亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于遺傳算法雙列角接觸球輪轂軸承的減摩設計

        2016-07-08 09:31:32張和平張健莫易敏
        汽車零部件 2016年3期

        張和平,張健,莫易敏

        (武漢理工大學機電工程學院,湖北武漢 430070)

        ?

        基于遺傳算法雙列角接觸球輪轂軸承的減摩設計

        張和平,張健,莫易敏

        (武漢理工大學機電工程學院,湖北武漢 430070)

        摘要:輪轂軸承作為汽車傳動系統(tǒng)中至關重要的組成部分,對汽車整體性能起著至關重要的作用。針對某車型傳動系統(tǒng)傳動效率過低的現(xiàn)象,在理論分析的基礎上,采用遺傳算法對雙列角接觸球輪轂軸承進行優(yōu)化計算,改變軸承的結構參數(shù),減少摩擦阻力,以達到提高傳動效率、節(jié)省油耗的目的。利用AVL-Cruise對整車進行仿真,比較優(yōu)化前后整車油耗的差異,并通過實車油耗測試進一步驗證優(yōu)化的可行性。在花費較小成本的情況下,降低輪轂軸承的摩擦阻力,提高傳動系統(tǒng)傳動效率,達到明顯降低整車油耗的目標。

        關鍵詞:輪轂軸承;遺傳算法;減摩設計;AVL-Cruise仿真;整車油耗

        0引言

        隨著工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高,汽車的需求量年年遞增。為了減少汽車對環(huán)境的污染、降低汽車油耗,我國實施節(jié)能減排戰(zhàn)略,并推出了第三階段油耗標準。但是目前大多數(shù)車型都無法滿足該標準,所以提升汽車傳動效率、降低汽車油耗,就顯得十分有意義。

        國內外對微型車傳動效率的研究已有很多,李鵬鵬[1]以6速手動變速箱為研究對象,結合相關理論研究,使用不同黏度牌號的潤滑油,進行了效率測試實驗;鄧四二[2]整合出變速箱功率損失的理論計算方法;張茂亮等[3]以單列圓錐滾子軸承位為研究對象,提出了能夠降低單列圓錐滾子軸承摩擦力矩的方法。

        文中以雙列角接觸軸承為研究對象,結合相關理論,通過優(yōu)化算法,對雙列角接觸球軸承進行優(yōu)化計算,改變軸承的基本結構參數(shù)。并通過仿真模擬和實際油耗實驗,驗證了優(yōu)化的可行性。

        1基本結構和摩擦力矩

        1.1雙列角接球觸軸承

        雙列角接觸軸承的基本結構包括以下幾個部分:滾動體、外圈、密封圈、保持架和內圈。在實際生產設計中,軸承的基本結構和加工工藝等都會對軸承的摩擦特性造成影響[4]。造成軸承產生摩擦力矩的因素主要來自5個方面:彈性滯后引起的摩擦力矩、差動滑動引起的摩擦力矩、自旋引起的摩擦力矩、保持架與球軸承引起的摩擦力矩、潤滑劑黏度引起的摩擦力矩。但是摩擦力矩主要由彈性滯后引起的摩擦力矩和差動滑動引起的摩擦力矩組成[5]。

        圖1為雙列角接觸軸承基本結構參數(shù)。D為軸承外徑;d為軸承內徑;dm為軸承節(jié)圓直徑;DW為鋼球直徑;α為軸承初始接觸角;dc為兩列鋼球間距。

        1.2設計變量

        取軸承內部結構參數(shù)為設計變量,內部結構參數(shù)是軸承設計中所必須確定的關鍵參數(shù)。可取5個設計變量: 單列鋼球數(shù)Z、鋼球直徑DW、內道半徑系數(shù)fi、外道半徑系數(shù)fo和軸承節(jié)圓直徑dm。設計變量表示如下:

        X=[Z,DW,fi,fo,dm]

        1.3優(yōu)化目標

        摩擦力矩主要由彈性滯后力矩ME和差動滑動力矩MD構成。

        彈性滯后摩擦力矩ME[6]:

        (1)

        (2)

        (3)

        (4)

        Ki(o)=ai(o)/bi(o)

        (5)

        (6)

        γ=DWcosα/dm

        (7)

        式中:β為彈性滯后系數(shù),此處β取0.007;

        Ki(o)為第一類橢圓積分,mm;

        Ei(o)為第二類橢圓積分,mm;

        ai(o)為接觸橢圓的長半軸,mm;

        bi(o)為接觸橢圓的短半軸,mm;

        Eb為鋼球彈性模量,N/mm2;

        E′為接觸面當量彈性模量,N/mm2;

        Qi(o)j[7]為法向接觸力,N;

        ν為泊松比;

        N為受載荷鋼球的個球;

        下標i、o分別表示內外圈。

        差動滑動摩擦阻力MD[8]:

        (8)

        (9)

        (10)

        rci(o)j=fi(o)DW/(0.5+fi(o))

        (11)

        式中:fs為滑動摩擦因數(shù),此處fs取0.08。

        得出摩擦力矩的目標函數(shù)為:

        minf1(X)=min(Mf)=min(ME+MD)

        (12)

        隨著軸承的結構發(fā)生相應的改變,軸承的額定載荷也將隨之發(fā)生改變。對軸承結構參數(shù)進行優(yōu)化計算時,額定載荷也是必須考慮的重要因素。HARRIS[9]對額定動載荷Cr的計算公式進行了改進,得出額定動載荷Cr為:

        (13)

        式中:bm為額定載荷系數(shù),此處bm=1.3;

        i為軸承列數(shù);

        α為軸承的初始接觸角;

        Z為軸承每列的鋼球數(shù)。

        對于系數(shù)fc,則有:

        (14)

        將額定載荷作為優(yōu)化目標,得出優(yōu)化函數(shù):

        minf2(X)=min(Cr)

        (15)

        1.4約束條件

        軸承想要便于裝配,軸承的基本結構參數(shù)必須滿足一定的條件。對于角接觸軸承,鋼球之間的間隙Dball必須大于最小允許間隙Dball,min[10]:

        (16)

        鋼球直徑滿足要求:

        (17)

        式中:fDmin、fDmax分別為球徑最小和最大系數(shù)。

        根據(jù)上式,可得:

        g2(X)=2DW-fDmin(D-d)≥0

        (18)

        g3(X)=fDmax(D-d)-2DW≥0

        (19)

        為了保證軸承能夠靈活旋轉,鋼球組合保持架應該滿足相應的要求:鋼球中心圓直徑與軸承平均直徑之差要小于規(guī)定值。相應的約束條件:

        g4(X)=(0.5+e)(D+d)-dm≥0

        (20)

        g5(X)=dm-(0.5-e)(D+d)≥0

        (21)

        式中:e為規(guī)定系數(shù)。

        軸承外圈壁厚不小于σDW。約束條件:

        (22)

        軸承內外圈曲率半徑應不小于0.515DW。

        約束條件:

        g7(X)=fi-0.515≥0

        (23)

        g8(X)=fo-0.515≥0

        (24)

        1.5優(yōu)化計算

        軸承優(yōu)化設計涉及多個目標函數(shù)優(yōu)化問題,先將額定載荷作為第一優(yōu)化目標,然后將摩擦力矩作為第二優(yōu)化目標。先對第一目標作最優(yōu)化求解:

        (25)

        建立雙列角接觸軸承結構參數(shù)優(yōu)化設計數(shù)學模型后,對其采用標準遺傳算法可以得到最優(yōu)解。遺傳算法流程如圖2所示。

        確定軸承的約束條件和選用遺傳算法后,運用MATLAB工具進行優(yōu)化計算。軸承基本參數(shù)設置:D=62 mm,d=30 mm,fDmin=0.45,fDmax=0.6,e=0.02,σ=0.2,Δ=3 kN,F(xiàn)r=4 000 N,Dball,min=0.1DW。

        遺傳算法參數(shù)設置:代數(shù)上限200,種群個體數(shù)100,交叉概率0.8,變異概率0.1。優(yōu)化結果如表1所示。

        分析優(yōu)化結果可知:通過犧牲較小的額定動載荷,改善了軸承的摩擦性能,降低了軸承在實際工作中的摩擦力矩。

        2軟件仿真

        AVL-Cruise是一種整車燃油經(jīng)濟性以及排放性能仿真軟件,能夠較大程度上實際反映出汽車在實際工況中的性能。在進行軟件仿真之前,首先在軟件操作界面中插入汽車基本結構部件模塊,包括整車、變速箱、發(fā)動機等,并完成各部件間的機械連接。然后點開模塊,輸入各部件模塊的實際參數(shù),最后完成數(shù)據(jù)總線的連接。軟件仿真模型如圖3所示。

        模型建好后,在AVL-Cruise中選定所需的計算任務,任務選定后檢查模型,確保模型連接的正確性,最后進行仿真計算。

        Cruise軟件仿真是模擬汽車NEDC循環(huán)工況,得出汽車在整個循環(huán)工況下的油耗。任務計算完畢之后,就可得出汽車循環(huán)綜合油耗。從圖4中可以看出,汽車油耗為6.83 L/(102km)。

        對于改進后的整車油耗模擬,由于調整了軸承一些基本結構,因此在Cruise中的參數(shù)也相應發(fā)生變化。軸承結構的改變,直接影響到軸承的摩擦力矩和額定載荷,間接影響到差速器的輸出慣量以及輪胎的滾動阻力[12]。

        隨著軸承結構的改變,AVL-Cruise所需的基本參數(shù)也會相應地發(fā)生改變。。

        摩擦力矩與軸承載荷的關系,可根據(jù)Harris經(jīng)驗公式[12]推導出來:

        (26)

        式中:Fr為軸承徑向載荷,N;

        ξ為運動黏度;

        n為軸承轉速(rad/s);

        f1為軸承承受負荷系數(shù);

        f2為潤滑系數(shù)。

        根據(jù)力平衡原理,輪胎承受載荷必須與軸承內外圈載荷平衡,即:

        FR-Fr=0

        (27)

        式中:FR為輪胎徑向載荷,單位N。

        計算出輪胎所受載荷之后,可以推算出輪胎的滾動阻力,即Cruise仿真中所需的參數(shù):

        FR=μR·μT·CS·Cf·FS

        (28)

        Ff=Cf·FS

        (29)

        式中:μR為道路摩擦因數(shù);

        μT為輪胎摩擦因數(shù);

        CS為滑動矯正系數(shù);

        FS為輪胎載荷;

        Cf為輪胎載荷矯正系數(shù)。

        計算出優(yōu)化后的滾動阻力后,便可對整車模型進行模擬仿真,結果如圖5所示。

        對比兩次仿真結果可以很清楚地看出:優(yōu)化后的綜合油耗從6.83 L/(102km)下降到6.52 L/(102km),優(yōu)化結果與理論推理保持一致性。接下來可以通過整車實際油耗測試驗證之前優(yōu)化計算的可行性。

        3實驗驗證

        3.1摩擦力矩測試

        測試時選用M9908摩擦力矩測量儀。測量時對軸承施加標準力矩, 使其與軸承旋轉時產生的摩擦力矩相平衡, 此時外加的標準力矩就等于軸承的摩擦力矩。儀器特點是軸向加載、同步驅動、氣浮軸承消除基礎摩擦力矩,利用整體式扭矩傳感器動態(tài)測量軸承摩擦力矩的數(shù)值和變化量。測得的摩擦力矩,可以為分析軸承質量,并進一步完成對軸承的優(yōu)化設計,提供可靠的依據(jù)。

        對優(yōu)化前后的輪轂軸承進行摩擦力矩測試,測試結果見表3。

        表3摩擦力矩測試結果

        從測試結果可以看出:經(jīng)過優(yōu)化之后的輪轂軸承摩擦力矩明顯減小,優(yōu)化結果達到預期目的。

        3.2整車油耗驗證

        參照GB18352.3-2005的相關規(guī)定,對實驗車進行排放實驗,實驗在轉鼓實驗臺上完成。

        更換汽車輪轂軸承之后進行排放實驗,得到如表4所示結果。

        從實驗數(shù)據(jù)可以看出:更換輪轂軸承之后,能夠使整車油耗從6.91 L/(102km)下降到6.67 L/(102km),總共降低油耗0.24 L/(102km);汽車熱態(tài)滑行距離從654.7 m提升到711.9 m。從實驗結果可以看出,實驗所得數(shù)據(jù)具有可靠性,證實了軟件仿真優(yōu)化結果的正確性。

        4總結

        (1)從優(yōu)化結果可以看出,在保證輪轂軸承額定載荷能夠滿足車輛行駛要求的前提下,增大輪轂軸承外道半徑系數(shù)和減

        小節(jié)圓直徑, 能夠減小輪轂軸承的摩擦力矩;

        (2)對結構參數(shù)優(yōu)化之后的輪轂軸承進行摩擦力矩和實際整車油耗測試,測試結果表明:優(yōu)化改進后的輪轂軸承在稍微減小軸承載荷的情況下,輪轂軸承摩擦力矩減小,整車油耗略微降低,整車滑行距離明顯加長;

        (3)改變軸承基本結構在花費較小成本的情況下,卻能明顯地降低汽車油耗,對以低成本降低汽車油耗方面有著重要的研究意義,對以后提高汽車燃油經(jīng)濟性提供一種重要的研究方法和思路。

        參考文獻:

        【1】張有祿.關于機械式變速箱傳動效率影響因素的探討[J].機械工程與自動化,2008(5):182-186.

        【2】鄧四二.雙列圓錐滾子軸承功耗特性研究[J].兵工學報,2014(11):1898-1907.

        【3】張茂亮,彭曉紅.降低圓錐滾子軸承摩擦力矩的方法[J].軸承,2006(9):5-6.

        【4】李婉.汽車輪轂軸承密封結構現(xiàn)狀及發(fā)展[J].軸承,2008(7):47-51.

        【5】張永.滾動軸承摩擦力矩的預測方案研究[J].軸承,2006(10):22-24.

        【6】董曉.汽車輪轂雙列角接觸球軸承動力學仿真分析[D].鄭州:河南科技大學,2014:63-75.

        【7】WALTERS C T.The Dynamics of Ball Bearings[J].ASME JLT,1971(1):39-53.

        【8】朱愛華.滾動軸承摩擦力矩的計算分析[J].軸承,2008(7):1-3.

        【9】HARRIS T A.Rolling Bearing Analysis[M].New York:John Wilev & Sons,2001.

        【10】YU W,REN C.Optimal Design of High Speed Angular Contact Ball Bearing Using a Multiobjective Evolution Algorithm[C]//2010 International Conference on Computing,Control and Industrial Engineering,2010:320-324.

        【11】姚海.永磁軸承力學特性的研究[D].杭州:浙江工業(yè)大學,2004:26-53.

        【12】HARRIS T.Ball Motion in Thrust-loaded,Angular Contact Bearings with Coulomb Friction[J].Lubric Tech,1971,93(1):32-38.

        Design of Reducing Friction of Double Row Angular Contact Ball Bearing Based on Genetic Algorithm

        ZHANG Heping, ZHANG Jian, MO Yimin

        (School of Mechanical and Electronic Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan Hubei 430070, China)

        Keywords:Hub bearing; Genetic algorithm ; Design of reducing friction ; AVL-cruise simulation; Vehicle fuel consumption

        Abstract:Hub bearing is an important part of automobile. It has a great influence on the efficiency of automobile transmission system. On account of the phenomenon that the transmission efficiency was too low, on the basis of theoretical analysis, the structural parameters of the double row angular contact ball bearing were optimized with the help of genetic algorithm to promote the transmission efficiency. A simulation on vehicle was taken by using AVL-Cruise software and experimental verification was completed to compare the difference of the fuel consumption. The friction of hub bearing is reduced to improve the transmission efficiency of transmission system with less cost. As a result, the vehicle fuel consumption is reduced.

        收稿日期:2015-12-16

        作者簡介:張和平(1961—),男,副教授,碩士生導師,主要從事機械制造及自動化、數(shù)控技術研究。E-mail:540934025@qq.com。

        中圖分類號:TH16

        文獻標志碼:A

        文章編號:1674-1986(2016)03-007-05

        麻豆一区二区99久久久久| 综合亚洲二区三区四区在线| 欧美日韩国产乱了伦| 久久精品国语对白黄色| 国产亚洲av另类一区二区三区| 中文字幕人妻少妇引诱隔壁| 亚洲欧美国产日韩制服bt| 亚洲av日韩av综合aⅴxxx| 久久国产亚洲av高清色| 亚洲蜜臀av一区二区三区| 亚洲日产一线二线三线精华液 | 亚洲av无码乱码国产一区二区| 国产精品麻豆欧美日韩ww| 国产三级精品美女三级| 中文字幕有码在线亚洲| 日韩av无码久久一区二区| 永久黄网站色视频免费| 麻豆成年视频在线观看| 亚洲国产一区二区三区精品| 无码欧美毛片一区二区三| 一区二区国产在线观看| av资源在线永久免费观看| av天堂精品久久综合网| 乱码av麻豆丝袜熟女系列| 东北妇女肥胖bbwbbwbbw| 国产欧美日韩a片免费软件| 无码伊人久久大杳蕉中文无码| 长腿丝袜在线观看国产| 国产女人18毛片水真多18精品| 国产96在线 | 欧美| 96精品在线| 手机在线观看成年人视频| 久久久久亚洲精品男人的天堂| 亚洲欧美国产国产综合一区| 色999欧美日韩| 日本一道本加勒比东京热| 国产办公室秘书无码精品99| 欧美婷婷六月丁香综合色| 国产精品麻豆成人av| 日本高级黄色一区二区三区| 老师露出两个奶球让我吃奶头|