书籍详情
自动变速器行星变速机构方案优选理论与方法
作者：徐向阳 著
出版社：机械工业出版社
出版时间：2018-09-01
ISBN：9787111599678
定价：¥99.00
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内容简介
传动方案设计是自动变速器或混合动力机电耦合系统研发的核心技术之一，是自动变速器或混合动力机电耦合系统设计开发的首步。传动方案的好坏，直接决定了系统的结构、性能和成本等关键技术指标。本书在系统总结前人研究的基础上，提出了4自由度行星变速机构方案综合和优选方法，该方法基于图论和矩阵理论，解决了变速机构方案综合中复杂组合数学问题的优化难题，提出了系统的模型和算法，并实现了方案综合和优选的自动化，为自动变速器和混合动力机电耦合系传动方案设计原始创新，提供了系统的理论、方法和工具。 本书提出的理论与方法，既可以适用于多自由度行星齿轮变速机构，也可适用于定轴齿轮变速机构或“行星齿轮+定轴齿轮”复合传动机构，同时也可以用于多动力源输入的混合动力机电耦合机构的方案综合与优选。 本书可以作为高等院校车辆工程专业大学生和研究生的参考教材，对从事汽车自动变速器、混合动力机电耦合系统和多档位自动电驱动系统开发的工程技术人员具有非常重要的指导意义。
作者简介
徐向阳，北京航空航天大学交通科学与工程学院教授，博士研究生导师，中国汽车工程学会会士。徐向阳教授长期从事车辆传动与控制领域的教学和科研工作，先后主持完成了国际科技合作重点研究计划“8档自动变速器（8AT）联合研发”、国家科技支撑计划“AT自动变速器电控系统（TCU）应用软件关键技术研究”、国家重大科技成果转化项目“可动力换档多档自动变速器产业化”等多项国家重点项目；发表SCI/EI高水平学术论文50余篇；获得发明专利16项；出版多部图书。徐向阳教授主持完成的“前置前驱8档自动变速器（8AT）研发及产业化”项目获得2016年国家科技进步一等奖，“前置前驱8档自动变速器”项目获得2015年中国汽车工业科学技术奖一等奖，“可动力换档多档变速器”2014年获得山东省技术发明二等奖等。
目录
序一
序二
前言
第1 章 绪论… ……………………………………………………… 1
1.1 背景及意义 ……………………………………………………………… 2
1.2 行星齿轮传动方案综合优选研究现状 ………………………………… 6
1.2.1 国外研究现状 …………………………………………………… 6
1.2.2 国内研究现状 …………………………………………………… 8
1.3 混合动力方案构型研究现状 ………………………………………………10
1.4 本书主要内容 ……………………………………………………………… 11
参考文献 ………………………………………………………………………13
第２章 行星齿轮变速器构型优选方法概述……………………… 17
2.1 基于原有方案的优化设计法 ……………………………………………18
2.2 线图分析法 ………………………………………………………………19
2.3 构件分析综合法 …………………………………………………………23
2.4 杠杆分析综合法 …………………………………………………………24
2.5 本章小结 …………………………………………………………………25
参考文献 ………………………………………………………………………26
第３章 行星齿轮变速机构方案特性分析………………………… 27
3.1 行星齿轮机构的结构特征 ………………………………………………28
3.2 行星齿轮变速机构方案运动学分析 ……………………………………30
3.3 行星齿轮变速机构方案动力学分析 ……………………………………33
3.4 行星齿轮变速机构方案传动效率与功率流分析 ………………………36
目 录
CONTENT
自动变速器行星变速机构方案优选理论与方法
3.4.1 行星齿轮变速机构功率计算 ……………………………………36
3.4.2 功率流分析 ………………………………………………………38
3.5 实例分析 …………………………………………………………………38
3.6 本章小结 …………………………………………………………………42
参考文献 ………………………………………………………………………43
第４章 行星齿轮变速机构方案优选约束条件…………………… 44
4.1 行星齿轮变速机构方案性能约束条件 …………………………………45
4.2 行星齿轮变速机构方案工程约束条件 …………………………………46
4.3 行星齿轮变速机构方案结构约束条件 …………………………………52
4.4 本章小结 …………………………………………………………………56
第５章 行星齿轮变速机构方案综合方法………………………… 57
5.1 行星排向量综合 …………………………………………………………59
5.1.1 行星齿轮机构的自由度 …………………………………………59
5.1.2 行星齿轮机构编码定义 …………………………………………60
5.1.3 行星排向量综合方法 ……………………………………………63
5.2 换档元件矩阵的综合 ……………………………………………………65
5.2.1 换档元件的定义 …………………………………………………65
5.2.2 换档元件向量的遍历 ……………………………………………67
5.2.3 换档元件矩阵的遍历 ……………………………………………67
5.3 行星齿轮变速机构方案综合 ……………………………………………69
5.3.1 结构矩阵的规范表示 ……………………………………………70
5.3.2 排除不合理矩阵 …………………………………………………72
5.3.3 同构方案检测 ……………………………………………………73
5.4 行星齿轮变速机构方案理论档位检测 …………………………………75
5.4.1 理论档位的综合 …………………………………………………76
5.4.2 理论档位的检测方法 ……………………………………………77
5.5 多动力源输入的传动方案综合 …………………………………………84
5.6 本章小结 …………………………………………………………………84
参考文献 ………………………………………………………………………86
第６章 行星齿轮变速机构方案平面度检测方法………………… 87
6.1 图论基本概念介绍 ………………………………………………………88
6.2 图模型的建立 ……………………………………………………………88
目 录
6.2.1 壳体的图模型 ……………………………………………………89
6.2.2 行星排图模型 ……………………………………………………90
6.2.3 换档元件的图模型 ………………………………………………91
6.2.4 元件连接模型 ……………………………………………………91
6.3 同名元件多重模型的综合 ………………………………………………92
6.3.1 同名元件之间的连接方式综合 …………………………………93
6.3.2 同名元件与换档元件之间的连接方式综合 ……………………93
6.3.3 行星齿轮机构图模型综合 ………………………………………94
6.4 行星齿轮机构图模型的矩阵表示 ………………………………………94
6.5 平面性检测算法 …………………………………………………………97
6.5.1 图的预处理与数据初始化 ………………………………………97
6.5.2 图模型平面性检测的实现 ………………………………………98
6.6 实例分析 ……………………………………………………………… 102
6.7 本章小结 ……………………………………………………………… 109
参考文献 …………………………………………………………………… 110
第7 章 行星齿轮变速机构传动比优化设计… ………………… 111
7.1 优化理论方法概述 …………………………………………………… 112
7.1.1 动态规划算法 ………………………………………………… 112
7.1.2 蚁群算法 ……………………………………………………… 113
7.1.3 粒子群算法 …………………………………………………… 114
7.1.4 遗传算法 ……………………………………………………… 115
7.2 理想传动比序列的确定 ……………………………………………… 116
7.3 目标函数的定义 ……………………………………………………… 121
7.4 设计变量的定义 ……………………………………………………… 124
7.5 约束函数的定义 ……………………………………………………… 125
7.6 传动比优化示例 ……………………………………………………… 126
7.6.1 实际传动比序列 ……………………………………………… 128
7.6.2 换档逻辑的优化 ……………………………………………… 129
7.6.3 建立传动比优化模型 ………………………………………… 130
7.6.4 优化模型的验证 ……………………………………………… 132
7.7 本章小结 ……………………………………………………………… 136
参考文献 …………………………………………………………………… 137
第8 章 行星齿轮变速机构方案评价方法… …………………… 138
8.1 评价指标定义 ………………………………………………………… 139
自动变速器行星变速机构方案优选理论与方法
8.2 层次分析法概述 ……………………………………………………… 140
8.3 行星齿轮变速机构方案层次化优化评价模型 ……………………………………141
8.4 实例分析 ……………………………………………………………… 143
8.5 本章小结 ……………………………………………………………… 144
参考文献 …………………………………………………………………… 145
第9 章 4 自由度行星齿轮变速机构方案综合与优选软件
应用… …………………………………………………… 146
9.1 方案设计模型的工作流程 …………………………………………… 147
9.2 设计实例与结果分析 ………………………………………………… 148
9.2.1 现有行星齿轮变速机构的方案设计 ………………………… 148
9.2.2 新的行星齿轮变速机构方案综合与优选 …………………… 153
9.3 本章小结 ……………………………………………………………… 164
序二
前言
第1 章 绪论… ……………………………………………………… 1
1.1 背景及意义 ……………………………………………………………… 2
1.2 行星齿轮传动方案综合优选研究现状 ………………………………… 6
1.2.1 国外研究现状 …………………………………………………… 6
1.2.2 国内研究现状 …………………………………………………… 8
1.3 混合动力方案构型研究现状 ………………………………………………10
1.4 本书主要内容 ……………………………………………………………… 11
参考文献 ………………………………………………………………………13
第２章 行星齿轮变速器构型优选方法概述……………………… 17
2.1 基于原有方案的优化设计法 ……………………………………………18
2.2 线图分析法 ………………………………………………………………19
2.3 构件分析综合法 …………………………………………………………23
2.4 杠杆分析综合法 …………………………………………………………24
2.5 本章小结 …………………………………………………………………25
参考文献 ………………………………………………………………………26
第３章 行星齿轮变速机构方案特性分析………………………… 27
3.1 行星齿轮机构的结构特征 ………………………………………………28
3.2 行星齿轮变速机构方案运动学分析 ……………………………………30
3.3 行星齿轮变速机构方案动力学分析 ……………………………………33
3.4 行星齿轮变速机构方案传动效率与功率流分析 ………………………36
目 录
CONTENT
自动变速器行星变速机构方案优选理论与方法
3.4.1 行星齿轮变速机构功率计算 ……………………………………36
3.4.2 功率流分析 ………………………………………………………38
3.5 实例分析 …………………………………………………………………38
3.6 本章小结 …………………………………………………………………42
参考文献 ………………………………………………………………………43
第４章 行星齿轮变速机构方案优选约束条件…………………… 44
4.1 行星齿轮变速机构方案性能约束条件 …………………………………45
4.2 行星齿轮变速机构方案工程约束条件 …………………………………46
4.3 行星齿轮变速机构方案结构约束条件 …………………………………52
4.4 本章小结 …………………………………………………………………56
第５章 行星齿轮变速机构方案综合方法………………………… 57
5.1 行星排向量综合 …………………………………………………………59
5.1.1 行星齿轮机构的自由度 …………………………………………59
5.1.2 行星齿轮机构编码定义 …………………………………………60
5.1.3 行星排向量综合方法 ……………………………………………63
5.2 换档元件矩阵的综合 ……………………………………………………65
5.2.1 换档元件的定义 …………………………………………………65
5.2.2 换档元件向量的遍历 ……………………………………………67
5.2.3 换档元件矩阵的遍历 ……………………………………………67
5.3 行星齿轮变速机构方案综合 ……………………………………………69
5.3.1 结构矩阵的规范表示 ……………………………………………70
5.3.2 排除不合理矩阵 …………………………………………………72
5.3.3 同构方案检测 ……………………………………………………73
5.4 行星齿轮变速机构方案理论档位检测 …………………………………75
5.4.1 理论档位的综合 …………………………………………………76
5.4.2 理论档位的检测方法 ……………………………………………77
5.5 多动力源输入的传动方案综合 …………………………………………84
5.6 本章小结 …………………………………………………………………84
参考文献 ………………………………………………………………………86
第６章 行星齿轮变速机构方案平面度检测方法………………… 87
6.1 图论基本概念介绍 ………………………………………………………88
6.2 图模型的建立 ……………………………………………………………88
目 录
6.2.1 壳体的图模型 ……………………………………………………89
6.2.2 行星排图模型 ……………………………………………………90
6.2.3 换档元件的图模型 ………………………………………………91
6.2.4 元件连接模型 ……………………………………………………91
6.3 同名元件多重模型的综合 ………………………………………………92
6.3.1 同名元件之间的连接方式综合 …………………………………93
6.3.2 同名元件与换档元件之间的连接方式综合 ……………………93
6.3.3 行星齿轮机构图模型综合 ………………………………………94
6.4 行星齿轮机构图模型的矩阵表示 ………………………………………94
6.5 平面性检测算法 …………………………………………………………97
6.5.1 图的预处理与数据初始化 ………………………………………97
6.5.2 图模型平面性检测的实现 ………………………………………98
6.6 实例分析 ……………………………………………………………… 102
6.7 本章小结 ……………………………………………………………… 109
参考文献 …………………………………………………………………… 110
第7 章 行星齿轮变速机构传动比优化设计… ………………… 111
7.1 优化理论方法概述 …………………………………………………… 112
7.1.1 动态规划算法 ………………………………………………… 112
7.1.2 蚁群算法 ……………………………………………………… 113
7.1.3 粒子群算法 …………………………………………………… 114
7.1.4 遗传算法 ……………………………………………………… 115
7.2 理想传动比序列的确定 ……………………………………………… 116
7.3 目标函数的定义 ……………………………………………………… 121
7.4 设计变量的定义 ……………………………………………………… 124
7.5 约束函数的定义 ……………………………………………………… 125
7.6 传动比优化示例 ……………………………………………………… 126
7.6.1 实际传动比序列 ……………………………………………… 128
7.6.2 换档逻辑的优化 ……………………………………………… 129
7.6.3 建立传动比优化模型 ………………………………………… 130
7.6.4 优化模型的验证 ……………………………………………… 132
7.7 本章小结 ……………………………………………………………… 136
参考文献 …………………………………………………………………… 137
第8 章 行星齿轮变速机构方案评价方法… …………………… 138
8.1 评价指标定义 ………………………………………………………… 139
自动变速器行星变速机构方案优选理论与方法
8.2 层次分析法概述 ……………………………………………………… 140
8.3 行星齿轮变速机构方案层次化优化评价模型 ……………………………………141
8.4 实例分析 ……………………………………………………………… 143
8.5 本章小结 ……………………………………………………………… 144
参考文献 …………………………………………………………………… 145
第9 章 4 自由度行星齿轮变速机构方案综合与优选软件
应用… …………………………………………………… 146
9.1 方案设计模型的工作流程 …………………………………………… 147
9.2 设计实例与结果分析 ………………………………………………… 148
9.2.1 现有行星齿轮变速机构的方案设计 ………………………… 148
9.2.2 新的行星齿轮变速机构方案综合与优选 …………………… 153
9.3 本章小结 ……………………………………………………………… 164
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