中型载货汽车变速器结构优化设计_潘玉清.docxVIP

文章编号:1004-2539(2010)09-0056-03中型载货汽车变速器结构优化设计潘玉清(广西机电职业技术学院机械工程系,广西南宁530007)摘要以中型载货汽车变速器为例,以减重为目标,变速器的基本设计参数为设计变量,并且根据变速器结构特点和设计要求建立约束条件,从而建立变速器优化的数学模型。然后,利用MATLAB的优化工具箱,结合序列二次规划法(SQP),通过调用fmincon函数,对变速器作结构优化,并取得良好的优化效果,提高了设计效率,降低了企业的生产成本。关键词变速器MATLAB数学模型优化设计SQPStructuralOptimizationDesignoftheGearboxofMediumTruchPanYuqing(DepartmentofMechanicalEngineering,GuangxiTechonlogicalCollegeofMachineryandElectricity,Nanning530007,China)AbstractTakingthegearboxofmediumtruckforexample,accordingthestructureanddesigncharacteristicsofthegearbox,themathematicalmodelofoptimizationisestablishedwhichtakethebasicdesignparametersofgearboxasthedesignvariableandtakelosingweightasthetarget.Then,usingMATLABoptimizationtoolboxandtheSQPmethod,thegearboxisoptimizedbycallingfminconfunction,andgoodoptimizationresultsisachieved.Sotheeff-iciencyofthedesignisenhancedandtheproductioncostofenterprisesisreduced.KeywordsGearboxMATLABMathematicalmodelOptimizationdesignSQP0引言机械工程的优化设计特点为约束性、多解性和相对性,即要求在一定的技术与物质条件下,取得一个技术经济指标的最佳方案。随着计算机技术的发展,优化设计方法已经广泛地应用于汽车设计中[1-2]。目前,汽车行业高速发展,汽车零部件制造商面临着严格的技术法规约束以及降低产品成本等压力,而汽车变速器作为汽车的重要组成部分,在达到一定性能的前提下,其质量最轻、体积最小等轻量化指标已经成为考核变速器生产企业竞争力的重要依据。目前,国内外对汽车变速器的优化设计研究比较多。例如,为了得到强度高而重量轻的齿轮,国外对齿轮结构参数的选择及优化的研究很多,美国的很多杂志均有介绍[3-4]。在国内,北京科技大学以齿轮部分结构参数为设计变量,以变速器最小中心距为优化目我们以一款中型货车机械式变速器为例,以MAT-LAB优化工具箱为优化设计的平台,运用拟牛顿法、序列二次规划法[7]221-224等现代优化设计方法,对该变速器进行结构优化设计研究,从而降低企业的生产成本,提高企业的竞争力。1变速器优化的数学模型1.1设计变量该变速器是一款三轴式的变速器,其传动示意图如图1所示。各挡齿轮动力传递关系如下:?挡:第一轴y1y2y9y10y输出;ò挡:第一轴y1y2y7y8y输出;ó挡:第一轴y1y2y5y6y输出;?挡:第一轴y1y2y3y4y输出;直接挡:第一轴y1y4y输出。影响变速器设计的因素很多,我们设计时考虑的参数主要为齿轮的齿数、模数、宽度以及螺旋角,所以设计变量为标,对SGA3722矿用汽车变速器进行结构优化[5];同x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,T1234567891011济大学汽车学院在保证变速器齿轮强度的条件下,以齿轮组水平面最大宽度最小为优化目标对一款电动汽车变速器进行优化[6]。X=x12,x13,x14,x15,x16,x17,x18,x19,x20,x21,x22,x23,x24,x25,x26,x27,x28,x29第34卷第9期中型载货汽车变速器结构优化设计57m1,m2,m3,m4,m5,b1,b2,b3,b4,b5,T=b6,b7,b8,b9,b10,B1,B2,B3,B4,z1,z2,z3,z4,z5,z6,z7,z8,z9,z10式中,m为齿轮模数;b为齿轮宽度;B为齿轮螺旋角;z为齿轮齿数。(3)螺旋角的限制齿轮螺旋角设计准则要求螺旋角足够大,以保证齿轮的工作平稳性以及齿轮强度,同时又要足够小,以保证轴向力不太大,提高齿轮的承载能力。对于一般货