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基于ProE及ANSYS的载货汽车主减速器结构设计与有限元分析开题报告.doc

基于ProE及ANSYS的载货汽车主减速器结构设计与有限元分析【汽车类】【7张CAD图纸】【优秀】

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关键词：: 基于ProE ANSYS的载货汽车主减速器结构设计有限元分析 cad图纸

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基于ProE及ANSYS的载货汽车主减速器结构设计与有限元分析

62页 22000字数+说明书+任务书+开题报告+7张CAD图纸【详情如下】

主减速器盖.dwg

主动锥齿轮.dwg

从动锥齿轮.dwg

任务书.doc

叉形凸缘.dwg

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差速器左壳.dwg

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差速器左壳.gif

从动锥齿轮.gif

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轴承座.gif

主动锥齿轮.gif

主减速器盖.gif

摘要

　　　汽车主减速器作为汽车重要的部件之一，它的性能的好坏直接影响整车性能，而对于轻型卡车显得尤为重要。当采用大功率发动机输出大的转矩以满足目前轻型卡车的快速、重载的高效率、高效益的需要时，必须要搭配一个高效、可靠的主减速器。所以采用传动效率高的单级减速驱动桥已成为未来重载汽车的发展方向。

　　　本文参照传统主减速器的设计方法进行了轻型卡车主减速器的设计。首先，确定了主减速器的结构形式；其次，根据所给汽车参数合理的分配主减速器主、从动齿轮模数、齿数，计算出主减速器的相关参数，并对主减速器齿轮进行强度校核；然后选择适合该汽车使用的差速器类型，并对行星齿轮和半轴齿轮模数、齿数进行合理的分配并计算校核，最后，利用Pro/E建模ANSYS软件对主减速器的主要零件进行分析校核，设计出符合该汽车使用的主减速器，并绘制出装配图和零件图。

关键词：轻型货车；单级主减速器；弧齿锥齿轮；ANSYS；Pro/E

ABSTRACT

As one of the important parts of the car,automobile final drive has a direct impact on the whole performance，especially for the light track.We must complete with an efficient and reliability final drive when using the high power output torque engine to meet current light trucks of fast, reliable final drive. So with high transmission efficiency of single-stage reduction drive axle have become overloaded vehicles in the future direction of development.

The design of the Light Truck final drive is refer to the traditional final drive. First,make sure the structure of the mian reducer form; Secondly, according to the given automobile parameters reasonable distribution of main reducer Lord, driven gear module, gear, calculate the primary reducer, and the relevant data of main reducer gear check intensity; Then choose appropriate use of the car, and the differential type planetary gear and half shaft pinion gear module, reasonable distribution and calculation, finally, check using ANSYS software, Pro/E of main reducer modeling analysis the main parts, design that meets the check the main reducer, cars and plot the assembly and detail drawings.

Key words: Light Goods Gehicle (LGV); Single-stage Final Grive; The spiral bevel gear；ANSYS; Pro/E

摘要Ⅰ

AbstractⅡ

第1章绪论1

1.1研究的目的和意义1

1.2主减速器国内外研究现状1

1.3设计的主要内容2

第2章主减速器结构方案确定4

2.1轻型货车参数4

2.2主减速器主、从动锥齿轮的支承方案4

2.2.1主动锥齿轮的支承4

2.2.2从动锥齿轮的支承5

　　　2.3主减速器齿轮的类型分析6

　　　2.4主减速器的减速形式8

2.4.1单级主减速器8

2.4.2双级主减速器9

2.4.3贯通式主减速器10

2.4.4单双级减速配轮边减速器11

　　　2.5 本章小结…………………11

第3章主减速器齿轮基本参数的选择与计算12

　　　3.1主减速器齿轮计算载荷的确定12

　　　3.2主减速器齿轮参数的设计13

　　　3.3主减速器锥齿轮的强度校核14

　　　3.4主减速器的轴承的选择18

3.5主减速器相关零部件的设计23

3.5.1差速器的设计23

3.5.2其他零部件尺寸的确定30

　　　3.6 本章小结…………………31

第4章主减速器主要零件PRO/E建模32

4.1软件介绍32

4.1.1 PRO/E的发展历史32

4.1.2 PRO/E的特点和优势32

4.2 PRO/E建模33

　　　　4.2.1 主减速器壳体的建模33

4.2.2主减速器齿轮的建模35

4.3 本章小结40

第5章主减速器主要零件的有限元分析41

5.1软件介绍41

　　　5.2主减速器壳体的有限元分析42

　　　5.3主减速器主动锥齿轮的有限元分析45

　　　5.4主减速器从动锥齿轮的有限元分析50

5.5 本章小结51

结论55

参考文献56

致谢57

1.1研究目的和意义

　　　轻型货车在汽车行业中占有较大的比重，而主减速器是轻型货车的一个重要部件，其设计的成功与否决定着车辆的动力性、舒适性、经济性等多方面的设计要求。这就对主减速器设计人员提出较高的要求。在我国传统的设计方式中以手工绘图或采用AutoCAD 绘制二维平面图，做出成品进行试验为主，无法满足快速设计的需求，造成产品开发周期长、设计成本高。利用PRO/E及ANSYS软件对主减速器的主要零件进行建模和分析校核，能够大大提高设计的效率和质量，为轻型货车的研发缩短了宝贵的时间。同时，选择轻型货车减速器设计作为毕业设计题目，可以对大学四年所学的基础课程和专业课程进行一次系统的复习，更最重要的是培养了我们综合分析问题、理论联系实际的能力，培养我们调查研究，正确熟练运用国家标准、手册、图册等资料、工具的能力, 锻炼自己的设计计算、数据处理、编写技术资料、绘图等独立工作能力,为以后的工作打下基础。

1.2 国内外主减速器研究现状

　　　改革开放以来，中国的汽车工业得到了长足发展，尤其是加入WTO以后，我国的汽车市场对外开发，汽车工业逐渐成为世界汽车整体市场的一个重要组成部分。同样，车用减速器也随着整车的发展不断成长和成熟起来。

　　　随着高速公路网状况的改善和国家环保法规的完善，环保、舒适、快捷成为客车和货车市场的主旋律。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、成本低逐渐成为客车和货车主减速器技术的发展趋势。

产品上，国内卡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，如陕西汉德引进德国公司技术的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，针对国内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内车用减速器发展的方向。通过整合和平台化开发，目前国内市场形成了457、460、480、500等众多成型稳定产品，并被用户广泛认可和使用。设计开发上，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1.3 设计的主要内容

　　　设计出小型低速载货汽车主减速器、差速器、等传动装置及桥壳等部件。使设计出的产品使用方便，材料使用最少，经济性能最高

a. 提高汽车的技术水平，使其使用性能更好，更安全，更可靠，更经济，更舒适，更机动，更方便，动力性更好，污染更少。

b. 改善汽车的经济效果，调整汽车在产品系列中的档次，以便改善其市场竞争地位并获得更大的经济效益

　　　了解轻型商用车主减速器的基本结构，基本形状，工作原理和设计方法，再依据现有生产企业在生产车型的主减速器作为设计原型，在给定变速器输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下，独立设计出符合要求的主减速器。首先确定主减速器的结构形式；其次，据所给汽车参数合理的分配主减速器主、从动齿轮模数，齿数，计算出主减速器的相关数据，并对主减速器齿轮进行强度校核；然后选择合适该汽车使用的差速器类型，并对行星齿轮和半轴齿轮模数，齿数进行合理的分配并计算校核，最后，利用Pro/E建模ANSYS软件对主减速器的主要零件进行分析校核，设计出符合该汽车使用的主减速器，并绘制出装配图和零件图。

第2章主减速器结构方案确定　

2.1 轻型货车参数

　　　车型：东风EQ1060F

　　　驱动形式：4×2

　　　装载质量：3吨

　　　总质量：6吨

　　　发动机最大功率：71kw 转速：3200转/分

　　　发动机最大转矩：245 转速：2200转/分

　　　轮胎型号：7.50—16

　　　主减速器比：i0=6.73

　　　变速器传动比ig 低档— 4.71 ；高档 V挡—0.78

　　　最高车速：90 km/h

2.2 主减速器主、从动锥齿轮的支承方案

　　　主减速器中必须保证主、从动齿轮具有良好的啮合状况，才能使它们很好的工作。齿轮的正确啮合，除与齿轮的加工质量、装配调整及轴承、主减速器壳体的刚度有关以外，与齿轮的支承刚度密切相关。

2.2.1 主动锥齿轮的支承

　　　主动锥齿轮的支承形式可分为悬臂式支承和跨置式支承两种。

　　　悬臂式支承结构(图2.1 a)的特点是在锥齿轮大端一侧采用较长的轴颈，其上安装两个圆锥滚子轴承。为了减小悬臂长度倪和增加两支承间的距离b，以改善支承刚度，应使两轴承圆锥滚子的大端朝外，使作用在齿轮上离开锥顶的轴向力由靠近齿轮的轴承承受，而反向轴向力则由另一轴承承受。为了尽可能地增加支承刚度，支承距离b应大于2.5倍的悬臂长度a，且应比齿轮节圆直径的70％还大，另外靠近齿轮的轴径应不小于尺寸a。为了方便拆装，应使靠近齿轮的轴承的轴径比另一轴承的支承轴径大些。靠近齿轮的支承轴承有时也采用圆柱滚子轴承，这时另一轴承必须采用能承受双向轴向力的双列圆锥滚子轴承。支承刚度除了与轴承形式、轴径大小、支承间距离和悬臂长度有关以外，还与轴承与轴及轴承与座孔之间的配合紧度有关[4]。

　　　悬臂式支承结构简单，支承刚度较差，用于传递转矩较小的轿车、轻型货车的单级主减速器及许多双级主减速器中。　　　本次设计的轻型货车主减速器是根据传统主减速器设计方法，并结合现代设计方法，参考相关车型，确定了主减速器的总体设计方案。

　　　设计的主要内容：考察相近载重量的货车的主减速器结构形式和发展过程及以往形式的优缺点，确定了主减速器的总体设计方案；完成主减速器的设计，采用单级主减速器可提高机械效率，具有很好的动力性和经济性，确定了主减速器主从动齿轮的相关参数；完成差速器的设计，采用普通行星齿轮差速器，确定了差速器的各部件的尺寸参数；各部件都进行强度校核，并选用合理的材料对主要零部件的热处理方法进行了说明，满足了设计要求；运用AutoCAD软件绘制出驱动桥装配图和主要零部件的工程图。利用PRO/E建模及ANSYS软件分析验证合理性。

　　　结论：本次设计的主减速器结构符合设计要求及实际应用，设计时零部件的选择能尽量满足零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化的要求，修理、保养方便，工艺性好，制造容易。由于结构简单、主减速器造价低廉、工作可靠，能大大降低整车生产的总成本推动汽车经济的发展，可以被广泛用在各种轻型载货汽车。

　　　但此设计过程仍有许多不足，在设计结构尺寸时，有些设计参数是按照以往经验值得出，这样就带来了一定的误差。另外，在某些方面，由于时间问题，做得还不够仔细，恳请各位老师同学给予批评指正。

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内容简介：: 毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目:基于Pro/E及ANSYS的载货汽车主减速器结构设计与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 学生姓名: 导师姓名: 开题时间: 2011年3月16日指导委员会审查意见：签字：年月日开题报告撰写要求一、“开题报告”参考提纲1. 课题研究目的和意义；2. 文献综述（课题研究现状及分析）；3. 基本内容、拟解决的主要问题；4. 技术路线或研究方法；5. 进度安排；6. 主要参考文献。二、“开题报告”撰写规范请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求。字数应在4000字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。毕业设计（论文）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指导教师姓名职称实验师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称基于Pro/E及ANSYS的载货汽车主减速器结构设计与有限元分析一、课题研究现状、选题目的和意义1.国内外研究现状汽车的驱动桥位于传动系的末端，其基本功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩。将转矩分配给左、右车轮，并使左、右车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或承载式车身之间的铅垂力、纵向力和横向力及其力矩。在这一过程中主减速器起着重要作用。主减速器的功用是将输入的转矩增大并相应降低转速，以及当发动机纵置时还具有改变转矩选转方向的作用。驱动桥的结构型式按其总体布置来说共有三种，即普通的非断开式驱动桥，带有摆动半轴的非断开式驱动桥和断开式驱动桥。主减速器的齿轮主要有螺旋锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。(1)螺旋锥齿轮传动螺旋锥齿轮传动的特点是主、从动齿轮轴线垂直相交于一点，齿轮并不同时在全长上啮合，而是逐渐从一端连续平稳地转向另一端。另外，由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，所以它工作平稳、能承受较大的负荷、制造也简单。但是在工作中噪声大，对啮合精度很敏感，齿轮副锥顶稍有不吻合便会使工作条件急剧变坏，并伴随磨损增大和噪声增大。为保证齿轮副的正确啮合，必须将支承轴承预紧，提高支承刚度，增大壳体刚度。(2) 双曲面齿轮传动双曲面齿轮传动的特点是主、从动齿轮的轴线相互垂直而不相交，主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线在空间偏移一距离E，此距离称为偏移距。由于偏移距正的存在，使主动齿轮螺旋角大于从动齿轮螺旋角。根据啮合面上法向力相等，可求出主、从动齿轮圆周力之比F1/F2=cos1/cos2式中，F1、F2 分别为主、从动齿轮的圆周力；1、2 分别为主、从动齿轮的螺旋角。双曲面齿轮传动比为i0s=F2r2/F1r1=r2cos2/ r1cos1式中，i0s 为双曲面齿轮传动比；r1 、r2 分别为主、从动齿轮平均分度圆半径。令K= cos2/ cos1,则i0s=K r2/ r1。由于12,因此K1,一般为125150。螺旋锥齿轮传动比i01为i01=r2/r1。这说明：当双曲面齿轮与螺旋锥齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮传动有更大的传动比。当传动比一定，从动齿轮尺寸相同时，双曲面主动齿轮比相应的螺旋锥齿轮有较大的直径，较高的轮齿强度以及较大的主动齿轮轴和轴承刚度。当传动比一定，主动齿轮尺寸相同时，双曲面从动齿轮直径比相应的螺旋锥齿轮为小，因而有较大的离地间隙。另外，双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动还具有如下优点：在工作过程中，双曲面齿轮副不仅存在沿齿高方向的侧向滑动，而且还有沿齿长方向的纵向滑动。纵向滑动可改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的运转平稳性。曲面齿轮副使其主动齿轮的大于从动齿轮的，这样同时啮合的齿数较多，重合度较大，不仅提高了传动平稳性，而且使齿轮的弯曲强度提高约30。双曲面齿轮传动的主动齿轮直径及螺旋角都较大，所以相啮合轮齿的当量曲率半径较相应的螺旋锥齿轮为大，其结果使齿面的接触强度提高。双曲绵主动齿轮的变大，则不产生根切的最小齿数可减少，故可选用较少的齿数，有利于增加传动比。双曲面齿轮传动的主动齿轮较大，加工时所需刀盘刀顶距较大，因而切削刃寿命较长。双曲面主动齿轮轴布置在从动齿轮中心上方，便于实现多轴驱动桥的贯通，增大传动轴的离地高度。布置在从动齿轮中心下方可降低万向传动轴的高度，有利于降低轿车车身高度，并可减小车身地板中部凸起通道的高度。但是，双曲面齿轮传动也存在如下缺点：沿齿长的纵向滑动会使摩擦损失增加，降低传动效率。双曲面齿轮副传动效率约为96，螺旋锥齿轮副的传动效率约为99。齿面间大的压力和摩擦功，可能导致油膜破坏和齿面烧结咬死，即抗胶合能力较低。双曲面主动齿轮具有较大的轴向力，使其轴承负荷增大。双曲面齿轮传动必须采用可改善油膜强度和防刮伤添加剂的特种润滑油，螺旋锥齿轮传动用普通润滑油即可。由于双曲面齿轮具有一系列的优点，因而它比螺旋锥齿轮应用更广泛。（3）圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动一般采用斜齿轮，广泛应用于发动机横置且前置前驱动的轿车驱动桥和双级主减速器贯通式驱动桥以及轮边减速器。（4）蜗杆传动与其他齿轮传动形式相比，蜗杆传动具有下述优点：轮廓尺寸及质量小，并可获得较大的传动比；工作非常平稳，无噪声；便于汽车的总体布置及贯通式多桥驱动布置；可以传递大的载荷，使用寿命长；结构简单拆装方便，调整容易。其主要缺点是蜗轮齿圈要求使用昂贵的有色金属合金（青铜）制造，材料成本高；此外，传动效率低。主减速器的减速形式可分为单级减速、双级减速、双速减速、单双级贯通、单双级减速配以轮边减速等。改革开放以来，中国汽车行业的好了长足的发展，尤其加入WTO以后，我国汽车市场对外开放，汽车工业逐渐成为世界汽车整体市场的重要主成部分。同样，车用主减速器也随着整车的发展不断的成长和成熟起来。与国外相比，我国车用减速器的开发设计不论在技术上，制造工艺上，还是成本控制上都纯在不小的差距。尤其齿轮制造技术缺乏独立开发与创新能力，技术手段落后（国外以实现计算机编程化，电算化）。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，企业管理方式比较粗放，相当比例的产品仍为中低档，缺乏国际影响力的产品品牌。行业整体散乱情况依然严重。总体来说，车用主减速器发展趋势和特点是向着六高，二低，二化方向发展。即高承载能力，高齿面硬度，高精度，高速度，高可靠性，高传动效率，低噪声，低成本，标准化，多样化，计算机技术，信息技术，自动化技术广泛应用。从发动机的大马力，低转速的发展趋势以及商用车的最高车速的提升来看，公路用车桥减速器应该向小速比方向发展，在最大输出扭矩相同时齿轮的使用寿命要求更高（齿轮疲劳寿命平均可达50 万次以上）；在额定轴荷相同时，车桥的超载能力更强，主减速器齿轮使用寿命更长，噪音更低，强度更大，润滑密封能更好，整体刚性好，速比范围宽。2.研究的目的、意义在现代汽车的驱动桥上，应用广泛的主减速齿轮型式是“格里森”制或“奥利康”制螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。双曲面齿轮的特点是主、从动齿轮的轴线不相交而呈空间交叉90夹角。这对于增强支承刚度，保证齿轮正确啮合，从而提高齿轮寿命大有益处。另外，由于双曲面齿轮传动的主动齿轮的直径及螺旋角都较大，所以相啮合轮齿的当量曲率半径比相应的螺旋锥齿轮当量曲率半径大。其结果是齿面间的接触应力降低。本文对汽车的主减速器设计主要是为了使汽车获得最佳的动力性能，能充分的利用发动机传递过来的转矩，实现减速增扭，提高汽车动力性；此外，由于石油资源的紧缺，所以对减速器进行设计，使汽车获得最佳的经济性对于提高汽车在市场上的竞争力有很大帮助，对于不同的汽车选用不同的主减速器和主减速形式，可以提高和改善汽车的性能。通过对汽车主减速器的学习和设计实践，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，还可以学习和运用多种设计软件。所以本题基于Pro/E及ANSYS对载货汽车主减速器结构设计与有限元分析具有一定的实际意义。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1.设计内容(1) 载货汽车主减速器的结构形式和主要参数的选择；(2) 主减速器的结构设计计算；(3) 主减速器主、从动锥齿轮的强度校核；(4) 主减速器Pro/E模型的建立；(5) 应用ANSYS进行主减速器齿轮有限元分析。2. 拟解决的主要问题（1）主减速器主、从动锥齿轮的支承方案的选择；（2）进行有限元分析，保证主减速器主、从动锥齿轮的强度；（3）在各种载荷及转速工况下有高的传动效率。三、技术路线（研究方法）主减速器设计方案的确定主减速器结构形式的选择主减速器的设计计算其他零部件的设计计算主动锥齿轮的设计计算从动锥齿轮的设计计算主减速器强度的校核分析主减速器的建模问题原因主减速器的有限元分析合不合理理主减速器设计完成四、进度安排1. 调研，收集资料，撰写开题报告，进行开题答辩第12周(2月28日-3月13日)2. 主减速器的方案设计，熟悉Pro/E、ANSYS软件第34 周(3月14日-3月27日)3. 绘制主减速器总成图及零部件图，完成设计计算，建立Pro/E模型图，进行中期检查第58 周(3月28日-4月24日)4. 运用ANSYS软件进行主减速器有限元分析第911 周(4月25日-5月15日)5. 撰写设计说明书并完善图纸设计第12周(5月16日-5月22日)6. 完善设计，提交指导老师审核并修改第1314周(5月23日-6月5日)7. 提交系里评阅并修改，准备答辩第1516周(6月6日-6月19日)8. 毕业设计答辩第17周(6月20日-6月26日)五、参考文献1 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.武汉理工大学论文,2008.4.2 陈黎卿,李超,何钦章,陈睿. 汽车主减速器轴承受力分析及选型系统开发J.轴承，2007.11.3吉建平. 汽车主减速器齿轮早期磨损分析及预防措施J. 拖拉机与农用运输车，2008.4.4 李红渊,李萍锋.载重汽车驱动桥主减速器设计J.农业装备与车辆工程,2009(10).5 王望予.汽车设计M.北京：机械工业出版社,2004.6 刘惟信.汽车设计M.北京：清华大学出版社,2001.7 唐金松.简明机械设计手册M.上海科学技术出版社,2000.8 仝令胜,石博强,申焱华,郭朋彦.45t铰接式自卸车贯通式驱动桥主减速器设计J.煤矿机械,2008.2.9 陈言东，王解生.驱动桥主减速器壳体的有限元分析J.制造业信息化,2009（10）.10 龚曙光，等ANSYS工程应用实例分析M. 北京：机械工业出版社,2003.11 高耀东，郭喜平ANSYS机械工程应用25例M北京：电子工业出版社,20071.12 马雪洁,谢刚,王小林等. 基于ANSYS的准双曲面齿轮建模及有限元分析 J. 重型机械科技, 2004, (3) _4 .13 万尚国. 微车主减速器准双曲面齿轮静力学有限元分析 D. 2010.14 张朝晖，李树奎ANSYSll.0有限元分析理论与工程应用M.北京：电子工业出版社,200712.15 王霄，刘会霞ProEngineer Wi ldfire30典型零件设计手册M.北京：化学工业出版社,2007.16 GramaRBhashyamANSYS Mechanical-A Powerful Nonlinear Simu

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