车辆动力学传动系统动力学讲义北京理工大学.docVIP

传动系统动力学讲义 2009-2010学年 前 言 一、传动系统简介 传动装置的功用是把发动机的功率传递到主动轮驱动车辆行驶，实现减速增矩；实现车辆变速；实现车辆的倒挡行驶、车辆制动、停车和必要时切断发动机动力；利用发动机制动、拖车起动发动机等。 除上述的基本功用外，传动装置还可以有一些辅助的功用：输出功率带动压气机、风扇、喷水式推进器、泵等等。为车辆辅助系统、工程车辆和水陆两栖车辆提供动力输出。 图1-1 现代装甲履带车辆传动系统分类示意 （1）机械传动优点是结构简单，成本低，效率高。缺点是切断动力换档，存在动力损失；换档频繁，刚性大，冲击大，噪音大，降低了寿命。 （2）液力传动以液体动能来传递或交换能量，优点是无级变速、变矩能力，动力性好；具有自动适应性，提高了操纵方便性和车辆在坏路面上的通过性；充分发挥发动机性能，有利于减少排气污染；减振、吸振、减缓冲击，提高传动、动力寿命和乘坐舒适性。缺点是效率低，结构复杂，成本高。 （3）定轴传动由于结构简单，制造成熟，成本低而被广泛应用。行星传动结构紧凑、寿命长、噪音小，工艺要求高，成本高。 二、传动系统载荷 车辆在使用中传动装置可能发生的故障，分为两类： 当作用在零件上的应力超过材料的强度极限时，产生的突然破坏； 在使用期间内，在零件上由于逐渐累积的损坏而产生的破坏，例如：疲劳损坏、磨损、塑性变形不可恢复的累积等。 车辆传动装置的零部件承受的载荷性质主要是发动机和道路激励以及传动系内部的冲击等交变载荷，在这种随时间变化的载荷的作用下，其破坏形式一般是疲劳破坏。统计资料表明，零件的破坏50%?90%为疲劳破坏。随着车辆传动装置向高转速、高功率密度方向发展，其零部件的应力越来越高，使用条件越来越恶劣，发生疲劳破坏的现象越来越多。因此，在车辆传动装置的设计中，仅进行静强度计算，是远远不够的，必须计算零件的疲劳寿命。 传动装置稳态工况是车辆以等速在不变路面条件下行驶的工况，在这种工况下传动装置各构件的转矩和转速是保持不变的。严格说来，这种车辆行驶工况很少能遇到，从实际应用来说，认为转矩和转速对其自身的最大值在的范围内变化的工况是稳态工况。稳定工况时的载荷包括发动机激励、齿轮啮合激励、 履带、万向节等稳态激励作用下的传动系统载荷 车辆传动系统的过渡工况指车辆从一种稳定工况向另一种稳定工况的过渡，包括车辆的起步、加速、减速、换挡、制动、转向等。过渡工况除作用有稳定工况的全部激励之外，还有主离合器、液力变矩器、同步器、换挡离合器以及制动器等的冲击激励。车辆在过渡工况下工作时间虽短，但是，车辆在行驶过程中，过渡工况频繁出现，而且在过渡工况下，车辆传动系统承受很大的动载荷，极易导致传动系统零部件的突然损坏。 三、传动系统动力学研究目的 传动系统动力学研究目的可归纳为三点： 1. 仿真不同工况，预测系统性能 对系统的加速性、爬坡性能等进行仿真，进行性能预测。 2. 获取真实的载荷特性，用于强度设计 车辆在动态工况时，分析传动装置承受的最大载荷，用于动强度计算 确定传动系统过渡工况下的动载荷的方法一般都是采用拉格朗日方程建立各个部件及整个传动系统的微分方程，运用通用计算机仿真软件，如Matlab/Simulink、Easy5、Pro/Mechanica、Adams等，进行仿真求解运算。 按照在传动装置过渡工况时观察到的动载荷作为设计转矩进行计算。 分析各种动态工况载荷，用于载荷谱设计和疲劳寿命计算 进行疲劳寿命预测的前提是已获得经过加工处理的载荷谱和材料疲劳特性曲线。这样就可以采用适当的方法对新设计的零件寿命进行预测，或者在原设计进行改进时进行评估。 在静强度设计中，尽管利用最大的载荷进行设计，且将动载荷的影响利用动载荷系数转化为静载荷加大了设计载荷的强度，然而它不能反映出载荷随机变化的规律，不能反映出载荷幅值的大小及出现次数，因而也就不知道载荷幅值大小及出现的次数对机件的损伤程度。 对于有限寿命产品设计，安全使用和体积重量指标是相互矛盾的，现代设计强调 有条件主动地将产品使用寿命作为预定设计指标，在计划方案可行性论证时，进行疲劳和寿命细节分析，强化薄弱部位，优化结构，使得系统各部件具有相同的中值寿命、可靠寿命或安全寿命。 分析稳定工况振动特性， 用于NVH设计 轴系的扭振会带来许多负面的影响，其最直接的作用就是使传动载荷产生波动，特别是当扭振的激振频率与系统的固有频率相同时，轴系的扭矩值大幅增加，即发生共振，此时对系统的破坏尤为显著。扭振所带来的载荷波动，会对零件的机械强度产生严重的影响甚至是破坏，如零件弹塑性变形、疲劳破坏或超过应力极限等。 目前，工程中对系统扭振的精确计算多采用解析法。利用特征值法求解固有振动的频率和振型及系统强迫振动响应，然后根据固有振动和强迫振动的计算结果对轴系部件的强度