某型取力器結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其動(dòng)態(tài)特性分析.pdf

1、汽車取力器（PTO）是實(shí)現(xiàn)專用汽車與其專有設(shè)備之間動(dòng)力傳遞的重要部件，在多數(shù)情況下是裝在變速箱外側(cè)的附加裝置，其重量和壽命對(duì)專用汽車的使用和制造成本有直接影響。為了降低制造成本、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，本文以取力器系統(tǒng)為研究對(duì)象來進(jìn)行分析與研究，主要內(nèi)容如下：
　　(1)概述了汽車輕量化技術(shù)和嚙合齒輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，預(yù)測(cè)了取力器今后的發(fā)展趨勢(shì)，提出了取力器結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其動(dòng)態(tài)特性分析的思路，建立了取力器系統(tǒng)三維實(shí)體模型。在利用有限

2、元分析軟件進(jìn)行精確建模的基礎(chǔ)上對(duì)取力器箱體和嚙合齒輪副系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析，所得取力器箱體的固有頻率為評(píng)價(jià)優(yōu)化后的箱體結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性提供重要指標(biāo)。
　　(2)對(duì)取力器箱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛強(qiáng)度分析，分別研究其在靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)下的應(yīng)力、位移分布云圖，分析結(jié)果為其結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。分析結(jié)果表明，靜、動(dòng)力學(xué)下的最大位移值均遠(yuǎn)小于所允許的最大位移值，說明箱體結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度，同時(shí)所得最大應(yīng)力值遠(yuǎn)小于箱體材料的最大許用應(yīng)力值，說明箱體結(jié)構(gòu)也具有足夠

3、的強(qiáng)度。分析結(jié)果還表明，齒輪嚙合過程中會(huì)產(chǎn)生對(duì)箱體較大的振動(dòng)沖擊，只要起步時(shí)間大于某一時(shí)間，箱體在工作過程中所能承受的最大應(yīng)力是可以接受的，故通過仿真得到的沖擊時(shí)刻點(diǎn)和不同作用時(shí)間箱體的最大應(yīng)力時(shí)變曲線能為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制提供可靠的依據(jù)。另外，對(duì)取力器軸分別進(jìn)行理論強(qiáng)度分析和動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，考慮到所研究軸只承受彎矩，故利用軸的彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核。結(jié)果表明，取力器軸在理論強(qiáng)度和動(dòng)力學(xué)強(qiáng)度分析下工作強(qiáng)度是足夠的。
　　(3)對(duì)取力器

4、嚙合齒輪系統(tǒng)有限元模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析，確定了嚙合齒輪副傳動(dòng)過程中輪齒的應(yīng)力大小及位置分布情況，并且嚙合齒輪的最大應(yīng)力隨輸入軸作用時(shí)間的增長(zhǎng)而減小，而隨著摩擦因子的變大，最大應(yīng)力總體變化走向是增大，盡管有所波動(dòng)但范圍不大。對(duì)嚙合齒輪進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能分析，得出雙聯(lián)齒輪副轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的嚙合頻率接近自身的固有頻率時(shí)，引起齒輪副的共振，振動(dòng)情況劇烈。分析還得出嚙合齒輪和輸入軸角加速度時(shí)變曲線基本一致，說明輸入軸的振動(dòng)對(duì)齒輪的嚙合性能影響較大，減小輸

5、入軸振動(dòng)有助于提高取力器齒輪系統(tǒng)嚙合傳動(dòng)性能，同時(shí)齒輪的軸向竄動(dòng)對(duì)取力器系統(tǒng)幾乎沒有影響。
　　(4)在保證取力器箱體性能與原結(jié)構(gòu)相差不大的前提下，盡可能減少材料，同時(shí)結(jié)合使用輕金屬等低密輕質(zhì)新型材料的方法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果按照代表應(yīng)力小的藍(lán)色區(qū)域減薄、代表應(yīng)力大的紅色區(qū)域增厚原則，以箱體的總質(zhì)量最小為目標(biāo)，約束條件為箱體的最大位移值和最大應(yīng)力值，對(duì)原箱體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，之后對(duì)改進(jìn)優(yōu)化后的箱體結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行靜、動(dòng)力學(xué)分析和模態(tài)分析。

6、分析結(jié)果表明，改進(jìn)后取力器箱體在靜、動(dòng)力學(xué)條件下最大位移在許用范圍之內(nèi)，故可判斷改進(jìn)后的箱體結(jié)構(gòu)滿足剛度要求；雖然箱體結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的應(yīng)力值略有增大，但仍小于箱體材料的最大許用應(yīng)力值，可認(rèn)為改進(jìn)后的箱體結(jié)構(gòu)也滿足強(qiáng)度要求。此外改進(jìn)后取力器箱體在自由模態(tài)下的第一階固有頻率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)于變速器和油泵作為外界激勵(lì)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，可認(rèn)為改進(jìn)后箱體結(jié)構(gòu)也滿足動(dòng)態(tài)特性要求。
　　綜上所述，基于動(dòng)力學(xué)分析有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)取力器工作狀態(tài)的真實(shí)模擬，合理地