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关键词： 船用动力系统   湿式摩擦离合器   波形光片   带排转矩   疲劳寿命  

摘要： 湿式摩擦离合器因其工作性能稳定，散热性能较干式离合器更好，被广泛应用于船舶领域，成为船用动力系统中的重要组成部分。针对传统的船用湿式摩擦离合器摩擦片组分离不彻底，脱排时产生带排转矩等不足，本文引入波形光片结构，以期提高湿式摩擦离合器的性能。本文的主要研究内容如下:　　(1)首先建立湿式摩擦离合器分离状态下的润滑油膜雷诺方程，通过数值解法求得油膜的压力分布和润滑油流量，基于实际供油量确定油膜收缩状态下的等效外径，建立带排转矩的数学模型。同时研究了波形光片在不同转速下的流场分布情况，并针对波形光片的结构参数对带排转矩的影响进行了分析。　　(2)然后建立了湿式摩擦离合器的热机耦合模型，得到了摩擦片及对偶光片瞬态温度场随时间变化的规律。在此基础上，对波形光片各结构参数与湿式摩擦离合器温度场关系进行了研究。　　(3)对波形光片的力学性能进行了分析，通过分析计算波形光片各结构参数对其性能的影响，进而确定波形光片的波形度及波数。同时，分析了波形光片疲劳失效的原因，确定波形光片在接合过程中的失效部位。建立了预测疲劳寿命的数学模型，并根据波形光片热分析结果，对波形光片的疲劳寿命进行了预测。　　(4)最后，对波形光片的冲压成形过程进行分析。针对回弹现象，选取模具间隙、冲压速度、摩擦系数及板料厚度作为因素，对波形光片的成形进行正交实验分析，并优化波形光片的成形工艺参数。　　本文进行的湿式摩擦离合器波形光片工作特性分析及冲压成形研究对波形光片的研发工作有一定的参考价值和指导意义。

关键词： 对数螺旋线齿轮   啮合理论   齿轮传动设计   性能分析   性能试验  

摘要： 对数螺旋线在自然界中无处不在,大到银河星系分布、龙卷风外形,小到向日葵籽排列、蜗牛壳形等。它具有独特的数学特性,如曲线上各点走向角处处相等,曲率半径是极角的递增函数,直线和圆弧都属于对数螺旋线的特殊形式等,这些特性为齿轮齿廓设计提供了一个新视角。师法自然,从自然界中汲取灵感,基于对数螺旋线固有的数学特性,提出将对数螺旋线作为齿轮齿廓的假设,设计一种新型对数螺旋线圆柱直齿轮,研究该齿轮的啮合理论,计算齿轮强度、传动误差和传动效率,试验测试齿轮胶合承载能力和弯曲疲劳强度,主要内容如下:(1)研究对数螺旋线齿轮啮合理论:分析对数螺旋线的数学特性及啮合条件,表明对数螺旋线满足齿廓啮合基本要求;建立对数螺旋线齿廓方程,由坐标变换及齿廓啮合基本定理推导啮合方程、共轭齿廓方程及啮合线方程;探讨走向角β和变动系数e对齿廓形状的影响,确定走向角和变动系数等参数的取值;构建对数螺旋线齿轮副模型,检查齿轮啮合运动,验证对数螺旋线齿轮传动设计的可行性;计算该齿轮传动的压力角、重合度、曲率半径与滑动率,齿廓上任意一点压力角恒定,且等于对数螺旋线走向角,重合度大于1,曲率半径大,滑动率小。(2)分析对数螺旋线齿轮强度及传动性能:根据齿轮工作条件,建立对数螺旋线齿轮强度及传动性能分析有限元模型,为齿轮强度及传动性能分析提供基础;计算对数螺旋线齿轮静强度大小,分析齿轮动强度随转角变化规律,综合探讨走向角、转矩和转速对强度影响,与同参数、同工况的渐开线齿轮强度进行对比,结果表明对数螺旋齿轮强度高于渐开线齿轮,且随着走向角的增大而提高;计算对数螺旋线齿轮传动误差和传动效率,分析瞬时传动误差与效率变化规律,探讨走向角与转速对其影响,并与渐开线齿轮的最大传动误差和平均传动效率进行对比,表明对数螺旋线齿轮传动误差小,传动效率高。(3)开展对数螺旋线齿轮综合性能试验:基于试验目的及试验设备,设计被测试齿轮,采用慢走丝线切割加工技术,完成对数螺旋线齿轮与渐开线齿轮试验样件的加工;鉴于齿轮常见失效形式,对齿轮的胶合承载能力和弯曲疲劳强度进行测试;记录齿轮胶合失效载荷级和疲劳寿命,并与渐开线齿轮对比,完成对数螺旋线齿轮的胶合与疲劳试验,综合评估对数螺旋线齿轮的抗胶合与抗疲劳能力,为其工程应用提供数据参考。

关键词： 公差分析   小位移旋量   动态配合间隙   工况载荷   贡献度  

摘要： 湿式离合器是越野车辆传动系统中重要的换挡操纵件,是车辆机动性能的综合体现。湿式离合器机械结构复杂、运行工况恶劣,而现有的基于刚体假设的公差分析技术并未充分考虑工况载荷(如工作扭矩、高转速离心力等)引起的零部件变形以及轴孔间的相对转动状态对配合要求的影响,湿式离合器动态配合间隙在多源载荷作用下极易失效。针对上述问题,本文提出了考虑受载变形的湿式离合器动态配合间隙公差分析方法与载荷变形贡献度计算方法,求解了载荷变形下的湿式离合器动态配合间隙分布区间,从公差参数和载荷变形两方面辨识并优化了高贡献度影响因素,使受载变形下的湿式离合器动态配合间隙符合设计要求。主要内容包括:(1)针对湿式离合器中一维、二维公差分析模型难以建模、零部件在工况载荷下变形情况不明确等问题,一方面,基于小位移旋量理论,建立了刚体假设下的湿式离合器三维公差分析模型,计算了间隙配合零件间的装配误差;另一方面,考虑工作扭矩、高转速离心力等工况载荷,建立了湿式离合器受载变形有限元分析模型,求解并提取了配合面变形数据,为后续分析提供了模型与数据基础。(2)针对现有公差分析方法未充分考虑零部件变形与零件间相对转动的问题,提出了以变形表面回转轨迹圆对转动状态下的间隙进行等效的动态配合间隙公差分析方法,对受载变形下湿式离合器动态配合间隙进行了公差建模,求解了多源载荷下的动态配合间隙分布区间,并与基于刚体假设的公差分析方法所得的计算结果进行对比。结果表明,本文所提方法的计算结果更贴合动态配合间隙的实际情况。(3)针对湿式离合器动态配合间隙关键影响因素难以辨识、配合间隙难以保障等问题,提出了考虑柱面误差敏感方向的柱面间隙载荷变形贡献度计算方法,在此基础上分别计算了湿式离合器动态配合间隙组成环公差贡献度和载荷变形贡献度,辨识并优化了高贡献度公差参数与载荷变形。结果表明,优化后的动态配合间隙分布区间符合设计要求,湿式离合器动态配合间隙得到了有效保障。

关键词： 液黏离合器   锥形摩擦副   热屈曲变形   承载特性   摩擦转矩特性  

摘要： 煤矿机械行业中,液黏调速离合器可理想地实现重型刮板输送机和大型皮带输送机的软启动和过载保护,可有效减少断带、断链事故的发生,从而大幅度提高矿用设备的安全性和使用寿命。由于摩擦副为径向大尺寸薄板盘片结构,瞬态热积聚下极易出现屈曲变形,变形初期的小弹性变形在载荷作用消失后仍可恢复至平面接触,由于摩擦副外有箱体覆盖,封闭的工作环境导致摩擦副出现小变形时难于及时发现并加以抑制。变形后的摩擦副会加剧其局部接触,进一步的不均匀接触和滑摩会导致更大的热变形,导致摩擦副不能正常工作。为监测与抑制摩擦副的屈曲变形,须探明变形状态下摩擦转矩的演变机理,通过摩擦转矩的实时动态变化,及时反映并预测摩擦副的变形情况。利用面内弯矩及弯曲梁理论建立对偶钢片热屈曲变形理论分析模型,基于对偶钢片径向温度场的非均匀分布,并通过有限元仿真探索了不同屈曲模态下对偶钢片的变形形状,及其相应特征值、临界屈曲温度以及临界弯矩大小。结果表明,不同阶数屈曲模态下,特征值存在正数与负数,正数表示对偶钢片内径温度低于外径温度,负数则相反。屈曲模态N=0时,钢片发生锥形变形,存在最小特征值、临界屈曲温度与临界弯矩。屈曲模态N=2时,钢片产生马鞍形变形,此两种变形方式是工程应用中最常出现的屈曲变形方式。采用有限元仿真与MATLAB数值分析相结合的研究方法,得到了油膜厚度的变化规律,基于雷诺方程以及Greenwood-Tripp接触模型,研究了油膜压力与微凸峰接触压力的变化规律,进而总结出锥形摩擦副接合过程中非均匀接触状态下的承载特性。结果表明,接合前期,承载特性主要受油膜压力影响,于中径区域达到峰值,并以微小凸峰形式向两侧扩展。接合中后期,微凸峰接触压力影响比重逐渐增大,整个接合过程接触压力峰值集中在中径区域,并于中径区域至内外径两侧呈现略有减小-增大-快速减小的变化趋势。加工特制的锥形变形摩擦副进行多次摩擦系数试验,基于所得试验数据对摩擦系数计算公式进行拟合,并由此分析了不同参数对锥形摩擦副接合过程摩擦性能的影响,同时,通过所建转矩求解模型对软启动过程中黏性转矩与粗糙接触转矩的非线性变化展开研究。结果表明,接合过程中锥形摩擦副摩擦转矩的变化情况由实时不同比例的黏性转矩与粗糙接触转矩所组成,软启动过程中总摩擦转矩的变化规律始终与粗糙接触转矩保持一致,接合过程中总摩擦转矩整体上始终保持增大趋势,接合前期总摩擦转矩缓慢增长,接合中期,摩擦转矩快速增长,接合越接近后期摩擦转矩增长速率越小,接合后期,摩擦转矩虽有增长但变化幅度及其微小,而黏性转矩则是从软启动开始至结束逐渐减小最后趋近于0。由上述所得,本文在研究液黏离合器摩擦副的屈曲变形规律基础之上,重点围绕软启动过程中锥形变形摩擦副承载特性与摩擦转矩特性展开分析,结果可为后续及时发现并抑制此类变形的研究提供相关理论依据。

关键词： 油液光谱数据   湿式离合器   健康指数   剩余寿命预测   视情维护  

摘要： 随着国际局势的不断紧张,装甲车辆作为战略运输和安全维护的重要装备便显得尤为重要,而装甲车辆的综合传动装置的可靠性是保证其具有良好机动性能的前提,据统计,综合传动装置发生故障的原因中,离合器占了大半,目前湿式离合器的剩余使用寿命预测中,存在的问题主要是,离合器全寿命实验周期长且难以常态监测的问题,对油液进行特征提取及有效融合问题,退化模型与选择指标变化情况适配问题,针对以上问题,本文的研究思路是选择时刻参与湿式离合器作业的油液为指标,设计离合器全寿命加速实验,对获得的油液进行特征提取和数据融合,建立退化模型进行寿命预测。(1)基于离合器全寿命实验周期长且难以常态监测的问题,选择时刻参与离合器接合过程的润滑油作为检测指标,通过研究离合器的实际工作状况,湿式离合器全寿命实验周期长,设计了离合器加速寿命实验,通过优化使得获得的油液光谱数据更加顺滑和规律。(2)基于油液光谱数据的湿式离合器剩余寿命预测对于综合传动装置的状态监测及可靠性具有显著影响。针对油液光谱数据随机性较高以及现有方法的性能指标单一且误差偏大的问题,利用二元Wiener过程的预测实时性和准确的优点,开展离合器剩余寿命预测研究。首先,结合湿式离合器寿命试验,通过对全寿命周期光谱数据的补换油修正处理,提取出离合器剩余寿命预测的指示元素Cu和Pb及失效阈值;其次,通过Matlab Copula函数分析指示元素的相关关系特性,由此推导出剩余寿命的关联函数;再次,根据Inverse Gaussian原理,建立上述两种指示元素的一元、二元wiener过程的性能退化数学模型;最后,利用极大似然估计法进行参数估计,并采用一元、二元性能退化数学模型分别对被试离合器的剩余寿命开展了随机过程预测研究。(3)针对湿式离合器油液监测数据具有来源分散、数据量大及时间轴不稳定等问题,对光谱分析得到的多数据进行融合,利用winner过程的预测实时性和预测准确的优点,建立模型开展离合器剩余寿命预测研究。首先,通过排列熵加权证据融合方法对离合器寿命试验获得的指示元素进行融合,构建健康指数;其次,结合winner过程建立退化模型并通过极大似然法对模型中的参数进行估计;再次,根据历史退化数据对参数进行更新得到离合器剩余寿命预测模型;最后,将预测模型与实例进行对比,得到利用融合多元素的健康指数建立的winner过程预测模型预测准确性相比单指示元素预测有了很大提升。(4)在剩余寿命评估的基础上,采用比例风险回归模型和失效时刻退化数据,研究了不同任务约束下的湿式离合器维护决策方法,以维护成本最低为目标。同时,考虑油样分析成本、预防性维护成本和修正性维修成本等因素,基于健康指数等退化数据,提出了视情维护决策方法,进一步优化了维护策略。本文的研究成果丰富了综合传动装置关键部件健康状态监测与评估方法,为高速履带车辆健康管理体系的构建提供了新的理论基础和技术支持,对于保障高速履带车辆的安全稳定运行具有重要意义。该研究可为相关领域提供借鉴,推动相关领域的研究发展。

关键词： 离合器   液压控制单元   测试系统   AMESim  

摘要： 双离合自动变速器DCT(Dual Clutch Transition)是近年来快速发展的新型自动变速器。液压控制单元作为DCT核心部件,品质的优劣会直接影响变速器的工况。随着液压控制单元技术发展,其功能越发全面,结构也越发复杂,国内现有的液压控制单元检测技术已无法满足测试需求。本文以上汽集团旗下动力总成公司新开发的液压控制单元为测试对象,研发集液压、机械、测控于一体的自动化测试系统,实现了对液压控制单元性能的自动测试。本文主要研究内容如下:1)针对液压控制单元的测试需求,设计了自动测试系统的整体方案。将测试系统分为液压、机械和测控三个部分。为模拟液压控制单元的实际工况,搭建符合实际的液压测试环境,设计了由换挡及主线压力等四条测试回路、测试及测试油箱两条供油回路及介质温度控制回路组成的液压方案;为实现自动化批量测试,使用机械装置执行待测产品的运送及压紧密封工序,设计了由压紧组件和移栽组件组成的机械方案;为实现自动化采集并控制机械和液压部分,设计了由工控机、NI Compact DAQ数据采集模块和PLC组成了系统的硬件,基于Labview研究开发了测控软件。2)对液压部分中连接到测试腔体的测试回路的振动特性进行分析并优化。液压回路若设计不当,在液压泵及管路流量的脉动作用激励下容易产生振动,并且可能引发共振。针对此问题,利用有限元软件ANSYS对管路进行了基于流固耦合的模态仿真分析,获取了六阶振型及对应固有频率,分析结果表明各管路存在固有频率较低的问题。以离合器润滑测试管路为例进行了详细的阐述,在管路上添加约束支撑等,优化了结构,显著增加管路的固有频率,改善了振动情况。3)对机械部分中压紧组件的压紧密封性能和重要零件的强度进行分析验证。针对液压控制单元与测试腔体之间的密封问题,借助Solidworks软件辅助分析,通过计算密封比压,验证了压紧组件中液压缸输出的50k N压紧力满足密封设计要求。另外,借助Ansys软件对机械部分中移栽支撑板、支撑柱等主要受力零部件进行静力学分析,校核了机械结构中的重要部件,结果表明设计符合要求。4)对离合器油路压力测试的液压回路进行建模仿真。在AMESim软件平台中,对测试回路中液压泵、管路、电磁阀进行建模。针对测试系统液压回路中的电磁阀,通过参数识别,获取电磁阀结构参数。进而建立了构建包含多电磁阀的测试回路仿真模型。在MATLAB中构建S函数,将仿真模型加载MATLAB中,模拟离合器油路压力测试过程进行联合仿真,得到离合器油路输出油压与相应电磁阀上的控制电流之间的关系曲线图,验证了测试系统的设计合理可行。5)搭建了试验台,并对液压控制单元进行一系列自动测试试验并分析试验结果。试验结果证明测试系统按流程依次进行液压控制单元的主压力、离合器冷却油路流量、离合器油路压力、齿轮换挡油路压力及换挡控制的压力流量测试,对获取的油路中压力或流量数据进行数据处理,并输出P-I/Q-I特性曲线。最后,以离合器油路压力测试为例,按照检测设备能力指数(Capability Gage Index)规范进行了测试,对获得的数据进行计算得出其Cgk值为1.525,大于基准值1.33,表明测试系统具有优异的稳定性。

关键词： 轴承   轴向窜动   阻尼垫圈   斜齿轮传动   端面跳动  

摘要： 增速箱是线材精轧机的重要组成部分，其装配影响着增速箱内部零件的寿命，同时增速箱的装配与点检需要理论与实践相结合，点检判断需要一整套的数据进行详细分析。而针对线材精轧增速箱装配复杂以及轴承故障点检困难的问题，本文提出了一种基于增速箱结构形式和齿轮受力分析的增速箱装配技术，以及轴承故障点检判断分析的方法，通过增加阻尼垫片吸收冲击载荷，并调整轴系合适的阻尼压紧量，使得阻尼垫片有多的吸振缓冲余量和较好的吸振缓冲力，以增加增速箱的使用寿命。并通过案例分析，从增速箱的装配技术、齿轮轴承的受力分析进行了理论与案例的结合，为线材精轧增速箱的装配技术和故障判断提供理论依据。

关键词： 湿式摩擦离合器   润滑油油路   热机耦合   响应面优化  

摘要： 湿式摩擦离合器具有换向平稳、冷却性能好、寿命长等优点,被广泛应用于船舶领域,是船舶传动系统中不可或缺的组成部分。相较于干式离合器,湿式摩擦离合器在接合过程中的热量主要通过摩擦片与对偶片之间的润滑油冷却。但在脱排工况下,摩擦片与对偶片间隙中润滑油厚度过低会导致摩擦片与对偶片无法正常分片,从而造成摩擦片与对偶片产生碰磨现象,影响了离合器脱排空转性能和使用寿命。同时,润滑油油膜厚度低也会影响离合器接合过程中的冷却散热效果。因此,开展对湿式摩擦离合器流场以及热负荷分析并进行润滑油油路结构优化研究,对于离合器综合性能的提升具有重大意义。本文旨在提升离合器脱排过程中摩擦片润滑油油膜厚度、提升摩擦片自动对中性能、降低接合过程中摩擦片与对偶片滑摩生热,对离合器进行分析与优化。本文主要内容包括以下几个方面:(1)综合考虑多片湿式摩擦离合器结构特点以及实际使用工况,建立离合器流场多相流模型。通过建立带排转矩数学模型,对摩擦片与对偶片之间的带排转矩进行计算。通过建立传热模型对离合器接合过程中的传热生热以及对流换热边界条件进行分析。(2)通过分析润滑油流场特性,对不同工况下润滑油分布特性进行分析并对油量进行优化,探究润滑油油路中各结构参数对离合器脱排过程中的油膜厚度以及带排转矩的影响。(3)对离合器内润滑油的对流换热系数进行计算,并根据实际使用工况建立离合器摩擦片副热机耦合模型,分析离合器在接合过程中的温升以及热变形,为后续优化打下基础。(4)结合多片湿式摩擦离合器流场特性分析结果,选择设计变量,针对流场中润滑油油膜厚度低的问题,建立响应面数学模型,利用二次规划方法得出优化结果。最后研究优化结构对于提升离合器脱排性能与降低离合器接合过程温升的效果。本文在对湿式摩擦离合器脱排工况下的流场特性进行分析的基础上,通过优化润滑油油路结构,提出了一种能够有效提升离合器脱排空转状态与接合过程性能的润滑油油路结构。该优化结果为设计湿式摩擦离合器润滑油油路结构提供参考。

关键词： 谐波齿轮传动   轨迹映射   啮合原理   参数优化   三维齿廓  

摘要： 谐波齿轮传动是利用薄壁柔轮产生挠性变形衍生出来的一种少齿差传动形式,因其具有结构简单、减速比大、精度高、体积小、质量轻等优点,被广泛应用在机器人、航空航天、医疗器械、数控机床等高端领域。然而国产谐波减速器与国际水平存在较大的差距,且缺乏一套参数化、系列化的谐波齿轮传动正向齿廓设计方法。针对以上问题,本文结合齿轮齿条近似法和啮合原理,提出了轨迹映射驱动的谐波齿轮传动齿廓设计方法。(1)基于谐波齿轮传动基本假设,推导了柔轮的转角关系。以柔轮中性层曲线方程、齿数以及模数为输入,结合齿轮齿条近似法和啮合原理,提出了轨迹映射驱动的谐波齿轮传动齿廓设计方法。通过与双圆弧齿廓的对比研究,表明轨迹映射驱动的齿廓设计方法,无需额外输入齿廓参数就可以求出一对相互共轭的柔轮和刚轮齿廓,并且其共轭区间更大、啮合侧隙更小。可以实现谐波齿轮传动的系列化、参数化正向设计。(2)研究了轨迹映射参数对啮合特性以及齿廓位置的影响规律;分析了分度圆处齿廓参数对共轭区间的影响规律;提出了先优化分度圆处齿廓参数,再优化轨迹映射参数的参数优化方法。结果表明该方法可以高效地优化轨迹映射参数,并提高谐波齿轮传动的共轭特性。(3)考虑柔轮轴向变形,从不发生齿廓干涉出发,提出了轴向倾角三维齿廓、无干涉直齿齿廓设计方法,并对比分析了它们的啮合特性。结果表明两种三维齿廓在各个截面都不发生齿廓干涉;轴向倾角三维齿廓主要在中间截面实现啮合;直齿齿廓的啮合截面随波发生器转动逐渐从前端截面过渡到后端截面。(4)通过有限元分析表明结合柔轮有限元变形进行谐波齿轮传动齿廓设计能有效地减少柔轮最大齿面接触压强和应力,提高谐波减速器的承载能力;在负载较小时,轴向倾角三维齿廓的啮合性能优于直齿齿廓,在负载较大时,直齿齿廓的啮合性能优于轴向倾角三维齿廓;相比于传统的双圆弧齿廓,本文提出的轨迹映射驱动齿廓同时接触的轮齿更多、承载能力更大,证明了本文所提出的轨迹映射驱动的谐波齿轮传动齿廓设计方法的优越性与合理性。

关键词： 机械压路机   电控手柄   控制器   比例阀   离合器  

摘要： 介绍机械压路机电控换挡的控制逻辑，对电控换挡的软硬件系统进行智能检测以使系统全过程参数可视化。通过机械压路机智能控制器采集电控手柄信号，确认机械压路机驾驶员的操作意图，并转换为变速器各离合器充油逻辑，然后，根据充油逻辑控制比例阀改变机械压路机变速器各个挡位离合器油腔的充油状态，从而完成机械压路机的换挡控制。同时，取消主离合器，减轻操作人员的操作强度，在系统出现异常时，显示器上还可以调出手柄信号和各个挡位离合器油腔内的温度和电流数据，协助维修人员在机器故障时进行故障排查。