化前相比,齿轮的偏载现象得到改善,各齿轮副的传递误差幅值与轮齿所受的单位长度载荷均减小,其中二级行星轮传动系统中的齿圈与行星轮1的齿面优化情况最为突出,其啮合副的传递误差幅值降低了91%,齿面单位长度载荷降低了64%,为了进一步研究修形对于齿轮箱振动响应的影响,利用箱体上设置的虚拟加速度传感器对修形前后的箱体振动响应进行研究,结果表明,修形后的齿轮箱加速度幅值比修形前减少了51%,所以本文的修形方案是可行的。

关键词： 汽车离合器   质量功能展开法   集成产品   工艺设计  

摘要： 随着市场竞争的愈演愈烈，消费者对产品的要求越来越高，为满足性能及更新换代的要求，整车企业纷纷缩短产品研发周期，从而对零部件开发时间和质量的要求日益提高。汽车离合器是汽车传动系统中一类重要的传动部件。为延长其使用寿命、保证其转矩传递稳定性和驾乘舒适性，离合器生产企业亟需建立健全的产品开发体系和质量管理体系，达到提高产品的质量，降低生产成本的目的。本课题主要对以下几个方面展开了研究：　　（1）明确离合器功能及其设计需求，对离合器关键特性进行分析，深入研究离合器生产工艺。在融合离合器的功能、特性、工艺三方面后，对离合器集成开发进一步进行研究。　　（2）在上述研究基础上，建立了基于功能-产品特性-工艺及过程能力的汽车离合器集成产品工艺设计IPPD理论和方法。根据离合器产品功能、产品特性、工艺之间映射模式和映射关系，首先分析了离合器产品功能与特性之间的关系，然后确定了离合器特性与工艺之间的关系，最终建立了包含离合器功能、特性、工艺及过程能力的循环映射模型。　　（3）引入质量功能展开（QFD）方法并融入粗糙的层次分析法（RAHP）、KANO模型，进而使用RAHP获得离合器功能需求基本重要度。在通过KANO模型对功能需求基本重要度进行调整后，首先建立了离合器功能与产品特性之间的关联矩阵，然后对得到的产品特性重要度进行排序，最终确定了离合器产品功能与特性之间的映射关系。　　（4）针对产品特性中对离合器影响较大的特性，分析了其生产工艺存在的不稳定性和质量管理不足，运用统计过程控制（SPC）的控制图和过程能力指数对其生产工序进行优化，使得生产出的离合器满足设计需求。

关键词： 商用车离合器产品   营销策略   4P理论   改进建议   保障措施  

摘要： 我国拥有着全球最大且市场总规模达到万亿级的商用车后市场,2020年商用车后市场的维修总次数更是达到了1.47亿台次。商用车后市场汽车零部件作为整个链条中必不可少的一部分,市场竞争愈发激烈。Y公司作为其中的一个重要参与者,在该市场所占份额不足2%,显然没有牢牢抓住该市场的发展良机。目前,Y公司研究并决定将商用车离合器产品作为其未来3-10年在商用车后市场提升份额的一个重点专项产品。因此很有必要分析Y公司如何提升该产品的市场份额,获得合理收益,并保障该产品给客户持续创造价值。本论文首先利用市场调研方法对Y公司商用车离合器产品的销量与市场份额现状进行了比较全面的调查,并对该公司的离合器产品内外部环境进行了详细分析,从中发现其存在产品型谱不全、定价远超终端客户心理预期、各级经销渠道之间关系冗杂竞争激烈、缺乏合理有效的促销手段等具体问题。通过调研分析发现营销策略问题是该公司商用车离合器产品市场表现不理想的主要原因,因此很有必要对Y公司商用车离合器产品营销策略进行改进。其次,根据营销领域的4P理论,针对Y公司商用车离合器在产品、价格、渠道、促销这四个方面存在的诸多问题,逐一针对性地提出了相应的切实可行的改进建议。再次,针对Y公司商用车离合器产品营销策略提出了补全产品型谱、制定合理价格体系、减少渠道层级、丰富促销手段等改进建议,本文还提出了必要的专项激励、费用支持、企业品牌植入等公司级保障措施,为本文所提营销策略改进建议的顺利实施提供了有力的保障。最后,本文对Y公司商用车离合器产品营销策略改进建议的实施效果进行分析,发现改进建议有效,并达到了Y公司提高离合器产品销量及市场占有率的预期目标。通过研究,本文为Y公司提供了一个相对系统的商用车离合器产品营销策略的改进思路,该建议为Y公司达成战略目标奠定了坚实的基础,也为该公司后续其它产品的开发与营销提供了宝贵经验,对Y公司及类似企业在营销策略制定、改进与实施等方面都有一定的借鉴意义。

关键词： 面齿轮传动   主动修形   承载接触特性   可展直纹面   有限元仿真  

摘要： 面齿轮传动是一种新型齿轮传动方式,当锥齿轮与圆柱齿轮啮合,两轮轴线垂直时称为面齿轮传动,即面齿轮传动是一种特殊的锥齿轮传动。与锥齿轮相比,面齿轮传动因重合度大、结构紧凑、运动噪声小、传动比大等优点,在航空工业中越来越受重视。因其具有良好的“分扭—汇扭”作用,在直升机动力传动系统中也展现出广阔的应用前景。本文的主要研究内容及成果如下:(1)为了改善面齿轮副的啮合特性与承载接触特性,对面齿轮副的齿面进行了主动修形。齿轮主动修形是一种可以直接预控齿轮啮合性能的方法。对面齿轮副可采用主动修形的方法来预控其几何性能,从而对其承载接触特性进行预控。这说明主动修形微观修形参数与面齿轮副的承载接触特性之间存在着必然的联系。为了进一步研究微观修形参数对面齿轮承载接触特性的影响,首先,建立了面齿轮副主动修形的有限元装配模型;其次,通过有限元仿真获得修形参数不同时面齿轮副的承载接触特性;最后,通过不同修形参数对面齿轮副承载特性的影响,判断出各主动修形微观参数的最佳取值范围。从而为面齿轮的加工、应用提供设计依据。(2)面齿轮齿面为复杂的空间异形曲面,使其加工制造较为困难、加工成本较高。为了简单、高效的加工面齿轮,根据传统面齿轮的齿形特征,提出了面齿轮齿面可由一系列直线族构成的假设,通过在其齿面上建立空间直线方程验证了齿面直线族的存在;基于渐开线建立了可展直纹面面齿轮数学模型,并对其进行了齿面修形;分析了面齿轮直线齿廓与传统齿廓的偏差,并讨论了传动比对偏差的影响,结果表明传动比较大时两者偏差较小,可使用直线齿廓代替传统齿廓。(3)通过齿面接触分析,对可展直纹面面齿轮的啮合特性进行评价:为说明可展直纹面代替传统齿面的可行性,对其进行承载接触分析,并与传统面齿轮副及主动修形面齿轮副的承载特性进行比较,结果显示:可展直纹面与传统齿面承载能力相当。

关键词： 不确定性   可靠性分析   多学科优化   可靠性设计优化   BP近似模型  

摘要： 工程领域中,多学科可靠性设计优化(Reliability-Based Multidisciplinary Design Optimization,RBMDO)是处理复杂学科优化问题的有效策略,该策略充分考虑系统内学科间差异和系统的可靠性要求,最大程度上利用学科间的耦合影响,获得全局最优解。同时,由于复杂工程问题中普遍存在不确定情况,因此在多学科优化过程(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)中需考虑这些不确定性因素的影响,本文主要研究成果如下:(1)通过基于信息熵的广义密度函数法,建立了随机与模糊不确定信息的统一表征。首先对不确定性信息进行了分类,然后为了解决多种不确定性条件下的优化设计问题,选用了一种基于信息熵的广义密度函数法对模糊不确定变量进行转化,建立了不确定变量的统一表征和量化,最后用两个案例验证了其有效性。(2)通过一阶与二阶可靠性近似方法实现可靠性分析与建模。针对在随机与模糊不确定条件影响下,多学科可靠性设计优化中的可靠性分析环节,采用了多种可靠性分析方法进行求解与验证,选取一阶可靠性分析方法(First Order Reliability Method,FORM)、二阶可靠性分析方法(Second Order Reliability Method,SORM)计算学科的可靠度大小,并用自适应重要蒙特卡罗抽样(Monte Carlo Adaptive Importance Sampling,MCAIS)计算可靠度并对比,采用简单随机抽样蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)进行可靠度的仿真模拟,在随机与模糊不确定性综合影响下,验证了它们求解可靠度的有效性,为多学科可靠性设计优化奠定基础。(3)以BP(Back Propagation)神经网络构建近似模型,研究了BP神经网络作为近似模型实施的可行性和在多学科优化问题中的应用,采用最优拉丁超立方抽样(Optimal Latin Hypercube Sampling,OLHS)构造BP近似模型。在随机-模糊不确定性的影响下,采用BP神经网络近似模型作为学科分析的近似函数,针对高速列车齿轮传动系统进行随机与模糊不确定条件下的多学科可靠性优化。

关键词： 超越离合器   甩油润滑   仿真模型   CFD   润滑效果  

摘要： 超越离合器作为航空航天、军工等领域常用的辅助传动系统部件,具有结构复杂、工作环境恶劣、运行速度高等特点。在实际运行中,利用甩油方式润滑,离合器有时处于乏油状态,必然影响楔块的稳定性与可靠性。为揭示超越离合器的润滑与磨损特征,减缓关键位置的磨损速度,提高使用寿命,研究甩油润滑过程的超越离合器润滑性能具有重要的意义。本文以离心脱开型超越离合器为研究对象,建立超越离合器甩油润滑过程数值仿真模型,探究不同工况下的超越离合器甩油润滑效果,并探究不同输入润滑参数对超越离合器甩油润滑效果的影响及其灵敏度分析,以期为延长超越离合器关键部位使用寿命及排查故障分析提供了参考依据。主要研究内容及结论如下:(1)介绍超越离合器的种类及离心脱开型超越离合器工况的工作原理;总结国内、国外对超越离合器的动态特征及润滑分析的研究现状及存在的问题。(2)针对超越离合器的特点,基于湍流RNG k-ε模型、气液两相流VOF模型、多重参考系模型等建立超越离合器甩油润滑过程数值仿真模型。完成超越离合器原始模型进行简化、网格划分、壁面转速的设置以及边界条件的前处理。为后续模拟甩油润滑工况分析及参数优化奠定基础。(3)研究超越离合器在启动、正常工作、风车转速、空中启动状态下甩油润滑流场及温度场分布规律。研究表明在APU启动工况下,超越离合器油量相对较少,润滑油流量约为0.0529 kg/s,楔块未被润滑油全部包裹,存在润滑不良现象;在APU正常工作状态,超越离合器油量较多,润滑油流量约为0.0859 kg/s,楔块表面油膜明显增厚,润滑良好;在风车转速状态,润滑油体积分数随外环转速的增加而增加;在空中启动工况,润滑油体积分数随外环转速的增加而减少。(4)研究润滑油路结构与润滑油参数对于超越离合器甩油润滑的影响。利用体积分数来定量评价润滑的效果,研究表明:润滑油初始温度在40-120℃范围内变化时,对离合器内润滑油体积分数的影响成正相关关系;离合器各部件转速在2000-30000 rpm范围内变化时,对润滑油体积分数的影响成正相关关系;供油压力约为0.30 MPa时润滑油体积分数最大,继续增大供油压力将出现稍微减小的趋势。并分析比较不同甩油润滑输入参数的灵敏度大小,发现内环转速对超越离合器甩油润滑效果的影响最敏感,最后得到一组最优化的参数组合。(5)搭建超越离合器甩油润滑实验平台。通过测量润滑油前后油温得出温升数据,与理论局部摩擦生热法及温度场仿真分布云图进行对比,验证仿真方法及结论的有效性。本文的研究为超越离合器的润滑设计制造提供了理论指导,对超越离合器甩油润滑的参数优化也有一定的借鉴意义。图58幅,表12个,参考文献72篇

关键词： 油液分析   趋势预测   模糊综合评价法   随机过程   剩余寿命预测  

摘要： 湿式离合器的稳定运行对整车或重型机械的正常运行起着非常重要的作用,提前对其进行状态评估、磨损趋势预测、剩余寿命预测,可以针对性的进行维护,不仅可以降低维修成本,还对保障设备的高效运行,避免因突发故障导致重大损失具有重要意义。本文首先根据湿式离合器磨损状态评估与剩余寿命预测的研究目标,选择合适设备,搭建出湿式离合器磨损试验台,制定试验方案,完成对湿式离合器磨损的加速退化实验,获得含有离合器磨损数据的油样;通过对比光谱分析、铁谱分析、颗粒度分析几种油液分析方法,最终选择原子光谱技术对离合器油样进行分析,获得磨损油液的光谱数据;然后运用相关性分析法选出和离合器磨损相关度最大的Cu元素和Pb元素作为最优表征参数,之后再对数据进行预处理:补油修正、误差点的剔除与修正,提高数据的准确度。其次运用最小二乘法对湿式离合器磨损趋势进行了预测,一共预测了五个时间段的50组数据,预测结果与实际结果表明最大偏差率为14.45%,预测准确率在85%以上。随后研究模糊综合评价法的评价流程,基于湿式离合器的主要结构、工作特性、故障诊断等,选出宏观（异响、动力传递不足、分离不彻底）和微观（Cu元素、Pb元素）建立两级磨损状态评价结构;根据磨损的三阶段过程确定离合器磨损评价集为磨合磨损、正常磨损、过度磨损;用模糊统计法对宏观因素进行权重分析,用熵值法对微观因素进行权重分析;用专家经验法和指派法求得每个磨损状态等级的隶属度函数,建立评价矩阵,最后建立状态评估模型。用四组油样共30组试验数据进行评估验证,与实际状态进行对比,准确率达到86%。最后分析了维纳过程、伽马过程、逆高斯过程三种随机过程,通过对比发现湿式离合器的磨损退化数据符合维纳过程,所以用二元维纳对其进行剩余寿命预测;选取最优表征参数Cu元素和Pb元素作为湿式离合器剩余寿命的指示元素;再根据赤池信息量准则选择合适的Copula函数,得到Cu元素和Pb元素的关联函数;之后运用极大似然法求得Copula函数的参数,建立起湿式离合器剩余寿命的联合概率函数。通过二元维纳模型预测运行时间为30、60、90、120、150、180、210、240h的各自剩余寿命,与真实剩余寿命进行对比发现,在150h-240h范围内,二元wiener过程剩余寿命预测的偏差低于25%。研究结果表明,二元wiener过程建立的预测模型用于湿式离合器的剩余寿命预测,具有预测精度高且能做到实时监测等优点,可推广到设备健康管理的等方面。

关键词： 商用车AMT   离合器执行机构   电控液压式   多体动力学优化  

摘要： 在商用车领域,AMT自动变速器技术是变速器自动化解决方案的主流技术路线。然而,AMT自动变速器的核心部件离合器执行机构在工作过程中存在着响应时间长、效率和可靠性较低等问题,影响变速器的性能表现与整车驾驶感受。本文以商用车AMT离合器执行机构的快速响应、高效和高可靠性为设计目标,利用三维设计、多体动力学和有限元分析等方法,结合台架试验和整车试验分析验证,对离合器执行机构的工作特性分析、结构设计、动静力学仿真优化及试验验证等方面进行研究。论文的主要的研究工作如下:(1)确定了某型号商用车AMT自动变速器电控液压式离合器执行机构技术方案:主动齿轮组件与涡轮同轴,与扇形齿轮啮合,扇形齿轮组件与助力弹簧组件铰接。以离合器电机为驱动力源,以液压杆、液压缸、液压分离轴承为液压部分,以离合器执行机构的快速可靠响应等性能要求为牵引。推导出离合器执行机构工作理论特性,确定相关零部件尺寸与选型,建立离合器执行机构三维模型。(2)设计一套塑料涡轮加金属蜗杆组件,并进行参数设计与强度校核。运用ANSYS有限元分析软件对离合器执行机构液压杆的受力变形、壳体结合面和支架等关键部件进行静力学分析,验证上述部件的材料强度和使用寿命是否满足设计要求。(3)基于ADAMS对离合器执行机构进行优化与响应时间仿真分析。优化结果表明:双弹簧结构相对于单弹簧助力结构能降低16%的离合器执行电机最大负载,且助力弹簧位置与摇臂之间的夹角C为10°时,助力效果最佳。此外,对涡轮材质选择和优化后的离合器执行机构响应时间进行仿真分析,结果表明:塑料涡轮相对传统金属涡轮能有效降低10%的电机输出功率,且优化后离合器执行机构12mm分离行程时间为0.347s,满足分离时间小于0.35s的设计要求。(4)搭建离合器执行机构试验台架,开展优化前后性能对比验证,并对优化后离合器执行机构开展高低温性能试验、300万次疲劳耐久性和整车测试。测试结果表明:离合器执行机构在-30℃～120℃的环境下能正常工作,常温100%占空比工况下的分离时间0.338s,最大分离力2941.01N,与计算结果和仿真结果基本一致,满足设计要求。300万次疲劳耐久试验后机构拆解检查发现:涡轮蜗杆、减速齿轮和扇形齿轮之间的接触面出现正常磨损,弹性元件未失效,机构仍能正常工作。分析整车测试信号数据表明:离合器执行机构在整车运行过程中信号稳定呈周期变化,且单个分离阶段起始时间间隔小于0.35s,满足设计要求。