[发明专利]用于车辆传动结构轻量化设计的主动载荷谱控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种载荷零件设计方法，特别涉及一种用于车辆传动结构轻量化设计的主动载荷谱控制方法。

背景技术

国内，载荷谱技术起步较晚，没有形成系统完善的载荷谱编制理论体系。现有对载荷谱的研究大多是用于车辆疲劳试验的，而对于按照载荷谱设计零部件的方法还未见报道。由于车辆传动系统中齿轮、轴、箱体等零件的载荷谱难以测取，国内目前采用的仍然是传统的类比设计方法，即依靠经验赋予整个动力传动系统较高的安全系数来设计结构尺寸，再用许用应力校核设计零件的强度。国外对汽车结构虽然采用了依据载荷谱设计零件强度的方法，但依然是被动依据载荷谱进行设计，即设计前根据或参考类似零件载荷特性，按照产品初步设计——测谱——改进设计的步骤完成。对车辆传动系统类零部件，主要是通过测量壳体及输出轴的载荷谱，加以分析改进，估算出齿轮、轴、箱体等零件的载荷，再依据载荷设计零件结构，之后校核强度，最终优化零件结构。所以，这样的设计，仍需要花费相当长的时间来改进和完善，影响了产品的开发周期和市场响应节奏。

发明内容

本发明是针对车辆传动系统类零部件结构轻量化设计开发时间长的问题，提出了一种用于车辆传动结构轻量化设计的主动载荷谱控制方法，利用汽车标准道路循环，预先给传动系零件赋予一个与该循环相对应的载荷谱，再基于材料的低载强化特性，通过调整这些零件的设计尺寸，设计和调节载荷谱中强化和损伤载荷的比例（主动载荷谱控制），寻找零件期望的最佳工作应力区间，形成载荷谱的最佳强化效果，在设定的耐久性里程下，获得零件最经济合理的强度水平。

本发明的技术方案为：一种用于车辆传动结构轻量化设计的主动载荷谱控制方法，首先按照零件材料的强度特性进行载荷谱特征分析，得到所需寿命下的载荷区间分布；然后调整载荷位置，优化强化载荷与损伤载荷比例，建立零件应力谱期望分布模型；根据零件应力谱期望分布模型进行零件尺寸结构设计；对设计后零件结构进行可靠性分析，如果满足给定耐久性里程，结束设计；否则，重新调整优化强化载荷和损伤载荷比例，寻找最佳工作载荷区间，调整零件设计结构。

所述零件材料的强度特性进行载荷谱特征分析：根据所要设计的零件，选定材料，确定材料S-N曲线；进行材料强度变化特性分析；确定给定的耐久性里程下疲劳寿命N。

所述建立零件应力谱期望分布模型：对疲劳寿命N所对应的载荷区间分布进行区间鉴别，得到强化载荷和损伤载荷区间；调整强化载荷与损伤载荷的比例，确定零件最佳工作载荷区间；规定期望的最佳应力范围；建立零件应力谱期望分布模型。

本发明的有益效果在于：本发明用于车辆传动结构轻量化设计的主动载荷谱控制方法，本发明用于车辆传动系统中零件的开发，开发前缺少载荷谱，依据材料特性、载荷强化与损伤特性，主动设计零件载荷谱，为零件以载荷谱为基础的轻量化设计和评价提供基础。

附图说明

图1为本发明载荷的分布与控制模型图；

图2为本发明主动载荷谱控制流程图。

具体实施方式

如图1是所示本发明的载荷的分布与控制模型，将传统的被动依据载荷谱设计升级到主动设计载荷谱，首先按照零件材料的强度特性进行载荷谱特征分析，然后通过合理调整载荷位置，优化强化载荷与损伤载荷比例，建立期望的零件最佳工作应力分布特征模型，最终确定零件设计载荷谱。

主动载荷谱控制流程图如图2所示，步骤如下：1、根据所要设计的零件，选定材料，确定材料S-N曲线；2、进行材料强度变化特性分析；3、确定给定的耐久性里程下疲劳寿命N；4、对寿命N所对应的载荷区间分布进行区间鉴别，得到强化载荷和损伤载荷区间；5、调整强化载荷与损伤载荷的比例，确定零件最佳工作载荷区间；6、规定期望的最佳应力范围；7、建立零件应力谱期望分布模型；8、依据期望应力谱，设计零件尺寸参数；9、进行零件结构可靠性分析，如果满足给定耐久性里程，即可确定期望的应力谱模型，结束任务；否则，重新回到步骤5，继续优化强化载荷和损伤载荷比例，寻找最佳工作载荷区间。

本发明通过主动控制载荷谱中强化循环和损伤循环的数量，综合计算使用周期内大载荷造成的损伤和小载荷造成的强化，保证规定的耐久性里程达到时零件的强度潜能得到充分发挥。