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GD1091 商用 货车 驱动 悬架 设计

资源描述：

GD1091型商用车（货车）驱动桥、后悬架设计,GD1091,商用,货车,驱动,悬架,设计

内容简介：

任务书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的：汽车驱动桥设计、后悬架设计是汽车设计工作的主要内容之一，通过对其结构进行分析，初步进行结构方案设计，提高它们的工作性能。具体内容：货车驱动桥结构方案分析，驱动桥主要参数选择，驱动桥设计与计算，驱动桥主要零部件结构设计。后悬架结构方案分析，后悬架主要参数选择，后悬架设计与计算，后悬架主要零部件结构设计。本题目着重培养学生分析问题、解决问题的能力，培养从事实际工作的实践过程。2毕业设计（论文）任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：主要设计参数：整备质量3500Kg、最大总质量9000 Kg、最高车速80 km/h，设计时可参考CA1091型汽车的数据；结合设计内容，完成外文文献翻译；查阅相关资料，完成毕业设计方案论证报告；编写设计说明书大纲、工作计划；按照系统设计要求进行计算分析、设计绘图；完成设计说明书的撰写，最后完成毕业设计资料的文档整理。3对毕业设计（论文）成果的要求包括毕业设计、图表、实物样品等：1外文文献翻译1份 ，译文字数不少于3000字；2毕业设计方案论证报告1份，不少于2000字；3完成设计说明书（含毕业设计心得）1份，字数一万字左右，严格按照学校毕业设计格式要求，用word文档打印；绘制总和不少于4张零号图纸的装配图和零件图（总张数12以上），其中图形使用计算机绘图软件绘制，最终正式文档使用光盘存储。4主要参考资料：1 余志生.汽车理论.机械工业出版社,20062 王望予汽车设计 M第4版北京：机械工业出版社，2004.83 刘惟信汽车设计 M第1版北京：清华大学出版社，2001.74陈家瑞汽车构造 （下册）M第2版北京：机械工业出版社，2005.15汽车工程手册编辑委员会汽车工程手册设计篇M北京：人民交通出版社，2001.65本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2月17日2月21日下发毕业设计任务书，布置收集、查询相关的资料等1月20日3月1日英文资料翻译文献的布置、要求寒假期间完成3月2日3月15日毕业设计方案论证报告的布置、完成2月17日3月20日提出毕业设计的主要工作及完成要点3月20日3月30日分析、整理数据资料，开始画构思草图4月1日4月30日初步确定结构方案，设计计算，进行说明书初稿的构思4月21日4月23日中期检查4月1日5月1日确定方案设计、进行结构图绘制、完成设计说明书初稿5月2日5月10日检查毕业设计说明书完成情况，提出补充、修改任务5月11日5月20日补充、修改工作，完成毕业设计正式图纸及文档正式稿5月21日5月24日对最终的正式毕业设计资料审核、准备答辩5月25日5月30日论文答辩所在系（教研室）审查意见：负责人： 年 月 日院（部）学术委员会意见：负责人： 年 月 日1机电工程学院毕业设计外文资料翻译设计题目: GD1091型商用车驱动桥、后悬架设计 译文题目: 基于小波变换和支持向量机的 发动机故障诊断点火波形分析 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 正文：外文资料译文 附 件：外文资料原文 指导教师评语： 签名： 年 月 日正文：外文资料译文文献出处：中国机械工程杂志，2011（5）基于小波变换和支持向量机的发动机故障诊断点火波形分析 VONG Chi-man1，WONG Pak-kin2，TAM Lap-mou2，张在勇2 1.中国澳门大学 科学与技术学院 计算机与信息科学系2.中国澳门大学 科学与技术学院 机电工程系 摘要：发动机点火的火花是发动机故障诊断的一个重要依据。基于点火模式的波形，机器能够根据自己的准则猜出猜出是那个部件存在潜在的故障。但是，由于很多点火模式是十分相似的，所以这个准则的诊断方法是不够准确的。因此，故障的诊断要求大量的试验才能够确定故障的零部件。此外，机械师们还需要拆卸和组装发动机的相应部件进行验证。为解决这样的问题，点火模式就成为一个智能诊断系统建立的基础。首先，拍摄模式是以归一化和压缩为目的的。其次，小波包变换（WPT）是来提取点火当中的典型特征模式。最后，利用多类支持向量机建一个分类系统（SVM）来提取相应的特征。分类系统会智能地把最有可能发生的发动机故障检测出来从而减少诊断试验的次数。实验的结果表明，SVM的诊断结果比传统多层前馈神经网络的精度要高很多。这是第一次实验将WPT和SVM相结合去分析、诊断汽车发动机的点火模式。关键词：汽车发动机；点火模式诊断；模式分类；小波变换；支持向量机1引言汽车发动机的点火系统建立的基础不同，但基本操作是相似的。所有点火系统的次级电路中的火花都是由初级电路引起的，而且火花必须在正确的时间点上交付给火花塞。示波器和范围表是用来对点火系统进行分析的。范围模式显示点火系统故障并且帮助找到相应的原因。范围表可以测出或宽或窄的火花间隙，并且打开火花塞的电缆从而短路点火线圈，范围表还能够检测到发动机射击电压。而就是需要的火花塞电压。这些情况都可以改变火花线持续的时间或火花线的斜率。范围表通过几种模式通常可以显示点火系统和发动机问题的原因。基本点火模式和每个模式表示的意义对于检测发动机点火问题是十分重要的。图1展示了电子点火系统中发动机的循环和其相应的发动机故障的一下例子。 当使用范围表对发动机故障进行诊断时，捕获的点火信号需要技师指示起点和终点的信号。然后，技师们把这些信号与信号手册中的进行对比分析。根据分析诊断，将发动机的相应部位进行拆开。然而，这种人工诊断可能是不准确的，因为许多信号模式是十分相似的。除此之外，不同（甚至是相同的）发动机的故障同样产生很多不同形状的点火模式。因此，点火模式是没有标准的幅度以及持续时间。很明显，比较信号的相同或是不同仅仅是靠技师们的个人经验，这是一个相当困难的任务。为了基于点火模式找出故障，几个试验（拆卸和组装发动机零部件）是必要的，但这需要投入大量的时间和精力。为了解决这个问题，机械师必须掌握一种以计算机为基础的模式分类系统。火花塞积碳时间/毫秒失火由于极其稀薄的混合物文本框时间/毫秒狭窄的火花塞间隙文本框时间/毫秒发动机异响时间/毫秒时间/毫秒浓混合气图 1 电子点火的点火模式示例和相应的发动机故障当前， 几乎没有基于计算机点火方式来分析汽车发动机故障与诊断的文献。其主要原因由一下几点：（1）点火模式是时刻变化和非固定的。不同发动机模型产生的点火模式的振幅和持续时间是不同的。即便是相同的发动机，在不同的运行状况下也就产生不同的模式。这进一步增加人为诊断的困难程度。（2）不同发动机故障的点火模式十分相似。从人为的角度来看是很难正确区别各种模式，尤其是当捕获的范围表是根据失真的噪声的时候。为了解决这些问题，小波包变换（WPT）作为一种特征提取方法被提出来，用来检索点火频率的显著特征模式。以这些提取的特征为基础，建模点火模式分类便成为一种可能。一个大约120毫秒的周期对发动机来讲是很典型的。因此，汽车仪表通常会设置频率为100千赫的采样率用来捕捉发动机每个循环点火方式和怠速试验条件下的频率采样率，这是一种很常见的情况，但是数量的采集量是巨大的。例如：800转/分钟怠速，100 kHz的采样率和四冲程发动机循环，每个样本模式会产生15000个数据点。对所有的数据点进行特征提取和分类是不明智的，但是其中最重要的数据点应被选中。因此，其中的功能程序的提取和压缩就是必须要做的，它可以利用小波包进行压缩。在分类和建模的技术上，多层前馈神经网络（MFN）和高斯过程分类通常使用处理信号模式来识别。然而，这些两种方法有几个缺点。对于MFN来讲，首先其结果不一定是我们所期待的最好的网络结构。其次，培训过程（即，残差的平方误差成本最小化函数）通道很容易地被卡住，并且局部极小，重量衰减。但是这些方法很大程度上影响了估计函数。 高斯过程分类过程中，数据会被假定是正态分布的。虽然分布信号可以被转化近似值，但这种转化常常是不精确的。除此之外，高斯过程需要很长的训练时间。最新的研究结果表明支持向量机（SVM）比MFN更具有准确性。与高斯过程分类相比较，SVM更适合于高维数据集。因此在这项研究中支持向量机是用来构建一种基于计算机的模式分类。在以上提到的应用技术当中，利用点火方式来分析汽车发动机故障是一种全新的实验。 本文的结构如下：第2和第3部分讲解以上不同的技术。第4部分展示基于计算机的结果分类点火模式。第5和第6部分列举分析实验装置和结果。第7部分是对以上做的总结。2小波包变换2.1 离散小波变换(DWT)在许多工程信号分析当中已经证实离散小波变换有非常有效的应用。DWT的主要 优点是它构建了一个不同的支持（窗口大小），即扩张（宽）的低频和夏普（窄）高频。这样以来，高频率的信号便需要更详细的频域分析。在另一方面，该信号的低频还要进行时域分析。这样以来就建立了最优时频分辨率的范围。一般地，在小波变换中，信号xN由两个数字滤波器进行分解和迭代。然后通过过滤器2向下采样。第一过滤器G是由一个高通滤波器和离散小波母函数组成，用来提取高频率信号。第二个过滤器H是一个低通滤波器，主要对低频率进行提取。利用同样的过滤过程进行持续逼近Aj产生Dj+1和Aj+1直到终止条件。所有的载重可以由一个低通滤波器H指定，符合标准的正交镜像滤波器的条件是：上式中H（z）是指Z变换中的H过滤器，然而互补的高通滤波器被定义为：随着长度的增加过滤器（按J）可以得出，J=0到n1： 与初始状态H 0（Z）=1。滤波器被作为时域上的双尺度时间关系而表达出来。 上式中 m表示m和k具有同样采样的离散时间。该归一化的小波和尺度基函数I，L（K），I，L（K） 可以被定义如下： 上式中2I/ 2的因子是内积正常化、i为尺度参数、l为平移参数、DWT的分解可以根据信号x（k）描述如下： 上式中，A（i）(l)（升）和D（i）(l)是近的系数，在i的分辨率分别为细节系数. 2.2小波包变换（WPT） 小波包变换（WPT）概括了小波分解，并且提供了更丰富的信号分析。滤波器中的信号的由DWT分解，但只分解低 频带，其右叶代表 较低频带，其左叶代表了较高的频带。再由对应的WPT进行分解 ，这种分解形成一种平衡二叉树结构。 图3正是这种结果的表示。因此，WPT是DWT 的延伸， WPT的优点是信号可以分解为组频率子带，并且其上熵也可以测量。熵是描述给定的信息的相关属性 ，是描述非平稳信号最理想的工具。根据测得的熵的每个子带和一个给定的最适合的分解，信号可以便可以被选择了。图2 WPT的三个层次分解WPT中使用的熵类型通常是以下中的一个：基准：E(S) = |Si|p, p1;登入能源：E(S) = log (Si2);E(S) = n # i such that | Si | + min(Si2, 2).上式中：S是测量到的信号、Si 是信号的第i个小波系数，n为信号的长度，是由公式计算的临界值：2ln(n log2(n)1/2。有了基于熵的标准之后，小波分解就可以自动计算了。2.3压缩正如上文所提到的，一个采样点所捕获的图案数量是十分巨大的，因此它需要很长的时间来训练，测试此种点火模式。点火模式会在特种提取前被压缩为预处理步骤。考虑信号S= F（X）， 它可以再次被分解： 由于给定的信号的频率分布不一定总是偶数，这些个小波包基的重量会有明显的改变。因此，有可能放弃低重量的包基，并选择高重量的人，用来分解给定的信号。这一过程就是所谓的最优小波包基的选择。从信息处理角度来说，这一选择便是实际数据压缩的过程。2.4特征提取 经过小波包压缩、变换，便可以进行特征提取了。特征提取是目的。通常的特征矢量是 该模式减少之后的表示，从而降低建模的复杂性和计算量。 通过WPT一组2L的 的信号子带可以得到的，L是WPT分解的水平。3多类支持向量机3.1支持向量机的两类问题当前支持向量机是一个众所周知的计算机学习工具。它被广泛应用到处理范围广泛的工程问题当中。SVM的主要思想是通过技巧映射，使非线性的例子能更精确地分类。给定一组训练 模式xi，yi，其中i = 1，2，“l.yi+1，-1、 xi Rd。在此应用中，xi为捕获的点火模式示波表，而yi是与标签相关联的每个图案表示的类中的一个。从超平面可以发现，当利润率是最大时候而不是解决这问题，其对偶问题可以更容易解决。, 在方程（12），我和j是的拉格朗日乘数，获得最高利润率的原始优化， C则是一个正则化的参数，K是一个计算在更高维的内积 空间的内核函数 。这个内核函数应该满足Mercer的 定理。在此应用中，在径向函数的基础上（RBF） 内核被使用： 其中R是一个超参数。 根据二元分类器的输出，然后计算：其中Ns是发现结果支持向量的数量优化问题，xi支持向量和b在训练阶段的临界参数进行更新。基于 SGN函数，已知 z后便可以直接计算 F（Z）。3.2 SVM多类策略多类SVM考虑的是多类问题的二元分类收集。有两种主流方法，k个不同的分类器可以构建对于k类。第k个分类器构造一个该类之间的超平面。其中每个超平面把它本身从其他类中分离出来。应当指出的是，即使在数目很小的情况下支持向量机也成倍增加。然而，在目前的研究中采用一对一的策略是因为它的准确性可以得到保证。4 项目建设的点火模式分类本部分介绍总体建设思路与智能点火方式的分类。图3所表示的是四个分类系统的阶段。第一阶段是训练数据，即数据点以及它们对应的发动机故障。在每个阶段的具体操作下提出的以下阶段，训练数据采集的案例研究在第5部分中再进行描述。SVM MFN萃取压缩正常提取分类压缩信号火花点火图3 智能点火的四个阶段智能点火4.1标准化 点火模式能够在汽车仪表范围即高采样频率（100千赫）内被捕获。 然而，由于发动机转速 、波动、各种测试条件的不同，所以每个采样点捕获的数目、图案是不完全相同的。在目前的研究中，所有模式设置的标准长度为18000，然而为了节约，实际采样点信号小于17000。因此超过18 000附加了一系列的稳态值 直至达到最大数量（图4）。因为最大触发电压通常不超过15 kV因此所有图案的幅度也归在0， 15。正常化数据点度N数据点度N图4 采样的规范化4.2压缩 信号的采样点的数量等于输入的支持向量机号码。目前用于个人电脑（如MATLAB），SVM的训练，甚至运行，18 000数量 是太大了。通常情况下可以操纵的矩阵的最大尺寸 为3000X3000。因此，18000的输入量 必须降低到小于3000。因此压缩率便成为一个关键因素。高的压缩 率会导致信息丢失，而低压缩 幅度不能满足要求。方程小波能量比例如下所示：上式中,i是在第j级子带的第i个点的值，N表示原始信号。pj是第j子带的小波能量比例。3级压缩信号被压缩成18 000 / 23= 2 250 ，它可由共同执行的工具电脑处理。通常情况下，需要执行以下步骤： （ 1 ）获取信号的小波包变换分解。水平小波的选择是留给用户自行调整的。一般地，一个更深层次的分解电平可以被选择，以产生完备的小波树。（ 2 ）使用上面提到的bestlevt功能将最优小波包分解。（ 3 ）临界值被施加到每个细节的系数D（i）逼近系数A（ i）。（ 4 ）重构的基础上，近似的信号系数A （ i）和临界值处理细节系数D（ i）来自步骤（3） 。4.3特征提取正如前面提到的第1 ，点火模式是随时间变化的和非固定的，也就是说，每一个发动机（在相同或不同的型号）可产生的点火模式不同的长度和幅度。要构建分类系统与这些随时间变化的模式，也可能是不适宜直接比较的点火模式。代替的点火模式的重要特征可以是考虑用于比较。 WPT提供了一个工具来分解和提取的高频和低频点火模式子带。这些提取的频率子带（功能）被认为是作为训练数据。4.4建模最后，建模技术是用来构建分类归化和预处理的训练数据的。在未来，当一个新的数据到达时，它需要经历前面的步骤：归化、压缩、并在提取前分类。5实验装置5.1数据收集为了检验所提出方法的有效性，实验成立了样本数据采集和评估测试等步骤。不同型号的发动机被用来模仿反射众所周知故障症状点火模式如表1所示。表1 由点火模式反映发动机故障样本可能原因序号症状或可能的原因12345678正常 火花塞电缆高阻火花塞电缆坏掉火花塞有缺陷狭窄的火花塞间隙失火由于极其稀薄的混合物而失火火花塞由积碳发动机爆震，由于积碳燃烧室 这九个故障被选定为示范实例。在这个案例中，使用三个著名的直列4缸4冲程发动机，即本田B18C、本田B16A和三菱4G15 ，用来模仿九种不同的故障现象。实验装置怎样捕获点火如图5所示。图5 使用计算机相连的汽车范围计从发动机收集的点火模式要想捕获点火模式，必须把采样范围频率设定更高的速度，例如100千赫，即每秒可得到100 000个采样点。对于每个测试引擎的症状，根据三种不同发动机的试验条件可以捕获的点火模式与标准现象对比。选择两个每缸的模式是因为发动机的转速为在测试过程中难以保持恒定，并且每个气缸都有其不同的制造误差。因此，点火方式捕获的可能对于相同的测试条件下是可重复。所以，整个数据集部门分为训练数据集（3/ 4 DS ）和测试数据集（DS的1/4 ）培训和验证的SVM分类器。在这种研究中，点火模式的总数为等于9个症状 （2型态4缸 3/4） 3条件 3引擎= 486 ，而测试包含162patterns （即9症状 （ 2 模式4缸 1/4 ） 条件3 3的引擎） 。5.2 数据归一化和预处理首先，标准号为18 000的设置能覆盖所有的模式。此外，一些稳态值也被附加到图案的一部分。通常情况下，稳态值的点火模式等于零（0 V） 。因此，这个过程相当于零附加，直到达到了18 000个采样点数量。为了减少训练和测试的时间，训练和测试利用WPT被压缩成1/8倍（ 2 250分）。通常情况下，母小波选择基于试验和错误之上。在目前的研究中，母小波选定为哈尔WPT再次被用来对压缩模式进行特征提取。在小波变换中， DBN，（其中N =110）使用最广泛。我们尝试了电平L= 2，3，和4是最好的。根据本试验结果显示，最佳组合为DB6和3级。所有的模式仍然是相同的，即2250，不同之处在于压缩模式可以被转换成特征矢量。最后，将处理后的数据集和测试传递到支持向量机进行测试。5.3 SVM训练使用 MATLAB工具箱中的LIBSVM构造SVM分类器。所用到的内核函数KSVM为RBF核。此外，由方程（12）和（ 14 ）可知，用户必须调整参数（ ， C） ，以确保更好的执行。在这种情况下， 10 倍交叉验证往往适用于选择超参数的最佳值。在我们所列举的例子中，我们假设的值取自-10 10 （除0之外 ），假设C的值是从1到10 000内的10 的10倍数（即， 1 ， 10 ， 100 ， 1 000，10 000 ） 。通过测试所有组合中的（ （ ，C ） ） 可以得到结论：最佳组合精度为（1 ，100）。5.4 MFN培训MFN分类器在MATALB神经实施网络工具箱中在这个案例中，MFN有2 250个输入神经元和 4个输出神经元（即4位九类） 以及25个隐藏的神经元。一般情况下，将学习率为设定为0.1时，25个隐藏的神经元就能够提供充足能力接近一个高度非线性的函数。隐藏使用的激活函数的神经元一部分是传递函数，另一部分是滤波器的输出神经元。6 结果分类器支持向量机和MFN这两中方法分别为在酷睿2双核E6700的处理器和2 GB RAM的PC机下运行。用于精度的测量便于评价分类器。6.1评价支持向量机分类器的性能能够通过分类精度来体现。评价分类精度十分简单，因为评估只是计算出输入矢量x和比较其定目标类。但由于N个案例测试组同时测试，每个测试例子TI 测试， i = 1到N，传递到支持向量机的分类器。如果计算出的类Ti不等于其给定的目标类，将相应的误差Ei的设置为1，泛指EI为0 。最后，错误Ei的总和就是通过测试用例的总数N，它的补分给出了准确的计算公式，如下：6.2 SVM的结果以上实验中，（ ，C）的最佳组合是结果为（1 ，100）。训练SVM需要的时间0.064 8秒。其精度比测试结果是95.68 。混淆矩阵的每个类别在表2中显示，其中只有7 162信号分为错误类和无用的标识。该结果显示了从WPT方法点火模式中提取重要特征的有效性和可靠性。此外，支持向量机也能具有了良好的分类准确度。6.3 MFN结果MFN模型中使用了相同的测试数据进行测试。表2显示MFN模型中的混淆矩阵。表3显示了SVM和MFN的比较。在MFN模型中， MFN模型的精度是89.51 ，SVM模型的精度低于95.68 。此外，在超参数和训练时间方面也进行了比较。在MFN中，学习率并须隐含神经元的数目才能被提供于用户。它们都能够使用10倍进行选择交叉验证，表3还表明，支持向量机的运行比MFN由更快的速。表2 混淆矩阵的SVM分类表9X18实际结果预测结果9X18实际结果预测结果表3 混淆矩阵的MFN分类 7结论在智能点火识别模式的基础上，小波包变换和支持向量机已成功应用于汽车发动机故障诊断。这是第一次试图在汽车应用此种方法。（1）经过上文的实验已经证明 WPT是一种有效的用于数据压缩和从发动机的特征提取点火模式的工具。在自动确定最佳的效用的小波系数树中也体现出了WPT的作用。（2）支持向量机在产生一个可靠分类系统中已被应用，这种方式可节省大量的时间、精力，用于读取点火图案以及故障的诊断。（3）在本研究中，实验结果表明支持向量机生产的95.68 的分类精度。并且支持向量机的训练时间也只需要0.064 8秒。即支持向量机的精度、时间均优秀于MFN。（4）如需进一步的发展，应该从不同型号的发动机的不同故障中被捕获，以提供一个更广泛的训练数据，以使分类器可以是比较一般化。参考文献：1 CROUSE W H, ANGLIN D L.汽车学第10版，麦格劳教育出版社，1993 年。2 LIU C C, CHU J. 汽车电脑控制发动机的分析与检测技术。 3 MALLAT S. 信号处理第3版。科学出版社，2008 。4 KOHONEN T BARNA G CHRISLEY R.统计模式，美国圣地亚哥，1998.5 VONG C M ，汽油发动机的现代建模方法。浙江大学学报，2005，6 UYAR M, YILDIRIM S, GENCOGLU M T 基于小波变换的特征提取方法扰动信号的研究。电力系统研究，2008年。7 MATLAB R2008a版本小波工具箱 CP 。 MathWorks公司，2008 。8 CRISTIANINI N, SHAWE-TAYLOR J.支持向量机，剑桥大学出版社， 2000 。9 HORNG M H. 多类支持向量机的研究超声图像分类，2009。10 刘刚吉，故障的诊断方法中国机械工程学报，2007 附 件：外文资料原文28机电工程学院毕业设计方案论证报告设计题目: GD1091型商用车驱动桥、后悬架设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 20xx 年 3 月 15 日目次1 驱动桥与后悬架设计总述11.1 载货汽车驱动桥的现状及发展前景11.2 载货汽车后悬架的现状及发展前景12 驱动桥设计方案与主要参数拟定22.1驱动桥结构形式分析22.2 主减速器设计32.2.1主减速器的减速形式的选择32.2.2 主减速器的齿轮类型选择32.2.3 主减速器主、从动锥齿轮的支撑方案。42.3 差速器设计42.3.1 差速器结构形式的选择42.3.2差速器的主要参数的选择52.4 半轴结构形式确定52.5 驱动桥壳的选择63.后悬架的设计63.1非独立悬架和独立悬架的选择63.2悬架主要参数的确定73.2.1悬架静挠度fc73.2.2 悬架的动挠度汽车的动挠度73.2.3 悬架弹性特性73.2.4 后悬架主、副簧刚度的分配73.3 钢板弹簧的设计73.3.1钢板弹簧的布置方案7 3.4 减震器结构方案分析8论证结果9参考文献91 驱动桥与后悬架设计总述 1.1 载货汽车驱动桥的现状及发展前景 随着汽车工业的飞速发展，驱动桥的设计、制造工艺均在日益完备。驱动桥也不例外，除了采用更多的新技术之外，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。为了防止产生功率循环现象，现代型的多桥驱动的汽车上往往装有轴间差速器。从而显著地减少了多桥驱动汽车的主减速器出现过载的情况。但在安装轴间差速器的汽车上，必须考虑到能充分利用各驱动桥牵引力的要求。随着发动机转速及行驶速度的提高，降低汽车的噪声已成为汽车设计中的一个重要课题。驱动桥的噪声主要来自齿轮及其他传动件。提高齿轮及其他传动件的加工精度，装配精度，增强齿轮的支撑刚度，采用运转平稳，无噪声的双曲面齿轮做主减速器齿轮等等。汽车驱动桥是汽车的重要总成，驱动桥设计是汽车设计的重要组成部分之一。目前国内外驱动桥设计出现了一些变化：（1）主要部件和功能向驱动桥的中部集中。（2）桥壳采用球墨铸铁，以提高整桥外观质量（3）适应特种要求的多功能驱动桥。 1.2 载货汽车后悬架的现状及发展前景载货汽车的后悬架一般均采用钢板弹簧悬架。钢板弹簧悬架分为少片变截面钢板弹簧悬架与等截面多片钢板弹簧悬架。少片变截面钢板弹簧悬架多用于轻型载货汽车上，具有体积小、质量轻、结构简单等优点，但是也有生产工艺复杂、制造困难、材料较贵等缺点。等截面多片钢板弹簧悬架则运用广泛，其制造简单、工艺性好、灵活多变的结构设计使其用于各种载货汽车的后悬架上。缺点是汽车平顺性、舒适性较差；簧下质量大，无法适应重卡轻量化的发展，并且不能同时兼顾载货汽车的舒适性与操纵稳定性。近些年来，载货汽车后悬架出现了运用空气悬架或者橡胶悬架。空气悬架和橡胶悬架是以空气或者橡胶弹簧为弹性元件，它们具有变刚度的特点，因此，整个悬架有较强的承载能力。在承载性、可靠性等方面都比传统使用的钢板悬架更具优势，而且能够适应矿山作业等恶劣工况。空气悬架弹簧是一种运用在高档客车和重型载货车上的悬架系统，是世界钢板弹簧发展趋势。空气悬架簧的最终发展趋势是不再需要或使用很少的弹簧扁钢。空气悬架在欧美发达国家已经有70多年的发展历史，二十世纪五十年代，空气悬架弹簧开始应用在载重车、小轿车、大客车及铁道车辆上。到六十年代，德国、美国等工业发达国家生产的大部分公共汽车中装有了空气弹簧悬架。电子控制空气悬架和橡胶悬架代表了目前汽车悬架系统的发展方向。在欧美汽车悬架的发展经历了“钢板弹簧气囊复合式悬架被动全空气悬架主动全空气悬架(即ECAS系统)或橡胶悬架”过程。在欧美，橡胶悬架和空气悬架的价格相差不大，但是使用环境不同，空气悬架不能超载，因此在牵引车上应用广泛。橡胶悬架的适应能力强，因此多用于超载环境中，主要应用与使用工况恶劣、对车辆载荷要求大的非公路汽车上。2 驱动桥设计方案与主要参数拟定驱动桥在传动系的最末尾，其功用是降速、增扭，以及改变从变速器传递来的动力的传递方向。同时将转矩分配给左右两个驱动车轮；驱动桥的另外一个功能是承受作用在路面和车身或者车架之间的纵向力、垂直力、纵向力。以及制动力矩、反作用力矩等等。 一般的，驱动桥由主减速器、差速器、车轮和其传动装置，桥壳等构成。 2.1驱动桥结构形式分析断开式、非断开式是驱动桥的两种结构形式。断开式驱动桥是指没有刚性的整体外壳或者是梁来连接左、右的驱动车轮，主减速器、差速器以及它们的壳体均安装在车架或者车身上，通过万向传动装置来驱动车轮的结构形式。主减速器、差速器、部分车轮传动装置的质量都属于簧上质量。位于两侧的驱动轮经过独立悬架与车身或者车架连接在一起，因此，两侧的驱动轮对于车身可以相对独立的上下摆动。非断开式驱动桥（如图1所示）是指支撑左右驱动轮的是一根刚性的空心梁式的桥壳，主减速器和差速器、半轴以及所有的传动件都装在桥壳里，此时驱动桥以及驱动轮都是簧下质量。 图1 非断开式驱动桥示意图断开式与非断开式相比较，有以下优点：一，可以提高汽车的平顺性；二，可以提高汽车的平均行驶速度；三，有利于提高汽车零部件的使用寿命；四，增强了汽车的康侧滑能力；五，提高了汽车的操作稳定性。但断开、式的驱动桥结构相对复杂，成本高。因此广泛应用于乘用车和越野车上。而非断开式的驱动桥因为结构简单、成本低、维修方便等优点在商用车以及部分乘用车得到了广泛的应用。综上所述，GD1091型商用车应该选用非断开式的驱动桥。 2.2 主减速器设计方案2.2.1主减速器的减速形式的选择 按照减速形式的不同，主减速器可以分为：单级、双级、双速、贯通式、单双级减速配轮边减速等。以下主要对比介绍单级主减速器和双级主减速器。 单级主减速器拥有结果简单、尺寸紧凑、质量小、生产成本低等一系类优点，因而广泛应用于主传动比小于7的汽车上。双级主减速器是指由两级齿轮减速所组成的主减速器。与单级主减速器相比较，在保证同样的离地间隙的情况下，双级主减速器可以得到更大的主动传动比（一般为7-12），但其结果较为复杂，生产制造的成本较高。因此，它主要应用于总质量较大的商用车上面。综上可知，GD1091商用车应该选择双级主减速器。 2.2.2 主减速器的齿轮类型选择主减速其的齿轮类型有弧齿锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮、蜗轮蜗杆等形式。 弧齿锥齿轮传动过程中，主、从动齿轮的轴线，垂直相交于一个点上。传动过程中，轮齿端面重叠，因此无论那一刻，总会有两对以上的齿轮相互啮合，这样以来就提高了齿轮所能承受的满负荷。另一方面，弧齿锥齿轮工作平顺，噪声小，振动小。但是其对内核的精度要求很高，稍不吻合，就会令工作条件几句恶化，加剧磨损，增大噪声。双曲面齿轮传动过程中，主、从动齿轮的轴线，互相垂直但却不相交，并且主、从动齿轮的轴线会有一定的偏移量这个偏移量称为偏移距E。这个偏移距使得主动齿轮的螺旋角1比从动齿轮的螺旋角2大，我们规定1与2的差值称为偏移角。 与弧面锥齿轮比较，双曲面齿轮有许多的尤优点：（1）同样的尺寸下，双曲面齿轮的传动比更大。（2）当传动比一定、从动齿轮尺寸也相同的情况下，与相应的弧面锥齿轮比较，双曲面齿轮拥有，较高的齿轮强度，更大的直径，较大的主动齿轮轴以及轴承刚度。（3）当传动比一定、主动齿轮尺寸相同的情况下，双曲面齿轮的从动齿轮齿轮的尺寸更小，从而可以提高离地的间隙。（4）由于双曲面齿轮存在偏移距，在传动过程中既存在沿齿高方向的侧向滑动，又有沿着齿长方向的纵向滑动，这样不仅提高了齿轮磨合的过程，同时也使得齿轮运转的更加平顺稳定。（5）属哪个曲面齿轮传动过程中同时啮合的齿轮数较多，重合度大，平稳性高，弯曲强度也高。（6）双曲面齿轮的偏移距也有利于汽车的总体布置。 同时双曲面齿轮也存在着缺点：（1）沿着齿长的方向的纵向滑动会增加摩擦损失从而降低了齿轮的传动效率 。（2）由于摩擦力较大，导致齿轮面烧结、咬死，油膜破坏，抗胶合的能力较低。因此要选用有防刮伤添加剂和改善油膜强度的润滑油。 综上所述，双曲面齿轮性能更好更稳定。因此GD1091型商用车选择双曲面齿轮。 2.2.3 主减速器主、从动锥齿轮的支撑方案。 主动锥齿轮的支承形式可以分为跨置式和悬臂梁式。 跨置式支承是指锥齿轮两端的轴上面都有轴承支承的形式，这种支承形式可以大大提高支承的刚度，同时又可以减小负荷，改善啮合条件，因此此种方式多应用于承载能力较大的车型上。 悬臂梁式支撑形式是指在锥齿轮大端的一侧有长轴，在这根轴上安装上圆锥滚子轴承。通常情况下为提高支承的刚度，应使这丢圆锥滚子的大端朝外。悬臂梁式的支承形式引起结构简单，制造成本较低，便于维修等优点应用较为广泛。 综上所述，GD1091型商用车的主减速器应用悬臂梁式的支承形式。从动锥齿轮的支承刚度与支承的距离、载荷的分布、轴承的支承形式都有关系。一般地，从动齿轮多用圆锥滚子轴承来支承，大端向内提高了支承的刚度以及支承的稳定性。 2.3 差速器设计方案 2.3.1 差速器结构形式的选择 。 差速器，放置在两输出轴之间，分配转矩并保证两输出轴能够以不同的转速转动。按照结构的不同，差速器可以分为凸轮式、齿轮式、蜗轮式、牙嵌自由式等多种形式。以下主要介绍对称式锥齿轮差速器。对称式锥齿轮式差速器包括摩擦片式、普通锥齿轮式、强制锁止式差速器等。摩擦片式差速器由差速器壳体、摩擦片、压盘、V形面、行星齿轮轴、行星齿轮、半轴齿轮构成。当传递转矩时差速器可以通过自身的斜面对行星齿轮轴产生沿着行星齿轮轴线方向的轴向力，该轴向力使压盘把摩擦片压紧。工作当中，当左右的半轴的转速不一致时主、从动摩擦片产生摩擦力矩。摩擦片式差速器工作平顺，可以显著提高汽车的通过性。普通锥齿轮式差速器由差速器壳体、行星齿轮、半轴齿轮等组成。这种差速器结构简单、制造成本低廉、工作可靠性强、工作平稳。两半轴的转矩比为1.11-1.35之间，也就是说两半轴转矩的差异不大，大致可以认为左、右两半轴的转矩大致相等。因为其有诸多的优点，普通锥齿轮式差速器广泛应用与一般条件下使用的各类汽车当中。综上考虑，GD1091型商用车的差速器应该使用普通锥齿轮式差速器。 2.3.2差速器的主要参数的选择 行星齿轮数n的选择。行星齿轮数应与所承受的转矩成正比，一般情况下n=4. 行星齿轮球面半径Rb的选择。球面半径Rb表示差速器齿轮节锥距的承载能力、大小。可以根据经验公式Rb=Kb确定。Kb一般取2.5-3.0，Td=minTce,Tcs, 行星齿轮节锥距A0=（0.98-0.99）Rb.行星齿轮和半轴齿轮数z1,z2.齿轮的模数越大，强度越高，但是尺寸就越大。因此z1,z2相互合适。Z1/Z2应该在1.5-2.0之间。行星齿轮和半轴齿轮节锥角1，2以及模数m.1=actan(Z1/Z2)2=actan(Z2/ Z1)锥齿轮大端的端面模数mm=2A0 sin1/ Z1 2.4 半轴结构形式的确定 根据车轮的支承形式的不同，半轴可以分为全浮式、3/4浮式、半浮式。 全浮式是指半轴外端的凸缘直接和轮毂用螺钉相连接，轮毂有支撑在驱动桥壳的半轴套上。理论分析来讲半轴只能承受转矩作用于驱动轮上的玩具、反力均有桥壳承担。桥壳的变形、半轴齿轮不同心、半轴法兰平面相对其他轴线的不垂直等因素会使半轴弯曲，由此产生的弯曲应力在5-7MPa.全浮式半轴 要应用于总质量较大的 商用车之上。3/4浮式半轴是指半轴的外端仅仅有一个轴承，并且这个轴承装在驱动桥壳半轴套管的端部。直接用于支承车轮毂。半轴外部的凸缘则用螺钉与轮毂连接。该种方式印版应用于总质量角小的商用车和乘用车上。半浮式半轴是指，半轴外端在半轴套管外端孔内支承，车轮装在半轴上面。半浮式所受载荷大，结构简单，只限用在乘用车和总质量较小的商用车上。 综上考虑，GD1091型商用车的半轴形式用全浮式。 2.5 驱动桥壳的选择驱动桥壳可以分为整体式、可分式、组合式。 整体式桥壳是指整个的桥壳式一个空心梁。主减速器壳、桥壳分为两体。整体式驱动桥壳中，主减速器调整、拆装十分的方便；刚度、强度较大；结构较为简单，生产制造的成本低，适用于大量生产，故应用广泛。 组合式桥壳试将部分的桥壳和主减速器壳铸造在一起，用无缝钢管分别压入壳体两端加以固定。这种形式优点是支承刚度好，但是要求的加工精度较高，成本高。可分式桥壳由于拆装、维修 等比较麻烦，现在已经很少使用。综上考虑，GD1091型商用车选用整体式的桥壳。3.后悬架的设计方案 3.1非独立悬架和独立悬架的选择悬架可以分为独立悬架和非独立悬架两种类形（如图2所示）。非独立悬架是指用一根整体式的轴将左右车轮连接在一起，再有悬架与车架连接在一起。非独立悬架则是指左右车轮分别通过各自独立的悬架与车架相连接在一起。 图2 独立悬架和非独立悬架示意图 非独立悬架的优点是结构十分简单，便于制造，生产成本低，工作安全可靠，维修十分方便。缺点是由于干板弹簧的刚度较大，汽车的平顺性相对较差，簧下质量较大，在不好的路面上行驶时左右车轮互相影响较大，舒适差。因此这种悬架主要应用于商用车的前后悬架上。 独立悬架虽然平顺性较好，但是其制造车本高、结构复杂、不便于维修，故多用于乘用车上。 综上考虑，GD1091型商用车的后悬架选用非独立悬架。 3.2悬架主要参数的确定 3.2.1悬架静挠度fc 悬架静挠度是指汽车在静止、满载时候悬架上载荷与当时的悬架刚度的比值。 汽车的前后悬架与其簧上的质量组成的振动系统固有频率，是影响汽车行驶的平顺性的主要参数。汽车的后悬架的静挠度的计算公式为：fc=mg/c在选取汽车的静挠度时尽量使前、后悬架的值相接近，并且使得前悬架的静挠度要略大于后悬架的。推荐fc2=(0.8-0.9)fc1,其中fc1为前悬架静挠度值，fc2为后悬架静挠度值。货车在满载的时候，后悬架的偏频应在1.70-2.17Hz。 3.2.2 悬架的动挠度汽车的动挠度指的是满载、静平衡位置开始，悬架被压缩到最大的形变的时候，车轮的中心相对于车身（或车架）的垂直位移。一般的，货车的fd在6-9cm。 3.2.3 悬架弹性特性 在垂直外力的作用下，车轮中心相对于车身的位移的关系曲线，就是悬架的弹性特性。曲线的切线的斜率就是悬架的刚度。 3.2.4 后悬架主、副簧刚度的分配 货车的后悬架，大多采用主副簧结构的钢板弹簧。当载荷比较小的时候，副簧式不工作的，只有当载荷达到了一定的设定值的时候，副簧才和主簧一起工作。 第一种确定方式：使汽车空载情况下的悬架挠度f0等于副簧开始工作时候的悬架挠度fa。第二种方式是使汽车悬架空载和满载情况下的载荷的平均值等于副簧开始起作用识货的载荷。前者方式确定的主、副簧刚度的比值死U然能够确保在空载和满载时悬架的振动变化，但是簧接