CLYX01-021@基于ProE及ANSYS的载货汽车主减速器结构设计与有限元分析
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机械毕业设计车辆工程全套
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CLYX01-021@基于ProE及ANSYS的载货汽车主减速器结构设计与有限元分析,机械毕业设计车辆工程全套
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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 : 陈健兵 导 师 姓 名 : 孙远涛 开 题 时 间 : 2011 年 3 月 16 日 指导委员会 审查意见： 签字 ： 年 月 日 nts 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。 nts 毕业设计（论文） 开 题报告 学生姓名 陈健兵 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 孙远涛 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=cos 1/cos 2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=r2cos 2/ r1cos 1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= cos 2/ cos 1,则 i0s=K r2/ r1。由于 1 2,因此 K1,一般为 1 25 1 50。 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。 nts 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nts 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 。 nts 三、 技术路线（研究方法） 分 析 问 题 原 因 合 不合理 理 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 1 2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 3 4 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 5 8 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 9 11 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 13 14周 (5月 23 日 -6月 5日 ) 7. 提交系里评阅并修改 ，准备答辩 第 15 16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 ) 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 主减速器强度的校核 主减速器的建模 主减速器的有限元分析 主减速器设计完成 主动锥齿轮的设计计算 从动锥齿轮的设计计算 其他零部件的设计计算 nts 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 ,2007 1. 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 ,2007 12. 15 王霄，刘会霞 Pro Engineer Wi ldfire3 0典型零件设计手册 M.北 京：化学工业出版社 ,2007. 16 Grama R Bhashyam ANSYS Mechanical-A Powerful Nonlinear Sim
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