国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

變速器齒輪微觀修形對(duì)振動(dòng)響應(yīng)的影響研究

2022-04-15 09:27王虎銀劉子謙姜艷軍陳超超
關(guān)鍵詞:微觀遺傳算法齒輪

雷 剛,王虎銀,劉子謙,姜艷軍,陳超超,秦 凌

(1.重慶理工大學(xué) 車輛工程學(xué)院, 重慶 400054;2.重慶青山工業(yè)有限責(zé)任公司, 重慶 402761)

隨著人們對(duì)汽車乘坐舒適性的提高,變速器的NVH(noise、vibration、harshness)性能表現(xiàn)越來越重要。汽車變速器作為動(dòng)力傳遞的主要裝置,其變速器齒輪系統(tǒng)的振動(dòng)噪聲主要由內(nèi)部激勵(lì)和外部激勵(lì)共同引起,其中外部激勵(lì)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)的不平衡力及力矩、路面隨機(jī)激勵(lì)、齒輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)子不平衡、幾何偏心、滾動(dòng)軸承等引起;內(nèi)部激勵(lì)主要由齒輪系統(tǒng)時(shí)變嚙合剛度激勵(lì)、誤差激勵(lì)、嚙入嚙出沖擊激勵(lì)等引起。對(duì)于齒輪系統(tǒng)而言,縱使沒有受到外部激勵(lì),變速器齒輪系統(tǒng)亦會(huì)受到內(nèi)部激勵(lì)從而引起振動(dòng)噪聲,針對(duì)齒輪內(nèi)部激勵(lì)引起的振動(dòng)噪聲問題,可以采用合理的齒輪微觀修形以降低齒輪的傳遞誤差,提高齒輪的承載能力,從而降低變速器的振動(dòng)噪聲。葛敏等[1]對(duì)于修形采用的是工程經(jīng)驗(yàn),彭卓凱等[2-3]通過接觸斑點(diǎn)并采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)得到齒輪的微觀修形參數(shù),結(jié)果顯示通過合理的修形可以改善齒輪嘯叫噪聲。石懷瑞等[4]針對(duì)某DCT變速器的嘯叫噪聲,采用臺(tái)架NVH試驗(yàn)和階次分析,使用仿真分析手段確定齒輪微觀修形參數(shù),以此來降低齒輪的傳遞誤差。岳會(huì)軍等[5]采用有限元法進(jìn)行內(nèi)部激勵(lì)分析,并且考慮在齒輪溫度場(chǎng)的影響前提下,以傳遞誤差波動(dòng)量小,齒面接觸狀態(tài)良好為優(yōu)選目標(biāo),經(jīng)大量仿真結(jié)果對(duì)比,確定微觀修形方案。王夢(mèng)琪等[6]以單對(duì)齒輪為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)單項(xiàng)不同的齒形和齒向的修行方案,通過對(duì)比單項(xiàng)修形的優(yōu)化結(jié)果,制定6種綜合修形方案,進(jìn)行接觸斑點(diǎn)云圖的對(duì)比分析,證明采用合理修形可以有效的降低振動(dòng)噪聲。范孝良等[7]結(jié)合ISO的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)齒輪進(jìn)行微觀修形參數(shù)的求解,以微觀修形來降低傳遞誤差,且通過測(cè)試殼體表面的響應(yīng)節(jié)點(diǎn)來表明殼體表面響應(yīng)降低,從而間接反應(yīng)出NVH性能改善。石鵬飛[8]在Romax Designer中建立2 MW風(fēng)電齒輪箱的剛?cè)狁詈夏P?,結(jié)合微觀修形理論通過多次實(shí)驗(yàn)調(diào)試,得出最優(yōu)修形參數(shù),分析了齒輪微觀修形對(duì)傳遞誤差、接觸強(qiáng)度以及承載能力的影響。蘇成云等[9]由于自動(dòng)變速的單對(duì)齒輪參與多擋位動(dòng)力傳動(dòng),所以對(duì)齒輪進(jìn)行了多目標(biāo)多工況的設(shè)計(jì)研究,為變速器的多工況研究提供參考。蘇成云等[10]采用Romax軟件建立自動(dòng)變速器模型,以傳遞誤差為優(yōu)化目標(biāo),研究齒向修形和齒形修形對(duì)變速器殼體的振動(dòng)響應(yīng)影響,并且進(jìn)行靈敏度分析,便于加工制造。潘文華[11]針對(duì)齒輪嘯叫問題,提出通過源頭控制齒輪的宏觀參數(shù)和微觀參數(shù),除此之外通過傳遞路徑來進(jìn)行控制;其中對(duì)于微觀修行部分主要研究了齒形修形、齒向修形,即通過齒輪源頭和傳遞路徑很好的改善了變速器的嘯叫問題。扈建龍[12]針對(duì)純電汽車減速器的振動(dòng)噪聲,基于粒子群算法對(duì)齒輪修形參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化,獲得帕累托最優(yōu)解??梢钥闯鲆陨系凝X輪微觀修形研究結(jié)果多數(shù)都是采用工程經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行修形,對(duì)于采用優(yōu)化算法計(jì)算修形參數(shù)的研究較少。

本文在上述研究結(jié)果基礎(chǔ)之上,采用2種修行方式,第一種是采用ISO經(jīng)驗(yàn)公式和工程經(jīng)驗(yàn)確定微觀修形參數(shù);第二種是基于遺傳優(yōu)化算法,將遺傳算法應(yīng)用到齒輪的微觀修形的尋優(yōu)中,同時(shí)考慮多個(gè)優(yōu)化因素。將2種修形結(jié)果與未修形前的傳遞誤差、承載能力進(jìn)行對(duì)比研究,結(jié)果表明:2種修形均可以降低齒輪的傳遞誤差,提高齒輪的承載能力,從而抑制齒輪的振動(dòng)噪聲發(fā)生。

1 基于Romax模型的建立

使用齒輪專業(yè)分析軟件Romax建立該DCT變速器模型,為了減少仿真結(jié)果的誤差,建立整個(gè)變速器的擋位模型,主要包括齒輪、軸、概念離合器、差速器、變速器總成殼體。使用Hypermesh對(duì)變速器箱體進(jìn)行劃分網(wǎng)格,再在Abaqus中進(jìn)行有限元求解,將得到的有限元導(dǎo)入到Romax進(jìn)行縮聚,完成剛?cè)狁詈夏P偷慕?,即箱體的剛度矩陣全部縮聚到各個(gè)軸承的中心位置,建立的仿真分析模型如圖1所示。全文主要對(duì)3擋齒輪進(jìn)行研究分析,3擋齒輪副相關(guān)參數(shù)如表1所示。分析中的負(fù)載扭矩為80 N·m,輸入轉(zhuǎn)速為3 000 r/min,計(jì)算得到的功率為45.23 kW。

圖1 變速器系統(tǒng)仿真分析模型示意圖

表1 3擋齒輪參數(shù)

2 微觀修形介紹

2.1 齒形修形理論

齒形修形主要包括齒形鼓形量修形、齒形斜度修形、齒頂(齒根)修緣等,如圖2所示。齒形修形主要是為了減少嚙合沖擊和載荷,改善基節(jié)誤差和載荷分布[13-14]。其中,ISO 6336齒輪標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于齒形修形量的推薦公式為:

(1)

式中:KA為某工況下的系數(shù);Ft為齒輪切向力;B為齒寬;εα為齒輪端面重合度;Cγ為齒輪嚙合綜合剛度。

文獻(xiàn)[9]給出的齒廓修形曲線為:

e=ek(x/l)b

(2)

式中:ek為最大修行量;x為嚙合點(diǎn)坐標(biāo);b為齒廓修形曲線;l為界點(diǎn)至嚙合起始點(diǎn)或者下界點(diǎn)至嚙合終止點(diǎn)的距離。

圖2 齒形修形示意圖

2.2 齒向修形理論

齒向修形包括齒向鼓形量修形、齒向斜度修形等,如圖3所示,輪齒承受載荷后會(huì)發(fā)生彎曲、扭轉(zhuǎn)變形,引起齒輪載荷分布不均,降低齒輪的承載能力。齒向鼓形量即沿齒寬方向的鼓形量,它的設(shè)計(jì)是保證齒輪發(fā)生變形后能夠補(bǔ)償輪齒齒向嚙合的彈性變形。若考慮發(fā)生接觸后的變形和齒向嚙合誤差,參照ISO 6336公式,則齒向鼓形量的計(jì)算公式為:

當(dāng)bca1

(3)

當(dāng)bca1≥B時(shí):

(4)

式中:C為嚙合剛度;bca1為有效接觸齒寬;Fm為圓周力;Fβy為嚙合齒向誤差。

齒向斜度的設(shè)計(jì)是為了補(bǔ)償實(shí)際齒輪嚙合過程中螺旋角的變化。齒向斜度的計(jì)算公式為:

(5)

圖3 齒向修形示意圖

2.3 基于經(jīng)驗(yàn)修形得到的微觀修形數(shù)據(jù)

經(jīng)驗(yàn)修形的數(shù)據(jù)根據(jù)微觀修形ISO公式和工程經(jīng)驗(yàn),經(jīng)過多次的反復(fù)仿真分析對(duì)比,得到3擋齒輪微觀修形的數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 3擋齒輪副經(jīng)驗(yàn)修形參數(shù)

3 遺傳算法簡(jiǎn)介

遺傳算法是采用達(dá)爾文遺傳學(xué)機(jī)理來求解非線性、多目標(biāo)、多約束的復(fù)雜全局優(yōu)化計(jì)算方法,是一種采用自適應(yīng)全局優(yōu)化概率搜索來模擬自然進(jìn)化過程最優(yōu)解的方法[15]。標(biāo)準(zhǔn)流程如圖4所示。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法流程框圖

3.1 隨機(jī)產(chǎn)生初始個(gè)體及初始種群規(guī)模確定

對(duì)于初始個(gè)體(祖先)采用函數(shù)生成隨機(jī)數(shù)進(jìn)行建立。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定3擋齒輪副的修形參數(shù)如表3所示。將其作為方案設(shè)計(jì)的約束條件。選擇的初始種群規(guī)模(N)過少則會(huì)導(dǎo)致優(yōu)化結(jié)果沒有解的問題,初始種群規(guī)模過大,則計(jì)算的時(shí)間過長,影響效率,所以選擇合適的種群規(guī)模將會(huì)決定遺傳算法的實(shí)用性。此處取N=50。

表3 3擋齒輪修形參數(shù)范圍

3.2 優(yōu)化目標(biāo)的確定

基于研究的目標(biāo)之一是降低3擋40%工況下的傳遞誤差的峰峰值,理論設(shè)計(jì)的齒輪傳遞誤差是可以為零的,故所有工況的優(yōu)化目標(biāo)TE=0,(其中TE為傳遞誤差)。在考慮降低傳遞誤差的同時(shí),能夠降低齒面的單位長度載荷和最大接觸應(yīng)力,但若要降低齒輪的噪聲,傳遞誤差才是考慮的重點(diǎn),因?yàn)閱挝婚L度載荷和最大接觸應(yīng)力是無法直接降低齒輪噪聲,所以在設(shè)計(jì)傳遞誤差時(shí)需要設(shè)定較大的權(quán)重,對(duì)于單位長度載荷和最大接觸應(yīng)力設(shè)置較小的權(quán)重。這樣的設(shè)計(jì)目的是即使單位長度載荷和最大接觸應(yīng)力較大,但由于單位長度載荷和最大接觸應(yīng)力乘以權(quán)重系數(shù),最后的得分也較小,所以設(shè)置不同的傳遞誤差、單位長度載荷權(quán)重及最大接觸應(yīng)力系數(shù)對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生不同的影響。單位長度載荷和最大接觸應(yīng)力的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則是:對(duì)于目標(biāo)的單位長度載荷和最大接觸應(yīng)力設(shè)定為對(duì)應(yīng)未修形工況的一半,權(quán)重系數(shù)分別為目標(biāo)單位長度載荷分之一和最大接觸應(yīng)力分之一,表4為設(shè)定目標(biāo)的參數(shù)表。

3.3 應(yīng)用算子的選擇

遺傳算法提供了3種遺傳算子:選擇算子、變異算子、交叉算子,3種算子各有所差異卻又相輔相成,選擇算子可以復(fù)制優(yōu)秀“前輩”的基因;變異算子、交叉算子相對(duì)于選擇算子能夠擴(kuò)大搜索空間,確保大概率找到最優(yōu)方案。所以本文對(duì)于微觀修形優(yōu)化設(shè)計(jì)同時(shí)采用3種算子進(jìn)行尋優(yōu)。其中設(shè)定交叉算子Pc=0.2,變異算子Pm=0.3。

表4 設(shè)定目標(biāo)參數(shù)

3.4 遺傳算法的終止確定

若遺傳算法達(dá)到了預(yù)定設(shè)定的步長,且在搜尋的過程中找到了優(yōu)秀的染色體,則結(jié)束整個(gè)搜尋過程,若未找到最優(yōu)解則返回3.1節(jié)繼續(xù)操作。

3.5 基于遺傳算法得到的修形數(shù)據(jù)

Romax V2遺傳算法加入了更加復(fù)雜的變異算子。采用V1遺傳算法的局限主要有2點(diǎn):① 當(dāng)其計(jì)算發(fā)生突變因素時(shí),在某些區(qū)域存在無法搜尋的可能性,因此無法遍歷所有可能的參數(shù)優(yōu)化方案;② V1遺傳算法以尋求最優(yōu)解為優(yōu)化目標(biāo),基本能夠得到合適的目標(biāo)函數(shù),然而每次都不能保證原始數(shù)據(jù)的純潔性,即容易偏離原始數(shù)據(jù),引發(fā)發(fā)散,但Romax V2遺傳算法在整個(gè)遺傳的過程中可以保持原始數(shù)據(jù)的純潔性,數(shù)據(jù)越大,越能得到最優(yōu)解。因此,選擇采用Romax V2遺傳算法,設(shè)定20代遺傳,設(shè)定求解方案時(shí)應(yīng)滿足3擋微觀修形分析。圖5為名義得分與候選點(diǎn)數(shù)顯示結(jié)果,可以看出在1 000組候選方案中大多方案都集中在得分3~7分,且趨于收斂,說明該優(yōu)化設(shè)置的參數(shù)合理。

圖5 遺傳算法尋優(yōu)結(jié)果圖

以40%工況為例來說明尋優(yōu)得到的傳遞誤差峰峰值與主動(dòng)齒輪漸開線鼓形、漸開線斜度、齒頂修緣、齒向鼓形、齒向斜度5個(gè)參數(shù)的關(guān)系,如圖6所示。要滿足傳遞誤差的減小,根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),傳遞誤差在1 μm以下,綜合3擋驅(qū)動(dòng)工況,以傳遞誤差、單位長度載荷、最大接觸應(yīng)力為優(yōu)化目標(biāo),得出最優(yōu)的修形優(yōu)化參數(shù)如表5所示。

圖6 主動(dòng)齒修形參數(shù)與傳遞誤差關(guān)系圖

表5 遺傳算法尋優(yōu)結(jié)果 μm

4 2種修形方法與修行前的對(duì)比分析

分別將2組修形參數(shù)帶入模型的微觀修形模塊,對(duì)修形前后的傳遞誤差進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如圖7~9所示。由圖可知,采用的2種修形方式均可降低傳遞誤差峰峰值,未修形傳遞誤差為0.98,采用經(jīng)驗(yàn)修形得到傳遞誤差為0.62,相較于未修行降低36.73%,采用基于遺傳算法修形得到的傳遞誤差為0.34,相較于未修形降低65.3%。

圖7 修形前3擋齒輪傳遞誤差曲線

圖8 采用經(jīng)驗(yàn)修形3擋齒輪傳遞誤差曲線

圖9 采用遺傳算法3擋齒輪傳遞誤差曲線

將2種修形得到的齒輪承載能力與修行前的齒輪承載能力進(jìn)行對(duì)比分析,如圖10~12所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn),2種修形方式都改善了齒面的接觸情況?;诮?jīng)驗(yàn)修形的單位長度載荷為236 N·m,相較于未修行降低34.99%;基于經(jīng)驗(yàn)修形的最大接觸應(yīng)力為1 023 MPa,相較于未修形降低25.33%?;谶z傳算法的單位長度載荷為221 N·m,相較于未修行降低39.39%;基于遺傳算法的最大接觸應(yīng)力為967 MPa,相較于未修形降低29.42%。

圖10 修形前3擋齒輪承載能力示意圖

圖11 基于經(jīng)驗(yàn)修形后3擋齒輪的承載能力示意圖

圖12 基于遺傳算法修形后3擋齒輪的承載能力示意圖

5 變速器NVH性能分析

在建立該變速器齒輪系統(tǒng)模型時(shí),將輸入軸的右端定義為坐標(biāo)原點(diǎn),所以輸入軸右端為輸入軸左軸承,具體模型標(biāo)識(shí)如圖13所示。齒輪動(dòng)態(tài)的嚙合力通過軸承傳遞到箱體,再間接的傳到車身,從而產(chǎn)生噪聲,所以本文通過對(duì)比修形前后軸承處的加速度大小來間接的反應(yīng)變速器NVH性能。箱體完成縮聚后響應(yīng)節(jié)點(diǎn)為軸承的中心位置,所以測(cè)試軸承中心位置的響應(yīng),完全可以反應(yīng)箱體的表面振動(dòng)響應(yīng)。在3擋齒輪傳遞誤差的一階諧波和齒輪嚙合剛度激勵(lì)下對(duì)輸入軸的左軸承和中間軸的右軸承進(jìn)行修形前后的振動(dòng)加速度進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如圖14~19所示。

圖13 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)軸承位置示意圖

圖14 未修形輸入軸左軸承處響應(yīng)結(jié)果曲線

圖15 經(jīng)驗(yàn)修形輸入軸左軸承處響應(yīng)結(jié)果曲線

圖16 遺傳算法修形輸入軸左軸承處響應(yīng)結(jié)果曲線

圖17 未修形中間軸右軸承處響應(yīng)結(jié)果曲線

圖18 經(jīng)驗(yàn)修形中間軸右軸承處響應(yīng)結(jié)果曲線

圖19 遺傳算法修形中間軸右軸承處響應(yīng)結(jié)果曲線

采用2種方法修形后在傳遞誤差激勵(lì)下軸承中心位置的加速度相較于未修形的都明顯降低,尤其是Z軸方向的加速度。其中輸入軸左軸承在響應(yīng)頻率為2 448.4 Hz處,采用經(jīng)驗(yàn)修形后響應(yīng)節(jié)點(diǎn)處Z方向的振動(dòng)加速度為34.55 m/s2,相較于未修形的Z向加速度47.86 m/s2降低了27.81%;采用基于遺傳算法修形后響應(yīng)節(jié)點(diǎn)處Z方向的振動(dòng)加速度為19.32 m/s2,相較于未修形降低了59.63%。中間軸右軸承在響應(yīng)頻率為1 888.5 Hz處,響應(yīng)節(jié)點(diǎn)的Y向和Z向均出現(xiàn)了峰值,采用經(jīng)驗(yàn)修形后響應(yīng)節(jié)點(diǎn)處Y和Z方向的振動(dòng)加速度分別為25.52、33.61 m/s2,相較于未修形的Y、Z向加速度34.42、39.76 m/s2分別降低了25.86%、18.3%;采用基于遺傳算法修形后響應(yīng)節(jié)點(diǎn)處Y、Z方向的振動(dòng)加速度分別為14.11、18.81 m/s2,相較于未修形分別降低了59.1%、52.7%。從上述結(jié)果的分析可知:采用合理的微觀修形設(shè)計(jì),尤其是齒形修形和齒向修形組合的修行方式可以改善變速器的NVH性能,說明齒輪的微觀修形設(shè)計(jì)對(duì)于指導(dǎo)變速器的設(shè)計(jì)具有深遠(yuǎn)的意義,其中采用遺傳算法得到的振動(dòng)響應(yīng)值較經(jīng)驗(yàn)修形更優(yōu),也可以較好地預(yù)防變速器嘯叫噪聲的產(chǎn)生。

6 結(jié)論

針對(duì)某款DCT變速器,采用Romax建立變速箱剛?cè)狁詈夏P?,?擋的齒輪為研究對(duì)象,對(duì)齒輪采用經(jīng)驗(yàn)修形和基于遺傳算法修形2種修形方式,結(jié)果表明:采用合理的修形均可以降低傳遞誤差,提高齒輪的承載能力。基于遺傳算法的齒輪修形相較于經(jīng)驗(yàn)修形,雖最后計(jì)算得到的單位長度載荷和最大接觸應(yīng)力相差不大,但考慮到采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的微觀修形參數(shù)的難點(diǎn)在于有部分參數(shù)難于求解,所以采用全局優(yōu)化遺傳算法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。最后通過測(cè)試軸承中心處(箱體縮聚響應(yīng)節(jié)點(diǎn))的動(dòng)態(tài)響應(yīng),發(fā)現(xiàn)2種修形方法均可以改善齒輪系統(tǒng)的NVH性能,且采用遺傳算法修形得到的振動(dòng)響應(yīng)結(jié)果更優(yōu)。

猜你喜歡
微觀遺傳算法齒輪
反擠壓Zn-Mn二元合金的微觀組織與力學(xué)性能
鄉(xiāng)村的“功能”——振興鄉(xiāng)村的“微觀”推進(jìn)
基于改進(jìn)遺傳算法的航空集裝箱裝載問題研究
基于遺傳算法的高精度事故重建與損傷分析
關(guān)于齒輪的有趣問答
你找到齒輪了嗎?
異性齒輪大賞
騎車上班日
基于遺傳算法的智能交通燈控制研究
微觀的山水
恩平市| 河东区| 滕州市| 锡林浩特市| 高要市| 漠河县| 区。| 邻水| 枣庄市| 富阳市| 桑日县| 莱西市| 陇川县| 垣曲县| 中牟县| 武威市| 阿拉善左旗| 临颍县| 宣威市| 平阳县| 华安县| 平阴县| 福建省| 抚松县| 镇赉县| 同仁县| 苍梧县| 沛县| 奈曼旗| 惠水县| 抚州市| 大同县| 墨竹工卡县| 腾冲县| 汉沽区| 厦门市| 万源市| 太谷县| 高淳县| 缙云县| 高唐县|