某型取力器結構優(yōu)化及其動態(tài)特性分析.pdf

1、汽車取力器（PTO）是實現(xiàn)專用汽車與其專有設備之間動力傳遞的重要部件，在多數(shù)情況下是裝在變速箱外側的附加裝置，其重量和壽命對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、提高市場競爭力，本文以取力器系統(tǒng)為研究對象來進行分析與研究，主要內(nèi)容如下：
　　(1)概述了汽車輕量化技術和嚙合齒輪系統(tǒng)動態(tài)特性國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，預測了取力器今后的發(fā)展趨勢，提出了取力器結構優(yōu)化及其動態(tài)特性分析的思路，建立了取力器系統(tǒng)三維實體模型。在利用有限

2、元分析軟件進行精確建模的基礎上對取力器箱體和嚙合齒輪副系統(tǒng)進行模態(tài)分析，所得取力器箱體的固有頻率為評價優(yōu)化后的箱體結構動態(tài)特性提供重要指標。
　　(2)對取力器箱體結構進行剛強度分析，分別研究其在靜力學和動力學下的應力、位移分布云圖，分析結果為其結構優(yōu)化提供理論依據(jù)。分析結果表明，靜、動力學下的最大位移值均遠小于所允許的最大位移值，說明箱體結構具有足夠的剛度，同時所得最大應力值遠小于箱體材料的最大許用應力值，說明箱體結構也具有足夠

3、的強度。分析結果還表明，齒輪嚙合過程中會產(chǎn)生對箱體較大的振動沖擊，只要起步時間大于某一時間，箱體在工作過程中所能承受的最大應力是可以接受的，故通過仿真得到的沖擊時刻點和不同作用時間箱體的最大應力時變曲線能為發(fā)動機轉速的控制提供可靠的依據(jù)。另外，對取力器軸分別進行理論強度分析和動力學結構強度分析，考慮到所研究軸只承受彎矩，故利用軸的彎曲強度進行校核。結果表明，取力器軸在理論強度和動力學強度分析下工作強度是足夠的。
　　(3)對取力器

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

5、入軸振動有助于提高取力器齒輪系統(tǒng)嚙合傳動性能，同時齒輪的軸向竄動對取力器系統(tǒng)幾乎沒有影響。
　　(4)在保證取力器箱體性能與原結構相差不大的前提下，盡可能減少材料，同時結合使用輕金屬等低密輕質新型材料的方法，根據(jù)計算結果按照代表應力小的藍色區(qū)域減薄、代表應力大的紅色區(qū)域增厚原則，以箱體的總質量最小為目標，約束條件為箱體的最大位移值和最大應力值，對原箱體的結構進行改進優(yōu)化，之后對改進優(yōu)化后的箱體結構再次進行靜、動力學分析和模態(tài)分析。

6、分析結果表明，改進后取力器箱體在靜、動力學條件下最大位移在許用范圍之內(nèi)，故可判斷改進后的箱體結構滿足剛度要求；雖然箱體結構改進后的應力值略有增大，但仍小于箱體材料的最大許用應力值，可認為改進后的箱體結構也滿足強度要求。此外改進后取力器箱體在自由模態(tài)下的第一階固有頻率也遠遠高于對于變速器和油泵作為外界激勵對應的轉動頻率，可認為改進后箱體結構也滿足動態(tài)特性要求。
　　綜上所述，基于動力學分析有效地實現(xiàn)對取力器工作狀態(tài)的真實模擬，合理地