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畢業(yè)設(shè)計開題報告
設(shè) 計 題 目: CA1090汽車驅(qū)動橋主減速器設(shè)計
及有限元分析
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院
專 業(yè) 班 級: 車輛工程07-1班
學 生 姓 名: 王鵬程
導 師 姓 名: 朱榮福
開 題 時 間: 2011年3月14日
指導委員會審查意見：
簽字： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計開題報告
學生姓名
王鵬程
系部
汽車與交通工程學院
專業(yè)、班級
車輛07-1班
指導教師姓名
朱榮福
職稱
講師
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
CA1090汽車驅(qū)動橋主減速器設(shè)計及有限元分析
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1.課題研究現(xiàn)狀
當前，汽車作為必不可少的交通運輸工具，在國民經(jīng)濟和人們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)揮著極其重要的作用。汽車工業(yè)是深加工綜合產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度大，技術(shù)密集度高，是發(fā)展國民經(jīng)濟的強大推動力。汽車工業(yè)代表了一個國家工業(yè)發(fā)展的最高發(fā)展水平，是集中了科技領(lǐng)域里新材料，新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備，具有規(guī)模經(jīng)濟效益和高附加值的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車零部件的自行開發(fā)研究工作也隨之廣泛的展開。
作為汽車關(guān)鍵零部件之一的車橋系統(tǒng)也得到相應的發(fā)展，在一般的汽車結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動橋包括主減速器(又稱主傳動器)、差速器、半軸及橋殼等部件。主減速器可以降低轉(zhuǎn)速、增加扭矩、并改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，以適應汽車行駛的方向。差速器的功用是在必要時可使汽車兩側(cè)的車輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，以適應汽車轉(zhuǎn)彎及在不平道路上行駛。半軸的功用使將扭矩從差速器傳到驅(qū)動輪。橋殼用以支承汽車的部分重量，并承受驅(qū)動輪上的各種作用力，同時它又是主減速器、差速器等傳動裝置的外殼。各生產(chǎn)廠家基本上形成了專業(yè)化、系列化、批量化生產(chǎn)的局面。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）國際間的技術(shù)合作提高了車橋的整體質(zhì)量；（2）重型載重汽車的發(fā)展牽動了車橋向重載方向發(fā)展；（3）激烈的市場競爭使得各專業(yè)生產(chǎn)廠家不得不從增加車橋及其附件的技術(shù)含量的方向上增加車橋的競爭力。
汽車驅(qū)動橋主減速器是汽車的主要零部件之一，其主要作用是將變速器輸出的動力進一步降低轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩，并且改變旋轉(zhuǎn)方向，然后傳遞給驅(qū)動輪，以獲得足夠的汽車牽引力和適當?shù)能囁?。主減速器類型較多，有單級、雙級、雙速、論辯減速器等。
由一對減速齒輪實現(xiàn)減速的裝置，稱為單級減速器。其結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，輕、中型載重汽車上應用廣泛。對一些載重較大的載重汽車，要求較大的減速比，用單級主減速器傳動，則從動齒輪的直徑就必須增大，會影響驅(qū)動橋的離地間隙，所以采用兩次減速。通常稱為雙級減速器。雙級減速器有兩組減速齒輪，實現(xiàn)兩次減速增扭。解放CA1090汽車為輕型商用車，所以本設(shè)計選用單級主減速器。
主減速器采用的最廣泛的是螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。在某些公共汽車和重型汽車上有時也選用蝸輪傳動。雙曲面齒輪傳動具有以下優(yōu)點：運轉(zhuǎn)噪音少，工作更平穩(wěn)，輪齒強度較高，而且還具有主動齒輪軸線可以相對從動齒輪軸線偏移的特點，這一點對于汽車的技術(shù)性能非常重要，設(shè)計的過程中可以在不改變發(fā)動機的位置尺寸就可以直接改變驅(qū)動橋的離地間隙；此外，由于偏移量的存在，使雙曲面齒輪在工作的過程中不僅存?zhèn)认蚧瑒?，還有沿齒長方向的縱向滑動，從而改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性；雙曲面?zhèn)鲃拥闹鲃育X輪的螺旋角較大，同時嚙合的齒數(shù)較多，重合度大，既可提高傳動的平穩(wěn)性，又可以使齒輪的彎曲強度提高約30%，同時，雙曲面齒輪的偏移量還有利于實現(xiàn)汽車的總體布置等。結(jié)合ANSYS軟件, 能高效準確地建立分析構(gòu)件的三維實體模型, 自動生成有限元網(wǎng)格, 建立相應的約束及載荷工況,并自動進行有限元求解, 對模態(tài)分析計算結(jié)果進行圖形顯示和結(jié)果輸出, 對結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性作出評價。它包括結(jié)構(gòu)分析、模態(tài)分析、磁場分析、熱分析和多物理場分析等眾多功能模塊。驅(qū)動橋殼應有足夠的強度和剛度且質(zhì)量小, 且便于主減速器的拆裝和調(diào)整。因橋殼的尺寸和質(zhì)量比較大,制造較困難, 故其結(jié)構(gòu)型式在滿足使用要求的前提下應盡可能便于制造。驅(qū)動橋殼分為整體式橋殼, 分段式橋殼和組合式橋殼3類。整體式橋殼具有較大的強度和剛度, 且便于主減速器的裝配、調(diào)整和維修, 因此普遍應用于各類汽車上。由于其形狀復雜, 因此應力計算比較困難。根據(jù)汽車設(shè)計理論, 驅(qū)動橋殼的常規(guī)設(shè)計方法將橋殼看成一簡支梁并校核幾種典型計算工況下某些特定斷面的最大應力值, 再考慮一個安全系數(shù)來確定許用的工作應力。這種設(shè)計方法有很多局限性, 因此近年來, 許多研究人員利用有限元方法對驅(qū)動橋殼進行了計算和分析。
2.選題目的
傳統(tǒng)設(shè)計是以生產(chǎn)經(jīng)驗為基礎(chǔ),以運用力學、數(shù)學和回歸方法形成的公式、圖表、手冊等為依據(jù)進行的。現(xiàn)代設(shè)計是傳統(tǒng)設(shè)計的深入、豐富和發(fā)展,而非獨立于傳統(tǒng)設(shè)計的全新設(shè)計。以計算機技術(shù)為核心,以設(shè)計理論為指導,是現(xiàn)代設(shè)計的主要特征。利用這種方法指導設(shè)計可以減小經(jīng)驗設(shè)計的盲目性和隨意性,提高設(shè)計的主動性、科學性和準確性。
有限元技術(shù)是計算數(shù)學、計算力學和計算工程科學領(lǐng)域里誕生的最有效的計算方法。許多有限元分析程序?qū)⒂邢拊治?、計算機圖形學與優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來,形成完整的計算機輔助分析系統(tǒng),可顯著提高產(chǎn)品設(shè)計性能,縮短設(shè)計周期,增強產(chǎn)品的競爭力。在眾多有限元分析商業(yè)軟件中,ANSYS是最通用有效的軟件之一,它擁有豐富和完善的單元庫、材料模型庫和求解器,確保高效地求解各類結(jié)構(gòu)的靜力、動力、振動、線性和非線性問題以及熱分析和熱-結(jié)構(gòu)耦合問題,其高級分析技術(shù)還能進行參數(shù)化設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計和拓撲優(yōu)化等。
本次設(shè)計旨在對CA1090這款老車型的驅(qū)動橋主減速器進行重新設(shè)計，使其適應新的競爭環(huán)境。結(jié)合ANSYS軟件,能高效準確地建立分析構(gòu)件的三維實體模型,自動生成有限元網(wǎng)格,建立相應的約束及載荷工況,并自動進行有限元求解,對模態(tài)分析計算結(jié)果進行圖形顯示和結(jié)果輸出,對結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性作出評價。
3.設(shè)計意義
本次設(shè)計的題目屬于常規(guī)題目，也是比較老的題目。但是，身為一個沒有經(jīng)驗的設(shè)計者，任何的設(shè)計都能收到實際的效果。比如本次設(shè)計就可以使我在設(shè)計中溫習之前在課堂中學習的知識，更是發(fā)現(xiàn)不足和問題的實戰(zhàn)場。這次設(shè)計也是第一次運用ANSYS有限元分析軟件，通過這一次的實際操作可以為畢業(yè)后適應工作崗位打好基礎(chǔ)。我本身簽的就是車橋設(shè)計公司，所以選擇這個題目也是出于為今后的工作考慮。
二、設(shè)計的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1.基本內(nèi)容
1) 收集資料，仔細研究現(xiàn)有的減速器，結(jié)合實際項目選擇出設(shè)計方案；
2) 根據(jù)先前做出的分析確定減速裝置傳動方案，驅(qū)動橋方案設(shè)計就是要確定這些組成部件的結(jié)構(gòu)型式及主要設(shè)計參數(shù),并實現(xiàn)這些設(shè)計參數(shù)之間的最佳匹配，繪制一份草圖；
3) 結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算,其中包括主減速器設(shè)計，差速器設(shè)計，驅(qū)動半軸設(shè)計，；
4) 配置減速器的密封裝置和軸承潤滑方案,主減速器及差速器的齒輪及其軸承，均應有良好潤滑，否則極易引起早期磨損；
5) 對齒輪，軸及軸承進行校核和整體強度校核；
6) 運用有限元分析軟件ANSYS進行分析，根據(jù)分析結(jié)果對設(shè)計進行修正。
2.擬解決的主要問題
1) 校核問題：進行校核時會發(fā)現(xiàn)之前設(shè)計的不正確處，需要重新修改先前某些設(shè)計參數(shù)。為避免大范圍的重復修改，提高設(shè)計效率，在設(shè)計的每一步都細心計算并及時驗證計算結(jié)果。
2) 行星齒輪的設(shè)計：在差速器設(shè)計中，行星齒輪的設(shè)計由于之前沒有進行差速器設(shè)計的經(jīng)驗，在設(shè)計時會根據(jù)一些他人設(shè)計的經(jīng)驗方法等作為基礎(chǔ)，完成自己對行星齒輪的設(shè)計。
三、技術(shù)路線（研究方法）
調(diào)研和查閱資料
確定CA1090驅(qū)動橋主減速器設(shè)計方案
減速器，差速器及半軸結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算
減速器的密封和軸承潤滑
確定減速裝置傳動方案
對齒輪，軸和軸承進行校核，并進行強度校核
運用ANSYS軟件進行有限元分析
完成設(shè)計圖紙，說明書
四、進度安排
第 1-2 周（2月28日～3月13日），調(diào)研、資料收集，完成開題報告。
第 3 周（3月14日～3月20日），開題答辯，基本參數(shù)的確定，傳動方案的設(shè)計。
第4-5周（3月21日～4月3日），齒輪傳動方案設(shè)計，材料選擇與校核。
第 6 周（4月4日～4月10日），開始撰寫齒輪部分說明書。
第 7 周（4月11日～4月17日），軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
第 8 周（4月18日～4月24日），繪制一份草圖,中期檢查。
第 9 周（4月25日～5月1日），軸段強度剛度校核。
第10-11周（5月2日～5月15日），進行CAD繪圖，進行有限元分析。
第 12 周（5月16日～5月22日），修改及完善設(shè)計說明書，繪圖。
第 13 周（5月22日～5月29日），完善圖紙。
第 14 周（5月30日～6月5日），畢業(yè)設(shè)計預答辯。
第15-16周（6月6日～6月19日），畢業(yè)設(shè)計修改。
第 17 周（6月20日～6月 26日），畢業(yè)設(shè)計答辯。
五、參考文獻
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六、備注
指導教師意見：
簽字： 年 月 日