汽车主减速器设计开题报告

扬州大学毕业设计开题报告学 生 姓 名：陈东民学 号：学 院、系：广陵学院专 业：机械设计及其自动化（汽车工程）设计题目： 汽车差速器-主减速器总成设计指导教师:高晓宏2013 年 4月 1日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1.1 选题的背景与意义:汽车问世百余年，特别是从汽车产品的大批量生产及汽车工业的打发展以来，汽车已经对世界经济打发展和人类进入现代生活产生了无法估量的巨大影响，为人类社会的进步作出了不可磨灭的巨大贡献。为了使大家对汽车这一影响人类社会的产品有更全面、更深入的了解，以便把握住“汽车设计”技术的发展方向，通过对汽车的总体设计，汽车零部件的载荷和计算工况与计算方法，以及汽车各系统、各组成及主要零部件的结构分析和设计计算的概述，是大家对汽车的设计理论与设计技术有更好的认识与突破。汽车车桥是汽车的重要组成部分，它承受着汽车的满载簧上荷重及地面经车轮、车架或承载车身经悬架传递的垂直力、纵向力、横向力及其力矩，以及冲击载荷；后桥主减速器还担负着传递传动系中最大转矩的作用，桥壳还承受着反作用力矩。汽车车桥主减速器的结构型式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有决定性的作用外，也对汽车的行驶性能如动力性、经济性能如有能力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操纵性等有直接影响。因此，车轿的结构形式选择、设计参数选取及设计计算对汽车的整车设计极其重要。汽车车轿主减速器的设计涉及到的机械零部件的品种极为广泛，对这些零部件及总成的制造也几乎要涉及到所有的现代机械制造工艺。因此，本次毕业设计将通过对汽车车桥主减速器的学习和设计实践、结构的优化设计、主要零部件强度的计算分析和有限元分析等内容，可以更好地学习并掌握现代汽车零部件设计与计算分析的相关知识和技能，通过对汽车主减速器的设计与计算，使我对综合运用所学的基础理论、专业知识有了更好的认识和巩固，培养了我对汽车设计的基本技能研究和处理问题的能力，为将来踏入汽车行业奠定扎实的基础。汽车主减速器及差速器是汽车传动中的最重要的部件之一。它能够将万向传动装置产来的发动机转矩传给驱动车轮，以实现降速增扭。主减速器及差速器对提高汽车行驶平稳性和其通过性有着独特的作用，是汽车设计的重点之一。1.2国内外汽车车桥的发展现状及前景:随着目前世界汽车领域新理论，新技术，新工艺，新材料的发展，车桥的结构较传统形式有了很大的改观这些变化主要是为提高汽车的舒适性、安全性和可靠性。根据汽车工业年鉴相关资料，2006年汽车销量达到722万辆，2007年中国汽车销售879.15万辆，2008年汽车产销量将突破1000万，2010年汽车销售规模将达到1263万辆。我国车桥产量虽然以10%以上的速度增长，2010年将达到1335万台，但车桥行业的总体利润率不高，行业资金利税率也在不断下降。另外由于整车厂的产品扩展，使车桥企业向多品种、跨地域发展，车桥企业正面临产业上下游的大力挤压，预期未来3-5年，车桥企业将出现更激烈、更正面的竞争与整合。轻型桥市场，2010年预计轻卡、轻客、SUV、皮卡的市场需求总计将达到212.4万辆，特别是中高档轻卡、中高档皮卡、中高档SUV等市场非常大。同时，轻型整车厂车桥采购体系相对开放，以及轻型车桥企业曙光车桥、湖南车桥、合肥车桥、江铃底盘、福建台亚等市场份额普遍不高，这些有利因素都将促进轻型桥的发展。重型桥市场竞争激烈，进入风险巨大。国内重型车桥生产企业主要集中在山汽改、东风车桥、济南桥箱厂、陕西汉德车桥、重庆红岩和安凯车桥等几家企业，这些企业几乎占到国内重卡车桥90%以上的市场；大中型客车企业车桥市场自主生产较多，社会化采购主要集中在宇通与金龙等企业。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，使得汽车车桥总成也向传动效率高的单级减速方向发展。中国重汽的一位工程师告诉记者，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，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。目前我们卡车中，双级减速桥的应用比例还在60%左右。 不过，有专家认为，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，产品价格高等。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。我国双级桥使用比例下降也是必然的，有专家预测，今后几年内，汽车车桥将会形成以下产品格局：公路运输以10 吨及以上单级减速驱动桥、承载轴为主；工程、港口等用车以10 吨级以上双级减速驱动桥为主。近几年汽车企业的产销数据显示, 汽车市场的集中度正在进一步提高。随着缺陷汽车召回制度及欧E、欧E 排放标准的实施, 加上原材料涨价等因素, 重型车的研发、制造、销售等环节的成本将有一定幅度的上升, 因此, 未来几年内, 汽车市场的盈利水平将会越来越低, 市场价格将会全面调整和适度下降。汽车未来几年盈利水平的降低, 在客观上为汽车的重组创造了条件。 随着整个汽车市场的发展变化, 作为4大总成之一的车桥也会随之发生变化 , 面临市场集中度的问题。目前国 内车桥生产企业也主要集中在山汽改、东风襄樊车桥公司、济南桥箱厂、汉德车桥公司、重庆红岩 桥厂和安凯车桥厂几家企业。这些企业几乎占到国内车桥90%以上的市场。车桥技术趋势 轻量化、低噪声 业内专家认为，总体而言，现在汽车向节能、环保、舒适等方面发展的趋势，要求车桥要轻量化、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”，一汽解放汽车有限公司车桥分公司副总经理刘春伟说，只是由于国内卡车超载现象严重，车桥不得不越做越大。他给记者讲了一个真实的例子，有次他们出口车桥，外方一看“重量超标，别的就不用谈了”。以至于现在出口的车桥都是在国内不能进入市场的产品。其实，“车桥厂家都盼望限制超载的国家法规尽快出台，因为向轻量化发展，材料节省，可以降低成本。” 有专家指出，在噪声方面，国内车桥跟国外的差距较大，今后需要在这方面有所提高。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。 现在国家大力发展高速公路网，环保、舒适、快捷成为汽车市场的主旋律。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、成本低逐渐成为汽车主减速器技术的发展趋势。在产品上，国内汽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撇N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，CAD、CAE等计算机应用技术，以及AUT优AD、UG16、CATIA、proE等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代和产品系列化的特点，这些都对基础件产品提出愈来愈高的配套要求，需要在产品设计上不断地进行二次开发和持续改进，以满足快速多变的市场需求。我国的车用减速器开发设计不论在技术上、制造工艺上，还是在成本控制上都存在不小的差距，尤其是齿轮制造技术缺乏独立开发与创新能力，技术手段落后(国外己实现计算机编程化、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，企业管理方式较为粗放，相当比例的产品仍为中低档次，缺乏有国际影响力的产品品牌，行业整体散乱情况依然严重。这需要我们加快技术创新、技术进步的步伐，提高管理水平，加快与国际先进水平接轨，开发设计适应中国国情的高档车用减速器总成，由仿制到创新，早日缩小并消除与世界先进水平的差距。目前，上汽集团、东风、一汽、北汽等各大汽车集团也正在开展合作项目，希望早日实与世界先进技术的接轨，争取设计开发的新突破。1.3主减速器的结构分析:(1)主减速器作用主减速器的作用将变速器输出的动力再次减速，以增加转矩，之后将动力传递给差速器34。(2)主减速器分类单级主减速器：大部分汽车的主减速器为单级主减速器，减速型式为普通斜齿轮式或锥形齿轮式：图1 锥形齿轮式主减速器图其中锥形齿轮式主减速器如图所示，广泛的应用于后驱汽车的后轿中，变速器输出动力经过传动轴传给主动锥齿轮，经从动锥齿轮减速后传给差速器。普通斜齿轮式主减速器应用于前驱汽车的变速器中。注：对于前驱汽车的变速器中的主减速器，如果发动机在机舱在横置，则主减速器为普通斜齿轮式；如果发动机在机舱内纵置，则主减速器为锥形齿轮式，如桑塔纳、帕萨特等。双级主减速器：在重型货车上，常采用双级主减速器，如下图所示：图2 双级主减速器结构图第一级为锥形齿轮减速，第二级为普通斜齿轮减速。主减速器的齿轮有弧齿锥齿轮，双曲面齿轮，圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。在此选用准双曲面齿轮传动，双曲面齿轮与弧齿锥齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮齿轮传动具有更大的传动比。此外由于偏移距地存在，使得双曲面齿轮比相应的弧齿锥齿轮的尺寸要小，从而可以获得更大的离地间隙。还有就是双曲面传动的主动锥齿轮的螺旋角较大，同时啮合的齿数较多，重合度更大，即可提高传动的平稳性8910。 汽车主减速器有单级式、双级式、等几种。由于单级式主减速器结构简单、质量小、尺寸紧凑以及造价低。广泛用在主减速比i07.6的各种中、小型汽车上。这次设计的为四轮驱动越野汽车主传动比7.6，故这次设计的为单级的主减速器9。1.4 差速器的结构分析:(1)差速器的作用汽车在直线行驶时，左右车轮转速几乎相同，而在转弯时，左右车轮转速不同，差速器能实现左右车轮转速的自动调节，即允许左右车轮以不同的转速旋转34。(2)差速器的组成结构图3 差速器结构图1-差速器壳轴承；2和8-差速器壳体；3和5-调整垫片；4-半轴齿轮（两个）；6-行星齿轮（两个或四个）；7-主减速器从动锥齿轮；9-行星齿轮轴567。(3)差速器的结构形式差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。普通汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器，具有结构简单、质量较小等优点，应用广泛。它可分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强制锁止式差速器。普通齿轮式差速器的传动机构为齿轮式。齿轮差速器分圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种。强制锁止式差速器就是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁。当一侧驱动轮滑转时，可利用差速锁使差速器不起差速作用。差速锁在军用汽车上应用较广。查阅汽车车桥设计，经方案论证，差速器结构形式选择对称式圆锥行星齿轮差速器。普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左、右壳，2个半轴齿轮，4个行星齿轮(少数汽车采用3个行星齿轮，小型、微型汽车多采用2个行星齿轮)，行星齿轮轴(不少装4个行星齿轮的差逮器采用十字轴结构)，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。由于其结构简单、工作平稳、制造方便、用在公路汽车上也很可靠等优点，最广泛地用在轿车、客车和各种公路用载货汽车上有些越野汽车也采用了这种结构，但用到越野汽车上需要采取防滑措施91011。(4)差速器的工作原理和工作状态行星齿轮的自转：差速器工作时，行星齿轮绕行星齿轮轴的旋转称为行星齿轮的自转；行星齿轮的公转：差速器工作时，行星齿轮绕半轴轴线的旋转称为行星齿轮的公转；汽车直线行驶时，主减速器的从动锥齿轮驱动差速器壳旋转，差速器差驱动行星齿轮轴旋转，行星齿轮轴驱动行星齿轮公转，半轴齿轮在行星齿轮的夹持下同速同向旋转，此时，行星齿轮只公转，不自动，左右车轮和转速等于从动锥齿轮的转速。汽车转弯时，行星齿轮在公转的同时，产生了自转，即绕行星齿轮轴的旋转，造成一侧半轴齿轮转速的增加，而加一侧半轴齿轮转速的降低，两侧车轮以不同的转速旋转。此时，一侧车轮增加的转速等于另一侧车轮减少的转速。当将两个驱动轮支起后，车轮离地，如果我们转一侧的车轮，另一侧车轮反方向同速旋转，这时，差速器内的行星齿轮只自转，不公转，两侧半轴齿轮以相反的方向旋转，从而带动两侧车轮反方向同速旋转。 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1本课题要研究或解决的问题:本次设计的是汽车的主减速器和差速器总成。并要使其有一定的通过性。本次设计的内容包括有：方案选择，结构的优化设计与改进，齿轮与齿轮轴的设计与校核，而且在设计过程中，描绘了主减速器与差速器的组成以及差速器的原理和差速过程。2.2本课题拟采用的研究手段:方案的确定主要依据的是原始设计数据，对比同类型的减速器及差速器，确定齿轮的传动比；结构设计中采用行星齿轮和移位锥齿轮传动，并对其中的重要齿轮进行齿面接触和疲劳强度的校核；而轴的设计中着重于齿轮的布置。并对其中最大载荷的危险截面进行了强度的校核。轴承的选用力求结构简单且满足要求。对于差速器的半轴齿轮和行星齿轮则是参考同类型的齿轮的结构参数进行选择了！在本设计中对于这两个齿轮的选择的计算公式就不进行逐个计算了！驱动桥是汽车最重要的系统之一，是为汽车传输和分配动力所设计的。通过本课题设计，使我们对所学过的基础理论和专业知识进行一次全面的，系统的回顾和总结，提高我们独立思考能力和团结协作的工作作风。为减小驱动轮的外廓尺寸,目前主减速器中基本不用直齿圆锥齿轮。实践和理论分析证明，螺旋锥齿轮不发生根切的最小齿数比直齿齿轮的最小齿数少。显然采用螺旋锥齿轮在同样传动比下，主减速器的结构就比较紧凑。此外，它还具有运转平稳、噪声较小等优点。因而在汽车上曾获得广泛的应用。近年来，双曲面齿轮在广泛应用到轿车的基础上，愈来愈多的在轻、中型、重型货车上得到采用。在现代汽车发展中，对主减速器的要求除了扭矩传输能力、机械效率和重量指标外，它的噪声性能已成为关键性的指标。噪声源主要来自主、被动齿轮。噪声的强弱基本上取决于齿轮的加工方法。区别于常规的加工方法，采用磨齿工艺，采用适当的磨削方法可以消除在热处理中产生的变形。因此，与常规加工方法相比，磨齿工艺可获得很高的精度和很好的重复性。汽车在行驶过程中的使用条件是千变万化的。为了扩大汽车对这些不同使用条件的适应范围，在某些中型车辆上有时将主减速器做成双速的，它既可以得到大的主减速比又可得到所谓多档高速，以提高汽车在不同使用条件下的动力性和燃料经济性。 利用加载试验台作为主减速器的综合性能检验设备，在国外早已普遍应用。近些年来，我国的部分厂家也开始使用加载试验台对主减速器进行性能试验。使用加载试验台，可在有载荷的情况下检测主减速器的性能，更接近主减速器的实际使用工况，这样能够发现一些空载试验所检查不出来的问题，可有效控制主减速器的质量。2.3 总结： 本课题研制的主减速器总成试验台是布置在主减速器总成装配线线尾，用于检测主减速器总成装配下线的综合运转性能的试验台。该试验台主要完成以下试验项目:主减速器磨合试验;主减速器空载阻力矩试验;主减速器加载试验:主减速器差速器性能试验:主减速器运行噪音试验。汽车驱动桥中的主减速器总成是汽车传动系的关键部件，它的主要功用是将输入的转矩增大，转速降低，并将接受的动力传递方向改变后，分配到左右驱动轮，使汽车行驶。主减速器总成质量的好坏直接影响到汽车总体质量。因此检验主减速器的性能是很有必要的。该项目主要完成三个系列多个品种的主减速器总成的在线检测，主减速器总成在线检测是该柔性装配线的最后一道工序。本文主要针对汽车主减速器总成综合性能试验台的一些关键技术进行研究。主要结论和成果如下:1、主减速器总成结构与性能的分析:对汽车传动系和驱动桥的结构进行了概述，并探讨了主减速器总成对于整个传动系的重要性。然后对主减速器总成的结构和性能做出了分析，并对主减速器中总成的差速器的结构与原理进行了分析。2、主减速器总成试验规范的研究:通过对主减速器总成常用的试验规范进行初步探究，并结合被试主减速器总成的结构性能特点及其工作状况，制定了被试主减速器总成的试验规范。3、主减速器总成试验台总体设计的研究:通过对主减速器试验的开放式和电封闭式两大基本方案的比较，最终确定了对主减速器总成试验台采用交流变频回馈加载的方案。然后介绍了主减速器总成试验台的总体布局和结构原理，并对试验台的驱动系统、翻转夹具系统和加载系统的工作原理、设计方法进行了分析。4、试验台控制软件简介和试验数据分析首先对试验台的工作控制流程进行了叙述，接着对试验台的控制软件进行了简介，采用WinCC开发的控制软件界面友好，简单易懂，功能强大。最后对试验数据与前面所研究的试验规范进行了验证分析。通过对主减速器总成及其试验在以上几个问题方面的分析研究，为我们以后做其它的汽车零部件试验台提供了一个理论与实践上的指导。试验台的加载电机发出的电能通过直流母线直接回馈到驱动电机输入端，而不反馈回电网，这样不但节能效果好，而且对电网无影响。电机的转速和扭转也可以通过控制系统，很方便地进行调节。试验台的总体水平处于国内主减速器试验台领先水平，其显著特点是技术先进、功能齐全、造价低。2.4展望:本主减速器总成综合性能试验台能满足国内企业的试验要求，处于国内领先水平，但与国外同类产品相比，还有一定的差距。因此，需要对该主减速器试验台进行不断改进和优化。然而，由于时间关系和本人能力有限，还有很多未尽研