電動車齒輪箱之剛-柔耦合動力學模型建立及等效輻射聲功率分析

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：68

、訪客IP：18.219.242.175

姓名

韓希然(XI-RAN HAN) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

電動車齒輪箱之剛-柔耦合動力學模型建立及等效輻射聲功率分析
(Rigid-flexible Coupling Dynamic Modeling and Equivalent Radiated Power Analysis of Electric Vehicle Gearboxes)

相關論文

★ 應用調諧顆粒阻尼器於迴轉式壓縮機振動抑制之研究	★ 應用離散元素法與多體動力學於齒輪傳動系統動力分析模型之建立
★ 不同氣體負載下雙螺桿壓縮機動力響應及振動頻譜特徵之預測	★ 新型魯氏真空泵轉子齒形之參數化設計及性能評估
★ 以CNC內珩齒機進行螺旋齒輪齒面拓樸修整之研究	★ 雙螺桿壓縮機變導程轉子齒間法向間隙之數值計算方法及其三維幾何模型驗證
★ 不同工作條件下冷媒雙螺桿壓縮機之轉子受力分析及動載響應預測	★ 應用多體動力學及離散元素法於具阻尼顆粒齒輪及軸承系統抑振之研究
★ 具齒廓修形內嚙合非圓形齒輪創成之方法建立與其傳動誤差分析	★ 雙螺桿壓縮機於CFD仿真模擬之三維幾何簡化方法建立
★ 航空發動機齒輪箱傳動系統之強度分析與改善	★ 電動車差速齒輪傳動系統之動載分析與性能評估
★ 指狀銑刀安裝偏差對真空泵螺桿轉子加工精度影響之研究	★ 以CNC內珩齒機加工具鼓形之錐狀齒輪之研究
★ 應用阻尼顆粒於旋轉機械之振動抑制及動平衡設計	★ 考量氣體負載下迴轉式壓縮機動態負載分析模型之建立

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

至系統瀏覽論文 ( 永不開放)

摘要(中)

摘要
電動車領域因電驅取代傳統內燃機，車身其他結構振動噪音會較為明顯；電驅系統中齒輪嚙合振動為噪音主要激勵來源，因而本研究前期建立指向型聲學麥克風量測實驗，探討齒輪修形、更改背隙、添加磨紋之參數化控制齒輪噪音方法；並建立振動量測、模態實驗、聲學照相機量測，獲取車輛運轉參數及材料性質；藉由電腦輔助計算模擬方法，通過KISSsoft＆KISSsys進行傳動系統的建立，結合多體動力學(Multi-body Dynamics, MBD)、有限元素法(Finite Element Analysis, FEM)，本研究使用RecurDyn軟體DriveTrain模組之KISSsoft模塊進行齒輪箱系統的多體動力學建模，基於剛-柔耦合理論(Rigid-flexible Body Dynamics, RFBD)，將有限元素法和多體動力學相結合，以有限元方法描述多體系統中的軸件及齒輪箱殼體；將齒輪、軸承、電機殼體視為剛體，與柔性體機構在同一個系統中求解計算，計算系統運行中因幾何變形和彈塑性變形所引起的機械系統運動行為真實結果。並根據等效聲輻射理論(Equivalent Radiated Power, ERP)，分辨出齒輪嚙合振動傳遞至結構板件的輻射位置；代替實驗侷限性，探討通過在板件輻射位置進行結構尺寸優化、重新設計肋條排列，及齒輪齒面鼓形修整對傳動齒輪箱噪音之影響。本研究亦提供創新性齒輪箱系統NVH分析之完整方法及流程，該分析方法可以應用在具齒輪機構之泛用傳動系統。

摘要(英)

The rise of electric propulsion in the automotive industry has led to a heightened focus on vibration and noise coming from various vehicle structures, with gear mesh vibration noise emerging as a primary concern. The research established acoustic measurement experiments to explore parameterized methods for controlling gear noise, including gear modification, gear backlash adjustments, and gear grinding. Additionally, vibration measurements, modal experiments, and acoustic camera measurements were conducted to obtain material properties and vehicle operating parameters. Using Computer-aided Simulation Methods, the research established a transmission system through KISSsoft&KISSsys, combining Multi-Body Dynamics (MBD) and Finite-Element Analysis (FEA). The RecurDyn DriveTrain module based on the KISSsoft module is used for MBD modeling of the gearbox system. Based on Rigid-flexible Body Dynamics (RFBD) theory, FEM and MBD algorithms were integrated to describe shafts and gearbox housing within finite elements. Electric motor housing, Gears, and bearings were treated as rigid bodies, solved alongside flexible body mechanisms within the same system, calculating the real behavior of mechanical systems due to geometric and elastoplastic deformations during operation. Based on Equivalent Radiated Power (ERP) theory, the research identified the maximum radiation position where vibrations from gear meshing transmit to the housing. This approach replaced experimental limitations and explored the effects of structural dimension optimization, redesigning ribs, and gear flank line crowning on gearbox noise. The research offers a comprehensive method and process for innovative NVH analysis in vehicle engineering, and is also suitable for general-purpose transmission systems with gear mechanisms.

關鍵字(中)

★ 齒輪箱
★ 多體動力學
★ 有限元素法
★ 等效聲輻射
★ 剛-柔耦合

關鍵字(英)

★ Gearbox
★ Multi-body Dynamics
★ Finite Element Method
★ Equivalent Radiated Power
★ Rigid-flexible-Body Dynamics

論文目次

摘要 i
ABSTRACT ii
謝誌 iii
目錄 iv
圖目錄 viii
表目錄 xiii
符號對照表 xiv
第1章緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 3
1-3 研究動機及目的 6
1-4 論文架構 7
第2章齒輪傳動系統介紹 9
2-1 減速齒輪箱介紹 9
2-2 KISSsys齒輪箱系統介紹 11
2-3 齒輪修形介紹 13
2-4 齒輪傳動系統特徵頻譜介紹 14
第3章實驗量測 17
3-1 本章前言 17
3-2 結構模態測試 18
3-2-1 頻率響應函數理論簡介 18
3-2-2 台架搭建及結構優化 21
3-2-3 模態實驗結果 23
3-3 殼體振動量测 27
3-3-1 感測器選配安裝 27
3-3-2 振動量測架構 28
3-3-3 頻譜介紹及量測結果 29
3-4 馬達性能量測 33
3-5 聲學照相機量測 34
第4章剛-柔耦合建模分析 36
4-1 動力學建模-齒輪 36
4-1-1 齒輪模組建立 37
4-1-2 接觸參數設定 39
4-2 柔性體建模-軸段 39
4-2-1 建立軸模型幾何模型 39
4-2-2 材料參數及接觸參數設定 42
4-3 動力學建模-軸承 44
4-3-1 軸承模組介紹 44
4-3-2 軸承選配、間隙、阻尼設定 45
4-4 動力學建模-剛性殼體 48
4-4-1 殼體量測及特徵簡化 48
4-4-2 模型除錯及匯入 49
4-5 動力學建模-約束條件 50
4-5-1 多體動力學約束介紹 50
4-5-2 殼體組配約束 52
4-5-3 齒輪及軸承約束設定 53
4-5-4 螺栓鎖固約束 53
4-5-5 約束條件數學表達式 55
4-5-6 施加徑向力等效皮帶拉力 56
4-6 多體動力學接觸理論及分析介紹 57
4-6-1 赫茲接觸理論 57
4-6-2 RecurDyn接觸介紹 59
4-6-3 RecurDyn齒輪修形介紹 62
4-6-4 頻譜分析理論介紹 63
4-7 建立剛-柔耦合模型 65
4-7-1 柔性體節點綁定 65
4-7-2 有限元網格劃分 66
4-8 建立等效聲輻射模型 69
4-8-1 聲學理論介紹 69
4-8-2 等效聲輻射功率分析設定 72
第5章殼體優化設計 75
5-1 齒輪箱殼體設計理念 75
5-2 齒輪箱殼體設計需求 75
5-3 殼體自由模態分析理論 78
5-4 殼體結構靜態分析理論 80
第6章齒輪箱系統數值分析範例 82
6-1 前言 82
6-2 振動分析範例 82
6-3 齒輪接觸力及修形分析範例 85
6-4 殼體模態及靜態分析範例 89
6-5 柔性體軸段分析範例 94
6-6 殼體應力收斂性分析 96
6-7 不同時速齒輪箱殼體聲學分析範例 97
6-8 齒面鼓形修整聲學分析範例 101
6-9 不同肋條設計模型聲學分析範例 102
第7章總結及未來展望 104
7-1 總結 104
7-2 未來展望 105
附錄 I 106
參考文獻 115
作者簡介 118

參考文獻

[1]D. Ján, B. Jozef, M. Tomáš, M. Ľuboš, K. Iogr, M. Matej, M. Žarko and M. Radivoje, “Dynamic Properties Modeling Analysis of the Rubber - Metal Elements for Electric Drive,” Journal of Mechanical Engineering, Vol. 71, No. 1, pp. 19-26, 2021.
[2]A. A. Shabana., Dynamics of Multibody Systems, Cambridge University Press, 2nd Edition, 1998.
[3]劉義，RecurDyn多體動力學仿真基礎應用與提高，電子工業出版社，北京，2013。
[4]李潤方、王建軍，齒輪系統動力學，科學出版社，北京，1997。
[5]M. Åkerblom, Gear Noise and Vibration - A Literature Survey, World Journal of Mechanics, Vol. 2, No. 5, pp. 25, 2012.
[6]Kohara Gear Industry Co., Ltd., KHK Gears Technical Reference, Japan, 2009.
[7]黃運琳，機械振動概論與實務，五南圖書出版社，台灣，2009。
[8]ANSYS, Training Manual - Chapter 4:Static Structural Analysis, ANSYS, Inc., United States of America, 2009.
[9]P. Aroztegui, Development of Experimental Modal Analysis Tests Using Dewesoft Software, Doctors Thesis, University of Valladolid, 2023.
[10]白明憲，聲學理論與應用，全華圖書出版社，台灣，2001。
[11]L. Sheng, and Z. Deyou, “Study on the Acoustic Radiation Characteristics of a Fluid - loaded Stiffened Plate,” Applied Acoustics, Vol. 19, No. 6, pp. 28-32, 2000.
[12]S. Gwan-Hee, K. Beom-Soo, C. Seung-J, and P. Young-Jun, “Optimization of the Housing Shape Design for Radiated Noise Reduction of an Agricultural Electric Vehicle Gearbox,” Applied Sciences, Vol. 10, No. 23, pp. 8414, 2020.
[13]D. Marano, L. Pascale, J. Langhart, S. Ebrahimi, and T. Giese, “NVH Analysis and Simulation of Automotive E-Axles,” Gear Technology, pp. 58-70, 2021.
[14]E. Saeed, K. Ulrich, and M. Sebastjan, “Characterization of the Gear Meshing Damping of Gear Drives with Plastic Gears Using the Forced Response Analysis for NVH Prediction,” Gear Technology, pp. 52-55, 2024.
[15]RecurDyn, Help documentation, Functionbay, Inc., South Korea, 2024.
[16]KISSsoft, User Manual, KISSsoft AG., Bubikon, Switzerland, 2023.
[17]R. Elliott, A - Weighting, Sound Level Measurements & Reality, Elliott Sound Products, 2012.
[18]Chief Si, Inc., 振動技術問題-軸承的特徵頻率計算，台灣，2019。
[19]ISO - TS - 16281, Rolling Bearings Methods for Calculating the Modified Reference Rating Life for Universally Loaded Bearings, International Organization for Standardization, 2008.
[20]ISO - 5348, Mechanical Vibration and Shock, Mechanical Mounting of Accelerometers, International Organization for Standardization, 2021.
[21]m+p, Analyzer Revision User Manual, m+p International, Inc., Germany, 2023.
[22]王栢村，衝擊錘不同材質對EMA影響，振動噪聲科普專欄-3，台灣，2020。
[23]H. Hao, and C. Zhixiong, “Dynamic Simulation of Ball Screw Recirculating System Based on RecurDyn,” Journal of Hubei Automotive Industries Institute, Vol. 21, No. 4, pp. 17-21, 2007.
[24]株式会社捷太格特，Koyo滾動軸承技術手冊，日本，2006。
[25]J. A. Wensing, On the Dynamics of Ball Bearings, Doctors Thesis, University of Twente, 1998.
[26]方子凡、舒剛、何孔德、趙新澤，「齒輪傳動多體接觸動力學模型”，機械傳動」，第33卷，第1期，第15-19頁，2009。
[27]ISO - 21771, Cylindrical Involute Gears and Gear Pairs - Concepts and Geometry, International Organization for Standardization, 2007.
[28]吳容慶，頻譜分析技術的改進及在電機監視的應用，國立中山大學電機工程研究所博士論文，2001。
[29]O. C. Zienkiewicz, R.L. Taylor, and D.D., Fox, The Finite Element Method for Solid and Structural Mechanics, Butterworth - Heinemann Press, 2013.

指導教授

吳育仁(Yu-Ren Wu)

審核日期

2024-7-18

推文