课程论文,现代设计方法

现代设计方法在传动系统中的应用

汽车发动机与驱动轮之间的动力传递装置称为汽车的传动系。它应保证汽车具有在各种行驶条件下所必需的牵引力、车速，以及保证牵引力与车速之间协调变化等功能，使汽车具有良好的动力性和燃油经济性；还应保证汽车能倒车，以及左、右驱动轮能适应差速要求，并使动力传递能根据需要而平稳地结合或彻底、迅速地分离。传动系包括离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器及半轴等部分。

是随着当代科学技术的飞速发展和的广泛应用而在涉及领域发展起来的一门新兴的多元。它是以设计产品为目标的一个总的知识群体的总称。目前它的内容主要包括：、、、工业艺术、虚拟设计、疲劳设计、三次设计、相似性设计、、设计、动态设计、、、、、人工计算方法等。在运用他们进行时，一般都以计算机作为分析、计算、综合、决策的工具。本门课程以、、、等为重点。

一、

计算机辅助设计（Computer Aided Design)，简称CAD。他是把引入设计过程并用来完成计算、选型、绘图及其他作业的一种。计算机、绘图积极其他构成CAD，而操作系统、语言处理系统、和应用软件等构成CAD的。通常所说的CAD系统是只由系统硬件和系统软件组成，兼有计算、图形处理、数据库等功能，并能综合利用这些功能完成设计作业的系统。

传动系统的设计包括离合器设计、设计、械变速器与其他设计、万向传动装置设计、设计。其中变速器设计为主方向, 为整个传动系

统的关键，以齿轮欲为例，齿轮的原始设计方法已被淘汰，取而代之是现代的齿轮参数化设计，这种参数化设计方法通过为产品建立一个产品知识库，不仅能完成参数化设计的尺寸驱动和特征驱动，而且能实时地验设计，是一种智能化CA D．这种设计方法的提出使得齿轮的设计精度迅速提高。由于齿轮种类繁多，有关于齿轮的材料、设计、计算理论、制造检验等比较复杂。这样给设计人员带来了沉重的负担，且在设计过程中很容易出错。为此对齿轮进行参数化设计，参数化设计的引入使齿轮设计不仅在质量上提高了而且在选材、设计工作量上也减少了负担，而且提高了齿轮的设计精度。利用CAD技术取得积极效果,必须以通用CAD软件为基础，进行CAD 软件二次开发。其中CAD二次开发方法种类及特点如下:

(1) AutoLISP ( A u t o C A D LIST Processing Language ) 语言是一种运行在AutoCAD环境下并嵌入到其内部的L I s P 语言,特点是可以调用几乎所有的AutoCAD命令。灵活多变，简单易学。但速度较慢，效率较低。

(2) ADS (AutOCAD Development System )是一个函数库。用户利用c语言编写程序，然后调用ADS中的库函数，并通过c语言编译器的编译连接生成ADS应用程序，最后在AutoCA环境中直接运行。其优点是程序处理数据能力很强，保密性好，编译后的程序代码运行速度快，且能直接控制硬件设备，比较适合用于专业CAD的应用开发。但ADS程序源代码比较复杂，不易掌握。[14]

(3) VBA易于掌握，代码运行效率非常高，使用VB语言进行二次开发使用的是ActiveX技术，ActiveX技术的核心是ActiveX控件，它以动态链接库( DLL，Dynami c 一1 i n k Librar y )的形式提供，避免了重复开发，又保证了操作的合法性。保证了开发成果。VBA和Au toCAD集成运行时，可以把客户开发的程序看做客户端，Auto CAD系统看做服务器端。它们之间是通过一个ActiveXAu—tomation 的技术相协调，该技术安排他们之间的消息传递。但是VBA程序设计不能充分利用AutoCAD的操作技巧，运行速度相对A R X 方式也有差距。[13]

在设计中需用到齿轮设计的一些参数，具体课件机械设计手册中提供的经验公式或数据。具体见文献[4]。

按齿根弯曲强度设计设计程序步骤：

1.根据齿面硬度，查文献[3]得出小齿轮的齿根弯曲疲劳强度极限和大齿轮的齿根弯曲疲劳强度极限(MPa)。

2.查文献[3]图10—18得齿轮的弯曲疲劳寿命系数K。

3.计算弯曲许用应力:选用弯曲疲劳安全系数S =1.2—1.4。查文献[3]得各个齿轮的计算公式得小齿轮的弯曲许用应力和大齿轮的弯曲许用应力式。

4.计算载荷系数K。K=K A K V K FαK Fβ式中K Fβ可依据K Hβ和b h⁄，查文献[3]图10—13得。

5．选取齿形系数和应力校正系数根据齿数，查文献[1]表10-5得出小齿和大齿的齿形系数Y Fα1、Y Fα2和应力校正系数Y Sα1、Y Sα2。

6．计算大、小齿轮的Y FαY Sα

[σF]

的数值，并加以比较。

7．计算模数m≥√2KT1

?d Z12√(Y FαY Sα

[σF]

)与前面模数进行比较,选取合

适的模数并将模数标准化。

8.计算出齿轮几何尺寸齿轮分度圆直径d=z×m(单位mm)；中心距a = (d1+d2)／2(单位mm) ,齿宽b=?d d1，小齿轮的齿宽略微放大。

9.验算齿轮:圆周力F t=2T1

d1

(单位N ) ;计算(单位N／mm)的数值并与前面的比较，验证是否合适

10.依据设计的结果参数化绘图。

二、

优化设计（Optimal Design）是把最优化应用于问题，在所有可行方案中寻求最佳的一种方法。

在进行工程优化设计时，首先把按优化设计所规定的格式建立，然后选用合适的优化计算方法在计算机上对进行寻优求解，得到问题的最优。

在建立优化设计的过程中，把影响选取的那些参数称为设计变量；设计变量应当满足的条件称为；而设计者选定来衡量设计方案优劣并期望得到改进的指标表示为设计变量的函数，称为。设计变量、

约束函数、组成了优化设计问题的数学模型。优化设计需要把数学模型和优化算发放到中用计算机自动寻优求解。常用的优化算法有：、鲍威尔（Power）法、变尺度法、复合型法、惩。

汽车的动力性、经济性能是车辆的重要性能，其中汽车的动力装置参数（的参数；的挡位及传动比；主减器的速比；的规格及型号）和排气消声参数对上述性能的影响最大。过去研究动力传动系的匹配，是通过对不同的参数选择进行匹配试验，靠大量积累的试验数据和反复测试的结果进行设计，然后选择适用此车型的一组参数。这种方法耗时、耗力和耗费大量的费用。随着计算机的应用和测试手段的提高，可以通过模拟计算与试验相结合的方法来对汽车传动系优化设计。

参考文献[7]可得，其具体方法是，先建立优化设计数学模型：对给定发动机传动系参数的进行优选，由于变速箱的速比和挡位数及传动比对汽车的行使功率和燃料消耗量有着决定的影响。变速器参数的选择及主减速比的选择不仅应当满足汽车行驶动力性要求，而且应使多数常用工况都处于发动机特性曲线的最低油耗区。可通过优选整个传动系的速比达到动力性和经济性最佳匹配。

编写目标函数，优化设计的目标是汽车的燃料经济性，故应根据汽车燃料消耗量试验方法的要求，分别选择，汽车的多工况燃料消耗量与汽车最高挡及次高挡等速行驶的百公里体积油耗作为目标函数，可根据汽车等速燃料消耗量与工况燃料消耗量的模拟计算方法编写

目标函数。然后是设计变量的确定，最后约束条件的建立