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1、 第1章 绪 论1.1概述随着汽车工业的发展及汽车技术的提高,驱动桥的设计,制造工艺都在日益完善。驱动桥也和其他汽车总成一样,除了广泛采用新技术外,在机构设计中日益朝着零件标准化、部件通用化、产品系列化的方向发展及生产组织的专业化目标前进。汽车驱动桥位于传动系的末端, 一般由主减速器,差速器,车轮传动装置和桥壳组成。其基本功用是增扭、降速和改变转矩的传递方向,即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩,并将转矩合理的分配给左右驱动车轮；其次,驱动桥还要承受作用于路面或车身之间的垂直力,纵向力和横向力,以及制动力矩和反作用力矩等。根据车桥上车轮的作用,车桥又可分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥四
2、种类型。其中,转向桥和支持桥都属于从动桥,一般越野车多以前桥为转向桥,而后桥为驱动桥。驱动桥的结构型式与驱动车轮的悬挂型式密切相关。当驱动车轮采用非独立悬挂时,例如在绝大多数的载货汽车和部分小轿车上,都是采用非断开式驱动桥；当驱动车轮采用独立悬挂时,则配以断开式驱动桥1。1.2课题研究现状汽车自上个世纪末诞生以来,已经走过了风风雨雨的一百多年。从卡尔.本茨造出的第一辆三轮汽车以每小时18公里的速度,跑到现在,竟然诞生了从速度为零到加速到100公里/小时只需要三秒钟多一点的超级跑车。这一百年,汽车发展的速度是如此惊人！同时,汽车工业也造就了多位巨人,他们一手创建了通用、福特、丰田、本田这样一些在
3、各国经济中举足轻重的著名公司。在我国随着第一生产汽车厂的建成投产,1955年生产了61辆汽车,才结束了我国一直不能生产汽车的历史。经过几十年的努力,目前我国建立了自己的汽车工业。全国汽车由建国时的5万辆上升到现在的上千万辆。改革开放以来,我国引进了许多国家汽车的先进技术,使得我国汽车工业的产量和质量都得到了巨大的发展和提高。我国汽车行业经过50多年的发展,进步显著,但是和国外的汽车产业相比可以说在很多方面相当幼稚,国人普遍为入世后我国汽车产业捏一把汗。出人意料的是,在2002入世的第一年,国际汽车巨头的冲击远小于预期,进口汽车的市场占有率不到4%,以国产汽车为绝对主力的市场出现井喷式产销两旺局
4、面。汽车产量从20XX的234万辆猛增到326万辆,增长39.3%,产销率达到444.4万辆,增长35.2%,产销率达到98.8%。自从上世纪90年代以来国市场出现如此局面的商品屈指可数。汽车产量从200万辆级到300万辆级再到400万辆级只用了短短的2年时间,我国继美国和日本之后成为世界第三汽车大国。然而在汽车产业表面繁荣的背后,行业组织结构的不合理、产业集中度低的局面没有得到根本性的改善。中国有整车生产厂商123家,生产能力在100万辆以上的汽车企业已经不能独立生存,200万辆以上的汽车企业也面临着重组的压力。因此,中国汽车工业的合并重组是汽车工业发展中的题中要义,是必须要迈过的一道坎。中
5、国的汽车产业已经确定了在国民经济中的支柱产业的地位,在未来这一地位将进一步得到巩固和提升,汽车产业结构将围绕产能规模的扩大和市场份额的争夺而不断出现调整和重组,未来几年并购重组依然是汽车行业发展的主线。越野车是一种为适合在野外活动而特别设计的汽车,主要特点是四轮驱动、有较高的底盘、较好抓地性的轮胎、较高的排气管、较大的马力和粗大结实的保险杠。越野车不但可以在野外适应各种路面状况,而且给人一种粗狂豪迈的感觉。近年来,在城市里,也有越来越多的人开着越野车在城市里穿梭。从20XX开始到20XX,中国汽车市场持续了近十年的高速增长,从最初的产销量不足200万辆到20XX的产销量双双突破1800万辆大关
6、,成为全球第一大汽车市场。但从20XX开始,由于优惠政策的推出,大城市的限购政策的提出,中国的汽车市场增长率跌到了4%。整个汽车市场产销都呈现低迷的状态,但在中国汽车市场,唯独越野车却显示出了强劲的增长。20XX,在中国整个乘用车市场增幅不超过5%的情况下,中国越野车市场预计增幅达到20%,越野车市场成为仅次于中级车之后国第二大细分市场。在发力的越野车领域,自主品牌、合资品牌、进口品牌都将血拼力战,争抢市场份额。在车展上,30多款新车中就有20多款是各种自主、合资、进口品牌的越野车。中国越野车在自主、合资、进口品牌的混战中迎来自己的黄金时代。现在国家大力发展高速公路网,环保、舒适、快捷成为汽车
7、市场的主旋律。对整车主要总成之一的驱动桥而言,小速比、大扭矩、传动效率高、成本低逐渐成为汽车主减速器技术的发展趋势。在产品上,国汽车市场用户主要以承载能力强、齿轮疲劳寿命高、结构先进、易维护等特点的产品为首选。目前己开发的产品,如汉德引进德国撇N公司技术的485单级减速驱动桥,一汽集团和东风公司的13吨级系列车桥为代表的主减速器技术,都是在有效吸收国外同类产品新技术的基础上,针对国市场需求开发出来的高性能、高可靠性、高品质的车桥产品。这些产品基本代表了国车用减速器发展的方向。通过整合和平台化开发,目前国市场形成了457、460、480、500等众多成型稳定产品,并被用户广泛认可和使用。设计开发
8、上,CAD、CAE等计算机应用技术,以及AUTOCAD、UG、CATIA、proE等设计软件先后应用于主减速器的结构设计和齿轮加工中,有限元分析、数模建立、虚拟试验分析等也被采用;齿轮设计也初步实现了计算机编程的电算化。新一代减速器设计开发的突出特点是:不仅在产品性能参数上进一步进设计上完全遵从模块化设计原则,产品配套实现车型的平台化,造型和结构更加合理,更宜于组织批量生产,更适应现代工业不断发展,更能应对频繁的车型换代和产品系列化的特点,这些都对基础件产品提出愈来愈高的配套要求,需要在产品设计上不断地进行二次开发和持续改进,以满足快速多变的市场需求。我国的车用减速器开发设计不论在技术上、制造
9、工艺上,还是在成本控制上都存在不小的差距,尤其是齿轮制造技术缺乏独立开发与创新能力,技术手段落后。目前比较突出的问题是,行业整体新产品开发能力弱、工艺创新及管理水平低,企业管理方式较为粗放,相当比例的产品仍为中低档次,缺乏有国际影响力的产品品牌,行业整体散乱情况依然严重。这需要我们加快技术创新、技术进步的步伐,提高管理水平,加快与国际先进水平接轨,开发设计适应中国国情的高档车用减速器总成,由仿制到创新,早日缩小并消除与世界先进水平的差距2。人们借助计算机辅助分析技术CAE来解决相关复杂问题。有限元分析法便应运而生。有限元法也叫有限单元法finite element method, FEM,是美
10、国ANSYS 公司研制的大型通用有限元分析软件,能够进行包括结构热声流体以及电磁场等科学研究,在核工业铁道石油化工航空航天 机械制造能源汽车交通国防军工电子土木工程造船生物医学轻工地矿水利日用家电等领域有广泛应用。五十年代初,它首先应用于连续体力学领域飞机结构静、动态特性分析中,用以求得结构的变形、应力、固有频率以及振型。由于这种方法的有效性,有限单元法的应用已从线性问题扩展到非线性问题,分析的对象从弹性材料扩展到塑性、粘弹性、粘塑性和复合材料,从连续体扩展到非连续体。随着以有限元法为代表的CAE技术越来越快地融入汽车整个设计流程。各企业产品的设计流程中明确规定了分析环节,规定没有分析的设计不
11、能进入下一个技术环节,从而真正做到基于分析的设计,实现产品设计的创新。有限元分析法作为汽车数字化设计的一项核心技术,不仅可以带来产品竞争力的提升。而且也为企业的自主创新带来了心得契机。目前有限元向着流程化、标准化、集成化方向发展,分析能力日益全面,应用围不断扩大。所以在主减速器设计中不仅要朝着零件标准化、部件通用化、产品系列化的方向发展及生产组织的专业化目标发展,更要借助计算机辅助分析技CAE,缩小在技术上、制造工艺上,成本控制上与国外存在的差距3。1.3设计论文的拟解决的主要问题1.3.1基本容依据主要技术指标设计的车型为猎豹CFA2030A越野车,整备质量为2030kg ,车长为4685m
12、m,车宽为1785mm,车高为1880mm,发动机最大功率为133KW,最高车速为174 Km/h,转矩为255Nm,最大功率转速为5500r/min,最大扭矩转速4500 r/min,车轮3110.5R15,6,S级。对其主减速器结构进行设计,并计算相应参数尺寸,利用UG软件建立主减速器的三维模型,有限元技术在ANSYS中对主减速器的轴及齿轮副进行强度校核,对其应力分布和变形分布状况进行了研究,验证设计的合理性。1.3.2拟解决问题1、主减速器的设计2、差速器的选用3、ANSYS软件分析验证利用ANSYS软件对主减速器的轴及齿轮副进行强度校核4、利用Autocad软件绘制主减速器与差速器图纸
13、第2章驱动桥设计方案确定2.1设计车型及其主要参数表2.1基本参数表驱动形式44总质量/t 2.03轴距/mm2725前轮距/mm1465后轮距/mm1480最小离地间隙/mm 225最高车速/km/h 174发动机最大功率/kw及转速/r/min- 133-5500发动机最大转矩/及转速/r/min- 255-4500轮胎型号31x10.5R15,6,s级 ；0.382m变速器传动比 3.918 0.8292.2 主减速器结构方案的确定2.2.1主减速器的齿轮类型按齿轮副结构型式分,主减速器的齿轮传动主要有螺旋锥齿轮式传动、双曲面齿轮式传动、圆柱齿轮式传动又可分为轴线固定式齿轮传动和轴线旋转
14、式齿轮传动即行星齿轮式传动和蜗杆蜗轮式传动等形式。在发动机横置的汽车驱动桥上,主减速器往往采用简单的斜齿圆柱齿轮；在发动机纵置的汽车驱动桥上,主减速器往往采用圆锥齿轮式传动或准双曲面齿轮式传动。 在现代越野车车驱动桥中,主减速器采用得最广泛的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。螺旋锥齿轮如图2.1a所示主、从动齿轮轴线交于一点,交角都采用90度。双曲面齿轮如图2.1b所示主、从动齿轮轴线不相交而呈空间交叉。和双曲面齿轮相比,螺旋锥齿轮的优点有：螺旋锥齿轮的重合度大,啮合过程是由点到线,因此,螺旋锥齿轮能承受大的载荷,而且工作平稳,即使在高速运转时其噪声和振动也是很小的。图2.1 螺旋锥齿轮与双曲面齿轮本
15、次设计采用螺旋锥齿轮。2.2.2主减速器的减速形式主减速器的减速形式分为单级减速、双级减速、单级贯通、双级贯通、主减速及轮边减速等。减速形式的选择与汽车的类型及使用条件有关,有时也与制造厂的产品系列及制造条件有关,但它主要取决于由动力性、经济性等整车性能所要求的主减速比io的大小及驱动桥下的离地间隙、驱动桥的数目及布置形式等。通常单极减速器用于主减速比io7.6的各种中小型汽车上。如图2.2a所示,单级减速驱动车桥是驱动桥中结构最简单的一种,制造工艺较简单,成本较低,是驱动桥的基本型,在越野车上占有重要地位。目前越野车车发动机向低速大扭矩发展的趋势使得驱动桥的传动比向小速比发展；随着公路状况的改善,特别是高速公路的迅猛发展,许多越野车使用条件对汽车通过性的要求降低,因此,产品不必像过去一样,采用复杂的结构提高其的通过性；与带轮边减速器的驱动桥相比,由于产品结构简化,单级减速驱动桥机械传动效率提高,易损件减少,可靠性增加。如图2.2b所示,与单
