轎車-桑塔納3000汽車主減速器及差速器設(shè)計(jì)含4張CAD圖

轎車-桑塔納3000汽車主減速器及差速器設(shè)計(jì)含4張CAD圖,轎車,桑塔納,3000,汽車,減速器,差速器,設(shè)計(jì),CAD 摘要 汽車的驅(qū)動橋位于傳動系的末端，其基本功用是增大由傳動軸或者直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左右車輪，并獲得差速要求。在驅(qū)動橋中，實(shí)現(xiàn)這一系列功用的主要部件有主減速器、差速器、半軸，還包括其他傳動裝置和橋殼。本設(shè)計(jì)主要就驅(qū)動橋的原理進(jìn)行了仔細(xì)的了解與陳述，對桑塔納3000的驅(qū)動橋中的主減速器、差速器、半軸等重要部件等進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)汽車設(shè)計(jì)的原則與步驟，進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算。在設(shè)計(jì)過程中，還分析了有關(guān)部件需要采用的方法、可行性方案討論等，并對可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行了思考，最后就重要的部件與裝配用工程圖紙的方式展示。 關(guān)鍵詞：驅(qū)動橋 主減速器 差速器 有限元分析 引言 汽車自誕生以來到現(xiàn)在己有一個多世紀(jì)，隨著社會發(fā)展的日新月異，汽車的購買量和使用越來越多，己然成為人民生活的必需品。車輛越來越面臨由監(jiān)管和市場力量驅(qū)動的嚴(yán)格性能、排放和燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)(例如歐洲的ACEA標(biāo)準(zhǔn)、排放交易政策等)，汽車行業(yè)創(chuàng)新和改革刻不容緩。我國大力推動汽車行業(yè)向節(jié)能汽車、新能源汽車轉(zhuǎn)型，推動汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。這種戰(zhàn)略舉措不僅能加快我國汽車行業(yè)發(fā)展，還能培育新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，激發(fā)我國創(chuàng)造活力，提升我國汽車行業(yè)在國際的競爭優(yōu)勢。 車用變速器是汽車的關(guān)鍵部件之一，它用于協(xié)調(diào)發(fā)動機(jī)的速度和車輪的實(shí)際速度，能夠用于發(fā)揮發(fā)動機(jī)最佳性能，傳動性能直接影響整車的動力性能。因此其技術(shù)創(chuàng)新是我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵之一。目前我國各大汽車廠商和一些科研院校均積極開展了能夠形成自主知識產(chǎn)權(quán)的變速器基礎(chǔ)創(chuàng)新技術(shù)研究和開發(fā)工作，爭取領(lǐng)先各國掌握變速器創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)。 正文 國內(nèi)外對載貨汽車輪邊減速器的研究較少，結(jié)合本課題研究的方向，行星齒輪機(jī)構(gòu)動力學(xué)性能做為本課題研究的重點(diǎn)。 國外研究動態(tài) 世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，如日本、德國、英國、美國和俄羅斯等國家對行星齒輪的應(yīng)用、生產(chǎn)和研究都十分重視，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、傳動性能、傳遞功率、轉(zhuǎn)矩和速度等方面均處于領(lǐng)先地位，并研究出一些新的行星傳動技術(shù)，如封閉行星齒輪傳動、行星齒輪變速傳動和微型行星傳動等早已在現(xiàn)代化的機(jī)械傳動設(shè)備中獲得了成功的應(yīng)用。1999年，Jian Lin等研究了行星齒輪機(jī)構(gòu)的純扭轉(zhuǎn)模型和扭轉(zhuǎn)橫向耦合模型的自由振動特性，分析了行星齒輪傳動的固有頻率和主模態(tài)的特性；2001年，Robert G.Parker研究特殊的諧波相位嚙合頻率，可以減少行星齒輪傳動裝置的振動，改善系統(tǒng)動力學(xué)性能。2001年，Ahmet Kahraman研究了復(fù)式行星齒輪系統(tǒng)的自由振動特性。2002年，Jose M對行星齒輪系統(tǒng)傳動效率進(jìn)行了分析；2004年，Cheon Gill-Jeong研究了具有制造誤差的行星齒輪系統(tǒng)在靜態(tài)特性下對軸承剛度的影響；2009年，W.Bartelmus研究了在外載荷變化的情況下對行星齒輪系統(tǒng)的檢測。 國內(nèi)研究動態(tài) 行星齒輪傳動在我國已有許多年的發(fā)展史，很早就有了應(yīng)用，自20世紀(jì)60年代以來，我國對行星齒輪傳動進(jìn)行了較深入、系統(tǒng)地研究和試制工作。但無論是在設(shè)計(jì)理論方面，還是在試制和應(yīng)用實(shí)踐方面，均取得了許多創(chuàng)新性的研究成果。1998 年，沈允文等應(yīng)用結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改重分析的思想和復(fù)模態(tài)的矩陣攝動法理論，提出了一整套齒輪系統(tǒng)振動分析和減振研究的理論計(jì)算方法；第二年，他們又利用行星架附加阻尼對行星齒輪系統(tǒng)的減振，提出了一種粘性阻尼線性系統(tǒng)的動態(tài)分析和減振設(shè)計(jì)的有效方法；同一年，朱才朝等研究了運(yùn)動副間隙對內(nèi)齒行星齒輪傳動特性的影響及傳動機(jī)理。2000 年，張策等通過對齒輪、軸與軸承所組成的齒輪傳動系統(tǒng)中彎曲振動、扭轉(zhuǎn)振動和橫向振動問題的分析，并考慮到齒輪質(zhì)量偏心和輪齒嚙合摩擦力對系統(tǒng)振動的影響，應(yīng)用拉格朗日方程，建立了一對漸開線直齒輪傳動系統(tǒng)振動的數(shù)學(xué)模型；同年，楊建明研究了行星齒輪機(jī)構(gòu)彈性動力學(xué)建模問題；2005 年，楊建明研究了內(nèi)齒行星齒輪變速器的彈性動力學(xué)的問題，分析了行星齒輪軸承與球軸承的承載能力的比較及初始頻率對振動噪聲的影響；2008 年，天津大學(xué)葛楠、張俊在高速行星齒輪機(jī)構(gòu)中內(nèi)齒輪的有限元分析，研究了齒的厚度對內(nèi)齒輪剛度的影響；同年，Shuting Li 研究了少齒差行星齒輪驅(qū)動的接觸問題和數(shù)值方法，以及齒的接觸個數(shù)對系統(tǒng)動力學(xué)性能的影響。 齒輪動力學(xué)模型 在分析理論方面，齒輪動力學(xué)起初是以沖擊理論為基礎(chǔ)，在二十世紀(jì) 50年代以前人們以嚙合沖擊作為描述、解釋齒輪動態(tài)激勵和動態(tài)響應(yīng)的基礎(chǔ)，用沖擊作用下的單自由度系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)來近似齒輪系統(tǒng)的動力學(xué)行為。后來發(fā)展到以振動理論為基礎(chǔ)，將3 齒輪系統(tǒng)作為彈性的機(jī)械振動系統(tǒng)分析其動力學(xué)特性。1950年，Tuplin提出了第一個齒輪動力學(xué)模型，開創(chuàng)了齒輪動力學(xué)研究的新紀(jì)元。此后相繼出現(xiàn)了若干振動模型，并開始考慮齒形誤差、時(shí)變嚙合剛度等參數(shù)激勵對動載荷的影響。 60年代以后，在齒輪動力學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)上取得了大量成果，在理論研究上主要是圍繞動力學(xué)建模、激勵形式、求解方法等方面展開。在振動理論的框架內(nèi)，齒輪系統(tǒng)的動力學(xué)模型經(jīng)歷了由線性振動理論到非線性振動理論，由定常系統(tǒng)向變參數(shù)系統(tǒng)的發(fā)展，可以歸結(jié)4種類型：線性時(shí)不變模型、線性時(shí)變模型、非線性時(shí)不變模型、非線性時(shí)變模型。 課題研究內(nèi)容 車用減速器發(fā)展趨勢和特點(diǎn)是向著六高、二低、二化方向發(fā)展，即高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性、高傳動效率，低噪聲、低成本，標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化，計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)廣泛應(yīng)用。從發(fā)動機(jī)的大馬力、低轉(zhuǎn)速的發(fā)展趨勢以及商用車的最高車速的提升來看，公路用車橋減速器應(yīng)該向小速比方向發(fā)展:在最大輸出扭矩相同時(shí)齒輪的使用壽命要求更高(齒輪疲勞壽命平均可達(dá)50萬次以上);在額定軸荷相同時(shí)，車橋的超載能力更強(qiáng);主減速器齒輪使用壽命更長、噪音更低、強(qiáng)度更大，潤滑密封性能更好;整體剛性好，速比范圍寬。 汽車主減速器的汽車驅(qū)動橋中的一個重要部件，汽車驅(qū)動橋處于動力傳動系的末端，其基本功能是增大由傳動軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將動力合理的分配給左、右驅(qū)動輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直立、縱向力和橫向力。驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅(qū)動橋殼組成。設(shè)計(jì)主減速器時(shí)應(yīng)滿足如下基本要求： 1）選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比，以保證汽車在給定條件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性； 2）在各種足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受和傳遞作用于路面和車架或車身間的各種力和力矩； 3）驅(qū)動橋各零部件在強(qiáng)度高、剛性好、工作可靠及使用壽命長的條件下，應(yīng)力求做到質(zhì)量小，特別是非懸掛質(zhì)量應(yīng)盡量小，以減少不平路面給驅(qū)動橋的沖擊載荷，從而改善汽車的平順性； 4）外廓尺寸小，保證汽車具有足夠的離地間隙，以滿足通過性要求； 5）齒輪及其他傳動件工作平穩(wěn)，無噪聲或低噪聲； 6）驅(qū)動橋總成及零部件的設(shè)計(jì)應(yīng)能盡量滿足零件的標(biāo)準(zhǔn)化、部件的通用化和產(chǎn)品的系列化及汽車變型的要求； 7）在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有高的傳動效率； 8）結(jié)構(gòu)簡單，維修、保養(yǎng)方便；機(jī)件工藝性好，制造容易。 由于要求設(shè)計(jì)的是家用型轎車，要設(shè)計(jì)這樣一個級別的驅(qū)動橋，一般選用非斷開式結(jié)構(gòu)以與非獨(dú)立懸架相適應(yīng)，該種形式的驅(qū)動橋的橋殼是一根支撐在左右驅(qū)動車輪的剛性空心梁，一般是鑄造或鋼板沖壓而成，主減速器，差速器和半軸等所有傳動件都裝在其中，此時(shí)驅(qū)動橋，驅(qū)動車輪都屬于簧下質(zhì)量。 驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式有多種，基本形式有三種如下： 1)中央單級減速驅(qū)動橋。此是驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)中最為簡單的一種，是驅(qū)動橋的基本形式， 在載重汽車中占主導(dǎo)地位。一般在主傳動比小于6的情況下，應(yīng)盡量采用中央單級減速驅(qū)動橋。目前的中央單級減速器趨于采用雙曲線螺旋傘齒輪，主動小齒輪采用騎馬式支承， 有差速鎖裝置供選用。 2)中央雙級驅(qū)動橋。在國內(nèi)目前的市場上，中央雙級驅(qū)動橋主要有2種類型：一類如伊頓系列產(chǎn)品，事先就在單級減速器中預(yù)留好空間，當(dāng)要求增大牽引力與速比時(shí)，可裝入圓柱行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，將原中央單級改成中央雙級驅(qū)動橋，這種改制“三化”（即系列化，通用化，標(biāo)準(zhǔn)化）程度高， 橋殼、主減速器等均可通用，錐齒輪直徑不變；另一類如洛克威爾系列產(chǎn)品，當(dāng)要增大牽引力與速比時(shí)，需要改制第一級傘齒輪后，再裝入第二級圓柱直齒輪或斜齒輪，變成要求的中央雙級驅(qū)動橋，這時(shí)橋殼可通用，主減速器不通用， 錐齒輪有2個規(guī)格。 由于上述中央雙級減速橋均是在中央單級橋的速比超出一定數(shù)值或牽引總質(zhì)量較大時(shí)，作為系列產(chǎn)品而派生出來的一種型號，它們很難變型為前驅(qū)動橋，使用受到一定限制；因此，綜合來說，雙級減速橋一般均不作為一種基本型驅(qū)動橋來發(fā)展，而是作為某一特殊考慮而派生出來的驅(qū)動橋存在。 3)中央單級、輪邊減速驅(qū)動橋。輪邊減速驅(qū)動橋較為廣泛地用于油田、建筑工地、礦山等非公路車與軍用車上。當(dāng)前輪邊減速橋可分為2類：一類為圓錐行星齒輪式輪邊減速橋；另一類為圓柱行星齒輪式輪邊減速驅(qū)動橋。 ①圓錐行星齒輪式輪邊減速橋。由圓錐行星齒輪式傳動構(gòu)成的輪邊減速器，輪邊減速比為固定值2，它一般均與中央單級橋組成為一系列。在該系列中，中央單級橋仍具有獨(dú)立性，可單獨(dú)使用，需要增大橋的輸出轉(zhuǎn)矩，使?fàn)恳υ龃蠡蛩俦仍龃髸r(shí)，可不改變中央主減速器而在兩軸端加上圓錐行星齒輪式減速器即可變成雙級橋。這類橋與中央雙級減速橋的區(qū)別在于：降低半軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，把增大的轉(zhuǎn)矩直接增加到兩軸端的輪邊減速器上 ，其“三化”程度較高。但這類橋因輪邊減速比為固定值2，因此，中央主減速器的尺寸仍較大，一般用于公路、非公路軍用車。 ②圓柱行星齒輪式輪邊減速橋。單排、齒圈固定式圓柱行星齒輪減速橋，一般減速比在3至4.2之間。由于輪邊減速比大，因此，中央主減速器的速比一般均小于3，這樣大錐齒輪就可取較小的直徑，以保證重型汽車對離地問隙的要求。這類橋比單級減速器的質(zhì)量大，價(jià)格也要貴些，而且輪穀內(nèi)具有齒輪傳動，長時(shí)間在公路上行駛會產(chǎn)生大量的熱量而引起過熱；因此，作為公路車用驅(qū)動橋，它不如中央單級減速橋。 由于隨著我國公路條件的改善和物流業(yè)對車輛性能要求的變化，驅(qū)動橋技術(shù)已呈現(xiàn)出向單級化發(fā)展的趨勢，主要是單級驅(qū)動橋還有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： (l) 單級減速驅(qū)動橋是驅(qū)動橋中結(jié)構(gòu)最簡單的一種，制造工藝簡單，成本較低， 是驅(qū)動橋的基本類型，在重型汽車上占有重要地位； (2) 汽車發(fā)動機(jī)向低速大轉(zhuǎn)矩發(fā)展的趨勢，使得驅(qū)動橋的傳動比向小速比發(fā)展； (3) 隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，汽車使用條件對汽車通過性的要求降低。因此，汽車不必像過去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高通過性； (4) 與帶輪邊減速器的驅(qū)動橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，單級減速驅(qū)動橋機(jī)械傳動效率提高，易損件減少，可靠性提高。 單級橋產(chǎn)品的優(yōu)勢為單級橋的發(fā)展拓展了廣闊的前景。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度看， 本設(shè)計(jì)主減速比小于6下，應(yīng)盡量選用單級減速驅(qū)動橋。對行星齒輪振動、噪聲的研究歸根結(jié)底屬于對齒輪動力學(xué)的研究。隨著齒輪技術(shù)的發(fā)展，傳動載荷和傳動速度提高很快，同時(shí)齒輪的振動與噪聲問題也日益嚴(yán)重。齒輪傳動在強(qiáng)度方面的問題己經(jīng)基本解決，目前有待解決的重大技術(shù)課題是齒輪傳動的振動和噪聲問題。目前在這方面的研究還不夠深入，在通常的齒輪設(shè)計(jì)方法中，多是只進(jìn)行齒輪的運(yùn)動和強(qiáng)度方面的設(shè)計(jì)，幾乎不考慮齒輪的噪聲、振動問題，這往往不能滿足齒輪傳動性能上的要求。機(jī)械在工作過程中所產(chǎn)生的振動，惡化了設(shè)備的動態(tài)性能，影響了設(shè)備原有的精度、生產(chǎn)效率和使用壽命。同時(shí)，機(jī)械振動所產(chǎn)生的噪聲，又使環(huán)境受到了嚴(yán)重污染。齒輪系統(tǒng)是各種機(jī)器和機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛的動力和運(yùn)動傳遞裝置，其動力學(xué)行為和工作性能對整個機(jī)器有著重要影響，而且，機(jī)械的振動和噪聲大部分來源于齒輪傳動工作時(shí)產(chǎn)生的振動，因此，機(jī)械產(chǎn)品對齒輪系統(tǒng)動態(tài)性能方面的要求就更為突出。 行星齒輪機(jī)構(gòu)是一種復(fù)雜的動力傳動系統(tǒng)，傳統(tǒng)研究工作主要局限于均載性研究。近年來，研究工作轉(zhuǎn)向動態(tài)特性方面并已取得重要研究成果。齒輪傳動系統(tǒng)在動態(tài)激勵作用下產(chǎn)生動態(tài)響應(yīng)，齒輪系統(tǒng)的動態(tài)激勵有內(nèi)部激勵和外部激勵兩類。與一般機(jī)械系統(tǒng)的主要不同之處在于它的內(nèi)部激勵，即輪齒嚙合時(shí)產(chǎn)生的激勵，由于行星齒輪傳動結(jié)1構(gòu)復(fù)雜且為過約束傳動，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)研究時(shí)應(yīng)該考慮零件或運(yùn)動副的彈性，根據(jù)建立動力學(xué)模型時(shí)考慮的因素和所使用的方法不同，一般將行星齒輪傳動的動力學(xué)模型分為如下兩類：即集中參數(shù)模型和有限元模型，由于集中參數(shù)模型與實(shí)際情況相差較遠(yuǎn)，因而有必要建立行星齒輪機(jī)構(gòu)的有限元分析模型。 在汽車上，作為雙級減速驅(qū)動橋的第二級減速器，輪邊減速器一般安裝在輪轂中間或附近，采用輪邊減速器可以使中間主減速器的外形尺寸減小，保證車輛具有足夠的離地間隙，由于輪邊是最后的一級減速，其前面的半軸、差速器及主減速器的從動輪等零件的尺寸都可以減小。這種二級減速裝置一般使用直齒圓柱行星齒輪傳動，然而由于輪邊減速器在汽車上要受到半軸傳動、路面顛簸及制動時(shí)對輪轂所產(chǎn)生力的影響等，故而所受到的力學(xué)環(huán)境非常復(fù)雜。在許多應(yīng)用場合，行星齒輪傳動系統(tǒng)的振動和噪聲是影響系統(tǒng)可靠性、壽命及操作環(huán)境的關(guān)鍵因素。因此，有必要利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，利用目前比較成熟的 ANSYS 等有限元分析軟件對輪邊減速器的行星齒輪系統(tǒng)的動力學(xué)性能進(jìn)行分析。 參考文獻(xiàn) [1]王望予.汽車設(shè)計(jì)(第4版〉[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2018 [2]劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社，2018 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