车用滑移式三叉杆万向联轴器润滑特性及其优化研究

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滑移式三叉杆万向联轴器是一种新型联轴器,目前关于该联轴器的研究均未具体结合汽车实际工况。为了进一步完善滑移式三叉杆万向联轴器的润滑理论,加快联轴器在汽车等领域的应用进程,本文结合某型号汽车实际行驶过程中的档位参数对滑移式三叉杆万向联轴器进行了润滑特性研究,并在此基础对其润滑性能进行了多目标优化。本文首先基于时变弹流润滑理论与载荷分担原理,分析了联轴器滑杆/套筒孔线接触副的粗糙表面等温时变弹流润滑及混合润滑特性,并考察了不同的结构参数、工况参数对联轴器润滑性能的影响。其次,采用多目标优化设计方法对润滑性能进行了优化,得到了最佳的联轴器设计参数。最后,通过弹流润滑油膜测量仪对等温条件下的弹流润滑数值计算结果进行验证。具体研究内容如下:(1)建立了联轴器滑杆/套筒孔配合表面间的等效润滑模型,并采用数值编程方法求得了润滑油膜膜厚及压力分布的完整数值解,,之后重点考察了润滑油粘度η0、当量弹性模量E’及有效曲率半径R等参数对粗糙表面等温线接触时变弹流润滑状况的影响。结果表明:增大粘度η0可以有效提高整体膜厚水平而油膜压力几乎不变;增大当量弹性模型E’对膜厚无明显影响,但会使最大油膜压力逐渐增大;增大有效曲率半径R会使整体膜厚水平明显增大,同时降低油膜压力。(2)基于第二章建立的联轴器等效润滑模型,结合汽车在实际行驶中的档位参数对滑移式三叉杆万向联轴器进行了弹流润滑特性分析,并考察了回转半径R0、环形凸起半径R1以及轴交角β对联轴器弹流润滑特性的影响。结果表明:在档位固定情况下,增大回转半径R0、环形凸起半径R1以及轴交角β均能够有效增大油膜厚度,这十分利于联轴器润滑状况的改善。此外,虽然在不同档位条件下最大油膜压力的变化规律并不相同,但参数变化对油膜压力分布曲线的影响是很小的。(3)以1档工况为计算条件,基于Kriging方法建立了联轴器弹流润滑性能近似模型,并采用NSGA-II算法对该近似模型进行了多目标优化,得到了目标问题的最优解。结果表明:优化后的最小油膜厚度提升了46.3%,中心油膜厚度提升了40.8%,而最大油膜压力则降低了14.5%。总体来看,采用NSGA-II算法优化之后,联轴器润滑性能得到了明显提升。(4)建立了联轴器滑杆/套筒孔线接触副等效混合润滑模型,基于载荷分担原理对中心膜厚、摩擦系数及油膜承载比进行求解,并对数值计算方法进行了验证,重点考察了各种结构参数及工况参数对联轴器混合润滑特性的影响。在此基础上,又采用多目标优化方法对联轴器混合润滑性能进行优化。结果表明:增大回转半径R0、环形凸起半径R1、轴交角β以及润滑剂粘度η0均有利于混合润滑状况的改善,而增大当量弹性模量E’会增加摩擦损耗,不利于润滑。此外,经优化之后,联轴器的混合润滑性能得到了明显提升。(5)基于光干涉膜厚测量方法,分别设置了变频率、变载荷、变粘度试验对等温线接触时变弹流润滑的数值计算结果进行了分析验证。结果表明:三组试验的试验膜厚值与理论计算膜厚值均具有较好的吻合性。随着频率逐渐增大,往复运动周期内各个时刻的膜厚值均逐渐增大;随着载荷逐渐增大,周期内各个时刻的膜厚值均逐渐降低;随着润滑油粘度的增大,周期内各个时刻的膜厚值均明显增大。
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