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1、汽车主减速器主锥总成结构设计及有限元分析摘 要主锥总成接受原动机传来的动力，并向所啮合的圆锥齿轮进行传递运动。在汽车主锥总成这一超静定的结构中，锁紧螺母的预紧力大小与垫片的选择直接相关，垫片厚度不同，轴承预紧不同，齿轮的位置也不同。本文针对装配中结构强度的问题，进行了后桥主减速器主锥总成装配技术中的力学研究，剖析了主锥总成的装配过程，找出了装配过程中的主要力学因素。基于装配过程中预紧需要的预紧力矩，通过理论分析获得拧紧力矩和轴向力的关系，建立了主减速器总成装配中的力学模型。在建立力学模型之后运用有限元法对主锥总成装配过程进行了数值分析。有限元法可以解决过去对复杂结构作精确计算的困难，改变了传统
2、的经验设计方法。把有限元法运用在汽车主减速器主锥总成装配校验中，可以通过主锥总成应力分布的模拟分析和计算了解主锥总成中的应力分布与其装配结构的关系，从而给出装配后主减速器的应力分布场，最后完成其结构强度的分析和评价，为改进主减速器的设计和制造提供理论依据。关键词 汽车主锥；轴承座；接触分析；ANSYSDesign and Finite Element Analysis on the Main Cones Assembly Structure of the Main RetarderAbstractThe main reducing gear assembly transfer the moti
3、vity to the conic-gear it meshed. In the structure of the car main reducing gear assembly, the beforehand force of the locknut is directly related to the selection of the gasket, when the thickness of gasket is different, the behind force of bearing is different and so is the displacement of the gea
4、r. This paper assembly in the structural strength of the problems, after the main bridge reducer cone assembly in the mechanical assembly technology research, analysis of the main cone assembly of the assemblyprocess,Through analyzing the structure of the main reducer, some mechanical factors, Based
5、 on pre-tighten moment in the process of assembly, the analytical model of the main reduce is established through theoretical analysis of the connection between screwed moment and axle force. By using finite element analysis, we obtain stress field and displacement field of the main reducer after as
6、sembly by finite element method. As a result, strength evaluation of the main reducer is performed. Based on these results, some theoretic suggestions for the design and manufacture of the main reducer are provided.Keywords The main reducing gear assembly; Bearing block; Contact Analysis; ANSYS不要删除行
7、尾的分节符，此行不会被打印目 录摘要IAbstractII第1章 绪 论11.1 前言11.2 国内外研究发展状况21.3 课题来源及研究内容31.3.1 课题来源31.3.2 主要研究的内容31.4 课题研究的意义3第2章 主减速器装配分析42.1 汽车主减速器功能42.2 主减速器装配技术要求42.3 主减速器装配中轴承的安装及预紧52.4 本章小结6第3章 主轴的力学分析及主减零件模型的简化73.1 拧紧扭矩产生的实际轴向力73.2 轴向力在总成中的分配83.3 主减总成的模型建立103.3.1 锁紧螺母和凸缘模型的建立103.3.2 上下滚子轴承模型的建立113.3.3 轴承座模型的建
8、立123.4 本章小结12第4章 各零部件有限元分析134.1 分析步骤134.2 设置Ansys的分析环境144.2.1 轴承座与轴承外圈的接触分析164.2.2 主锥与下轴承内圈的接触分析174.2.3 轴承座的有限元分析184.3 本章小结20结论21致谢22参考文献23附录 外文原文和译文24绪 论 1.1 前言汽车工业是国家工业化水平的代表性产业，也是最典型的成熟性产业，它的产业关联度大。汽车工业的振兴能带动相关产业的发展，相关产业的发展又支撑着汽车工业的振兴。正是基于汽车工业的产业关联度大及紧跟时代，特别是技术创新步伐和高投入、高产出的规模经济之特点，汽车工业已成为世界公认的推动国
9、民经济发展的火车头。我国也将汽车工业确定为国民经济发展的支柱产业。从世界范围看，汽车工业一直是全球最大的制造业部门，美国“幸福”杂志每年列出的全球500强大企业名单中，汽车企业往往占20至30家左右，而且福特、通用、丰田等几个大汽车企业一般都排在前10名。这几十家汽车企业的每年总收入相当于英国或意大利当年的GDP。日本经济在70年代的腾飞与其当时汽车工业的发展有极大的关系。70年代在日本汽车工业蓬勃发展并逐步成为世界新霸主时，其20钢材、25机床、50橡胶、60玻璃和90汽油的生产和消费都是由于汽车业的发展而拉动的。从80年代起，我国汽车工业迸入了突飞猛进的全面发展阶段。其中，在1994年将汽
10、车工业列入我国第一个发展的支柱产业发展纲要后，其发展速度更加迅猛。目前它已经成为我国经济增长的一个新的主要增长点，正逐步成为带动我国国民经济发展与增长的重要支柱产业。经过儿十年的发展，尤其是1994年汽车工业产业政策颁布以后，中国汽车行业的技术结构、产品结构和市场结构有了很明显的变化，原来“缺重少轻，轿车几乎空白”的局面已经发生根本变化1。根据世界2000年汽车产量估计，该年变速箱和桥减速器产量高达3000万台以上，产值达佰亿美元。中国市场2000年生产汽车170余万辆，变速箱和桥减速器产值数十亿人民币。到2010年，中国国内汽车产量计划将达600余万辆，变速箱和桥减速器产值将突破佰亿人民币。
11、驱动桥由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳等几部分组成，其功用是将万向传动装置传来的发动机转矩传给驱动车轮，实现降速以增大转矩。主减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件。对发动机纵置的汽车来说，主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向。汽车正常行驶时，发动机的转速通常在2000至3000r/min左右，如果将这么高的转速只靠变速箱来降低下来，那么变速箱内齿轮副的传动比则需很大，而齿轮副的传动比越大，两齿轮的半径比也越大，换句话说，也就是变速箱的尺寸会越大。另外，转速下降，而扭矩必然增加，也就加大了变速箱与变速箱后一级传动机构的传动负荷。所以，在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减
12、速器，可使主减速器前面的传动部件如变速箱、分动器、万向传动装置等传递的扭矩减小，也可变速箱的尺寸质量减小，操纵省力。汽车桥减速器总成是汽车传动系最关键的部件之一，其装配质量直接影响汽车的运行平稳性、噪声、寿命及能耗。随着汽车工业的支柱地位加强，国际、国内竞争的加剧，依靠科技进步提高产品质量，降低成本已成为企业生存和发展的唯一出路。主减速器是汽车驱动桥的关键部件，它的主要功用是将输入的扭矩增大并相应降低转速，是汽车传动系的重要部件之一，其总成的装配精度直接影响和决定汽车驱动桥的精度。为此，本文在分析大量专业书籍和文献资料的基础上将对汽车的主减速器主锥总成进行设计，并对其前期装配工作进行了ANSY
13、S分析研究。1.2 国内外研究发展状况日本丰田、韩国现代等公司，皆拥有自己先进的变速箱和桥减速器总成装配线，其装配精度高、噪声低、寿命长，减速器装配工艺标准明显高于国内。大部分装配线自动输送、自动上料、自动装配，部分零部件也采用人工上料，机器装配；广泛采用测控技术和设备，进行在线测量；对垫片厚度、轴承预紧力、螺母旋紧力、齿侧间隙等进行现场测量调试；大量采用可控力矩的螺母旋紧机；整线自动化程度高，在线测量应用突出。代表国内减速器和变速箱装配水平的有一汽、二汽车桥厂、上汽集团车桥厂、上海汽车齿轮厂、江西汽车齿轮箱总厂。相对来说，上海汽车齿轮厂变速箱总成装配线及上汽集团车桥厂减速器总成装配线较先进，
14、它们是从德国引进的，采用自动传输、强力扭紧，广泛应用在线测量，基本都是进口设备。单线造价2000万以上，且只能装配一种规格变速箱和减速器，其投资不是一般企业所能承受的，其大批量单品种的生产能力也不符合中国实际。二汽车桥厂最先进的减速器装配线是八十年代末产品，其采用的选片机曾获国家科技进步三等奖。但由于受当时条件的限制，仅有的一台测量设备的测控技术已丧失原有的先进性，其性能已满足不了现代汽车工业的高要求。二汽自己研制的强扭机由于测量系统稳定性不过关，也早已成为一台死机。综观国内主要变速箱和车桥厂家生产技术现状，大部分企业已认识到研制开发自己的装配测控技术和设备已刻不容缓，这也是车辆传动系装配测量
15、技术的发展主流。综合中国国情，新研制的装配测控设备应适合多品种、中批量的生产情况，设备技术先进、造价适中。汽车主减速器主锥总成的结构设计逐渐走向成熟，主要的结构差别在于隔套的形式，一种是通过刚性隔套和垫片组合的方式，一种是弹性隔套与垫片组合的方式。国外在使用这两种方式的同时，通过良好的加工精度保证产品的装配质量，因此总成的质量水平较高。国内在结构设计分析与制造两方面的差距均比较大，不能满足高品质零部件的生产需求。1.3 课题来源及研究内容1.3.1 课题来源本课题来源于江淮自动化装备有限公司(本人毕业将去工作的单位)。1.3.2 主要研究的内容1调研与试验 调研分析现有汽车主减速器主锥总成的设
16、计结构与应用情况，并进行典型结构的拆装试验，了解其结构与装配工艺。2汽车主锥总成的结构设计 依据主减的工作特点，选择并设计主锥结构并对结构进行优化设计。包括：壳体、主锥轴、主锥齿轮等的设计，以及螺母、轴承的选用。主锥总成结构设计主要采用现代设计方法及三维设计平台来进行设计，确定结构设计方案后，进行主锥总成的三维建模，并输出二维图纸。3建立主锥总成的关键部件仿真模型并分析 利用ANSYS有限元分析软件建立主锥总成仿真模型，并针对主锥总成进行结构应力分析，并提出通过装配手段保证质量的手段。1.4 课题研究的意义汽车减速器主锥总成是汽车传动系的关键组成部分，其设计与制造质量对汽车传动系乃至整车运行的平稳性、安全性、可靠性具有重要的影响。本文将借助有限元分析方法对主锥总
