輕型貨車后驅動橋設計

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 譯文： 驅動橋是汽車總成中的重要承載件之一,其性能直接影響整車的性能和有效使用壽命。驅動橋一般由橋殼、主減速器、差速器和半殼等元件組成,轉向驅動橋還包括各種等速聯(lián)軸節(jié),結構更復雜。傳統(tǒng)設計是以生產經驗為基礎,以運用力學、數(shù)學和回歸方法形成的公式、圖表、手冊等為依據(jù)進行的?，F(xiàn)代設計是傳統(tǒng)設計的深入、豐富和發(fā)展,而非獨立于傳統(tǒng)設計的全新設計。以計算機技術為核心,以設計理論為指導,是現(xiàn)代設計的主要特征。利用這種方法指導設計可以減小經驗設計的盲目性和隨意性,提高設計的主動性、科學性和準確性。同樣,對驅動橋的研究不應僅停留在傳統(tǒng)設計方法上,而應借助于現(xiàn)代設計方法以精益求精。本文對研究驅動橋所涉及的現(xiàn)代設計方法做了比較深入的研究,提出將各種設計方法互相結合,針對不同的設計內容分別應用不同的方法,以促進其設計過程趨于合理化和科學化。 1　CAD/CAE技術 CAD是利用計算機系統(tǒng)在工程和產品設計的各個階段為設計人員提供各種快速、有效的工具和手段,加快和優(yōu)化設計過程及設計結果,以達到最佳設計需要的技術。將CAD技術應用于機械產品設計,不但可以縮短設計周期,還可以提高設計的精確度和可靠性,從而實現(xiàn)設計過程的最佳化和自動化。其發(fā)展呈開放、集成及智能的趨勢。目前常用的三維CAD造型軟件有Pro/E、UG、MDT、Solid Works、AutoCAD等。Pro/E是一種CAD/CAE/CAM一體化的軟件系統(tǒng),具有強大的實體造型和表面造型功能,可構造非常復雜的模型。產生的模型可形成裝配體,并能生成制造該模型零件的模具。無論零件模型、裝配體模型還是模具模型,都可轉化為二維工程圖。它采用單一的數(shù)據(jù)庫,在任何階段都能自動修改各階段的相應數(shù)據(jù)。CAE方法中的有限元技術是計算數(shù)學、計算力學和計算工程科學領域里誕生的最有效的計算方法。有限元方法形態(tài)豐富,理論基礎完善,且已經開發(fā)出一批通用有限元程序,使用這些軟件可解決工程領域眾多的大型科學和計算難題,有限元計算結果已成為各類工業(yè)產品設計和性能分析的可靠依據(jù)。許多有限元分析程序將有限元分析、計算機圖形學與優(yōu)化技術結合起來,形成完整的計算機輔助分析系統(tǒng),可顯著提高產品設計性能,縮短設計周期,增強產品的競爭力。在眾多有限元分析商業(yè)軟件中,ANSYS是最通用有效的軟件之一,它擁有豐富和完善的單元庫、材料模型庫和求解器,確保高效地求解各類結構的靜力、動力、振動、線性和非線性問題以及熱分析和熱-結構耦合問題,其高級分析技術還能進行參數(shù)化設計、優(yōu)化設計和拓撲優(yōu)化等。CAD/CAE技術在驅動橋的研究和設計中大有用武之地。對于新產品,用CAD造出驅動橋各個元件的實體模型,用CAE對這些模型進行計算,檢驗其性能是否滿足要求。如果不滿足要求可修改模型,直到滿意為止。最后將模型轉化為工程圖,便可制造產品。如果將CAD/CAE與CAM或快速成型技術結合起來,能顯著縮短從設計到制造的整個產品周期,還可生成現(xiàn)有零件的零件庫,以方便相似或系列驅動橋的設計。當然,對已有零件進行強度和失效分析以及改進也會經常用到這種方法。在分析某微型車專用驅動橋殼的破壞原因時,參考文獻[1]采用了CAD/CAE方法。先用三維CAD造型軟件Deas建造該橋殼的模型,然后用有限元方法進行計算,發(fā)現(xiàn)局部區(qū)域出現(xiàn)應力集中,該區(qū)域與破壞區(qū)域吻合。采用不同方案對模型進行修改,并計算修改后模型的應力分布,找到了較好的改善方案。改進后的驅動橋使用情況良好。 參考文獻[2]則將CAD/CAE技術與C語言相結合,利用C語言中的“類”對系統(tǒng)控制模塊和功能模塊元素及成員函數(shù)進行封裝,得到優(yōu)化的系列驅動橋產品數(shù)據(jù)模型,最大限度地利用了現(xiàn)有設計資源。 2　可靠性工程 可靠性工程以概率和隨機分布為基礎,研究各種結構在規(guī)定條件和規(guī)定時間內,完成規(guī)定功能的概率。人們對隨機現(xiàn)象的研究由來已久,但其在工程中的應用卻并非相伴而生。傳統(tǒng)設計認為材料本身的性能(強度、韌性和硬度等)和所受到的應力都是常量,以此為指導的產品偏于保守。考慮隨機性并在設計中引入可靠度,更真實地反映了客觀現(xiàn)實,由此設計出的產品也更科學、合理?，F(xiàn)在,一些發(fā)達國家設計制造的某些零件,其壽命可以精確到小時,如果沒有可靠性計算,是不可想象的。機械結構常用的可靠度計算方法是一次二階矩法。該法將狀態(tài)函數(shù)(強度與應力之差)在均值點處按泰勒級數(shù)展開,忽略二次以上項,便可得到可靠度指標。由于該法假設各個變量均為相互獨立的正態(tài)隨機變量,且只取級數(shù)的線性項,故與實際偏差較大。為此,人們又改進了這種方法,得到設計驗算點法、等效正態(tài)分布法和拉格朗日乘子法等[3]。近年來,隨著模糊數(shù)學和有限元技術的發(fā)展,出現(xiàn)了模糊可靠度設計和基于可靠度的有限元計算等新方法,可靠度本身的計算也由半經驗半概率法、近似概率法發(fā)展到更精確的全概率法。 為了使驅動橋的性能更優(yōu)良,壽命更符合人們的要求,包括橋殼、齒輪到半軸的設計都必須將可靠度考慮進去。在參考文獻[4]中,為了實現(xiàn)給定可靠度求出驅動橋殼內徑,作者對貝葉斯統(tǒng)計后期期望方法進行了整理,得到了基于貝葉斯統(tǒng)計的驅動橋殼的可靠性設計,并通過例子予以驗證。結果表明該方法克服了傳統(tǒng)方法的保守性,使設計更合理。參考文獻[5]介紹了可靠性設計在驅動橋主減速器設計中的應用,給出了單級輪式工程機械主減速器的可靠性優(yōu)化數(shù)學模型和算例分析,得出了該方法對減小驅動橋尺寸、節(jié)省材料、提高承載能力和使用壽命具有較大實際意義的結論。 3　模態(tài)分析 模態(tài)分析是對工程結構進行振動分析研究的最先進的現(xiàn)代方法與手段之一。它可以定義為對結構動態(tài)特性的解析分析(有限元分析)和實驗分析(實驗模態(tài)分析),其結構動態(tài)特性用模態(tài)參數(shù)來表征。在數(shù)學上,模態(tài)參數(shù)是力學系統(tǒng)運動微分方程的特征值和特征向量;而在實驗方面,則是測得的系統(tǒng)的極點(固有頻率和阻尼)和振型(模態(tài)向量)。模態(tài)分析技術的特點與優(yōu)點是在對系統(tǒng)做動力學分析時,用模態(tài)坐標代替物理學坐標,從而可大大壓縮系統(tǒng)分析的自由度數(shù)目,分析精度較高。對于大型復雜的系統(tǒng),比如汽車,可采用子結構分析方法。它是把復雜的大型結構劃分為各子結構,分別對子結構進行有限元分析或實驗模態(tài)分析,取得子結構的動力模型及其特性參數(shù),再將子結構按照一定方法綜合成一整體進行分析,是一種有效縮減自由度的方法。驅動橋的振動特性不但直接影響其本身的強度,而且對整車的舒適性和平順性有著至關重要的影響。因此,對驅動橋進行模態(tài)分析,掌握和改善其振動特性,是設計中的重要方面。參考文獻[6]通過模態(tài)分析方法找到了某汽車驅動橋的破壞原因。該車使用中其驅動橋殼中部區(qū)域常出現(xiàn)裂紋,靜強度計算表明該橋殼靜應力分布合理,破壞區(qū)的靜應力很小。模態(tài)分析中橋殼的前九階頻率在路面譜頻率范圍內,在路面譜的激勵下很容易引起垂直方向的共振。進一步的強迫振動分析表明,其中部某些部位應力超過了材料的強度極限,動態(tài)特性不好、動強度不足是產生驅動橋破壞的根本原因。這不但說明模態(tài)分析方法在驅動橋研究和設計中有著具體的應用,而且還是必要的。因為傳統(tǒng)設計和分析方法不足以解決汽車關鍵部件的動態(tài)承載強度問題。 4　優(yōu)化算法 現(xiàn)代優(yōu)化算法包括神經網(wǎng)絡、禁忌搜索算法、模擬退火算法、遺傳算法和拉格朗日松弛算法等。這些算法涉及生物進化、人工智能、數(shù)學和物理學、神經系統(tǒng)和統(tǒng)計力學等概念,是以一定的直觀為基礎構造的算法,稱之為啟發(fā)式算法。啟發(fā)式算法的興起與計算復雜性理論的形成有密切關系。當人們不滿足于常規(guī)算法求解復雜問題時,現(xiàn)代優(yōu)化算法開始體現(xiàn)其作用。模擬退火算法是局部搜索算法的擴展,它是一種全局最優(yōu)算法,可應用于組合最優(yōu)化問題。遺傳算法是一種隨機的全局搜索算法,能在搜索過程中自動獲取和積累有關空間的知識,并自適應地控制搜索過程,從而得到最優(yōu)解或次優(yōu)解。由于遺傳算法具有兼容性,因此可根據(jù)遺傳算法和模擬退火算法各自的優(yōu)點,將兩者相結合構造遺傳模擬退火算法,對離散與連續(xù)的設計變量進行多目標優(yōu)化設計。另外,模糊數(shù)學和優(yōu)化相結合產生了模糊優(yōu)化算法,可靠性工程和優(yōu)化的結合則產生基于可靠性的優(yōu)化算法。可以預見,隨著科學技術的發(fā)展,必然會出現(xiàn)各種新型的、更先進的優(yōu)化算法。將優(yōu)化算法引入驅動橋及各元件的設計,可以減小部件體積、節(jié)省材料、優(yōu)化傳動結構、優(yōu)化傳動零件的參數(shù),使其設計更科學、合理。參考文獻[7]和[8]分別用神經網(wǎng)絡、遺傳算法對直齒和斜齒輪傳動進行了優(yōu)化,以齒輪副體積最小為目標函數(shù),達到了令人滿意的結果。這表明應用優(yōu)化算法進行驅動橋傳動零件結構尺寸優(yōu)化設計可行、高效。 參考文獻: [1]　陳效華.基于有限元方法的微型汽車驅動橋結構分析[J].中國制造業(yè),2003,32(4). [2]　陳效華.驅動橋集成建模系統(tǒng)概要設計[J].汽車工程,2003,25(1). [3]　李光熠.機械可靠度計算的幾種方法比較[J].煤礦機械,2001(5). [4]　王　鐵,等.基于貝葉斯統(tǒng)計的驅動橋殼可靠性設計[J].機械設計與制造,2003(2). [5]　王　鐵,等.輪式工程機械驅動橋主減速器齒輪的可靠性優(yōu)化設計[J].機械設計與制造,2003(4). [6]　褚志剛,等.汽車驅動橋殼破壞機理分析研究[J].設計與計算,2001(6). [7]　畢春長,等.齒輪傳動機構人工神經網(wǎng)絡輔助優(yōu)化設計[J].機械設計,2000(2). [8]　丁予展.實數(shù)編碼的遺傳算法在斜齒圓柱齒輪傳動優(yōu)化設計中的應用[J].機械科學與技術,2000,19(6). [9]　郭永基.可靠性工程原理[M].北京:清華大學出版社,2002. [10]　張國忠.現(xiàn)代設計方法在汽車設計中的應用[M].沈陽:東北大學出版社,2002.