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车辆动力学-传动系统动力学讲义【北京理工大学】

2024-03-03 06:18字体:
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  系统的传递函数等于系统的单位脉冲响应的拉普拉斯变换,或等于输入量与输出量的拉普拉斯变换之比;

  一般情况,传递函数是s的有理函数,即传递函数的分子和分母均为s的多项式,分母的阶次大于分子的阶次;

  发动机激励力矩是产生扭转振动的源泉。作用在发动机曲轴上的激励力矩,主要是气缸内燃气压力以及曲柄连杆机构的惯性力所产生切向力矩。其次还有因受功部件吸收功率不均匀而产生的激励力矩。

  曲轴系统扭振的激励力矩是作用在每一曲柄销上的切向力引起的扭矩,主要有发动机周期变化的气缸燃气压力、往复部件惯性力和重力产生的周期变化的切向激励力矩。

  (1)机械传动优点是结构简单,成本低,效率高。缺点是切断动力换档,存在动力损失;换档频繁,刚性大,冲击大,噪音大,降低了寿命。

  (2)液力传动以液体动能来传递或交换能量,优点是无级变速、变矩能力,动力性好;具有自动适应性,提高了操纵方便性和车辆在坏路面上的通过性;充分发挥发动机性能,有利于减少排气污染;减振、吸振、减缓冲击,提高传动、动力寿命和乘坐舒适性。缺点是效率低,结构复杂,成本高。

  需要指出的是, 和 只影响M的变化规律,不对外做功,其扭矩的平均值为零。

  多缸发动机工作时,各缸之间按照一定的发火顺序依次工作,如果不考虑各缸喷油规律等干扰因素的影响,可以认为轴系受到的是一组变化规律相同而彼此相差一定相位的激励力矩的不断作用。

  稳态特性曲线:在负荷不变、曲轴转速稳定时所确定的速度特性曲线。发动机的稳态特性即是平均输出特性。

  1— -外特性曲线- -调节特性曲线- -制动特性曲线柴油机的外特性、调速特性和制动特性曲线

  不同油门开度下的 曲线可由多项式表示,也可以用离散点表示。外特性曲线的多项式表示为:

  与稳态工况不同,例如发动机加速时,发动机的进气系统和气缸活塞组零件温度变化较缓慢,因此混合气的预热就降低,气化作用变劣,可燃混合气变稀。随着油门开度增大,导管中的空气速度提高,但由于空气的惰性,它的流量的增大可能不和油门的位置一致,造成充气下降,功率下降。另外,加速时飞轮惯量吸收能量。功率和扭矩都要下降,其规律正在研究中。下降量不超过最大扭矩的4~5%。

  发动机每一个转速下的输出转矩的时间历程都是平均输出转矩和波动转矩之和。根据每一个转速下的发动机总扭矩曲线图,便可求出相应转速下发动机的平均指示扭矩。平均扭矩使传动系匀速旋转,波动扭矩使发动机产生扭振现象。

  车辆传动装置的零部件承受的载荷性质主要是发动机和道路激励以及传动系内部的冲击等交变载荷,在这种随时间变化的载荷的作用下,其破坏形式一般是疲劳破坏。统计资料表明,零件的破坏50%90%为疲劳破坏。随着车辆传动装置向高转速、高功率密度方向发展,其零部件的应力越来越高,使用条件越来越恶劣,发生疲劳破坏的现象越来越多。因此,在车辆传动装置的设计中,仅进行静强度计算,是远远不够的,必须计算零件的疲劳寿命。

  •分析各种动态Biblioteka Baidu况载荷,用于载荷谱设计和疲劳寿命计算

  进行疲劳寿命预测的前提是已获得经过加工处理的载荷谱和材料疲劳特性曲线。这样就可以采用适当的方法对新设计的零件寿命进行预测,或者在原设计进行改进时进行评估。

  在静强度设计中,尽管利用最大的载荷进行设计,且将动载荷的影响利用动载荷系数转化为静载荷加大了设计载荷的强度,然而它不能反映出载荷随机变化的规律,不能反映出载荷幅值的大小及出现次数,因而也就不知道载荷幅值大小及出现的次数对机件的损伤程度。

  神经网络连接权值的获取是通过称为“训练”的迭代过程得到的,即将一系列输入施加到神经网络,根据当前权值计算网络输出,比较网络输出与期望输出。该比较产生误差信号,学习算法通过调节网络权值,使误差信号减小。通常需要成百上千的实例来训练神经网络,使得其误差减小到可接受的范围。

  发动机的外特性是指发动机全负荷时,也就是油门全开或燃料充分供给的稳定工况下,有效功率 和有效扭矩 的变化同曲轴转速的关系。

  可以将辨识得到的s域传递函数转换为相应的可用于系统仿真的一系列一阶线性微分方程。由辨识得到的模型结果是一个动态模型。

  通过模糊逻辑推理形式来描述系统的输入/输出关系,以规则形式来描述系统的特性,可以得到被辨识对象的定量与定性相结合的模型,并可转化为人类可接受的语言形式。

  适用于随机系统的实验数据的统计处理:最小二乘法,实际上就是求出使实际观测值与理想模型计算值之差的平方和达到极小的参数值作为估计值。

  2)系统辨识法:就是按照一定的准则,在一类假设模型中选择一个与实验数据拟合(或逼近)的最好的一种模型。数据、假设模型、准则是系统辨识建模过程中的三要素。

  确定传动系统过渡工况下的动载荷的方法一般都是采用拉格朗日方程建立各个部件及整个传动系统的微分方程,运用通用计算机仿真软件,如Matlab/Simulink、Easy5、Pro/Mechanica、Adams等,进行仿真求解运算。

  系统辨识法是现代控制理论与系统建模中常用的方法,它是依据测量到的输入与输出数据来建立静态与动态系统的数学模型,但其输出响应不再局限于频率响应,阶跃响应或脉冲响应等时间响应都可作为反映系统模型静态与动态特性的重要信息。而且,确定模型的过程更依赖于各种高效率的最优算法以及如何保证所测取数据的可靠性。

  采用系统辨识技术,根据系统实际运行或试验过程中所取得的输入/输出数据,利用各种辨识算法来建立系统的动、静态数学模型。包括系统辨识的试验设计、系统模型结构辨识、系统模型参数辨识(参数估计)和系统模型检验。

  传动装置的功用是把发动机的功率传递到主动轮驱动车辆行驶,实现减速增矩;实现车辆变速;实现车辆的倒挡行驶、车辆制动、停车和必要时切断发动机动力;利用发动机制动、拖车起动发动机等。

  除上述的基本功用外,传动装置还可以有一些辅助的功用:输出功率带动压气机、风扇、喷水式推进器、泵等等。为车辆辅助系统、工程车辆和水陆两栖车辆提供动力输出。

  就是采用由特殊到一般的逻辑归纳方法,根据一定数量的在系统运行过程中实测、观察的物理量数据,运用统计规律、系统辨识等理论合理估计出反映系统各物理量相互制约关系的数学模型。其主要依据是来自系统得大量实测数据,因此又称为实验测定法。

  1)实验数据统计处理:线性插值、样条曲线)单缸发动机的燃气压力对曲轴的激励力矩

  式中,D为气缸直径;p为作用在单缸活塞面积上的燃气压力;R为曲柄半径, 为曲柄转角; 为连杆中心线和气缸中心线)往复部件惯性力对曲轴的激励力矩

  往复部件惯性力是由于曲柄连杆机构及活塞组件在发动机工作时,上下往复运动的速度不同产生的。产生的惯性力作用在活塞销中心,通过连杆传到曲柄轴颈,对曲轴产生周期性变化的切向力矩。

  传动装置稳态工况是车辆以等速在不变路面条件下行驶的工况,在这种工况下传动装置各构件的转矩和转速是保持不变的。严格说来,这种车辆行驶工况很少能遇到,从实际应用来说,认为转矩和转速对其自身的最大值在 的范围内变化的工况是稳态工况。稳定工况时的载荷包括发动机激励、齿轮啮合激励、履带、万向节等稳态激励作用下的传动系统载荷

  根据实际物理系统的工作机理,在某种假定的条件下,按照运动学、动力学、热力学、流体力学等,写出代表其物理过程的方程,结合边界条件与初始条件,再利用适当的数学处理方法,得到能够正确反映对象动、静态特性的数学模型。其建模对象可以是线性系统、非线性系统、离散系统、分布参数系统等。

  用于非线性系统的建模。从试验数据来建立模型。神经网络函数是一个静态模型,它在每次评估时通过处理一系列输入来产生输出,实际的处理发生在神经元中。神经元彼此通过链相连,每一个链有一个权值,权值控制链上信号的传输强度。每个神经元的输入都有一组与其相连的权值信号,这些信号可以综合起来并应用于神经元激活函数。激活函数确定神经元的输出信号。

  有条件主动地将产品使用寿命作为预定设计指标,在计划方案可行性论证时,进行疲劳和寿命细节分析,强化薄弱部位,优化结构,使得系统各部件具有相同的中值寿命、可靠寿命或安全寿命。

  轴系的扭振会带来许多负面的影响,其最直接的作用就是使传动载荷产生波动,特别是当扭振的激振频率与系统的固有频率相同时,轴系的扭矩值大幅增加,即发生共振,此时对系统的破坏尤为显著。扭振所带来的载荷波动,会对零件的机械强度产生严重的影响甚至是破坏,如零件弹塑性变形、疲劳破坏或超过应力极限等。

  目前,工程中对系统扭振的精确计算多采用解析法。利用特征值法求解固有振动的频率和振型及系统强迫振动响应,然后根据固有振动和强迫振动的计算结果对轴系部件的强度进行校核。避免共振或减小共振幅值,校核部件扭振强度,减小传动系统波动载荷。

  知道了发火顺序,发火间隔角为:四冲程:720/缸数(二转做一次功),二冲程:360/缸数(一转做一次功)。

  (3)定轴传动由于结构简单,制造成熟,成本低而被广泛应用。行星传动结构紧凑、寿命长、噪音小,工艺要求高,成本高。

  2.在使用期间内,在零件上由于逐渐累积的损坏而产生的破坏,例如:疲劳损坏、磨损、塑性变形不可恢复的累积等。

  车辆传动系统的过渡工况指车辆从一种稳定工况向另一种稳定工况的过渡,包括车辆的起步、加速、减速、换挡、制动、转向等。过渡工况除作用有稳定工况的全部激励之外,还有主离合器、液力变矩器、同步器、换挡离合器以及制动器等的冲击激励。车辆在过渡工况下工作时间虽短,但是,车辆在行驶过程中,过渡工况频繁出现,而且在过渡工况下,车辆传动系统承受很大的动载荷,极易导致传动系统零部件的突然损坏。