学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于多体动力学与有限元方法的某轿车用离合器机构建模及分析

作　者: 张振明
导　师: 冯增铭
学　校: 吉林大学
专　业: 机械工程
关键词: 离合器执行机构多体动力学有限元分析接触分析
分类号: U463.211
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 140次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

机械自动变速器(AMT)与液力自动变速器(AT)相比,具有结构简单、体积小、成本低等优点;与传统的机械变速器(MT)相比有能耗低、反应快等优点。电控离合器是AMT的核心部件,它是在原有的机械式离合器的基础上加装ECU电控单元的执行机构,取代原来由驾驶员人工完成的离合器分离与接合过程,大大的降低了驾驶员的劳动强度,提高了驾驶汽车的安全。开发电控离合器具有重要的意义。CAE(Computer Aided Engineering)是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、动力响应、热传导等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。CAE系统的核心思想是结构的离散化,其基本过程是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域,即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体;通过将连续体离散化,把求解连续体的场变量(应力、位移、压力和温度等)问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。在设计初期对离合器执行机构进行CAE分析,通过运动学分析可以定量的研究机构各部分之间的运动关系,还可以计算出各零件所受到的接触力,以计算出的接触力作为边界条件对关键零部件进行静力学分析、模态分析以及疲劳分析,定量的研究各零部件的强度、刚度以及动力性能指标,进而缩短设计周期,提高设计效率,而且还能保证设计质量,降低设计成本。论文首先依据相关的文献资料,深入分析了自动变速器离合器执行机构的发展现状以及未来趋势,结合相关的图片和表格,介绍了自动变速器以及离合器执行机构的工作原理。然后根据离合器执行机构的实际工况,考虑了各元件间的接触关系,利用多体动力学仿真软件RECURDYN建立了离合器执行机构的运动学仿真模型,分析计算出了各接触零件之间的接触力以及受拉零件所受到的拉力。由于蜗轮、蜗杆、齿轮、齿条的三维模型较为复杂,如果不做任何简化直接进行网格划分,网格的质量和数量都难以控制,最终导致计算速度缓慢甚至无法计算,因此在不影响计算结果精度的前提下,对模型进行了适当的简化,忽略了倒角、小孔等特征之后,利用HYPERMESH软件对离合器执行机构各个零件进行网格划分。齿轮、蜗轮、齿条采用六面体单元,单元属性为solid185;蜗杆、摇臂以及壳体由于结构形式复杂,故采用四面体单元,单元属性为solid187。在划分完网格、添加相应的材料属性之后,在ANSYS软件中施加载荷和相关的边界条件,对蜗轮蜗杆、齿轮齿条进行接触分析,对摇臂进行静力学分析,研究各关键零件应力应变的大小与分布情况,验证其强度与刚度;对离合器执行机构进行模态分析,提取其前十阶模态频率和振型,研究整个机构的振动特性;根据材料的S -N曲线和Miner累计损伤理论,利用ANSYS软件中的FATIGUE疲劳计算模块,对离合器执行机构连接板螺栓的疲劳寿命进行预测,并与理论计算的疲劳寿命进行对比。通过CAE分析全方位的研究离合器执行机构强度、刚度以及动力性能指标,为机构的设计提供理论依据,进而缩短设计周期,提高设计效率,保证设计质量,降低设计成本。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题来源及研究的意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
    1.2.1 电控离合器发展的历史  12
    1.2.2 电控离合器执行机构的国内外研究现状  12-13
    1.2.3 多体动力学与有限元分析的发展现状  13-14
  1.3 目前存在的问题  14-15
  1.4 本文研究的主要内容  15-17
第2章电控离合器执行机构动力学分析  17-25
  2.1 主要分析参数  17-19
    2.1.1 结构拓扑图  17-18
    2.1.2 离合器执行机构零件的材料力学属性  18
    2.1.3 分析方案及参数  18-19
  2.2 离合器执行机构的刚性分析  19-25
第3章离合器执行机构有限元分析  25-47
  3.1 齿轮齿条的有限元分析  25-30
    3.1.1 分析目的  25
    3.1.2 分析过程  25-30
    3.1.3 结论  30
  3.2 蜗轮蜗杆的有限元分析  30-34
    3.2.1 分析目的  30
    3.2.2 分析过程  30-34
    3.2.3 结论  34
  3.3 摇臂的有限元分析  34-41
    3.3.1 摇臂Ⅰ有限元分析  34-37
    3.3.2 摇臂Ⅱ有限元分析  37-39
    3.3.3 摇臂Ⅲ有限元分析  39-41
  3.4 壳体的有限元分析  41-47
    3.4.1 分析目的  41-42
    3.4.2 分析过程  42-44
    3.4.3 结论  44-47
第4章螺栓的疲劳分析  47-57
  4.1 疲劳基本理论  47
  4.2 分析目的  47-49
  4.3 疲劳寿命计算  49-54
    4.3.1 螺栓预紧力的计算  49
    4.3.2 螺栓受力分析  49-52
    4.3.3 螺栓疲劳寿命计算  52-54
  4.4 螺栓受剪强度校核  54
  4.5 ANSYS 疲劳分析  54-57
第5章壳体的模态分析  57-66
  5.1 模态分析的定义  57
  5.2 模态理论  57-59
  5.3 离合器执行机构模态分析  59-64
  5.4 结论  64-66
第6章结论及研究展望  66-67
参考文献  67-70
作者简介  70-71
致谢  71

基于多体动力学与有限元方法的某轿车用离合器机构建模及分析

内容摘要

全文目录

相似论文