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畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
設(shè) 計(jì) 題 目: CA1090汽車驅(qū)動(dòng)橋主減速器設(shè)計(jì)
及有限元分析
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 車輛工程07-1班
學(xué) 生 姓 名: 王鵬程
導(dǎo) 師 姓 名: 朱榮福
開 題 時(shí) 間: 2011年3月14日
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見：
簽字： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
學(xué)生姓名
王鵬程
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛07-1班
指導(dǎo)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(dòng)橋主減速器設(shè)計(jì)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(dāng)前，汽車作為必不可少的交通運(yùn)輸工具，在國民經(jīng)濟(jì)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(jì)的強(qiáng)大推動(dòng)力。汽車工業(yè)代表了一個(gè)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(jì)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(yīng)的發(fā)展，在一般的汽車結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)橋包括主減速器(又稱主傳動(dòng)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(yīng)汽車行駛的方向。差速器的功用是在必要時(shí)可使汽車兩側(cè)的車輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)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(dòng)輪。橋殼用以支承汽車的部分重量，并承受驅(qū)動(dòng)輪上的各種作用力，同時(shí)它又是主減速器、差速器等傳動(dòng)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(gè)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?fàn)縿?dòng)了車橋向重載方向發(fā)展；（3）激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)力。
汽車驅(qū)動(dòng)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(dòng)力進(jìn)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(dòng)輪，以獲得足夠的汽車牽引力和適當(dāng)?shù)能囁?。主減速器類型較多，有單級(jí)、雙級(jí)、雙速、論辯減速器等。
由一對(duì)減速齒輪實(shí)現(xiàn)減速的裝置，稱為單級(jí)減速器。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，輕、中型載重汽車上應(yīng)用廣泛。對(duì)一些載重較大的載重汽車，要求較大的減速比，用單級(jí)主減速器傳動(dòng)，則從動(dòng)齒輪的直徑就必須增大，會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙，所以采用兩次減速。通常稱為雙級(jí)減速器。雙級(jí)減速器有兩組減速齒輪，實(shí)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(jì)選用單級(jí)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(shí)也選用蝸輪傳動(dòng)。雙曲面齒輪傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)轉(zhuǎn)噪音少，工作更平穩(wěn)，輪齒強(qiáng)度較高，而且還具有主動(dòng)齒輪軸線可以相對(duì)從動(dòng)齒輪軸線偏移的特點(diǎn)，這一點(diǎn)對(duì)于汽車的技術(shù)性能非常重要，設(shè)計(jì)的過程中可以在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)的位置尺寸就可以直接改變驅(qū)動(dòng)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?dòng)，還有沿齒長方向的縱向滑動(dòng)，從而改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性；雙曲面?zhèn)鲃?dòng)的主動(dòng)齒輪的螺旋角較大，同時(shí)嚙合的齒數(shù)較多，重合度大，既可提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，又可以使齒輪的彎曲強(qiáng)度提高約30%，同時(shí)，雙曲面齒輪的偏移量還有利于實(shí)現(xiàn)汽車的總體布置等。結(jié)合ANSYS軟件, 能高效準(zhǔn)確地建立分析構(gòu)件的三維實(shí)體模型, 自動(dòng)生成有限元網(wǎng)格, 建立相應(yīng)的約束及載荷工況,并自動(dòng)進(jìn)行有限元求解, 對(duì)模態(tài)分析計(jì)算結(jié)果進(jìn)行圖形顯示和結(jié)果輸出, 對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性作出評(píng)價(jià)。它包括結(jié)構(gòu)分析、模態(tài)分析、磁場(chǎng)分析、熱分析和多物理場(chǎng)分析等眾多功能模塊。驅(qū)動(dòng)橋殼應(yīng)有足夠的強(qiáng)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(yīng)盡可能便于制造。驅(qū)動(dòng)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(qiáng)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(yīng)用于各類汽車上。由于其形狀復(fù)雜, 因此應(yīng)力計(jì)算比較困難。根據(jù)汽車設(shè)計(jì)理論, 驅(qū)動(dòng)橋殼的常規(guī)設(shè)計(jì)方法將橋殼看成一簡(jiǎn)支梁并校核幾種典型計(jì)算工況下某些特定斷面的最大應(yīng)力值, 再考慮一個(gè)安全系數(shù)來確定許用的工作應(yīng)力。這種設(shè)計(jì)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(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行了計(jì)算和分析。
2.選題目的
傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是以生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),以運(yùn)用力學(xué)、數(shù)學(xué)和回歸方法形成的公式、圖表、手冊(cè)等為依據(jù)進(jìn)行的。現(xiàn)代設(shè)計(jì)是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的深入、豐富和發(fā)展,而非獨(dú)立于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的全新設(shè)計(jì)。以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心,以設(shè)計(jì)理論為指導(dǎo),是現(xiàn)代設(shè)計(jì)的主要特征。利用這種方法指導(dǎo)設(shè)計(jì)可以減小經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的盲目性和隨意性,提高設(shè)計(jì)的主動(dòng)性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性。
有限元技術(shù)是計(jì)算數(shù)學(xué)、計(jì)算力學(xué)和計(jì)算工程科學(xué)領(lǐng)域里誕生的最有效的計(jì)算方法。許多有限元分析程序?qū)⒂邢拊治觥⒂?jì)算機(jī)圖形學(xué)與優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來,形成完整的計(jì)算機(jī)輔助分析系統(tǒng),可顯著提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能,縮短設(shè)計(jì)周期,增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)力、振動(dòng)、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(jí)分析技術(shù)還能進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和拓?fù)鋬?yōu)化等。
本次設(shè)計(jì)旨在對(duì)CA1090這款老車型的驅(qū)動(dòng)橋主減速器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使其適應(yīng)新的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。結(jié)合ANSYS軟件,能高效準(zhǔn)確地建立分析構(gòu)件的三維實(shí)體模型,自動(dòng)生成有限元網(wǎng)格,建立相應(yīng)的約束及載荷工況,并自動(dòng)進(jìn)行有限元求解,對(duì)模態(tài)分析計(jì)算結(jié)果進(jìn)行圖形顯示和結(jié)果輸出,對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性作出評(píng)價(jià)。
3.設(shè)計(jì)意義
本次設(shè)計(jì)的題目屬于常規(guī)題目，也是比較老的題目。但是，身為一個(gè)沒有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者，任何的設(shè)計(jì)都能收到實(shí)際的效果。比如本次設(shè)計(jì)就可以使我在設(shè)計(jì)中溫習(xí)之前在課堂中學(xué)習(xí)的知識(shí)，更是發(fā)現(xiàn)不足和問題的實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)。這次設(shè)計(jì)也是第一次運(yùn)用ANSYS有限元分析軟件，通過這一次的實(shí)際操作可以為畢業(yè)后適應(yīng)工作崗位打好基礎(chǔ)。我本身簽的就是車橋設(shè)計(jì)公司，所以選擇這個(gè)題目也是出于為今后的工作考慮。
二、設(shè)計(jì)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(xì)研究現(xiàn)有的減速器，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目選擇出設(shè)計(jì)方案；
2) 根據(jù)先前做出的分析確定減速裝置傳動(dòng)方案，驅(qū)動(dòng)橋方案設(shè)計(jì)就是要確定這些組成部件的結(jié)構(gòu)型式及主要設(shè)計(jì)參數(shù),并實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)參數(shù)之間的最佳匹配，繪制一份草圖；
3) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算,其中包括主減速器設(shè)計(jì)，差速器設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)半軸設(shè)計(jì)，；
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(yīng)有良好潤滑，否則極易引起早期磨損；
5) 對(duì)齒輪，軸及軸承進(jìn)行校核和整體強(qiáng)度校核；
6) 運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正。
2.擬解決的主要問題
1) 校核問題：進(jìn)行校核時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)之前設(shè)計(jì)的不正確處，需要重新修改先前某些設(shè)計(jì)參數(shù)。為避免大范圍的重復(fù)修改，提高設(shè)計(jì)效率，在設(shè)計(jì)的每一步都細(xì)心計(jì)算并及時(shí)驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果。
2) 行星齒輪的設(shè)計(jì)：在差速器設(shè)計(jì)中，行星齒輪的設(shè)計(jì)由于之前沒有進(jìn)行差速器設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)根據(jù)一些他人設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)方法等作為基礎(chǔ)，完成自己對(duì)行星齒輪的設(shè)計(jì)。
三、技術(shù)路線（研究方法）
調(diào)研和查閱資料
確定CA1090驅(qū)動(dòng)橋主減速器設(shè)計(jì)方案
減速器，差速器及半軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算
減速器的密封和軸承潤滑
確定減速裝置傳動(dòng)方案
對(duì)齒輪，軸和軸承進(jìn)行校核，并進(jìn)行強(qiáng)度校核
運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析
完成設(shè)計(jì)圖紙，說明書
四、進(jìn)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(bào)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(dòng)方案的設(shè)計(jì)。
第4-5周（3月21日～4月3日），齒輪傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)，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(jì)。
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(qiáng)度剛度校核。
第10-11周（5月2日～5月15日），進(jìn)行CAD繪圖，進(jìn)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(jì)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(jì)預(yù)答辯。
第15-16周（6月6日～6月19日），畢業(yè)設(shè)計(jì)修改。
第 17 周（6月20日～6月 26日），畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。
五、參考文獻(xiàn)
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六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日