汽车主减速器的优化设计_崔胜民

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1、第三届中国CAE工程分析技术年会论文集汽车主减速器的优化设计崔胜民，张谊华（哈尔滨工业大学汽车工程学院,威海264209）摘要:::本文:以汽车主减速比为设计变量，汽车动力性的要求做约束条件，对以汽车燃油经济性所做的目标函数进行求解，得到最佳匹配的主减速比。在此基础上，以齿轮副最小体积和为目标函数，以齿轮的几何约束和强度要求为约束函数，对主减速器的双曲面齿轮结构参数进行优化，形成对汽车主减速器整体优化的设计方法。在保证汽车动力性的同时，达到节能降耗，提高设计质量的目的。最后通过设计实例，验证此优化方法的可行性。关键词::::汽车主减速器；传动比；优化；双

2、曲面齿轮汽车主减速器作为汽车驱动桥中重要的传力部件，是汽车最关键的部件之一。主减速器设计的好坏关系到汽车的动力性、经济性以及噪声、寿命等诸多方面。如何协调好各方关系、合理匹配设计参数，以达到满足使用要求的最优目标，是主减速器设计中最重要的问题。通常主减速器优化设计多是仅从某一角度考虑，单一的改善其某一方面参数，而没有将其参数优化有效结合起来。因此，本文力求改变以往的设计方式，提出针对汽车主减速器整体的最优化设计方法，通过对汽车主减速器传动比优选及主减速器双曲面齿轮结构参数的优化，实现汽车主减速器参数的最佳匹配，达到充分发挥汽车整体性能、节约能耗、降低成本

3、、提高设计质量和效率。111汽车1汽车汽汽汽主减速器传动比优汽主减速器传动比优化模型优化设计最关键的一步是建立反映客观工程实际的、完善的数学模型，因此，建模时要抓住主要矛盾，适当忽略不重要的因素，尽量使问题合理简化，这样既可节省时间，也会改善优化结果。1.11.11.1设计变量设计变量本文主要研究的是在不改变汽车变速器传动比的情况下，针对汽车主减速器传动比的优化选择。因此，只以主减速器传动比i为优化模型的设计变量，即：oX=i（1）o1.1.1.21.222目标函数目标函数设计中总是希望得到良好的动力性和经济性。然而，汽车动力性与经济性往往是相互矛盾的，

4、不可能在同一方案中，使汽车的动力性、燃油经济性都达到最优。本文采用以燃油经济性作为优化的主要目标，在保证汽车在具有必要的动力性的条件下，具有最好的经济性。汽车燃油经济性一般用多工况行驶燃油消耗量来衡量，因此，以循环工况燃油消耗量Q为目s标函数，要求Q最小。即：smin()fX=Q（2）s汽车在整个循环工况的燃油消耗量Q等于各行驶工况如等速行驶、加速、减速和怠速停s车等行驶工况的燃料消耗量之和。按循环六工况的计算油耗总量。(参照国内载货汽车六工况试验循环JB3352)。汽车六工况循环参数如表1所示。8391第三届中国CAE工程分析技术年会论文集表1汽车六工

5、况循环参数2工况序号车速(km/h)行程(m)累计行程(m)时间(s)加速度(m/s)12550507.20225~4015020016.70.2534025045022.50440~5017562514.00.255025087518.00650~25200107519.3-0.301.31.31.3约束条件约束条件既然选择了经济性作为目标函数，那么为了满足汽车的动力性能的要求，就应以动力性要求作为约束条件。以原地起步连续换档加速时间t代表汽车的动力性，使时间t不得大于设计要求值t，即约束条件为：0gX()=-tt£0（3）0式中t按汽车定型试验标准对

6、汽车动力性要求：原地起步连续换档加速通过400m所需时0间不大于37秒。汽车原地起步连续换档加速时间t为：u1u2t=3.6dm/(F-F-F)du+3.6dm/(F-F-F)du∫0t0f0w0∫1t1f1w10u1un+1+L+∫3.6dnm/(Ftn-Ffn-Fwn)du(4)un式中，d为考虑了非稳定工况时发动机特性变化及惯性影响回转质量系数；u为汽车原地起ii步连续换档时的换档车速，换档点选择在各档加速度相等的点,(i=1,2,Ln)。用程序作出加速度倒数的曲线，根据曲线的交点确定加速换档时间。F、F、F分别为汽车行驶时，所受tfw的驱动力滚动

7、阻力和空气阻力。归纳起来，可得主减速比优化的数学模型如下:X=i0min()fX=Q（5）ss.tgX()=-tt£00222汽主减速器齿轮参数优化设计2汽主减速器齿轮参数优化设计汽车主减速器主要是由一对锥齿轮副和主减速器壳体组成。主减速器的双曲面齿轮属于空间齿轮传动副，是现有齿轮传动副中最为复杂的一种。其设计涉及众多的计算公式、参数和图表。用传统方法设计时，往往要凭经验估算来确定其基本参数，耗费大量的精力和时间,且容易出错，也很难得到一个最佳的设计结果。因此，应用优化方法合理选择双曲面齿轮的结构参数，将有助于改善主减速器性能，降低成本，也有助于提高设计

8、质量、缩短设计周期。2.12.1目标函数2.1目标函数一般汽车的总体尺寸有限，能