车辆工程毕业设计（论文）开题报告-CA1090汽车驱动桥主减速器设计及有限元分析.doc

毕业设计开题报告设 计 题 目: CA1090汽车驱动桥主减速器设计 及有限元分析 院 系 名 称: 汽车与交通工程学院 专 业 班 级: 车辆工程07-1班 学 生 姓 名: 导 师 姓 名: 开 题 时 间: 2011年3月14日 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日毕业设计开题报告学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-1班指导教师姓名职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称CA1090汽车驱动桥主减速器设计及有限元分析一、课题研究现状、选题目的和意义1.课题研究现状当前，汽车作为必不可少的交通运输工具，在国民经济和人们日常生活中发挥着极其重要的作用。汽车工业是深加工综合产业，产业关联度大，技术密集度高，是发展国民经济的强大推动力。汽车工业代表了一个国家工业发展的最高发展水平，是集中了科技领域里新材料，新工艺、新技术、新设备，具有规模经济效益和高附加值的技术密集型产业。随着我国汽车工业的迅猛发展，汽车零部件的自行开发研究工作也随之广泛的展开。作为汽车关键零部件之一的车桥系统也得到相应的发展，在一般的汽车结构中，驱动桥包括主减速器(又称主传动器)、差速器、半轴及桥壳等部件。主减速器可以降低转速、增加扭矩、并改变转矩的传递方向，以适应汽车行驶的方向。差速器的功用是在必要时可使汽车两侧的车轮以不同的转速旋转，以适应汽车转弯及在不平道路上行驶。半轴的功用使将扭矩从差速器传到驱动轮。桥壳用以支承汽车的部分重量，并承受驱动轮上的各种作用力，同时它又是主减速器、差速器等传动装置的外壳。各生产厂家基本上形成了专业化、系列化、批量化生产的局面。主要表现在以下几个方面：（1）国际间的技术合作提高了车桥的整体质量；（2）重型载重汽车的发展牵动了车桥向重载方向发展；（3）激烈的市场竞争使得各专业生产厂家不得不从增加车桥及其附件的技术含量的方向上增加车桥的竞争力。汽车驱动桥主减速器是汽车的主要零部件之一，其主要作用是将变速器输出的动力进一步降低转速，增大转矩，并且改变旋转方向，然后传递给驱动轮，以获得足够的汽车牵引力和适当的车速。主减速器类型较多，有单级、双级、双速、论辩减速器等。由一对减速齿轮实现减速的装置，称为单级减速器。其结构简单，重量轻，轻、中型载重汽车上应用广泛。对一些载重较大的载重汽车，要求较大的减速比，用单级主减速器传动，则从动齿轮的直径就必须增大，会影响驱动桥的离地间隙，所以采用两次减速。通常称为双级减速器。双级减速器有两组减速齿轮，实现两次减速增扭。解放CA1090汽车为轻型商用车，所以本设计选用单级主减速器。 主减速器采用的最广泛的是螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。在某些公共汽车和重型汽车上有时也选用蜗轮传动。双曲面齿轮传动具有以下优点：运转噪音少，工作更平稳，轮齿强度较高，而且还具有主动齿轮轴线可以相对从动齿轮轴线偏移的特点，这一点对于汽车的技术性能非常重要，设计的过程中可以在不改变发动机的位置尺寸就可以直接改变驱动桥的离地间隙；此外，由于偏移量的存在，使双曲面齿轮在工作的过程中不仅存侧向滑动，还有沿齿长方向的纵向滑动，从而改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的运转平稳性；双曲面传动的主动齿轮的螺旋角较大，同时啮合的齿数较多，重合度大，既可提高传动的平稳性，又可以使齿轮的弯曲强度提高约30%，同时，双曲面齿轮的偏移量还有利于实现汽车的总体布置等。结合ANSYS软件, 能高效准确地建立分析构件的三维实体模型, 自动生成有限元网格, 建立相应的约束及载荷工况,并自动进行有限元求解, 对模态分析计算结果进行图形显示和结果输出, 对结构的动态特性作出评价。它包括结构分析、模态分析、磁场分析、热分析和多物理场分析等众多功能模块。驱动桥壳应有足够的强度和刚度且质量小, 且便于主减速器的拆装和调整。因桥壳的尺寸和质量比较大,制造较困难, 故其结构型式在满足使用要求的前提下应尽可能便于制造。驱动桥壳分为整体式桥壳, 分段式桥壳和组合式桥壳3类。整体式桥壳具有较大的强度和刚度, 且便于主减速器的装配、调整和维修, 因此普遍应用于各类汽车上。由于其形状复杂, 因此应力计算比较困难。根据汽车设计理论, 驱动桥壳的常规设计方法将桥壳看成一简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值, 再考虑一个安全系数来确定许用的工作应力。这种设计方法有很多局限性, 因此近年来, 许多研究人员利用有限元方法对驱动桥壳进行了计算和分析。2.选题目的传统设计是以生产经验为基础,以运用力学、数学和回归方法形成的公式、图表、手册等为依据进行的。现代设计是传统设计的深入、丰富和发展,而非独立于传统设计的全新设计。以计算机技术为核心,以设计理论为指导,是现代设计的主要特征。利用这种方法指导设计可以减小经验设计的盲目性和随意性,提高设计的主动性、科学性和准确性。有限元技术是计算数学、计算力学和计算工程科学领域里诞生的最有效的计算方法。许多有限元分析程序将有限元分析、计算机图形学与优化技术结合起来,形成完整的计算机辅助分析系统,可显著提高产品设计性能,缩短设计周期,增强产品的竞争力。在众多有限元分析商业软件中,ANSYS是最通用有效的软件之一,它拥有丰富和完善的单元库、材料模型库和求解器,确保高效地求解各类结构的静力、动力、振动、线性和非线性问题以及热分析和热-结构耦合问题,其高级分析技术还能进行参数化设计、优化设计和拓扑优化等。本次设计旨在对CA1090这款老车型的驱动桥主减速器进行重新设计，使其适应新的竞争环境。结合ANSYS软件,能高效准确地建立分析构件的三维实体模型,自动生成有限元网格,建立相应的约束及载荷工况,并自动进行有限元求解,对模态分析计算结果进行图形显示和结果输出,对结构的动态特性作出评价。3.设计意义本次设计的题目属于常规题目，也是比较老的题目。但是，身为一个没有经验的设计者，任何的设计都能收到实际的效果。比如本次设计就可以使我在设计中温习之前在课堂中学习的知识，更是发现不足和问题的实战场。这次设计也是第一次运用ANSYS有限元分析软件，通过这一次的实际操作可以为毕业后适应工作岗位打好基础。我本身签的就是车桥设计公司，所以选择这个题目也是出于为今后的工作考虑。二、设计的基本内容、拟解决的主要问题1.基本内容1) 收集资料，仔细研究现有的减速器，结合实际项目选择出设计方案；2) 根据先前做出的分析确定减速装置传动方案，驱动桥方案设计就是要确定这些组成部件的结构型式及主要设计参数,并实现这些设计参数之间的最佳匹配，绘制一份草图；3) 结构设计与计算,其中包括主减速器设计，差速器设计，驱动半轴设计，；4) 配置减速器的密封装置和轴承润滑方案,主减速器及差速器的齿轮及其轴承，均应有良好润滑，否则极易引起早期磨损；5) 对齿轮，轴及轴承进行校核和整体强度校核；6) 运用有限元分析软件ANSYS进行分析，根据分析结果对设计进行修正。2.拟解决的主要问题1) 校核问题：进行校核时会发现之前设计的不正确处，需要重新修改先前某些设计参数。为避免大范围的重复修改，提高设计效率，在设计的每一步都细心计算并及时验证计算结果。2) 行星齿轮的设计：在差速器设计中，行星齿轮的设计由于之前没有进行差速器设计的经验，在设计时会根据一些他人设计的经验方法等作为基础，完成自己对行星齿轮的设计。三、技术路线（研究方法）调研和查阅资料确定CA1090驱动桥主减速器设计方案减速器，差速器及半轴结构设计与计算减速器的密封和轴承润滑确定减速装置传动方案对齿轮，轴和轴承进行校核，并进行强度校核运用ANSYS软件进行有限元分析完成设计图纸，说明书四、进度安排第 1-2 周（2月28日3月13日），调研、资料收集，完成开题报告。 第 3 周（3月14日3月20日），开题答辩，基本参数的确定，传动方案的设计。第4-5周（3月21日4月3日），齿轮传动方案设计，材料选择与校核。第 6 周（4月4日4月10日），开始撰写齿轮部分说明书。第 7 周（4月11日4月17日），轴的结构设计。第 8 周（4月18日4月24日），绘制一份草图,中期检查。第 9 周（4月25日5月1日），轴段强度刚度校核。 第10-11周（5月2日5月15日），进行CAD绘图，进行有限元分析。第 12 周（5月16日5月22日），修改及完善设计说明书，绘图。第 13 周（5月22日5月29日），完善图纸。第 14 周（5月30日6月5日），毕业设计预答辩。第15-16周（6月6日6月19日），毕业设计修改。第 17 周（6月20日6月 26日），毕业设计答辩。五、参考文献1.崔胜民.汽车主减速器的优化设计C.会议论文，2007.2.胡磊.汽车主减速器螺旋锥齿轮参数化建模与有限元分析D.武汉理工大学学位论文,2008.3.杨波,罗金桥.基于ANSYS汽车驱动桥壳的有限元分析D.武汉理工大学学位论文，2005.4.刘惟信.汽车设计M.北京:清华大学出版社,20035.邹慧君等主编.机械原理M.上海:高等教育出版社,1998 . 6.龚微寒等主编.汽车现代设计制造M.北京:人民交通出版社,1995.7.王望予等主编.汽车设计M.北京:机械工业出版社,2004.8.郭竹亭主编.汽车车身设计M.长春:吉林科学技术出版社,1994.9.陈家瑞等主编.汽车构造M.北京:机械工业出版社,2004.10.俪明等.汽车结构抗疲劳设计M.合肥:中国科技大学出版社,1995.11.余志生主编.汽车理论M.北京:机械工业出版社,2000.12.Dana Corp. New tandem and single drive axles built for better fuel