开题报告-某商用车双级减速驱动桥设计.doc

哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）开题报告 本科毕业论文（设计）开 题 报 告论文题目 某商用车双级减速驱动桥设计 班 级 车辆二班 姓 名 院（系） 汽车工程学院 导 师 开题时间 2013年12月23日 - 1 -1课题研究的目的和意义驱动桥位于传动系末端。其基本功用首先是增扭、降速，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，并将转矩合理地分配给左、右驱动车轮；其次，驱动桥还要承受作用于路面和车架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。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和桥壳组成，转向驱动桥还有等速万向节。载重汽车作为汽车的一个分类，在人们日常生活中承担了重要的任务。大多数短途、中长途货运都是由载重汽车来完成的。对于重型载货汽车来说，要传递的转矩较乘用车和客车以及轻型商用车都要大得多，以便能够以较低的成本运输较多的货物，所以选择功率较大的发动机，这就对传动系统有较高的要求，而驱动桥在传动系统中起着举足轻重的作用。【1】随着目前国际上石油价格的上涨，汽车的经济性日益成为人们关心的话题，这不仅仅只对乘用车，对于载货汽车，提高其燃油经济性也是各商用车生产商来提高其产品市场竞争力的一个法宝，为了降低油耗，不仅要在发动机的环节上节油，而且也需要从传动系中减少能量的损失。而驱动桥则是传动系中将动力转化为能量的最终执行者。【2】因此，在发动机相同的情况下，采用性能优良且与发动机匹配性比较高的驱动桥便成了有效节油的措施之一。所以设计新型的驱动桥成为新的课题。 通过本课题可以达到以下目的： 1)通过对汽车驱动桥传动系统结构的学习和设计实践，可以锻炼查阅收集资料并进行实际设计操作的能力，掌握机械设计的方法和过程。 2)通过对汽车驱动桥传动系统结构的学习和设计实践，可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。 3)通过对汽车驱动桥传动系统结构的研究并查阅了解多种三维制图软件，熟练掌握及操作有限元分析软件ANSYS，利用已掌握的机械制图技能利AutoCAD完成二维装配图的绘制，利用三维软件CATIA完成汽车驱动桥传动系统结构设计与三维装配图的绘制。 4)通过查阅汽车驱动桥的相关资料，可以对汽车行业的发展有新的认识。2国内外研究现状2.1 引言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，在结构设计中日益朝着“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日标前进。【3】汽车的车桥是根据在车轮上的作用来划分的，总体可分为转向桥、转向驱动桥和支承桥几大类型。而相对于重型车桥来说，由于要求有高驱动力矩和超承载力，所以比较而言要求较高。目前我国国内的重型车桥技术分为两种，一种是自身带有ABS、自动高速臂、轮边减速器、气囊悬挂的高速重载车桥；一种是本身带有轮边减速器，有较好的越野性能的重型车桥。重型车桥从工艺角度也可以分为两种，一种是重量较大、冲击韧性差、超载能力差的铸造桥；一种是重量较轻、冲击韧性比较好的冲焊桥，超载能力也是十分卓越。【4】2.2 国内行业状况与市场前景我国重型汽车销量从2000年开始急剧上升，平均年增长量超过28%，2004年销售量超过35万辆，增长率超过了45%，2005年总销量回落到236586辆，2006年重型汽车市场摆脱了2005年度的“回落”之态，达到307296辆。据中国汽车工业协会统计数据显示，2007年度我们共计生产卡车215.73万辆，同比增长23.07%，销售214.45万辆，同比增长28.85%。其中，重卡累计生产48.99万辆，同比增长61.36%，累计销售48.75万辆，同比增长58.64%.总重量大于32104N的重卡整车同比增长速度最快，增幅高达208.51%，单就重卡市场对重车桥的需求就达到50万辆以上，特别是19t-26t的重卡，对相应重车桥的需求也大。2010年，我国有望成为世界最大的3个汽车市场之一，据专家预测，未来几年重型汽车市场仍将保持10%15%的增长率。【5】2.3 国内重车桥生产厂家简介1）陕西汉德是目前全国最大的斯太尔桥生产基地之一，该公司具有完整的产品开发、生产制造、检验检测和市场营销体系，具有世界领先技术的重卡车桥制造技术，技术水平始终处于国内领先地位，目前，已形成年产10万根各类桥总成的生产能力。该公司已在西安北郊经济技术开发区泾渭工业园开始新基地建设，届时将形成年长各类桥总成38万根的生产能力。2）徐州美驰引进了先进的美驰（罗克韦尔）产品和车桥制造技术，是中国最大的专业化生产、销售各类工程机械及特种车辆用车桥的公司。主要产品包括各种车辆用刚性桥、转向桥、贯通桥和三联桥。应用于12t50t汽车起重机、轮胎起重机；斗容量1.0m33.5m3轮式装载机；5t25t叉车；斗容量0.4m31.0m3挖掘机；12t25t振动压路机；8t30t重型汽车、沙漠运输车等数十种工程机械、特种车辆用桥。目前，公司年生产能力为10万根车桥。3）一起山东汽车改装厂，主要生产4.5t16t457系列桥，为一汽集团配套，具有年产15万根冲焊驱动桥的能力。拥有冲焊桥壳下料成型、桥壳总成焊接、减速壳体加工、差速器壳体加工、桥总成装配及涂装等10条国内先进的生产线及先进的检测设备。是国内唯一拥有桥壳疲劳试验和桥总成疲劳试验手段的车桥生产厂。4）济南美驰车桥公司是目前国内生产重型车桥规模最大、技术水平最优、产品品种最多的生产企业之一。该公司的主导产品有引进奥地利斯太尔技术生产的13T级中后桥、前驱动桥总成，采用美国MERITOR技术生产的HOWO1249、HOWO1279单级减速驱动桥，拥有独立知识产权的桥中之王HOWO1667、HOWO1697单级减速驱动桥等三大系列300余种车桥产品，广泛应用于各种中重型卡车、大中型客车领域。5）重庆重汽集团（红岩）的红岩桥具有技术水平高、产品可靠性好、承载能力强等特点，在行业拥有较好的品牌优势，经过技术改造，已形成了10万根桥生产能力。6）北方奔驰车桥公司是引进德国Daimler-Benz车桥全套技术，投资5亿人民币建成的重型卡车桥、中高档客车桥的生产企业，全部采用过以一流的先进加工设备，目前具有年产5万台套车桥的配套生产能力。【6】2.4 重型车桥的发展趋势1）结构趋势随着中国公路建设水平的不断提高，公路运输车辆正向大吨位、多轴化、大马力方向发展，使得重型车桥总成也向传动效率高的单级减速方向发展。单级驱动桥结构简单，机械传动效率高，易损件少，可靠性高。由于单级桥传动链减少，摩擦阻力小，比双级桥省油，噪声也小。过去，单级桥因为桥包尺寸大，离地间隙小，导致通过性较差，应用范围相对较小，但是现在公路状况已经得到了显著改善，重型汽车使用条件对通过性的要求降低。这种情况下，单级桥的劣势得以忽略，而其优势不断突出，所以在公路运输中的应用范围肯定越来越广。【7】目前我国卡车中，双级减速桥的应用比例还在60%左右。如我国重卡大量使用斯太尔驱动桥属于典型的双级减速桥，其二级减速的结构，主减速器总成相对较小，桥包尺寸减小女，因此离地间隙加大，通过性好，承载能力也较大，是广泛用于公路运输，以及石油、工矿、林业、野外作业和部队等多种领域的车辆。但双级减速桥的缺点也比较明显：传动效率相对较低，油耗高；长途运输容易导致汽车轮毂发热，散热效果差，为了防止过热发生爆胎，不得不增加喷淋装置；结构相对复杂，产品价格高。【8】因此，在欧美重型汽车中采用该结构的车桥产品呈下降趋势，日本采用该结构的产品更少。我国双级减速桥使用比例下降也是必然的，未来双级减速桥将主要在工程用车领域发挥作用。有专家预测，今后几年内，重型车桥将会形成以下产品格局：公路运输以10t及以上单级减速驱动桥、承载轴为主；工程、港口等用车以10t以上双级减速驱动桥为主。2） 技术趋势业内专家认为，总体而言，现在重型汽车有向节能、环保、舒适等方面发展的趋势，要求重型车桥要轻量化、大扭矩、低噪声、宽速比、寿命长和低生产成本。从国际趋势看，车桥向轻量化发展是必然，因为向轻量化发展，材料节省，可以降低成本。 在噪声方面，国内重型车桥跟国外的差距较大，今后需要在这方面有所改进。造成车桥噪声的主要因素在于齿轮精度不够，所以，车桥齿轮要向高强度、高精度方向发展。齿轮的高强度化制造技术关键在于：高强度齿轮钢的开发和齿轮强化技术的应用。齿轮的高精度制造技术包括合理选材、高精度淬火技术和从动齿轮压力淬火技术。【9】【10】2.5 结语汽车行业的飞速发展，带动了整个国内汽车零部件企业的向前推进。就目前车桥行业的发展趋势而言，呈现出以下主要特点：1） 由于整车的市场集中度增加，目前国内车桥行业趋向于技术上强强联手，共谋发展；【3】【4】2） 由于近几年国家对汽车零部件行业出台相应的政策，以扶持其走向正轨，所以整体来看车桥行业布局已大体完成；【4】3） 外资不断投入，国内车桥企业亟待技术上的独立；【5】4） 大吨位、多轴化、大马力、节能、环保、舒适等方面发展的趋势，要求重型车桥要轻量化、大扭矩、低噪声、宽速比、寿命长和低生产成本。【6】【7】5） 零部件企业与整机企业同步设计、开发，系统化集成、模块化供货。【8】3. 本课题的研究内容及技术方案3.1 研究内容 本课题研究的是商用车双级减速驱动桥以及制动器。设计驱动桥时应当满足如下基本要求：1） 选择适当的主减速比，以保证汽车在给定条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。2） 外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性要求。3） 齿轮及其他传动件工作平稳，噪声小。4） 在各种载荷和转速工况下由高的传动效率。5） 具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和力矩；在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，以减少不平路面的冲击载荷，提高汽车行驶平顺性。6） 与悬架导向机构运动协调；对于转向驱动桥，还应与转向机构运动协调。7） 结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修、调整方便。设计制动系时应满足如下主要要求：1） 具有足够的制动效能。2） 工作可靠。3） 在任何速度下制动时，汽车都不应丧失操纵性和方向稳定性。4） 防止水和污泥进入制动器工作表面。5） 操纵轻便，并有良好的随动性。6） 制动能力的热稳定性良好。7） 制动时，制动系产生的噪声尽可能小，同时力求减少散发出对人体有害的石棉纤维等物质，以减少公害。8） 作用滞后性应尽可能好。9） 摩擦衬片(块）应有足够的使用寿命。10） 摩擦副磨损后，应有能消除因磨损而产生间隙的机构，且调整间隙工作容易，最好设置自动调整间隙机构。11） 当制动驱动装置的任何元件发生故障并使其基本功能遭到破坏时，汽车制动系应有音响或光信号等报警提示。3.2技术路线为了使设计研究结果建立在科学、严谨的基础上，使设计更符合实际情况，研究思路和方法的选择与运用至关重要。对驱动桥设计提出了以下研究思路和方法：1)通过实习、调查、上网以及文献检索等多种有效方法，系统收集驱动桥的研究成果和相关信息。2)在对国内外驱动桥的技术现状、发展趋势、市场等情况进行系统分析研究的基础上，确定设计策略，作为构思总体设计方案的指导思想；3)参数化设计：根据整体设计要求与主要参数，确定主减速器、差速器、车轮传动装置和桥壳的件结构形式和基本参数；4)计算机三维造型：根据理论计算的主要参数，运用CATIA对各零件和总成进行三维造型和装配，要遵循三维造型的原则。并画出二维装配图5)有限元分析：基于ANSYS对驱动桥壳进行有限元分析。4.本设计的特色 双级主减速器在一些减速比比较大的减速器常常采用，第一级为锥齿轮传动，第二级为圆柱斜齿轮传动。双级主减速器的结构特点：1） 第一级为圆锥齿轮传动，其调整装置与单级主减速器类同； 2）由于双级减速，减小了从动锥齿轮的尺寸，其背面一般不需要止推装置； 3）第二级为圆柱齿轮传动，圆柱齿轮多采用斜齿或人字齿，传力平稳； 4）双级主减速器的减速比为两对副减速比的乘积。驱动桥壳的常规设计方法是将桥壳看成一个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，然后考虑一个安全系数来确定工作应力，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分析法对驱动桥壳进行了计算和分析。【11】本设计采用ANSYS对驱动桥壳进行有限元分析。5. 进度安排 第13周：搜集资料，撰写开题报告； 第47周：确定总体方案，进行驱动桥设计计算； 第813周：三维实体建模，绘制二维工程图； 第1415周：对驱动桥壳进行有限元分析； 第1617周：撰写毕业设计论文； 第18周：准备答辩。6. 参考文献1 汪卫东. 我国汽车零部件产业的现状及发展对策思考J. 机电信息, 2004(14): 7-10.2 聂福全. 国内工程机械驱动桥技术现状及发展趋势J. 现代零部件, 2007 (9): 32-35.3 张国峰. 中国重型车桥谁主沉浮?J. 汽车零部件, 2009 (4).4 高志刚. 重型汽车驱动桥的基本结构及发展方向J. 科学与财富, 2010 (008):18-18.5 郑娟英. 我国重型汽车车桥历史, 现状及发展趋势J. 汽车实用技术, 2010 (002): 19-24.6 汪炼钢. 浅析国内重型车桥的现状及发展趋势J. 工程建设与设计, 2008(11): 72-74.7 马顺龙, 刘海峰, 王成刚, 等. 中重型商用汽车