基于ProE及ANSYS的載貨汽車主減速器結(jié)構(gòu)設計與有限元分析[含高清CAD圖紙和說明書

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畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目:基于Pro/E及ANSYS的載貨汽車 主減速器結(jié)構(gòu)設計與有限元分析 院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院 專 業(yè) 班 級: 車輛工程07-1 學 生 姓 名: 陳健兵 導 師 姓 名: 孫遠濤 開 題 時 間: 2011年3月16日 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 開題報告撰寫要求 一、“開題報告”參考提綱 1. 課題研究目的和意義； 2. 文獻綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析）； 3. 基本內(nèi)容、擬解決的主要問題； 4. 技術路線或研究方法； 5. 進度安排； 6. 主要參考文獻。 二、“開題報告”撰寫規(guī)范 請參照《黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計說明書及畢業(yè)論文撰寫規(guī)范》要求。字數(shù)應在4000字以上，文字要精練通順，條理分明，文字圖表要工整清楚。 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 陳健兵 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛07-1 指導教師姓名 孫遠濤 職稱 實驗師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是否 題目名稱 基于Pro/E及ANSYS的載貨汽車主減速器結(jié)構(gòu)設計與有限元分析 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 1.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 汽車的驅(qū)動橋位于傳動系的末端，其基本功用是增大由傳動軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩。將轉(zhuǎn)矩分配給左、右車輪，并使左、右車輪具有汽車行駛運動學所要求的差速功能；同時，驅(qū)動橋還要承受作用于路面和車架或承載式車身之間的鉛垂力、縱向力和橫向力及其力矩。在這一過程中主減速器起著重要作用。主減速器的功用是將輸入的轉(zhuǎn)矩增大并相應降低轉(zhuǎn)速，以及當發(fā)動機縱置時還具有改變轉(zhuǎn)矩選轉(zhuǎn)方向的作用。驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)型式按其總體布置來說共有三種，即普通的非斷開式驅(qū)動橋，帶有擺動半軸的非斷開式驅(qū)動橋和斷開式驅(qū)動橋。 主減速器的齒輪主要有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。 (1)螺旋錐齒輪傳動 螺旋錐齒輪傳動的特點是主、從動齒輪軸線垂直相交于一點，齒輪并不同時在全長上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。另外，由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對以上的輪齒同時嚙合，所以它工作平穩(wěn)、能承受較大的負荷、制造也簡單。但是在工作中噪聲大，對嚙合精度很敏感，齒輪副錐頂稍有不吻合便會使工作條件急劇變壞，并伴隨磨損增大和噪聲增大。為保證齒輪副的正確嚙合，必須將支承軸承預緊，提高支承剛度，增大殼體剛度。 (2) 雙曲面齒輪傳動 雙曲面齒輪傳動的特點是主、從動齒輪的軸線相互垂直而不相交，主動齒輪軸線相對從動齒輪軸線在空間偏移一距離E，此距離稱為偏移距。由于偏移距正的存在，使主動齒輪螺旋角 大于從動齒輪螺旋角。根據(jù)嚙合面上法向力相等，可求出主、從動齒輪圓周力之比F1/F2=cosβ1/cosβ2式中，F(xiàn)1、F2 分別為主、從動齒輪的圓周力；β1、β2 分別為主、從動齒輪的螺旋角。雙曲面齒輪傳動比為i0s=F2r2/F1r1=r2cosβ2/ r1cosβ1式中，i0s 為雙曲面齒輪傳動比；r1 、r2 分別為主、從動齒輪平均分度圓半徑。令K= cosβ2/ cosβ1,則i0s=K r2/ r1。由于β1>β2,因此K>1,一般為1．25～1．50。螺旋錐齒輪傳動比i01為i01=r2/r1。這說明： ①當雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪尺寸相同時，雙曲面齒輪傳動有更大的傳動比。 ? ②當傳動比一定，從動齒輪尺寸相同時，雙曲面主動齒輪比相應的螺旋錐齒輪有較大的直徑，較高的輪齒強度以及較大的主動齒輪軸和軸承剛度。 ③當傳動比一定，主動齒輪尺寸相同時，雙曲面從動齒輪直徑比相應的螺旋錐齒輪為小，因而有較大的離地間隙。 ? 另外，雙曲面齒輪傳動比螺旋錐齒輪傳動還具有如下優(yōu)點：? ①在工作過程中，雙曲面齒輪副不僅存在沿齒高方向的側(cè)向滑動，而且還有沿齒長方向的縱向滑動?？v向滑動可改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。 ②曲面齒輪副使其主動齒輪的 大于從動齒輪的 ，這樣同時嚙合的齒數(shù)較多，重合度較大，不僅提高了傳動平穩(wěn)性，而且使齒輪的彎曲強度提高約30％。 ③雙曲面齒輪傳動的主動齒輪直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合輪齒的當量曲率半徑較相應的螺旋錐齒輪為大，其結(jié)果使齒面的接觸強度提高。 ④雙曲綿主動齒輪的變大，則不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)可減少，故可選用較少的齒數(shù)，有利于增加傳動比。 ⑤雙曲面齒輪傳動的主動齒輪較大，加工時所需刀盤刀頂距較大，因而切削刃壽命較長。 ⑥雙曲面主動齒輪軸布置在從動齒輪中心上方，便于實現(xiàn)多軸驅(qū)動橋的貫通，增大傳動軸的離地高度。布置在從動齒輪中心下方可降低萬向傳動軸的高度，有利于降低轎車車身高度，并可減小車身地板中部凸起通道的高度。 但是，雙曲面齒輪傳動也存在如下缺點： ①沿齒長的縱向滑動會使摩擦損失增加，降低傳動效率。雙曲面齒輪副傳動效率約為96％，螺旋錐齒輪副的傳動效率約為99％。 ②齒面間大的壓力和摩擦功，可能導致油膜破壞和齒面燒結(jié)咬死，即抗膠合能力較低。 ③雙曲面主動齒輪具有較大的軸向力，使其軸承負荷增大。 ④雙曲面齒輪傳動必須采用可改善油膜強度和防刮傷添加劑的特種潤滑油，螺旋錐齒輪傳動用普通潤滑油即可。 由于雙曲面齒輪具有一系列的優(yōu)點，因而它比螺旋錐齒輪應用更廣泛。 （3） 圓柱齒輪傳動 圓柱齒輪傳動一般采用斜齒輪，廣泛應用于發(fā)動機橫置且前置前驅(qū)動的轎車驅(qū)動橋和雙級主減速器貫通式驅(qū)動橋以及輪邊減速器。 （4） 蝸桿傳動 與其他齒輪傳動形式相比，蝸桿傳動具有下述優(yōu)點：輪廓尺寸及質(zhì)量小，并可獲得較大的傳動比；工作非常平穩(wěn)，無噪聲；便于汽車的總體布置及貫通式多橋驅(qū)動布置；可以傳遞大的載荷，使用壽命長；結(jié)構(gòu)簡單拆裝方便，調(diào)整容易。其主要缺點是蝸輪齒圈要求使用昂貴的有色金屬合金（青銅）制造，材料成本高；此外，傳動效率低。 主減速器的減速形式可分為單級減速、雙級減速、雙速減速、單雙級貫通、單雙級減速配以輪邊減速等。 改革開放以來，中國汽車行業(yè)的好了長足的發(fā)展，尤其加入WTO以后，我國汽車市場對外開放，汽車工業(yè)逐漸成為世界汽車整體市場的重要主成部分。同樣，車用主減速器也隨著整車的發(fā)展不斷的成長和成熟起來。 與國外相比，我國車用減速器的開發(fā)設計不論在技術上，制造工藝上，還是成本控制上都純在不小的差距。尤其齒輪制造技術缺乏獨立開發(fā)與創(chuàng)新能力，技術手段落后（國外以實現(xiàn)計算機編程化，電算化）。目前比較突出的問題是，行業(yè)整體新產(chǎn)品開發(fā)能力弱，工藝創(chuàng)新及管理水平低，企業(yè)管理方式比較粗放，相當比例的產(chǎn)品仍為中低檔，缺乏國際影響力的產(chǎn)品品牌。行業(yè)整體散亂情況依然嚴重。 總體來說，車用主減速器發(fā)展趨勢和特點是向著六高，二低，二化方向發(fā)展。即高承載能力，高齒面硬度，高精度，高速度，高可靠性，高傳動效率，低噪聲，低成本，標準化，多樣化，計算機技術，信息技術，自動化技術廣泛應用。從發(fā)動機的大馬力，低轉(zhuǎn)速的發(fā)展趨勢以及商用車的最高車速的提升來看，公路用車橋減速器應該向小速比方向發(fā)展，在最大輸出扭矩相同時齒輪的使用壽命要求更高（齒輪疲勞壽命平均可達50 萬次以上）；在額定軸荷相同時，車橋的超載能力更強，主減速器齒輪使用壽命更長，噪音更低，強度更大，潤滑密封能更好，整體剛性好，速比范圍寬。 2.研究的目的、意義 在現(xiàn)代汽車的驅(qū)動橋上，應用廣泛的主減速齒輪型式是“格里森”制或“奧利康”制螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。雙曲面齒輪的特點是主、從動齒輪的軸線不相交而呈空間交叉90°夾角。這對于增強支承剛度，保證齒輪正確嚙合，從而提高齒輪壽命大有益處。另外，由于雙曲面齒輪傳動的主動齒輪的直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合輪齒的當量曲率半徑比相應的螺旋錐齒輪當量曲率半徑大。其結(jié)果是齒面間的接觸應力降低。 本文對汽車的主減速器設計主要是為了使汽車獲得最佳的動力性能，能充分的利用發(fā)動機傳遞過來的轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)減速增扭，提高汽車動力性；此外，由于石油資源的緊缺，所以對減速器進行設計，使汽車獲得最佳的經(jīng)濟性對于提高汽車在市場上的競爭力有很大幫助，對于不同的汽車選用不同的主減速器和主減速形式，可以提高和改善汽車的性能。 通過對汽車主減速器的學習和設計實踐，可以更好的學習并掌握現(xiàn)代汽車設計與機械設計的全面知識和技能，還可以學習和運用多種設計軟件。所以本題基于Pro/E及ANSYS對載貨汽車主減速器結(jié)構(gòu)設計與有限元分析具有一定的實際意義。 二、設計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 1.設計內(nèi)容 (1) 載貨汽車主減速器的結(jié)構(gòu)形式和主要參數(shù)的選擇； (2) 主減速器的結(jié)構(gòu)設計計算； (3) 主減速器主、從動錐齒輪的強度校核； (4) 主減速器Pro/E模型的建立； (5) 應用ANSYS進行主減速器齒輪有限元分析。 2. 擬解決的主要問題 （1）主減速器主、從動錐齒輪的支承方案的選擇； （2）進行有限元分析，保證主減速器主、從動錐齒輪的強度； （3）在各種載荷及轉(zhuǎn)速工況下有高的傳動效率。 三、技術路線（研究方法） 主減速器設計方案的確定 主減速器結(jié)構(gòu)形式的選擇 主減速器的設計計算 其他零部件的設計計算 主動錐齒輪的設計計算 從動錐齒輪的設計計算 主減速器強度的校核 分 析 主減速器的建模 問 題 原 因 主減速器的有限元分析 合 不合理 理 主減速器設計完成 四、進度安排 1. 調(diào)研，收集資料，撰寫開題報告，進行開題答辯 第1～2周(2月28日-3月13日) 2. 主減速器的方案設計，熟悉Pro/E、ANSYS軟件 第3～4 周(3月14日-3月27日) 3. 繪制主減速器總成圖及零部件圖，完成設計計算，建立Pro/E模型圖，進行中期檢查 第5～8 周(3月28日-4月24日) 4. 運用ANSYS軟件進行主減速器有限元分析 第9～11 周(4月25日-5月15日) 5. 撰寫設計說明書并完善圖紙設計 第12周(5月16日-5月22日) 6. 完善設計，提交指導老師審核并修改 第13～14周(5月23日-6月5日) 7. 提交系里評閱并修改，準備答辯 第15～16周(6月6日-6月19日) 8. 畢業(yè)設計答辯 第17周(6月20日-6月26日) 五、參考文獻 [1] 胡磊. 汽車主減速器螺旋錐齒輪參數(shù)化建模與有限元分析[D].武漢理工大學論文,2008.4. 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