基于solidworks 汽車驅(qū)動(dòng)橋有限元分析【說明書+SOLIDWORKS】
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Solidworks(cosmosworks)汽車汽車驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)橋有限元分析有限元分析學(xué)生：湯朔輝第1章 緒論1.1 驅(qū)動(dòng)橋概述驅(qū)動(dòng)橋和其他汽車總成一樣，除了廣泛采用新技術(shù)外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中日益朝著“零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化”的方向發(fā)展及生產(chǎn)組織專業(yè)化目標(biāo)前進(jìn)。驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系的主要組成部分。汽車的驅(qū)動(dòng)橋處于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，并使左、右驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或車廂的鉛垂力、縱向力和橫向力。1.2 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢隨著汽車向采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)和輕量化方向發(fā)展以及路面條件的改善,近年來主減速比有減小的趨勢,以滿足高速行駛的要求。為減小驅(qū)動(dòng)輪的外廓尺寸,目前主減速器中基本不用直齒圓錐齒輪。實(shí)踐和理論分析證明，螺旋錐齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)比直齒齒輪的最小齒數(shù)少。1.3 課題研究方法1.了解驅(qū)動(dòng)橋的構(gòu)成。2.通過上網(wǎng)，查閱書籍等途徑來熟悉它的工作原理。3.溝通討論。1.4 本課題要解決的主要問題和設(shè)計(jì)總體思路1.本文選擇一款轎車或者重型卡車的驅(qū)動(dòng)橋（按結(jié)構(gòu)可以分為中央單級減速驅(qū)動(dòng)橋、中央雙級減速驅(qū)動(dòng)橋、中央單級、輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋），分析其主要組成部分的具體結(jié)構(gòu)，得出不同扭矩的情況下驅(qū)動(dòng)橋各個(gè)部件的受力及變形狀況。2.本課題的設(shè)計(jì)總體思路：選擇一種機(jī)型的驅(qū)動(dòng)橋。應(yīng)用三維軟件solidworks對其各個(gè)部分進(jìn)行建模及裝配，運(yùn)用solidworks軟件自帶的有限元分析模塊cosmosworks對驅(qū)動(dòng)橋整體進(jìn)行有限元分析不同扭矩的情況下驅(qū)動(dòng)橋各個(gè)部件的受力及變形狀況。第2章 SOLIDWORKS及cosmosworks介紹2.1 Solidworks軟件概述SolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的視窗產(chǎn)品。達(dá)索公司是負(fù)責(zé)系統(tǒng)性的軟件供應(yīng)，并為制造廠商提供具有Internet整合能力的支援服務(wù)。特點(diǎn):Solidworks軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。Solidworks 功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點(diǎn)，使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。2.2 cosmosworks介紹COSMOSWorks針對工程師與設(shè)計(jì)人員，提供了簡學(xué)易用且功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)驗(yàn)證與最佳化工具。全球超過14,000家各個(gè)業(yè)界的公司，目前正使用COSMOS來改善設(shè)計(jì)品質(zhì)，避免現(xiàn)場故障，減少材料成本與縮短上市時(shí)間。COSMOSWorks賦予您更快速、低成本與最佳化的產(chǎn)品研發(fā)能力，比起要使用到最精細(xì)的原型測試，還 更具有全面性的產(chǎn)品效能驗(yàn)證功能。第3章 汽車驅(qū)動(dòng)橋3D設(shè)計(jì)3.1概述 驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系的主要組成部分。汽車的驅(qū)動(dòng)橋處于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，并使左、右驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或車廂的鉛垂力、縱向力和橫向力。3.2建立驅(qū)動(dòng)橋的3D模型3.2.1 進(jìn)入SOLIDWORKS的操作界面點(diǎn)新建進(jìn)入零件界面選中參考面進(jìn)入草圖環(huán)境3.3 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的繪制過程畫主體殼體主要部分草圖，然后拉伸生成實(shí)體。生成實(shí)體。完善連接部位的實(shí)體造型。完善一側(cè)輪胎結(jié)構(gòu)完善整體造型設(shè)計(jì)第3章驅(qū)動(dòng)橋的有限元分析有限元法是一種在工程分析中常用的解決復(fù)雜問題的近似數(shù)值分析方法，以其在機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度分析方面具有較高的計(jì)算精度而得到普遍應(yīng)用，特別是在材料應(yīng)力、應(yīng)變的線性范圍更是如此。3.1驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度分析計(jì)算3.2 實(shí)現(xiàn)方法針對較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以先在三維CAD軟件（如在SOLIDWORKS中）建立幾何模型，然后在有限元分析軟件COSMOSWORKS中通過輸入接口讀入實(shí)體模型，最后在COSMOSWORKS中完成其分析過程。3.3 具體分析步驟 啟動(dòng)COSMOSWORKS,進(jìn)入工作界面.然后點(diǎn)“下一步”,進(jìn)入下面的,要求對要分析哪些部位進(jìn)行選擇。根據(jù)情況我們選擇中間的主體結(jié)構(gòu),是主要的受力部位。要求進(jìn)行材料的選擇，我這里選擇的是合金鋼材料。點(diǎn)下一步進(jìn)入施加約束的環(huán)節(jié)了。要求對施加的約束進(jìn)行命名處理。下一步進(jìn)行約束的編輯處理。我們這里不需要進(jìn)行編輯操作就不作選擇了，進(jìn)入下一步環(huán)節(jié)了。下一步是進(jìn)行受力的一個(gè)約束設(shè)定環(huán)節(jié)。下一步進(jìn)行的是載荷類型的一個(gè)選擇問題.下一步彈出的是施加的部位選擇的問題。下一步進(jìn)行的是受力的數(shù)值輸入。點(diǎn)下一步進(jìn)入分析環(huán)節(jié)?？梢园凑账奶崾具M(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)的操作。點(diǎn)運(yùn)行按鈕，進(jìn)行模型的網(wǎng)格化處理。網(wǎng)格化處理結(jié)束，進(jìn)行優(yōu)化環(huán)節(jié)。運(yùn)行結(jié)果界面:應(yīng)力結(jié)果：位移結(jié)果：變形結(jié)果：有限元法是一種在工程分析中常用的解決復(fù)雜問題的近似數(shù)值分析方法，以其在機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度分析方面具有較高的計(jì)算精度而得到普遍應(yīng)用，特別是在材料應(yīng)力、應(yīng)變的線性范圍更是如此。在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域，無論是車身、車架的計(jì)算仿真，還是發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸以及傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算均使用到該方法。
??? 有限元分析最基本的研究方法就是“結(jié)構(gòu)離散→單元分析→整體求解”的過程。經(jīng)過近50年的發(fā)展，有限元法的理論日趨完善，已經(jīng)開發(fā)出了一批通用和專用的有限元軟件。ANSYS是當(dāng)前國際上流行的有限元分析軟件，廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，是一種通用程序，可以用它進(jìn)行所有行業(yè)的幾乎任何類型的有限元分析，如汽車、宇航、鐵路、機(jī)械和電子等行業(yè)。ANSYS軟件將實(shí)體建模、系統(tǒng)組裝、有限元前后處理、有限元求解和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析等集成一體，最大限度地滿足工程設(shè)計(jì)分析的需要。通過結(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，對結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性作出評價(jià)。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。
??? 汽車驅(qū)動(dòng)橋殼是汽車上的主要承載構(gòu)件之一，其作用主要有：支撐并保護(hù)主減速器、差速器和半軸等，使左右驅(qū)動(dòng)車輪的軸向相對位置固定；同從動(dòng)橋一起支撐車架及其上的各總成質(zhì)量；汽車行駛時(shí)，承受由車輪傳來的路面反作用力和力矩并經(jīng)懸架傳給車架等。驅(qū)動(dòng)橋殼應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度且質(zhì)量小，并便于主減速器的拆裝和調(diào)整。由于橋殼的尺寸和質(zhì)量比較大，制造較困難，故其結(jié)構(gòu)型式應(yīng)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三類。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。但是由于其形狀復(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)方法是將橋殼看成一個(gè)簡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，然后考慮一個(gè)安全系數(shù)來確定工作應(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驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行了計(jì)算和分析。本文中所研究的對象是在某型號貨車上使用的整體式橋殼。
一、驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度分析計(jì)算
??? 可將橋殼視為一空心橫梁，兩端經(jīng)輪轂軸承支撐于車輪上，在鋼板彈簧座處橋殼承受汽車的簧上載荷，而沿左右輪胎中心線，地面給輪胎以反力（雙胎時(shí)則沿雙胎中心），橋殼承受此力與車輪重力之差，受力如圖1所示。
圖1 驅(qū)動(dòng)橋殼的受力簡圖
??? 橋殼強(qiáng)度計(jì)算可簡化成三種典型的工況，只要在這三種載荷計(jì)算工況下橋殼的強(qiáng)度得到保證，就認(rèn)為該橋殼在汽車行駛條件下是可靠的。
??? 1)牽引力或制動(dòng)力最大時(shí)，橋殼鋼板彈簧座處危險(xiǎn)斷面的彎曲應(yīng)力σ和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ分別為：
??? 式中：
??? ——地面對車輪垂直反力在橋殼板簧座處斷面引起的垂直平面的彎矩，；（b為輪胎中心平面到板簧座之間的橫向距離）
??? ——牽引力或制動(dòng)力（一側(cè)車輪上的）在水平面內(nèi)引起的彎矩，；
??? ——牽引或制動(dòng)時(shí)，上述危險(xiǎn)斷面所受轉(zhuǎn)矩，；
??? ——分別為危險(xiǎn)斷面垂直平面和水平面彎曲的抗彎截面系數(shù)及抗扭截面系數(shù)，之間的關(guān)系如表1所示。
??? 2)當(dāng)側(cè)向力最大時(shí)，外輪和內(nèi)輪上的垂直反力和，以及橋殼內(nèi)、外板簧座處斷面的彎曲應(yīng)力、之間的關(guān)系，分別為：
；
??? 3)當(dāng)汽車通過不平路面時(shí)，危險(xiǎn)斷面的彎曲應(yīng)力為：?
??? 式中k為動(dòng)載荷系數(shù)。對于轎車，k取1.75；對于貨車，k取2.0；對于越野車，k取2.5。
??? 橋殼的許用彎曲應(yīng)力為300MPa～500MPa，許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為150MPa～400MPa?？慑戣T鐵橋殼取較小值，鋼板沖壓焊接橋殼取較大值。
??? 上述橋殼強(qiáng)度的傳統(tǒng)計(jì)算方法，只能算出某一斷面的應(yīng)力平均值，而不能完全反映橋殼上應(yīng)力及其分布的真實(shí)情況。因此，它僅用于對橋殼強(qiáng)度的驗(yàn)算，或用作與其他車型的橋殼強(qiáng)度進(jìn)行比較，而不能用于計(jì)算橋殼上某點(diǎn)（例如應(yīng)力集中點(diǎn)）的真實(shí)應(yīng)力值。使用有限元法對驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行強(qiáng)度分析，只要計(jì)算模型簡化得當(dāng)，受力約束處理合理，就可以得到比較詳細(xì)的應(yīng)力與變形的分布情況，這些都是上述傳統(tǒng)計(jì)算方法所難以辦到的。
二、實(shí)現(xiàn)方法
??? 一般來說，在整個(gè)有限元求解過程中最重要的環(huán)節(jié)是有限元前處理模型的建立。這一般包括幾何建模、定義材料屬性和實(shí)常數(shù)（要根據(jù)單元的幾何特性來設(shè)置，有些單元沒有實(shí)常數(shù)）、定義單元類型，網(wǎng)格劃分、添加約束與載荷等。由于汽車零部件結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜，包含許多復(fù)雜曲面，而一般有限元軟件所提供的幾何建模工具功能相當(dāng)有限，難以快速方便地對其建模。因此，針對較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以先在三維CAD軟件（如在UG中）建立幾何模型，然后在有限元分析軟件ANSYS中通過輸入接口讀入實(shí)體模型，最后在ANSYS中完成其分析過程。
三、有限元計(jì)算模型的建立
??? 被分析汽車的參數(shù)為：汽車的名義裝載量m1＝4.0t，滿載軸荷時(shí)后橋負(fù)荷m2＝6.0t，車輪中心線至鋼板彈簧座中心距離b＝370mm，兩鋼板彈簧座中心間的距離s＝1004mm，橋殼本身的重力G0＝931.6N，橋殼設(shè)計(jì)的安全系數(shù)為7，彈簧上表面面積5000mm2，由此可得到面載荷為5.88MPa。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)承受滿載軸荷時(shí)，橋殼最大變形量不能超過1.5mm/m；承受2.5倍滿載軸荷時(shí)，橋殼不能出現(xiàn)斷裂和塑性變形。所以垂直方向的載荷取滿載軸荷的2.5倍，即5.88×2.5＝14.78MPa。
??? 首先在UG中建立起驅(qū)動(dòng)橋殼的三維模型。在建立橋殼的有限元模型時(shí)，先對驅(qū)動(dòng)橋殼實(shí)體做必要的簡化。對主要承載件，均保留其原結(jié)構(gòu)形狀，以反映其力學(xué)特性，對非承載件進(jìn)行了一定程度的簡化。簡化結(jié)果如圖2所示。
圖2 橋殼的三維模型
??? 然后將模型導(dǎo)入到ANSYS中，對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng)格時(shí)選用具有較高的剛度及計(jì)算精度的四面體10節(jié)點(diǎn)92號單元，這樣將該零件劃分為60183個(gè)節(jié)點(diǎn)，29805個(gè)單元，如圖3所示。
圖3 橋殼的有限元模型
??? 該驅(qū)動(dòng)橋殼的本體材料為8mm厚的09SiVL鋼板，從材料手冊中查出其彈性模量E=5MPa，泊松比μ=0.3，材料密度為7850。計(jì)算橋殼的垂直靜彎曲剛度和靜強(qiáng)度的方法是：將后橋兩端固定，在彈簧座處施加載荷，將橋殼兩端車輪中心線處全部約束，然后在彈簧座處施加規(guī)定載荷。
四、計(jì)算結(jié)果
??? 在有限元模型中，驅(qū)動(dòng)橋殼在2.5倍滿載軸荷工況下，應(yīng)力及位移云圖分別如圖4、圖5所示，最大位移為0.469E-03m，最大應(yīng)力為2185MPa，出現(xiàn)在半軸套管約束處。在不考慮由于約束影響造成的局部過大應(yīng)力的情況下，應(yīng)力較大值分布在鋼板彈簧座的兩側(cè)，約為240MPa，遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力＝510MPa～610MPa。所以，該橋殼是符合結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的。
圖4 2.5倍滿載荷條件下的Mises應(yīng)力云圖
圖5 2.5倍滿載荷條件下的Mises位移云圖
五、結(jié)束語
??? 通過建立汽車零部件、結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的有限元計(jì)算模型，或利用UG等CAD軟件建立3D參數(shù)化模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化，在CAE軟件中進(jìn)行仿真分析和計(jì)算，可以降低設(shè)計(jì)開發(fā)成本，減少試驗(yàn)次數(shù)，縮短設(shè)計(jì)開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，使得汽車在輕量化、舒適性和操縱穩(wěn)定性方面得到改進(jìn)和提高，具有非常重大的實(shí)際意義。
機(jī)械與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
所在學(xué)院
機(jī)電學(xué)院
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班級
08機(jī)自3班
學(xué)生姓名
湯朔輝
學(xué)號
08141010420
指導(dǎo)教師
王健
題 目
汽車驅(qū)動(dòng)橋有限元分析
一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求：（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計(jì)技術(shù)要求、注意事項(xiàng)等）（紙張不夠可加頁）
國內(nèi)外對驅(qū)動(dòng)橋的研究很多，但是涉及到有限元分析的還是較少。本文選擇一款轎車或者重型卡車的驅(qū)動(dòng)橋（按結(jié)構(gòu)可以分為中央單級減速驅(qū)動(dòng)橋、中央雙級減速驅(qū)動(dòng)橋、中央單級、輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋），分析其主要組成部分的具體結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用三維軟件solidworks對其各個(gè)部分進(jìn)行建模及裝配，運(yùn)用solidworks軟件自帶的有限元分析模塊cosmosworks對驅(qū)動(dòng)橋整體進(jìn)行有限元分析，主要是得出不同扭矩的情況下驅(qū)動(dòng)橋各個(gè)部件的受力及變形狀況。著重培養(yǎng)學(xué)生的能力是：
1）培養(yǎng)學(xué)生的三維設(shè)計(jì)軟件solidworks造型能力；
2）學(xué)生熟練掌握AutoCAD繪圖軟件的使用；
3）培養(yǎng)學(xué)生CAE軟件cosmosworks分析能力；
4）運(yùn)用汽車構(gòu)造知識分析解決問題。
二、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
《汽車構(gòu)造》.（吉林大學(xué)汽車工程系編著）[M] 2006.6
《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第七版） （濮良貴等編著） [M] 2003.5
《汽車自動(dòng)變速器動(dòng)力傳遞》 （曹利民主編）[M] 2009.4
《機(jī)械制圖》（合肥工業(yè)大學(xué)工程圖學(xué)教研室編）[M] 2009.4
《中文版Solidworks2011從入門到精通》 （趙罘等主編）[M] 2001.5
《SolidWorks及COSMOSMotion機(jī)械仿真設(shè)計(jì)》 （張晉西，郭學(xué)琴主編）[M] 2007.1
《COSMOS基礎(chǔ)教程：COSMOSWorks Designer》 （杭州新迪數(shù)字工程系統(tǒng)有限公司主編）[M] 2007.4
二、畢業(yè)論文進(jìn)度計(jì)劃
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 2011 年 9 月 1 日至 2012 年 4 月 1 日
計(jì) 劃 答 辯 時(shí) 間： 2012 年 4 月 20 日
三、專業(yè)（教研室）審批意見：
審批人（簽字）：
工作任務(wù)與工作量要求：原則上查閱文獻(xiàn)資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇；文獻(xiàn)綜述不少于3000字；文獻(xiàn)翻譯不少于2000字；畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書或論文1篇不少于8000字。 提交相關(guān)圖紙、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、調(diào)研報(bào)告、譯文等其它形式的成果。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范及有關(guān)要求，請查閱《寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范》。
備注：學(xué)生一人一題，指導(dǎo)教師對每一名學(xué)生下達(dá)一份《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書》。
分 類 號
密 級
寧XX學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
Solidworks(cosmosworks )汽車驅(qū)動(dòng)橋
有限元分析
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
誠 信 承 諾
我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《Solidworks(cosmosworks )汽車驅(qū)動(dòng)橋有限元分析》均系本人獨(dú)立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋，若有不實(shí)，后果由本人承擔(dān)。
承諾人（簽名）：
年 月 日
摘 要
隨著汽車對安全、節(jié)能、環(huán)保的不斷重視，汽車后橋作為整車的一個(gè)關(guān)鍵部件，其產(chǎn)品的質(zhì)量對整車的安全使用及整車性能的影響是非常大的，因而對汽車后橋進(jìn)行有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算是非常必要的。驅(qū)動(dòng)橋作為汽車四大總成之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對于載重汽車顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前載重汽車的快速、重載的高效率、高效益的需要時(shí)，必須要搭配一個(gè)高效、可靠的驅(qū)動(dòng)橋。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。所以采用傳動(dòng)效率高的單級減速驅(qū)動(dòng)橋已成為未來重載汽車的發(fā)展方向。
本文參照傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了載重汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。本文首先確定主要部件的結(jié)構(gòu)型式和主要設(shè)計(jì)參數(shù)；然后參考類似驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)，確定出總體設(shè)計(jì)方案；最后對主，從動(dòng)錐齒輪，差速器圓錐行星齒輪，半軸齒輪，全浮式半軸和整體式橋殼的強(qiáng)度進(jìn)行校核以及對支承軸承進(jìn)行了壽命校核。
本設(shè)計(jì)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：由于的是采用中央單級減速驅(qū)動(dòng)橋，使得整個(gè)后橋的結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝簡單，從而大大的降低了制造成本。并且，弧齒錐齒輪的單級主減速器提高了后橋的傳動(dòng)效率，提高了傳動(dòng)的可行性。
關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋,主減速器,差速器,半軸,橋殼
Abstract
To security, energy-conservation, constant attention of environmental protection with the car, the car rear axle is regarded as a key part of the completed car, its product's impact on safe handling and completed car performance of the completed car of quality is very great, therefore is very essential for car rear axle to calculate effective optimization design. The transaxle always becomes as four major cars, the quality of its performance influences the performance of completed car directly, and seem particularly important to the truck. When adopting the high-power engine to output the big torque in order to meet the need of the fast, heavily loaded high benefit with high efficiency of the truck at present, must match a high-efficient, reliable transaxle. The transaxle is generally made up of main decelerator, differential mechanism, transmission device of the wheel and transaxle shell,etc.. Adopt transmission with high efficiency single grade moderate transaxle become future heavily loaded developing direction of car already.
With car to security, energy-conservation, constant attention of environmental protection, car rear axle is regard as a key part of the completed car, its product's impact on safe handling and completed car performance of the completed car of quality is very great, therefore is very essential for car rear axle to calculate effective optimization design. This text has carried on the design of the truck transaxle according to the traditional transaxle design method. This text confirms the structural pattern of the main part and main design parameter at first; Then consult the transaxle -like structure, determine the overall design plan; To the main fact finally, the gear wheel of the driven awl, the taper planet gear of the differential mechanism, semi-axis gear wheel, the floating type semi-axis and shelly intensity of integral bridge check and check the life-span in supporting the bearing completely. It is following to originally design: Because adopt forms central the grades last transaxle,make rear axles whole the of simple structure, manufacturing process is simple, thus big reducing manufacturing cost. And, the single grade of main decelerators of the awl gear wheel of arc tooth has improved the transmission efficiency of the rear axle, have improved the feasibility of the transmission.
Key Words: Transaxle , Main decelerator , Differential mechanism , Semi-axis , Bridge shell
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
目 錄 V
第1章 緒論 6
1.1 驅(qū)動(dòng)橋概述 6
1.2 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 7
1.3 課題研究方法 8
1.4 本課題要解決的主要問題和設(shè)計(jì)總體思路 8
第2章 SOLIDWORKS及cosmosworks介紹 8
2.1 Solidworks軟件概述 8
2.2 cosmosworks介紹 9
第3章 汽車驅(qū)動(dòng)橋3D設(shè)計(jì) 11
3.1概述 11
3.1.1 選擇研究對象 12
3.1.2 模型處理 13
3.2建立驅(qū)動(dòng)橋的3D模型 13
3.2.1 進(jìn)入SOLIDWORKS的操作界面 13
3.3 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的繪制過程 14
第3章驅(qū)動(dòng)橋的有限元分析 16
3.1驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度分析計(jì)算 17
3.2 實(shí)現(xiàn)方法 17
3.3 具體分析步驟 18
總結(jié)與展望 28
參考文獻(xiàn) 29
致 謝 30
第1章 緒論
1.1 驅(qū)動(dòng)橋概述
驅(qū)動(dòng)橋和其他汽車總成一樣，除了廣泛采用新技術(shù)外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中日益朝著“零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化”的方向發(fā)展及生產(chǎn)組織專業(yè)化目標(biāo)前進(jìn)。應(yīng)采用能以幾種典型的零部件，以不同方案組合的設(shè)計(jì)方法和生產(chǎn)方式達(dá)到驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品的系列化或變形的目的，或力求做到將某一類型的驅(qū)動(dòng)橋以更多或增減不多的零件，用到不同的性能、不同噸位、不同用途并由單橋驅(qū)動(dòng)到多橋驅(qū)動(dòng)的許多變形汽車上。
驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系的主要組成部分。汽車的驅(qū)動(dòng)橋處于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，并使左、右驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或車廂的鉛垂力、縱向力和橫向力。它要保證當(dāng)變速器處于最高擋時(shí)，在良好的路面上有足夠的牽引力以克服行駛阻力和獲得汽車最大的速度，這主要取決于驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比。雖然在汽車的整體設(shè)計(jì)時(shí)，從整車性能出發(fā)決定驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比，但是用什么形式的驅(qū)動(dòng)橋、什么結(jié)構(gòu)的主減速器和差速器等在驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)中要具體考慮。決大多數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車上是縱置的，為了使扭矩傳給車輪，驅(qū)動(dòng)橋必須改變扭矩的方向，同時(shí)根據(jù)車輛的具體要求解決左右扭矩的分配。整體式驅(qū)動(dòng)橋一方面需要承擔(dān)汽車的載荷；另一方面車輪上的作用力以及傳遞扭矩所產(chǎn)生的作用力矩都要由驅(qū)動(dòng)橋承擔(dān)，所以驅(qū)動(dòng)橋的零件必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證機(jī)件的可靠工作。驅(qū)動(dòng)橋還必須滿足通過性和平順性的要求。[6]。
在一般的汽車結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)橋包括主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置和橋殼等組成。它們應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和壽命、良好的工藝、合適的材料和熱處理等。對零件應(yīng)進(jìn)行良好的潤滑并減少系統(tǒng)的振動(dòng)和噪音等[1]。
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式雖然可以各不相同，但在使用中對它們的基本要求卻是一致的，其基本要求可以歸納為[1]：
1）所選擇的主減速比應(yīng)能滿足汽車在給定使用條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。
2）差速器在保證左、右驅(qū)動(dòng)車輪能以汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速滾動(dòng)外并能將轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)而連續(xù)不斷（無脈動(dòng)）地傳遞給左、右驅(qū)動(dòng)車輪。
3）當(dāng)左右驅(qū)動(dòng)車輪與地面的附著系數(shù)不同時(shí)，應(yīng)能充分利用汽車的牽引力。
4）能承受和傳遞路面和車架式車廂的鉛垂力、縱向力和橫向力以及驅(qū)動(dòng)時(shí)的反作用力矩和制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力矩。
5）驅(qū)動(dòng)橋各零部件在保證其強(qiáng)度、剛度、可靠性及壽命的前提下應(yīng)力求減小簧下質(zhì)量，以減小不平路面對驅(qū)動(dòng)橋的沖擊載荷，從而改善汽車的平順性。
6）輪廓尺寸不大以便于汽車的總體布并與所要求的驅(qū)動(dòng)橋離地間隙相適應(yīng)。
7）齒輪與其他傳動(dòng)機(jī)件工作平穩(wěn)，無噪聲。
8）驅(qū)動(dòng)橋總成及零部件的設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足零件的標(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。
9）在各種載荷及轉(zhuǎn)速工況下有高的傳動(dòng)效率。
10）結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，機(jī)件工藝性好，容易制造。
1.2 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
隨著汽車向采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)和輕量化方向發(fā)展以及路面條件的改善,近年來主減速比有減小的趨勢,以滿足高速行駛的要求。[1]
為減小驅(qū)動(dòng)輪的外廓尺寸,目前主減速器中基本不用直齒圓錐齒輪。實(shí)踐和理論分析證明，螺旋錐齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)比直齒齒輪的最小齒數(shù)少。顯然采用螺旋錐齒輪在同樣傳動(dòng)比下，主減速器的結(jié)構(gòu)就比較緊湊。此外，它還具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲較小等優(yōu)點(diǎn)。因而在汽車上曾獲得廣泛的應(yīng)用。近年來，準(zhǔn)雙曲面齒輪在廣泛應(yīng)用到轎車的基礎(chǔ)上，愈來愈多的在中型、重型貨車上得到采用。[3]
在現(xiàn)代汽車發(fā)展中，對主減速器的要求除了扭矩傳輸能力、機(jī)械效率和重量指標(biāo)外，它的噪聲性能已成為關(guān)鍵性的指標(biāo)。噪聲源主要來自主、被動(dòng)齒輪。噪聲的強(qiáng)弱基本上取決于齒輪的加工方法。區(qū)別于常規(guī)的加工方法，采用磨齒工藝，采用適當(dāng)?shù)哪ハ鞣椒梢韵跓崽幚碇挟a(chǎn)生的變形。因此，與常規(guī)加工方法相比，磨齒工藝可獲得很高的精度和很好的重復(fù)性。[4]
汽車在行駛過程中的使用條件是千變?nèi)f化的。為了擴(kuò)大汽車對這些不同使用條件的適應(yīng)范圍，在某些中型車輛上有時(shí)將主減速器做成雙速的，它既可以得到大的主減速比又可得到所謂多檔高速，以提高汽車在不同使用條件下的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
1.3 課題研究方法
1.了解驅(qū)動(dòng)橋的構(gòu)成。
2.通過上網(wǎng)，查閱書籍等途徑來熟悉它的工作原理。
3.溝通討論。
1.4 本課題要解決的主要問題和設(shè)計(jì)總體思路
1. 本課題解決的主要問題：國內(nèi)外對驅(qū)動(dòng)橋的研究很多，但是涉及到有限元分析的還是較少。本文選擇一款轎車或者重型卡車的驅(qū)動(dòng)橋（按結(jié)構(gòu)可以分為中央單級減速驅(qū)動(dòng)橋、中央雙級減速驅(qū)動(dòng)橋、中央單級、輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋），分析其主要組成部分的具體結(jié)構(gòu)，得出不同扭矩的情況下驅(qū)動(dòng)橋各個(gè)部件的受力及變形狀況。
2. 本課題的設(shè)計(jì)總體思路：
選擇一種機(jī)型的驅(qū)動(dòng)橋。應(yīng)用三維軟件solidworks對其各個(gè)部分進(jìn)行建模及裝配，運(yùn)用solidworks軟件自帶的有限元分析模塊cosmosworks對驅(qū)動(dòng)橋整體進(jìn)行有限元分析不同扭矩的情況下驅(qū)動(dòng)橋各個(gè)部件的受力及變形狀況。優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，以減小不平路面對驅(qū)動(dòng)橋的沖擊載荷，從而改善汽車行駛的平順性。
第2章 SOLIDWORKS及cosmosworks介紹
2.1 Solidworks軟件概述
SolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的視窗產(chǎn)品。達(dá)索公司是負(fù)責(zé)系統(tǒng)性的軟件供應(yīng)，并為制造廠商提供具有Internet整合能力的支援服務(wù)。該集團(tuán)提供涵蓋整個(gè)產(chǎn)品生命周期的系統(tǒng)，包括設(shè)計(jì)、工程、制造和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等各個(gè)領(lǐng)域中的最佳軟件系統(tǒng)，著名的CATIAV5就出自該公司之手，目前達(dá)索的CAD產(chǎn)品市場占有率居世界前列。
特點(diǎn):Solidworks軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。Solidworks 功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點(diǎn)，使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，同時(shí)對每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。 對于熟悉微軟的Windows系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用SolidWorks 來搞設(shè)計(jì)了。SolidWorks獨(dú)有的拖拽功能使用戶在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用戶能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場。在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設(shè)計(jì)過程比較簡便而方便的軟件之一。美國著名咨詢公司Daratech所評論：“在基于Windows平臺(tái)的三維CAD軟件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市場快速增長的領(lǐng)導(dǎo)者?！?在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作（包括Windows風(fēng)格的拖/放、點(diǎn)/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用SolidWorks ，整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。
2.2 cosmosworks介紹
針對SolidWorks有史以來最好的原創(chuàng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證解決方案！使用相同的SolidWorks介面，提供快速、功能 強(qiáng)大與精確的設(shè)計(jì)分析…不用懷疑，COSMOSWorks是主流市場的第一名。COSMOSWorks針對工程師與設(shè)計(jì)人員，提供了簡學(xué)易用且功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)驗(yàn)證與最佳化工具。全球超過14,000家各個(gè)業(yè)界的公司，目前正使用COSMOS來改善設(shè)計(jì)品質(zhì)，避免現(xiàn)場故障，減少材料成本與縮短上市時(shí)間。 COSMOSWorks賦予您更快速、低成本與最佳化的產(chǎn)品研發(fā)能力，比起要使用到最精細(xì)的原型測試，還 更具有全面性的產(chǎn)品效能驗(yàn)證功能?，F(xiàn)有的產(chǎn)品包裝如下，COSMOSWorks可以隨時(shí)依據(jù)您擴(kuò)充的分析需求而增加與改變：COSMOSWorks Designer 利用易學(xué)易用的虛擬仿真工具進(jìn)行分析,其效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于手算COSMOSWorks Professional 提供了一系列功能強(qiáng)大的工具，可幫助那些熟悉分析概念的工程師對零件和裝配體進(jìn)行虛擬測試和分析。 COSMOSWorks Advanced Professional 是目前市場上最全面、最復(fù)雜的分析工具之一，它為經(jīng)驗(yàn)豐富的分析員提供了多種分析功能，而價(jià)格卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大多數(shù)的高端 FEA 軟件價(jià)格適中的設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具，適合每個(gè)工程師使用COSMOSWorks? Designer 是專門為那些非設(shè)計(jì)驗(yàn)證領(lǐng)域?qū)I(yè)人士的設(shè)計(jì)師和工程師量身定做的，該軟件通過表明 SolidWorks 模型在構(gòu)建之前的運(yùn)作狀況，從而幫助提高產(chǎn)品質(zhì)量。 使用 COSMOSWorks? Designer 可以在不退出 SolidWorks 窗口的情況下，驗(yàn)證您的直覺并對不同設(shè)計(jì)思路的實(shí)際性能進(jìn)行分析，其效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于手算.易學(xué)易用，很快即可見成效COSMOSWorks? Designer-完全嵌入在 SolidWorks 界面中，并且使用 SolidWorks FeatureManager® 和許多相同的鼠標(biāo)和鍵盤命令，因此任何能夠在 SolidWorks 中設(shè)計(jì)零件的人都可以對其進(jìn)行分析，而無需學(xué)習(xí)如何使用新的界面。COSMOSWorks Designer 包含最常用的設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具，提供了對零件和裝配體的應(yīng)力、應(yīng)變和位移分析的功能，而且價(jià)格非常適中。使用 COSMOSWorks Designer，您可以: 利用易學(xué)易用的虛擬仿真工具進(jìn)行分析，其效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于手算,研究裝配體和不同零部件之間的交互作用,在任何位置都可以使用像動(dòng)態(tài)截面和探測這樣的可視化工具對驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行分析,在不同的現(xiàn)實(shí)條件下對各種設(shè)計(jì)思路進(jìn)行分析，從中選擇最佳的設(shè)計(jì),快速檢驗(yàn)?zāi)闹庇X，減少物理測試.使用 SolidWorks 時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以在最初建模階段輸入材料屬性。適合專業(yè)工程師使用的強(qiáng)大分析工具,COSMOSWorks Professional 提供了一系列功能強(qiáng)大的工具，可幫助那些熟悉分析概念的工程師對零件和裝配體進(jìn)行虛擬測試和分析。對于需要更多特定分析功能的工程師來說，他們可以使用 COSMOSWorks Professional 對幾乎任何零部件或裝配體在任何載荷條件下的物理特性進(jìn)行預(yù)測。智能化的分析使您的工作更輕松、更有效。除了 COSMOSWorks Designer 內(nèi)所包含的分析功能外，它還提供了跌落測試、優(yōu)化分析、熱傳導(dǎo)分析、熱應(yīng)力分析、振動(dòng)分析、疲勞分析和扭曲分析等功能。無論應(yīng)用于從機(jī)械設(shè)計(jì)和消費(fèi)產(chǎn)品到醫(yī)療設(shè)備的哪個(gè)行業(yè)，COSMOSWorks都能夠大大提高產(chǎn)品質(zhì)量，使工程師可以快速找出設(shè)計(jì)問題，所需時(shí)間要比制造 原型機(jī)短得多。使用 COSMOSWorks Professional，您可以: 執(zhí)行跌落測試分析,優(yōu)化零件和裝配體以最大程度地減小質(zhì)量和體積,確定您的設(shè)計(jì)是否會(huì)因扭曲或振動(dòng)而出現(xiàn)故障,減少因物理原型機(jī)開發(fā)而產(chǎn)生的成本和時(shí)間延誤,確定您的設(shè)計(jì)是否會(huì)因循環(huán)荷載產(chǎn)生的疲勞而出現(xiàn)故障,找出潛在的設(shè)計(jì)問題，并盡早在設(shè)計(jì)過程中予以糾正,解決大量的熱力模擬問題,執(zhí)行熱耦合和結(jié)構(gòu)分析COSMOSWorks Professional 利用 COSMOSWorks 設(shè)計(jì)情形功能，用戶可以對具有可變參數(shù)（例如，載荷或幾何尺寸）的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析高端的分析工具，非高端的價(jià)格COSMOSWorks Advanced Professional 是目前市場上最全面、最復(fù)雜的分析工具之一，它為經(jīng)驗(yàn)豐富的分析員提供了多種分析功能，而價(jià)格卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大多數(shù)的高端 FEA 軟件。精密準(zhǔn)確的 FEA，適合經(jīng)驗(yàn)豐富的用戶使用.對于棘手的工程問題（例如，高級動(dòng)力問題和非線性模擬問題），您需要一個(gè)能夠快速分析出可靠結(jié) 果的強(qiáng)大工具。 COSMOSWorks Advanced Professional 有 20 多年的 FEA 專業(yè)知識和技術(shù)創(chuàng)新作為堅(jiān)實(shí)的后盾，為您提供了完成工作所需的高端分析功能。使用 COSMOSWorks Advanced Professional，您可以: 對塑料、橡膠、聚合物、泡沫和鎳鈦合金執(zhí)行非線性分析,對非線性材料間的接觸進(jìn)行分析,研究您的設(shè)計(jì)在動(dòng)態(tài)載荷下的性能,了解復(fù)合材料的特性,在 COSMOSWorks 中，用戶可以執(zhí)行多種設(shè)計(jì)分析。此示例對一個(gè)籃圈同時(shí)進(jìn)行了線性和非線性分析。
第3章 汽車驅(qū)動(dòng)橋3D設(shè)計(jì)
3.1概述
驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系的主要組成部分。汽車的驅(qū)動(dòng)橋處于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，并使左、右驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或車廂的鉛垂力、縱向力和橫向力。它要保證當(dāng)變速器處于最高擋時(shí)，在良好的路面上有足夠的牽引力以克服行駛阻力和獲得汽車最大的速度，這主要取決于驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比。雖然在汽車的整體設(shè)計(jì)時(shí)，從整車性能出發(fā)決定驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比，但是用什么形式的驅(qū)動(dòng)橋、什么結(jié)構(gòu)的主減速器和差速器等在驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)中要具體考慮。決大多數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車上是縱置的，為了使扭矩傳給車輪，驅(qū)動(dòng)橋必須改變扭矩的方向，同時(shí)根據(jù)車輛的具體要求解決左右扭矩的分配。整體式驅(qū)動(dòng)橋一方面需要承擔(dān)汽車的載荷；另一方面車輪上的作用力以及傳遞扭矩所產(chǎn)生的作用力矩都要由驅(qū)動(dòng)橋承擔(dān)，所以驅(qū)動(dòng)橋的零件必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證機(jī)件的可靠工作。驅(qū)動(dòng)橋還必須滿足通過性和平順性的要求。[6]。
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式雖然可以各不相同，但在使用中對它們的基本要求卻是一致的，其基本要求可以歸納為[1]：
1）所選擇的主減速比應(yīng)能滿足汽車在給定使用條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。
2）差速器在保證左、右驅(qū)動(dòng)車輪能以汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速滾動(dòng)外并能將轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)而連續(xù)不斷（無脈動(dòng)）地傳遞給左、右驅(qū)動(dòng)車輪。
3）當(dāng)左右驅(qū)動(dòng)車輪與地面的附著系數(shù)不同時(shí)，應(yīng)能充分利用汽車的牽引力。
4）能承受和傳遞路面和車架式車廂的鉛垂力、縱向力和橫向力以及驅(qū)動(dòng)時(shí)的反作用力矩和制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力矩。
5）驅(qū)動(dòng)橋各零部件在保證其強(qiáng)度、剛度、可靠性及壽命的前提下應(yīng)力求減小簧下質(zhì)量，以減小不平路面對驅(qū)動(dòng)橋的沖擊載荷，從而改善汽車的平順性。
6）輪廓尺寸不大以便于汽車的總體布并與所要求的驅(qū)動(dòng)橋離地間隙相適應(yīng)。
7）齒輪與其他傳動(dòng)機(jī)件工作平穩(wěn)，無噪聲。
8）驅(qū)動(dòng)橋總成及零部件的設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足零件的標(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。
9）在各種載荷及轉(zhuǎn)速工況下有高的傳動(dòng)效率。
10）結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，機(jī)件工藝性好，容易制造。
3.1.1 選擇研究對象
鑒于本課題研究的特殊性，本課題不是從無到有的設(shè)計(jì)，也不是理論性的設(shè)計(jì)說明，而是根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際產(chǎn)品模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的分析和驗(yàn)證，運(yùn)用一種新的設(shè)計(jì)方法和途徑來探索問題的研究方法的。
本設(shè)計(jì)選擇一種汽車的驅(qū)動(dòng)橋作為研究對象，結(jié)合該汽車廠商提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，然后用三維軟件建立3D模型進(jìn)行有限元分析和處理。
表1 汽車的主要技術(shù)參數(shù)
總質(zhì)量
2305
發(fā)動(dòng)機(jī)的位置
前置橫列
軸距
2700
車長/寬/高
4820/1870/1835
變速器型式
手動(dòng)五擋變速器
輪胎尺寸
235/75R15
發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率/轉(zhuǎn)速
78/4600
最大扭矩/轉(zhuǎn)速
190/3200
最大爬坡度
最小離地間隙
200
接近角
29
離去角
27.5
傳動(dòng)軸
開式，兩節(jié)，中間支撐
最高車速
120
軸荷分配
滿載
前900
后1405
空載
前845
后780
變速器速比
一擋
二擋
三擋
四檔
五擋
倒擋
3.9
2.77
1.97
1.4
1
3.9
3.1.2 模型處理
在選擇驅(qū)動(dòng)橋總成的結(jié)構(gòu)型式時(shí)，應(yīng)當(dāng)從所設(shè)計(jì)汽車的類型及使用、生產(chǎn)條件出發(fā)，并和所設(shè)計(jì)汽車的其他部件，尤其是懸架的結(jié)構(gòu)型式與特性相適應(yīng)，以共同保證整個(gè)汽車預(yù)期使用性能的實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)橋的總成的結(jié)構(gòu)型式，按其總體布置來說有三種：普通的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋、帶有擺動(dòng)半軸的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋合和斷開式驅(qū)動(dòng)橋[5]。
由于驅(qū)動(dòng)橋整個(gè)運(yùn)行過程比較復(fù)雜，零配件也相對有很多個(gè)，不可能每個(gè)零件都進(jìn)行分析和處理。按理論來講是可行的。但是從具體實(shí)際來講，沒有那個(gè)必要，受計(jì)算機(jī)內(nèi)存和處理信息的要求，無法實(shí)現(xiàn)整體全部零件的分析處理，只能選取其中的一些關(guān)鍵的零配件進(jìn)行一個(gè)分析。
3.2建立驅(qū)動(dòng)橋的3D模型
3.2.1 進(jìn)入SOLIDWORKS的操作界面
點(diǎn)新建進(jìn)入零件界面,如下圖.
選中參考面進(jìn)入草圖環(huán)境.
3.3 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的繪制過程
畫主體殼體主要部分草圖，然后拉伸生成實(shí)體。
生成實(shí)體。
完善連接部位的實(shí)體造型。
完善一側(cè)輪胎結(jié)構(gòu)
完善整體造型設(shè)計(jì).
第3章驅(qū)動(dòng)橋的有限元分析
有限元法是一種在工程分析中常用的解決復(fù)雜問題的近似數(shù)值分析方法，以其在機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度分析方面具有較高的計(jì)算精度而得到普遍應(yīng)用，特別是在材料應(yīng)力、應(yīng)變的線性范圍更是如此。在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域，無論是車身、車架的計(jì)算仿真，還是發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸以及傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算均使用到該方法。
汽車驅(qū)動(dòng)橋殼是汽車上的主要承載構(gòu)件之一，其作用主要有：支撐并保護(hù)主減速器、差速器和半軸等，使左右驅(qū)動(dòng)車輪的軸向相對位置固定；同從動(dòng)橋一起支撐車架 及其上的各總成質(zhì)量；汽車行駛時(shí)，承受由車輪傳來的路面反作用力和力矩并經(jīng)懸架傳給車架等。驅(qū)動(dòng)橋殼應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度且質(zhì)量小，并便于主減速器的拆裝 和調(diào)整。由于橋殼的尺寸和質(zhì)量比較大，制造較困難，故其結(jié)構(gòu)型式應(yīng)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 橋殼三類。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。但是由于其形狀復(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)方法是將橋殼看成一個(gè)簡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，然后考慮一個(gè)安全系數(shù)來確定工作應(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驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行了計(jì)算和分析。本文中所研究的對象是在某型號貨車上使用的整體式橋殼。
3.1驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度分析計(jì)算
可將橋殼視為一空心橫梁，兩端經(jīng)輪轂軸承支撐于車輪上，在鋼板彈簧座處橋殼承受汽車的簧上載荷，而沿左右輪胎中心線，地面給輪胎以反力（雙胎時(shí)則沿雙胎中心），橋殼承受此力與車輪重力之差，受力如圖1所示。
橋殼強(qiáng)度計(jì)算可簡化成三種典型的工況，只要在這三種載荷計(jì)算工況下橋殼的強(qiáng)度得到保證，就認(rèn)為該橋殼在汽車行駛條件下是可靠的。
3.2 實(shí)現(xiàn)方法
??? 一般來說，在整個(gè)有限元求解過程中最重要的環(huán)節(jié)是有限元前處理模型的建立。這一般包括幾何建模、定義材料屬性和實(shí)常數(shù)（要根據(jù)單元的幾何特性來設(shè)置，有些單元沒有實(shí)常數(shù)）、定義單元類型，網(wǎng)格劃分、添加約束與載荷等。由于汽車零部件結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜，包含許多復(fù)雜曲面，而一般有限元軟件所提供的幾何建模工具功能相當(dāng)有限，難以快速方便地對其建模。因此，針對較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以先在三維CAD軟件（如在SOLIDWORKS中）建立幾何模型，然后在有限元分析軟件COSMOSWORKS中通過輸入接口讀入實(shí)體模型，最后在COSMOSWORKS中完成其分析過程。
? 被分析汽車的參數(shù)為：汽車的名義裝載量m1＝4.0t，滿載軸荷時(shí)后橋負(fù)荷m2＝6.0t，車輪中心線至鋼板彈簧座中心距離b＝370mm，兩鋼板彈簧座中心間的距離s＝1004mm，橋殼本身的重力G0＝931.6N，橋殼設(shè)計(jì)的安全系數(shù)為7，彈簧上表面面積5000mm2，由此可得到面載荷為5.88MPa。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)承受滿載軸荷時(shí)，橋殼最大變形量不能超過1.5mm/m；承受2.5倍滿載軸荷時(shí)，橋殼不能出現(xiàn)斷裂和塑性變形。所以垂直方向的載荷取滿載軸荷的2.5倍，即5.88×2.5＝14.78MPa。
3.3 具體分析步驟
啟動(dòng)COSMOSWORKS,進(jìn)入工作界面.
然后點(diǎn)“下一步” ,進(jìn)入下面的,要求對要分析哪些部位進(jìn)行選擇。
根據(jù)情況我們選擇中間的主體結(jié)構(gòu),是主要的受力部位。
要求進(jìn)行材料的選擇，我這里選擇的是合金鋼材料。點(diǎn)下一步進(jìn)入施加約束的環(huán)節(jié)了。
我選擇的是固定兩端與輪子連接的部位。進(jìn)入下一步。
要求對施加的約束進(jìn)行命名處理。下一步進(jìn)行約束的編輯處理。
我們這里不需要進(jìn)行編輯操作就不作選擇了，進(jìn)入下一步環(huán)節(jié)了。下一步是進(jìn)行受力的一個(gè)約束設(shè)定環(huán)節(jié)。
31
總結(jié)與展望
下一步進(jìn)行的是載荷類型的一個(gè)選擇問題。我們選擇的是力。
下一步彈出的是施加的部位選擇的問題。
下一步進(jìn)行的是受力的數(shù)值輸入。
點(diǎn)下一步進(jìn)入分析環(huán)節(jié)。可以按照它的提示進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)的操作。
點(diǎn)運(yùn)行按鈕，進(jìn)行模型的網(wǎng)格化處理。
網(wǎng)格化處理結(jié)束，進(jìn)行優(yōu)化環(huán)節(jié)。
運(yùn)行結(jié)果界面：
有幾種結(jié)果可以查看，我把幾種運(yùn)行結(jié)果的截圖都一一進(jìn)行截圖表達(dá)。
應(yīng)力結(jié)果：
位移結(jié)果：
變形結(jié)果：
總結(jié)與展望
一、總結(jié)
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我系統(tǒng)的復(fù)習(xí)了機(jī)械制圖、機(jī)械原理、汽車構(gòu)造、汽車設(shè)計(jì)及生產(chǎn)制造等方面的基本理論和專業(yè)知識，從理論上到實(shí)踐上了解各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)也體現(xiàn)了我對所學(xué)的專業(yè)知識的程度。在這次設(shè)計(jì)中，首先的收獲是查閱資料的能力。到圖書館借書、到網(wǎng)上搜索資料、到閱覽室查閱期刊雜志，在大量的文字中找到我們需要的，并加以分析很整理，再把它融入到自己的設(shè)計(jì)中去。其次就是動(dòng)手能力了。在我畫驅(qū)動(dòng)橋的裝配圖的過程中遇到很多的困難，對結(jié)構(gòu)不是很了解，于是我們就到實(shí)驗(yàn)室對著實(shí)物一點(diǎn)一點(diǎn)的琢磨。通過對實(shí)際驅(qū)動(dòng)橋的研究，再參照我們設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋，進(jìn)一步加深對它的認(rèn)識。最能體現(xiàn)動(dòng)手能力的方面還是CAD制圖和手工繪圖。
這次的設(shè)計(jì)是對四年所學(xué)過的知識的一個(gè)復(fù)習(xí)，包括汽車構(gòu)造、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖等等。很多知識以前只是停留在理論上的認(rèn)識，現(xiàn)在我們把理論運(yùn)用到實(shí)踐中去了，又有了更為深刻的認(rèn)識。任何的事情都不可能達(dá)到完美，我們的設(shè)計(jì)更是這樣的。通過反復(fù)的演算、修改、優(yōu)化才能使我們的結(jié)果趨于合理，才會(huì)使圖形效果更理想。
通過這次設(shè)計(jì)，對這四年的學(xué)習(xí)做了一個(gè)總結(jié)，對自己也做了一個(gè)總結(jié)。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)給我最大的感受就是結(jié)果不是最重要的，我們享受的是一個(gè)努力的過程和認(rèn)真的態(tài)度。
二、今后研究方向
對汽車關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元仿真分析，有條件的話進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。并去改正設(shè)計(jì)，這是一項(xiàng)探索的工程。
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，2005
[2]劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社，2001
[3]劉海江、于信匯、沈斌編著.汽車齒輪[M].同濟(jì)大學(xué)出版社，1997
[4]顧柏良等譯.BOSCH汽車工程手冊[M].北京理工大學(xué)出版社，2004
[5] 劉惟信編著.汽車設(shè)計(jì)叢書 驅(qū)動(dòng)橋[M] .清華大學(xué)出版社，2004
[6]陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005
[7]Jerry Kinsey. The Advantages of an Electronically Controlled Limited Slip Differential. [J] Copyright@ 2004 SAE international
[8] 《汽車工程手冊》編輯委員會(huì).汽車工程手冊[M].人民交通出版社，2001
[9] 余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2000
[10] 劉惟信編著.圓錐齒輪與雙曲面齒輪傳動(dòng)[M].北京:人民交通出版社,1980
[11]機(jī)械工程手冊編輯委員會(huì)編.機(jī)械工程手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997
[12] 濮良貴,紀(jì)名剛主編．機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）[M]．高等教育出版社．2007
[13] 駱?biāo)鼐?、朱詩順主編．機(jī)械課程設(shè)計(jì)簡明手冊[M]．化學(xué)工業(yè)出版社．2006
[14]徐學(xué)林主編．互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M]．湖南大學(xué)出版社．2005
致 謝
本論文是在導(dǎo)師XXX的悉心指導(dǎo)下完成的，為期三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，回顧整個(gè)過程，我深有感受。在設(shè)計(jì)工作開始之前，李老師帶領(lǐng)我們參觀了很多汽車企業(yè)，老師和一些技術(shù)人員認(rèn)真地給我們講解了其工作原理，分析了各部件的功能特性和構(gòu)造，避免了我在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中的盲目性。在設(shè)計(jì)過程中，我翻閱了大量的相關(guān)資料，同時(shí)將大一至大四上學(xué)期所學(xué)的相關(guān)專業(yè)課本認(rèn)真的溫習(xí)了一邊，增加了很多理論知識。以前我對汽車的工作原理、工廠的工作環(huán)境和汽車的構(gòu)造，沒什么認(rèn)識，但通過這次設(shè)計(jì)，我了解了，也感受到了?？傊?，這次設(shè)計(jì)，使我將四年中所學(xué)到的基礎(chǔ)知識得到了一次綜合應(yīng)用，使學(xué)過的知識結(jié)構(gòu)得到科學(xué)組合，同時(shí)也從理論到實(shí)踐發(fā)生了一次質(zhì)的飛躍，可以說這次設(shè)計(jì)是理論知識與實(shí)踐運(yùn)用之間互相過渡的橋梁。
知識的鞏固固然重要，但能力的培養(yǎng)同樣不可忽略。我覺得這次設(shè)計(jì)的完成,不僅鍛煉了我搞設(shè)計(jì)的工作能力，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考的能力，解決困難的方法，并且也培養(yǎng)了我獨(dú)立﹑創(chuàng)新﹑力求先進(jìn)的思想。同時(shí)我認(rèn)識到：無論做什么事，只要你深入的去做，難事不難，但如果你不去用心的做，易事不易。機(jī)不可失，我在這次的設(shè)計(jì)中傾注了大量的心血，盡一切力量爭取將設(shè)計(jì)做到在最好。我認(rèn)為我在這段時(shí)間內(nèi)所有的收獲，對我今后的學(xué)習(xí)和工作會(huì)是一筆難得的財(cái)富。
由于本人以前對汽車結(jié)構(gòu)和制造過程了解不多，實(shí)踐知識更是不足，但老師總是耐心地給我講解有關(guān)方面的知識，及時(shí)了解我設(shè)計(jì)中遇到的難題，使我得以在短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)工作，同時(shí)教導(dǎo)我們不管是在以后的工作還是學(xué)習(xí)中，都要保持治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，老師以及其他指導(dǎo)老師付出了辛勤的勞動(dòng)，在此向他們表示衷心的感謝。此次設(shè)計(jì)的圓滿完成與同組其他人員的通力合作也是分不開的，他們給了我許多幫助和指點(diǎn)，在此一并表示感謝！
由于自己能力所限，時(shí)間倉促,設(shè)計(jì)中還存在許多不足之處，懇請各位老師同學(xué)給予批評指正。
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