基于有限元中型貨車半軸與橋殼的設計【4張cad圖紙+文檔全套資料】

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SY-025-BY-2 畢業(yè)設計（論文）任務書 學生姓名 劉元鑫 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛07-4 指導教師姓名 王永梅 職稱 講師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 基于有限元中型貨車半軸與橋殼的設計 一、設計（論文）目的、意義 　 中型貨車在汽車行業(yè)中應用較廣泛，而半軸與橋殼是重型貨車的一個重要部件，其設計的成功與否決定著車輛的動力性、平順性、經濟性等多方面的設計要求。在我國傳統(tǒng)的設計方式中以手工繪圖或采用AutoCAD 繪制二維平面圖，做出成品進行試驗為主，無法滿足快速設計的需求，造成產品開發(fā)周期長、設計成本高。利用ANSYS軟件對半軸與橋殼進行分析校核，能夠大大提高設計的效率和質量，為中型貨車的研發(fā)縮短了寶貴的時間。 二、設計（論文）內容、技術要求（研究方法） （一）設計內容 依據(jù)主要技術指標確定半軸與橋殼的類型，對其結構進行設計，并計算相應參數(shù)尺寸，對主要結構尺寸進行校合，有限元技術在ANSYS中對半軸與橋殼進行強度校核，對其應力分布和變形分布狀況進行研究，驗證設計的合理性。 （二）設計的車型和主要參數(shù) 依據(jù)主要技術指標設計的車型為解放J5K俊威 型號為CA1103P9K2L2E，載質量4870kg,整備質量4830kg,滿載總質量9895kg,車長為7840mm,車寬2476mm,車高2750mm。根據(jù)車型來確定半軸與橋殼的類型，對其結構進行設計，并計算相應參數(shù)尺寸，對主要結構尺寸進行校合，用pro/e建模在用有限元技術ANSYS對橋殼進行強度校核，對其應力分布和變形分布狀況進行研究，驗證設計的合理性。 （三）研究方法 1、 參考相關資料，對比各種半軸與橋殼優(yōu)缺點，初步確定設計方案。 2、 實地考察相關類型的車，為最終設計方案提供依據(jù)。 3、ANSYS軟件分析驗證合理性。 4、利用Autocad軟件繪制半軸與橋殼圖紙。 三、設計（論文）完成后應提交的成果 （一）計算說明部分 完成設計說明書1.5萬字。其中包括半軸與橋殼零部件進行設計及強度校和部分。 （二）圖紙部分 半軸與橋殼裝配圖零件圖若干張。 四、設計（論文）進度安排 （1）調研、查閱相關資料、完成開題報告 第1～2周（2月28日～3月14日） （2）確定總體方案 第3～4周（3月15日～3月28日） （3）對半軸與橋殼結構及尺寸參數(shù)進行設計第5～6周（3月29日～4月11日） （4）ANSYS軟件驗證半軸與橋殼設計合理性第7周（4月12日～4月18日） （5）建立半軸與橋殼的零件圖及裝配模型 第8～11周（4月19日～5月16日） （5）書寫設計說明書第12～13周（5月17日～5月30日） （6）設計審核、修改設計說明書 第14～16周（6月1日～6月20日） （7）畢業(yè)設計答辯準備及答辯 第17周（6月21日～6月27日） 五、主要參考資料 [1]蔣崇賢，何明輝《專用汽車設計》 武漢工業(yè)大學出版社 [2]工程中的有限元方法(第3版)．機械工業(yè)出版社，2004 [3]黃天澤，黃金陵．汽車車身結構與設計．機械工業(yè)出版社，2000 [4]孫桓主編.機械設計.機械工業(yè)出版社出版 [5]余志生． 汽車理論[M]，機械工業(yè)出版社，1987 [6]陳家瑞主編.汽車構造.人民交通出版社出版 [7]吳鎮(zhèn)著.理論力學.上海:上海交通大學出版社，1997 [8]呂慧瑛.機械設計基礎.北京:清華大學出版社，2002 六、備注 指導教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目: 基于有限元中型貨車半軸與橋殼設計 院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院 專 業(yè) 班 級: 車輛工程 07-4 學 生 姓 名: 劉元鑫 導 師 姓 名: 王永梅 開 題 時 間: 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 劉元鑫 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛07-4 指導教師姓名 王永梅 職稱 講師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 基于有限元中型貨車半軸與橋殼的設計 一、 課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 1、 研究現(xiàn)狀 近些年來，隨著中重型貨車在國際車市上凸顯強勁的增長勢頭和市場占有率，隨著中重型貨車市場的發(fā)展，作為四大總成之一的車橋也飛速的發(fā)展起來，所以國內外都對車橋行業(yè)投入了大量的人力物力，國內市場過去，商用車整車企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略是車身必須自制，發(fā)動機立足或爭取自制，而車橋則一般采用社會資源。然而，隨著近年商用車市場，特別是中、重型卡車市場競爭的加劇，為了在核心總成上不受制于人，國內一汽、中國重汽等主要商用車企業(yè)要么投巨資、重兵布局發(fā)展自己的車橋業(yè)務；要么積極主動與有關大型車橋生產企業(yè)建立長期戰(zhàn)略聯(lián)盟，以確保自己穩(wěn)定的零部件供應。國外市場，作為目前頂級的歐洲品牌的車橋代表了當今世界最高的設計水平，如戴姆勒－克萊斯勒公司20 世紀90 年代末期開發(fā)的全新重型卡車ACTROS 系列VOLVO的FM FH系和SCANIA的第5代(4系列G級)，代表著技術變革的前沿MAN 的重型卡車TGA五十鈴F系列等都代表著目前世界最高水平載貨車車橋設計水平。 隨著中國加入WTO 和中國運輸結構變化、消費水平的提高，國內市場對中重型車產品需求向多層次、多品種方向發(fā)展。未來市場對中重型載貨車的需求穩(wěn)步上升，2010 年達到40 萬輛。在總量需求中，中重型車的需求增量較大，2010 年占總需求的70 %。特別是高速公路的飛速發(fā)展，為大噸位、大功率載貨車提供了得天獨厚的有利條件。我國集裝箱運輸業(yè)的高速發(fā)展，也為大噸位、大功率載貨車提供了廣闊的用武之地。1999 年后, 中重型載貨汽車高速增長, 特別是2000 年、2001 年( 上半年) 其增長率分別達66. 64%、86. 32%, 遠遠高于汽車行業(yè)增長率14%。2005 年汽車銷售20 萬輛, 年增長率為17%，在未來的幾年內,中重型車和大型客車將進入高速增長時期, 車橋的需求量也將隨之劇增。 近年來，隨著普利適優(yōu)迪車橋有限公司、美國車橋國際控股有限公司（AAM）等在中國的紛紛落戶，我國車橋行業(yè)內，外資公司由合資到獨資的逐漸滲入也在加快進程。也加快了國內車橋市場的發(fā)展，如今國內上百家商用車車橋企業(yè)中，具有一定實力、水平及規(guī)模的只有十多家，目前，國內中、重型車橋生產企業(yè)主要集中在東風德納車橋有限公司、一汽解放汽車有限公司車橋分公司、中國重汽濟南橋箱有限公司、陜西漢德車橋有限公司、安徽安凱福田曙光車橋有限公司、一汽山東汽車改裝廠及青特眾力車橋有限公司等七家企業(yè)，這些企業(yè)幾乎占到國內中重卡車橋90%以上的市場。國內許多汽車廠家相繼引進了一些中重型車型，其后橋殼大多為鋼板沖壓焊接而成。但沖壓焊接式橋殼采用沖壓成型的方法存在材料成形困難，有的還需增加退火工藝，能耗高、工序多，制造工藝復雜，生產成本高。汽車在崎嶇的路面上顛簸行駛，受到交變負荷的作用，橋殼焊接處易出現(xiàn)脫焊開裂問題，疲勞性能差，超載易變形，主減速器齒輪正常嚙合受影響，噪聲大，減少了驅動橋總成的使用壽命。球墨鑄鐵具有高強度、高韌性、高可靠性、高壽命的特點，能生產出最接近要求的形狀。隨著球墨鑄鐵技術的發(fā)展，鑄造已成為取代沖壓焊接生產汽車后橋殼的首選方法。因為與沖壓焊接后橋殼相比，鑄造后橋殼具有強度和剛度較大，生產成本低，拆裝、保養(yǎng)、維修方便等優(yōu)點。近年來，東風德納開發(fā)的不少產品占領了國內車橋產品技術的制高點：13噸單雙橋產品技術國內領先，13噸級驅動橋則充分吸收了美國德納及日產柴驅動橋技術，承載能力更強、齒輪壽命更長、噪音更低，廣泛應用于東風天龍等中重型商用車。中重型輪邊減速橋是為適應超重載型的自卸車運輸市場而開發(fā)的全新車橋，因其卓越的技術優(yōu)勢而成為市場新寵，也為我國汽車行業(yè)生產中重型后橋殼開拓了一條新路。 隨著科學技術的進一步發(fā)展，企業(yè)只有提高設計研發(fā)的能力才能跟上發(fā)展的腳步，現(xiàn)代工業(yè)的典型特征就是大量使用計算機，所以人們希望借助計算機輔助分析技術（CAE）來解決相關復雜問題，有限元作為CAE技術的一種關鍵計算方法，被廣泛的應用于各個行業(yè)，ANSYS軟件是美國ANSYS 公司研制的大型通用有限元分析軟件，能夠進行包括結構﹑熱﹑聲﹑流體以及電磁場等科學研究，在核工業(yè)﹑鐵道﹑石油化工﹑航空航天 ﹑機械制造﹑能源﹑汽車交通﹑國防軍工﹑電子﹑土木工程﹑造船﹑生物醫(yī)學﹑輕功﹑地礦﹑水利﹑日用家電等領域有廣泛應用，驅動橋作為汽車四大總成之一，用pro/e建模再用ansys分析既方便又快捷。 2、選題目的和意義 中型貨車在汽車行業(yè)中應用較廣泛，而半軸與橋殼是中型貨車重要的承載件和傳力件。驅動橋殼支承汽車重量，并將載荷傳給車輪。作用在驅動車輪上的牽引力、制動力、側向力、垂向也是經過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上?。因此，驅動橋殼的使用壽命直接影響汽車的有效使用壽命。合理地設計驅動橋殼，使其具有足夠的強度、剛度和良好的動態(tài)特性，減少橋殼的質量，有利于降低動載荷，提高汽車行駛的平順性和舒適性。其作用主要有：支撐并保護主減速器、差速器和半軸等，使左右驅動車輪的軸向相對位置固定；同從動橋一起支撐車架及其上的各總成質量；汽車行駛時，承受由車輪傳來的路面反作用力和力矩并經懸架傳給車架等。驅動橋殼應有足夠的強度和剛度且質量小，并便于主減速器的拆裝和調整。由于橋殼的尺寸和質量比較大，制造較困難，故其結構型式應在滿足使用要求的前提下應盡可能便于制造，驅動橋殼分為整體式橋殼，分段式橋殼和組合式橋殼三類。整體式橋殼具有較大的強度和剛度，且便于主減速器的裝配、調整和維修，因此普遍應用于各類汽車上。但是由于其形狀復雜，因此應力計算比較困難。根據(jù)汽車設計理論，驅動橋殼的常規(guī)設計方法是將橋殼看成一個簡支梁并校核幾種典型計算工況下某些特定斷面的最大應力值，然后考慮一個安全系數(shù)來確定工作應力，這種設計方法有很多局限性。因此近年來，許多研究人員利用有限元方法對驅動橋殼進行了計算和分析。 在我國傳統(tǒng)的設計方式中以手工繪圖或采用AutoCAD 繪制二維平面圖，做出成品進行試驗為主，無法滿足快速設計的需求，造成產品開發(fā)周期長、設計成本高。利用ANSYS軟件對橋殼進行分析校核，能夠大大提高設計的效率和質量，為中型貨車的研發(fā)縮短了寶貴的時間。 二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 依據(jù)主要技術指標設計的車型為解放J5K威馳 型號為CA1103P9K2L2E，載質量4870kg,整備質量4830kg,滿載總質量9895kg,車長為7840mm,車寬2476mm,車高2750mm。根據(jù)車型來確定半軸與橋殼的類型，對其結構進行設計，并計算相應參數(shù)尺寸，對主要結構尺寸進行校合，用pro/e建模在用有限元技術ANSYS對橋殼進行強度校核，對其應力分布和變形分布狀況進行研究，驗證設計的合理性。 （二）擬解決問題 （1）半軸的設計 1. 半軸計算載荷的確定 2. 半軸的桿部直徑的初選 3. 半軸的強度計算 4. 半軸花鍵的強度計算 （2）橋殼的設計 1. 橋殼的受力分析 2. 橋殼的靜彎曲應力計算 3. 各種工況下橋殼強度的分析 （3）ANSYS軟件分析驗證 （4）利用Autocad軟件繪制半軸與橋殼圖紙。 三、技術路線（研究方法） 調研并查閱相關資料 總體方案的確定  橋殼的設計 半軸的設計  橋殼的Pro-e建模 設計結果的ANSYS校核 利用AUTOCAD繪圖 完成畢業(yè)設計和設計說明書 四、進度安排 （1）調研、查閱相關資料、完成開題報告 第1～2周（2月28日～3月14日） （2）確定總體方案 第3～4周（3月15日～3月28日） （3）對半軸與橋殼結構及尺寸參數(shù)進行設計第5～6周（3月29日～4月11日） （4）ANSYS軟件驗證橋殼設計合理性第7周（4月12日～4月18日） （5）建立半軸與橋殼的零件圖及裝配圖 第8～11周（4月19日～5月16日） （5）書寫設計說明書第12～13周（5月17日～5月30日） （6）設計審核、修改設計說明書 第14～16周（6月1日～6月20日） （7）畢業(yè)設計答辯準備及答辯 第17周（6月21日～6月27日） 五、參考文獻 [1] 辛 木. 中國商用車車橋行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展動向.2008．09 [2] 張　驕, 楊建. 重載貨車驅動橋殼有限元分析. 2010．04 [3] 鄭燕萍，王瑜，宋懷. 基于CAE 的驅動橋殼設計方法探討.2007 [4] 王文竹，程勉宏，劉剛. 汽車驅動橋殼的有限元分析. 2008.03 [5] 童麟章. 驅動橋半軸的有限元分析設計.2010年第3期 [6] 張冬， 尤華勝. 中重型商用汽車驅動橋殼的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢．2008.09 [7] 張　驕, 楊建偉. 重載貨車驅動橋殼有限元分析.2010．02 [8] 焦紅蘭，黃衛(wèi)祥 2. 13 t單級減速驅動橋總成疲勞試驗研究.2006．10 [9] 何延俊. 單縱臂橫扭桿獨立懸架驅動橋設計研究. 2004.04 [10] 羊玢，孫慶鴻，王睿. 基于參數(shù)化的車輛驅動橋殼動態(tài)優(yōu)化設計.2005．05 [11] 楊朝會，王豐元， 馬浩. 基于有限元方法的載貨汽車驅動橋殼分析.農業(yè)裝備與車輛工程. 2006年第10期 [12] 李奇霏，徐梁晉.淺談 基于虛擬現(xiàn)實技術的中型客車驅動橋設計與開發(fā).2007．02 [13] 王革新. 某車型汽車驅動橋殼的力學分析2006．02 [14] 王鐵，張國忠，周淑文. 路面不平度影響下的汽車驅動橋動載荷.2003．01 [15] 王豐元，周群輝，楊朝會，王愛兵. 汽車驅動橋虛擬設計系統(tǒng)研究.2009．04 [16] 劉惟信. 汽車車橋設計 北京 清華大學出版社. 2003.1 [17] 王慶五，左眆，胡仁喜.ANSYS 10.0機械設計高級應用實例 北京 機械工業(yè)出版社.2006.1 [18] Piotr A. Dudziński． The problems of multi-axle vehicle drives Original Research Article． Shanghai Jiaotong Univ． 1986．03 [19] JIN Jun-song．Die design for cold precision forging of bevel gear based on finite element method． J． Cent． South Univ． Technol．．2009．06 六、備注 指導教師意見： 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 填表日期 2009年 4月 26日 迄今已進行 8 周剩余 9 周 學生姓名 劉元鑫 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛B07-4 指導教師姓名 王永梅 職稱 講師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 基于有限元中型貨車半軸與橋殼的設計 學 生 填 寫 畢業(yè)設計（論文）工作進度 已完成主要內容 待完成主要內容 　1.調研、查閱相關資料、完成開題報告 2. 確定驅動橋殼和半軸的總體方案 3. 對半軸與橋殼結構及尺寸參數(shù)進行設計 4. ANSYS軟件驗證橋殼設計合理性 1.建立半軸與橋殼的零件圖及裝配圖 2. 書寫設計說明書 3. 設計審核、修改設計說明書 存在問題及努力方向 　對CAD畫圖軟件使用還不夠熟練，對ANSYS軟件了解還不夠深，以后還要對驅動橋的結構有更深的了解。 學生簽字： 指導教師 意 見 指導教師簽字： 年 月 日 教研室 意 見 教研室主任簽字： 年 月 日 畢業(yè)論文指導教師評分表 學生姓名 劉元鑫 院系 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛07-4 指導教師姓名 王永梅 職稱 講師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 基于有限元中型貨車半軸與橋殼的設計 序號 評 價 項 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況；題目難易度 10 2 題目工作量；選題的理論意義或實際價值 10 3 查閱文獻資料能力；綜合運用知識能力 15 4 研究方案的設計能力；研究方法和手段的運用能力；外文應用能力 25 5 文題相符程度；寫作水平 15 6 寫作規(guī)范性；篇幅；成果的理論或實際價值；創(chuàng)新性 15 7 科學素養(yǎng)、學習態(tài)度、紀律表現(xiàn)；畢業(yè)論文進度 10 得 分 X= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點） 工作態(tài)度： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（研究方案、研究方法、正確性）： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 指導教師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計指導教師評分表 學生姓名 劉元鑫 院系 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛07-4 指導教師姓名 王永梅 職稱 講師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 基于有限元中型貨車半軸與橋殼的設計 序號 評 價 項 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況；題目難易度 10 2 題目工作量；題目與工程實踐、社會實際、科研與實驗室建設等的結合程度 10 3 綜合運用知識能力（設計涉及學科范圍，內容深廣度及問題難易度）；應用文獻資料能力 15 4 設計（實驗）能力；計算能力（數(shù)據(jù)運算與處理能力）；外文應用能力 20 5 計算機應用能力；對實驗結果的分析能力（或綜合分析能力、技術經濟分析能力） 10 6 插圖（圖紙）質量；設計說明書撰寫水平；設計的實用性與科學性；創(chuàng)新性 20 7 設計規(guī)范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等） 5 8 科學素養(yǎng)、學習態(tài)度、紀律表現(xiàn)；畢業(yè)論文進度 10 得 分 X= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點） 工作態(tài)度： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 說明書規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（設計方案、設計方法、正確性） 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 指導教師簽字： 年 月 日 畢業(yè)論文評閱人評分表 學生 姓名 劉元鑫 專業(yè) 班級 車輛07-4 指導教 師姓名 王永梅 職稱 講師 題目 　基于有限元中型貨車半軸與橋殼的設計 評閱組或預答辯組成員姓名 出席 人數(shù) 序號 評 價 項 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況；題目難易度 15 2 題目工作量；選題的理論意義或實際價值 10 3 查閱文獻資料能力；綜合運用知識能力 20 4 研究方案的設計能力；研究方法和手段的運用能力；外文應用能力 25 5 文題相符程度；寫作水平 15 6 寫作規(guī)范性；篇幅；成果的理論或實際價值；創(chuàng)新性 15 得 分 Y= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點） 　 回答問題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問題□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（研究方案、研究方法、正確性）： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 　 評閱人或預答辯組長簽字： 年 月 日 注：畢業(yè)設計（論文）評閱可以采用2名評閱教師評閱或集體評閱或預答辯等形式。 畢業(yè)設計評閱人評分表 學生 姓名 劉元鑫 專業(yè) 班級 車輛07-4 指導教 師姓名 王永梅 職稱 講師 題目 　基于有限元中型貨車半軸與橋殼的設計 評閱組或預答辯組成員姓名 出席 人數(shù) 序號 評 價 項 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況；題目難易度 10 2 題目工作量；題目與工程實踐、社會實際、科研與實驗室建設等的結合程度 10 3 綜合運用知識能力（設計涉及學科范圍，內容深廣度及問題難易度）；應用文獻資料能力 15 4 設計（實驗）能力；計算能力（數(shù)據(jù)運算與處理能力）；外文應用能力 25 5 計算機應用能力；對實驗結果的分析能力（或綜合分析能力、技術經濟分析能力） 15 6 插圖（圖紙）質量；設計說明書撰寫水平；設計的實用性與科學性；創(chuàng)新性 20 7 設計規(guī)范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等） 5 得 分 Y= 評 語：（參照上述評價項目給出評語，注意反映該論文的特點） 回答問題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問題□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 說明書規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（設計方案、設計方法、正確性） 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 　 評閱人或預答辯組長簽字： 年 月 日 注：畢業(yè)設計（論文）評閱可以采用2名評閱教師評閱或集體評閱或預答辯等形式。 畢業(yè)論文答辯評分表 學生 姓名 劉元鑫 專業(yè) 班級 車輛07-4 指導 教師 王永梅 職 稱 講師 題目 基于有限元中型貨車半軸與橋殼的設計 答辯 時間 月 日 時 答辯組 成員姓名 出席 人數(shù) 序號 評 審 指 標 滿 分 得 分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況，題目難易度、工作量、理論意義或價值 10 2 研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力、綜合運用知識的能力、應用文獻資料和外文的能力 20 3 論文撰寫水平、文題相符程度、寫作規(guī)范化程度、篇幅、成果的理論或實際價值、創(chuàng)新性 15 4 畢業(yè)論文答辯準備情況 5 5 畢業(yè)論文自述情況 20 6 畢業(yè)論文答辯回答問題情況 30 總 分 Z= 答辯過程記錄、評語： 自述思路與表達能力：好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 回答問題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問題□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（研究方案、研究方法、正確性）： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 　 答辯組長簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計答辯評分表 學生 姓名 劉元鑫 專業(yè) 班級 車輛07-4 指導 教師 王永梅 職 稱 講師 題目 基于有限元中型貨車半軸與橋殼的設計 答辯 時間 月 日 時 答辯組 成員姓名 出席 人數(shù) 序號 評 審 指 標 滿 分 得 分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合程度，綜合訓練情況，題目難易度、工作量、與實際的結合程度 10 2 設計（實驗）能力、對實驗結果的分析能力、計算能力、綜合運用知識能力 10 3 應用文獻資料、計算機、外文的能力 10 4 設計說明書撰寫水平、圖紙質量，設計的規(guī)范化程度（設計欄目齊全合理、SI制的使用等）、實用性、科學性和創(chuàng)新性 15 5 畢業(yè)設計答辯準備情況 5 6 畢業(yè)設計自述情況 20 7 畢業(yè)設計答辯回答問題情況 30 總 分 Z= 答辯過程記錄、評語： 自述思路與表達能力：好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 回答問題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問題□ 研究能力或設計能力：強□ 較強□ 一般□ 較弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□ 說明書規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 成果質量（設計方案、設計方法、正確性） 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□ 其他： 　 答辯組長簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）成績評定表 學生姓名 劉元鑫 性別 男 院系 汽車與交通工程學院 專業(yè) 車輛工程 班級 07-4 設計（論文）題目 基于有限元中型貨車半軸與橋殼的設計 平時成績評分（開題、中檢、出勤） 指導教師姓名 職稱 指導教師 評分（X） 評閱教師姓名 職稱 評閱教師 評分（Y） 答辯組組長 職稱 答辯組 評分（Z） 畢業(yè)設計（論文）成績 百分制 五級分制 答辯委員會評語： 答辯委員會主任簽字（蓋章）： 院系公章： 年 月 日 注：1、平時成績（開題、中檢、出勤）評分按十分制填寫，指導教師、評閱教師、答辯組評分按百分制填寫，畢業(yè)設計（論文）成績百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、評語中應當包括學生畢業(yè)設計（論文）選題質量、能力水平、設計（論文）水平、設計（論文）撰寫質量、學生在畢業(yè)設計（論文）實施或寫作過程中的學習態(tài)度及學生答辯情況等內容的評價。 優(yōu)秀畢業(yè)設計（論文）推薦表 題 目 基于有限元中型貨車半軸與橋殼的設計 類別 L 學生姓名 劉元鑫 院（系）、專業(yè)、班級 汽車與交通工程學院 車輛07-4 指導教師 王永梅 職 稱 講師 設計成果明細： 答辯委員會評語： 答辯委員會主任簽字（蓋章）： 院、系公章： 年 月 日 備 注： 注：“類別”欄填寫畢業(yè)論文、畢業(yè)設計、其它 本科學生畢業(yè)設計 基于有限元中型貨車半軸 與橋殼的設計 系部名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 車輛工程B07-4班 學生姓名： 劉元鑫 指導教師： 王永梅 職 稱： 講 師 黑 龍 江 工 程 學 院 二○一一年六月 The Graduation Design For Bachelor's Degree Medium Goods Vehicle Axle Based on Finite Element Design and Axle Housing Candidate：Liuyuanxin Specialty： Vehicle　Engineering Class： B07-4 Supervisor：Lecturer. Wang Yongmei Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 摘 要 中型貨車在汽車行業(yè)中應用較廣泛，而半軸與橋殼是中型貨車重要的承載件和傳力件。驅動橋殼支承汽車重量，并將載荷傳給車輪。其設計的成功與否決定著車輛的動力性、平順性、經濟性等多方面的設計要求。因此，驅動橋殼應具有足夠的強度、剛度和良好的動態(tài)特性，合理地設計驅動橋殼也是提高汽車平順性的重要措施。 本文以有限元靜態(tài)分析理論為基礎，將CAD軟件Pro/E和ANSYS結合運用主要完成了以下設計內容： （1） 驅動橋的總體方案確定和半軸的設計校核； （2） 驅動橋的設計和多工況校核； （3） 橋殼模型的簡化和Pro/E建模； （4） 運用ANSYS軟件對橋殼進行多工況分析，驗證設計的合理性。 將CAD軟件Pro/E和ANSYS結合運用，完成了從驅動橋殼和半軸三維建模到有限元分析的整個過程，并對其進行了強度和剛度的校核。 關鍵詞： ANSYS；驅動橋殼；半軸；靜力分析；強度；剛度 ABSTRACT Medium goods vehicle applications in the automotive industry more widely, and axle and the axle housing is an important medium goods vehicle parts and force the bearing parts. Vehicle weight bearing axle, and wheel loads pass. 朗讀 顯示對應的拉丁字符的拼音 字典 Designed to determine the success of vehicle dynamics, ride comfort, economy and other aspects of the design requirements. Therefore, the drive axle housing should have sufficient strength, stiffness and good dynamic characteristics, the rational design of drive axle to improve vehicle ride comfort is also an important measure. In this paper, the finite element static analysis based on the theory, ANSYS and the CAD software Pro/E combined use of the design was completed for the following elements: (1) the overall scheme for the drive axle and axle design verification; (2) drive axle design and multi-condition check; (3) shell model bridge model simplification and Pro/E; (4) the use of ANSYS software, multi-axle condition analysis, verify the design is reasonable. Pro/E CAD software and ANSYS will be combined with the use of complete three-dimensional modeling from the drive axle to the finite element analysis of the entire process, and gain checking the strength and stiffness. Key words: ANSYS; Drive axle housing; Static analysis; Strength; Stiffness 59 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1選題背景目的及意義 …1 1.2國內外研究狀況 .1 1.3設計主要內容和擬解決的問題 3 第2章 驅動橋的總體方案確定 4 2.1設計車型主要參數(shù) 4 2.2驅動橋形式的確定 6 2.3半軸形式的確定 7 2.4驅動橋設計要求 8 2.5本章小結 9 第3章 驅動半軸的設計 10 3.1全浮式半軸計算載荷的確定 10 3.2全浮式半軸的桿部直徑的初選 11 3.3全浮式半軸的強度計算 .11 3.4半軸花鍵的強度計算 12 3.5半軸材料與熱處理 13 3.6本章小結………….……………………………………………………………….14 第4章 驅動橋殼的設計………………………………………………………………….14 4.1鑄造整體式橋殼的結構…………………………………..……………...……….14 4.2橋殼的受力分析與強度計算……………………………………………………..15 4.2.1橋殼的靜彎曲應力計算……………………………………………..….....15 4.2.2在不平路面沖擊載荷作用下的橋殼強度計算…………..………….........17 4.2.3汽車以最大牽引力行駛時的橋殼強度計算…………………….……......18 4.2.4汽車緊急制動時的橋殼強度計算…………………………………….......19 4.2.5汽車受最大側向力時橋殼的強度計算……………………………..….…22 4.3本章小結…………………………………………………………………………..23 第5章 驅動橋殼幾何模型的建立……………………………………………………….24 5.1 Pro/E的簡介………………………………………………………………………24 5.2幾何模型的簡化…………………………………………………………………..24 5.3驅動橋橋殼幾何模型的建立……………………………………………………..25 5.4本章小結…………………………………………………………………………..27 第6章 驅動橋殼的有限元分析…………………………………………………………..28 6.1驅動橋殼的靜力分析……………………………………………………………..28 6.1.1驅動橋橋殼靜力分析的典型工況…………………………………………28 6.1.2載荷與約束的處理…………………………………………………………30 6.2各工況的ANSYS分析過程詳述…………………………………………………31 6.3各個工況的ANSYS分析結果 ..36 6.4驅動橋殼的模態(tài)分析……......................................................................................38 6.5驅動橋ANSYS分析過程詳述…….......................................................................38 6.6驅動橋ANSYS分析結果…...................................................................................40 6.7本章小結……...........................................................................................................43 結論……........................................................................................................................44 參考文獻……................................................................................................................45 致謝……........................................................................................................................46 附錄…………………………………………………………………………....……....47 第1章 緒 論 1.1 選題背景目的及意義 驅動橋殼是汽車上重要的承載件和傳力件。驅動橋殼支承汽車重量, 并將載荷傳給車輪。作用在驅動車輪上的牽引力、制動力、側向力、垂向力也是經過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此, 驅動橋殼的使用壽命直接影響汽車的有效使用壽命。合理地設計驅動橋殼, 使其具有足夠的強度、剛度和良好的動態(tài)特性, 減少橋殼的質量, 有利于降低動載荷, 提高汽車行駛的平順性和舒適性。驅動橋殼的常規(guī)設計方法是將橋殼看成一個簡支梁并校核幾種典型計算工況下某些特定斷面的最大應力值, 然后考慮一個安全系數(shù)來確定工作應力, 這種設計方法有很多局限性。因此近年來, 許多研究人員利用有限元方法對驅動橋殼進行了計算和分析。并利用有限元分析軟件ANSYS對某型貨車上使用的整體式驅動橋殼進。 1.2國內外研究狀況 汽車驅動橋殼既是承載零件, 也是傳力部件, 同時又是主減速器、差速器及驅動車輪傳動裝置( 如半軸)的外殼。在汽車行駛過程中, 橋殼承受繁重的載荷, 設計時必須考慮在動載荷下橋殼有足夠的強度和剛度。為了減小汽車的簧下質量, 以利于降低動載荷、提高汽車的行駛平順性, 在保證強度和剛度的前提下應力求減小橋殼的質量。橋殼還應結構簡單、制造方便, 以利于降低成本。 過去我國主要是通過對橋殼樣品進行臺架試驗和整車行駛試驗考核橋殼強度和剛度。有時還采用在橋殼上貼應變片的電測方法，讓汽車在典型路段上滿載行駛，以測定橋殼的應力。這些方法只有在有橋殼樣品的情況下才能使用，而且需要付出相當大的人力、物力和時間。 日本五十鈴公司曾采用略去橋殼后蓋，將橋殼中部安裝主減速器處的凸包簡化成規(guī)則的環(huán)形的簡化方法，用彈性力學進行應力和變形的計算。彈性力學計算方法本身雖精確，但由于對橋殼的幾何形狀作了較多的簡化，使計算結果受到很大的限制。 通常情況下，設計橋殼時多采用常規(guī)的設計方法，將橋殼看成是一簡支梁，校核某些特定斷面的最大應力值。例如，日本有的公司對驅動橋殼的設計要求是在2.5 倍滿載軸荷的作用下，彈簧座處、橋殼與半軸套管焊接處、輪轂內軸承根部圓角處各斷面的應力不應超過屈服極限。我國通常推薦將橋殼復雜的受力狀況簡化為四種典型的計算工況： （1）汽車滿載以較高車速在不平路面行駛受到沖擊載荷和受最大的垂直載荷工 況； （1）汽車滿載以較高車速在不平路面行駛受到沖擊載荷和受最大的垂直載荷工況； （2）汽車滿載傳遞最大牽引力工況； （3）汽車緊急制動承受最大制動力工況； （4）汽車最大側向力工況。 在這四種典型工況下，只要橋殼的強度得到保證，就認為該橋殼在汽車的各種行駛條件下是可靠的。 傳統(tǒng)的橋殼強度的計算方法，只能近似計算出橋殼某一斷面的應力平均值，不能完全反映橋殼上應力及其分布的真實情況。因此，這種方法僅用于對橋殼強度的驗算，或用來與其它車型的橋殼強度進行比較，而不能用于計算橋殼上某點的真實應力值。 有限單元法是近三四十年隨著計算機的發(fā)展而發(fā)展起來的用于各種結構分析的數(shù)值計算方法，在一定的前提條件下，它可以計算各種機械零件的幾乎所有幾何部位的應力和應變。由于有限元法能夠很好地模擬零部件的實際形狀、結構、受力和約束，因此，其計算結果更精確，也更接近實際，可以作為設計、改進零部件的依據(jù)。同時，可以利用有限元分析的結果進行多方案的比較，有利于設計方案的優(yōu)化和產品的改進。有限元法解決了過去對復雜結構作精確計算的困難，改變了傳統(tǒng)的經驗設計方法，有限元軟件已經成為一個廣為接受的工程分析工具。 目前國外有限元方法在汽車分析中得到了廣泛的使用，有限元分析除了汽車結構的強度、剛度計算外，還在車身的結構的摸態(tài)分析、操縱穩(wěn)定性分析、整車振動分析、傳熱分析（如汽缸、汽缸蓋在氣室燃燒時的溫度分布）、空氣動力學分析等各方面發(fā)揮著重要的作用。在國外，二十世紀七十年代前后，有限元方法逐漸在汽車橋殼的強度分析中得到應用。例如，美國的機械研究所、萬國汽車公司等，都曾經使用有限元法計算過橋殼的強度。 我國工程使用有限元分析方法起步較晚，但是發(fā)展較快,特別是近十年來,有限元分析方法在工程中特別是在汽車領域的應用也變得越來越廣泛，也取得了一些成果。如東南大學的羊扮，孫慶鴻等應用ANSYS軟件對影響驅動橋殼強度和剛度的因素進行了研究，并進行了產品結構優(yōu)化設計。優(yōu)化后的橋殼本體厚度由8mm降至7mm，質量減輕了4.2千克。 東風汽車公司技術中心的唐述斌，谷莉按經驗對EQ1090E汽車的后橋橋殼厚度進行減薄，然后通過計算和試驗進行校核，取得了減重8Kg的效果。 從國內的研究現(xiàn)狀可以看到，國內對橋殼的有限元分析雖然做了很多工作，但是與國外的研究相比有較大的差距，主要表現(xiàn)在多是按照經驗修改主要部件的尺寸參數(shù)，往往只校核在靜態(tài)工況下的強度和剛度；在橋殼的設計過程中使用有限元分析軟件指導設計的應用范圍較小，往往只是幾個大的集團公司采用了這種先進的設計方法，大部分中小企業(yè)還未能將其應用于實際生產過程中。 1.3 設計主要內容和擬解決的問題 1、設計內容 依據(jù)主要技術指標確定半軸與橋殼的類型，對其結構進行設計，并計算相應參數(shù)尺寸，對主要結構尺寸進行校合，有限元技術在ANSYS中對半軸與橋殼進行強度校核，對其應力分布和變形分布狀況進行研究，驗證設計的合理性。 2、擬解決問題 （1）半軸的設計 1）半軸計算載荷的確定 2）半軸的桿部直徑的初選 3）半軸的強度計算 4）半軸花鍵的強度計算 （2） 橋殼的設計 1）橋殼的受力分析 2）橋殼的靜彎曲應力計算 3）各種工況下橋殼強度的校核 （3） ANSYS軟件分析驗證 （4） 利用CAD軟件繪制半軸與橋殼圖紙。 第2章 驅動橋的總體方案確定 本設計要求設計中型載貨車的驅動橋橋殼和半軸，要設計這樣一個級別的驅動橋，一般選用非斷開式結構以與非獨立懸架相適應，該種形式的驅動橋的橋殼是一根支撐在左右驅動車輪的剛性空心梁，一般是鑄造或鋼板沖壓而成，主減速器，差速器和半軸等所有傳動件都裝在其中，車型的選擇和總體方案的確定與設計的成敗息息相關。 2.1設計車型主要參數(shù) 圖2.1 J5k 4x2平頭柴油載貨汽車 圖2.2車輛外形尺寸圖 表2.1車型號：CA1103PgK2L2E 質量參數(shù)（kg） 載質量 4870 整備質量 4830 滿載總質量 9895 軸荷空載 前軸 2090 后橋 2740 軸荷滿載 前軸 2500 后橋 7395 性能參數(shù) 最高車速（km/h） 99 最大爬坡度（%） 25 六工況燃油消耗量（L /100km） ≤16 等速油耗（L/100km）80km/h ≤16 加速行駛車外最大噪聲dB（A） ≤83 最小轉彎半徑（m） 17 制動距離（滿載、車速60km/h） ≤36.7m 駐車停放坡度(滿載、正反兩方向) ≥18% 續(xù)行駛里程(km) 780 最高檔經濟車速（km/h ） 47～81 尺寸參數(shù)（mm） 外廓尺寸 長 7840 寬 2476 高 2750 該車的發(fā)動機為型號CA4DF3-13E3U， 額定功率為 101KW/2500，最大扭矩為 450/1400。變速器型號為一汽解放CA6T123，各檔速比為 6.515； 3.916； 2.345； 1.425； 1.000； 0.813； 6.060。驅動橋型號為一汽解放9噸級單級減速器，全浮式半軸直齒錐齒輪式差速器，主減速比i=5.430。車輪型號為8.25R20 ，輪胎的滾動半徑為0.462m，輪距1800mm,鋼板彈簧中心距1035mm。 2.2 驅動橋形式的確定 由于要求設計的是9噸級的后驅動橋，要設計這樣一個級別的驅動橋，一般選用非斷開式結構以與非獨立懸架相適應，該種形式的驅動橋的橋殼是一根支撐在左右驅動車輪的剛性空心梁，一般是鑄造或鋼板沖壓而成，主減速器，差速器和半軸等所有傳動件都裝在其中，此時驅動橋，驅動車輪都屬于簧下質量。 驅動橋的結構形式有多種，基本形式有三種如下： （1）中央單級減速驅動橋。此是驅動橋結構中最為簡單的一種，是驅動橋的基本形式， 在載重汽車中占主導地位。一般在主傳動比小于6的情況下，應盡量采用中央單級減速驅動橋。目前的中央單級減速器趨于采用雙曲線螺旋傘齒輪，主動小齒輪采用騎馬式支承， 有差速鎖裝置供選用。 （2）中央雙級驅動橋。在國內目前的市場上，中央雙級驅動橋主要有2種類型：一類如伊頓系列產品，事先就在單級減速器中預留好空間，當要求增大牽引力與速比時，可裝入圓柱行星齒輪減速機構，將原中央單級改成中央雙級驅動橋，這種改制“三化”（即系列化，通用化，標準化）程度高， 橋殼、主減速器等均可通用，錐齒輪直徑不變；另一類如洛克威爾系列產品，當要增大牽引力與速比時，需要改制第一級傘齒輪后，再裝入第二級圓柱直齒輪或斜齒輪，變成要求的中央雙級驅動橋，這時橋殼可通用，主減速器不通用， 錐齒輪有2個規(guī)格。 由于上述中央雙級減速橋均是在中央單級橋的速比超出一定數(shù)值或牽引總質量較大時，作為系列產品而派生出來的一種型號，它們很難變型為前驅動橋，使用受到一定限制；因此，綜合來說，雙級減速橋一般均不作為一種基本型驅動橋來發(fā)展，而是作為某一特殊考慮而派生出來的驅動橋存在。 （3）中央單級、輪邊減速驅動橋。輪邊減速驅動橋較為廣泛地用于油田、建筑工地、礦山等非公路車與軍用車上。當前輪邊減速橋可分為2類：一類為圓錐行星齒輪式輪邊減速橋；另一類為圓柱行星齒輪式輪邊減速驅動橋。 1）圓錐行星齒輪式輪邊減速橋。由圓錐行星齒輪式傳動構成的輪邊減速器，輪邊減速比為固定值2，它一般均與中央單級橋組成為一系列。在該系列中，中央單級橋仍具有獨立性，可單獨使用，需要增大橋的輸出轉矩，使牽引力增大或速比增大時，可不改變中央主減速器而在兩軸端加上圓錐行星齒輪式減速器即可變成雙級橋。這類橋與中央雙級減速橋的區(qū)別在于：降低半軸傳遞的轉矩，把增大的轉矩直接增加到兩軸端的輪邊減速器上 ，其“三化”程度較高。但這類橋因輪邊減速比為固定值2，因此，中央主減速器的尺寸仍較大，一般用于公路、非公路軍用車。 2)圓柱行星齒輪式輪邊減速橋。單排、齒圈固定式圓柱行星齒輪減速橋，一般減速比在3至4.2之間。由于輪邊減速比大，因此，中央主減速器的速比一般均小于3，這樣大錐齒輪就可取較小的直徑，以保證重型汽車對離地問隙的要求。這類橋比單級減速器的質量大，價格也要貴些，而且輪穀內具有齒輪傳動，長時間在公路上行駛會產生大量的熱量而引起過熱；因此，作為公路車用驅動橋，它不如中央單級減速橋。 綜上所述，由于設計的驅動橋的傳動比為5.430，小于6。況且由于隨著我國公路條件的改善和物流業(yè)對車輛性能要求的變化，中型汽車驅動橋技術已呈現(xiàn)出向單級化發(fā)展的趨勢，主要是單級驅動橋還有以下幾點優(yōu)點： （1）單級減速驅動橋是驅動橋中結構最簡單的一種，制造工藝簡單，成本較低， 是驅動橋的基本類型，在重型汽車上占有重要地位； （2）重型汽車發(fā)動機向低速大轉矩發(fā)展的趨勢，使得驅動橋的傳動比向小速比發(fā)展； （3）隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，重型汽車使用條件對汽車通過性的要求降低。因此，重型汽車不必像過去一樣，采用復雜的結構提高通過性； （4）與帶輪邊減速器的驅動橋相比，由于產品結構簡化，單級減速驅動橋機械傳動效率提高，易損件減少，可靠性提高。 單級橋產品的優(yōu)勢為單級橋的發(fā)展拓展了廣闊的前景。從產品設計的角度看， 重型車產品在主減速比小于6的情況下，應盡量選用單級減速驅動橋。[2] 所以此設計采用單級驅動橋再配以鑄造整體式橋殼。 2.3 半軸形式的確定 驅動車輪的傳動裝置置位于汽車傳動系的末端，其功用是將轉矩由差速器半軸齒輪傳給驅動車輪。其結夠型式與驅動橋的結構型式密切相關，在斷開式驅動橋和轉向驅動橋中，驅動車輪的傳動裝置包括半軸和萬向接傳動裝置且多采用等速萬向節(jié)。在一般非斷開式驅動橋上，驅動車輪的傳動裝置就是半軸，這時半軸將差速器半鈾齒輪與輪轂連接起來。在裝有輪邊減速器的驅動橋上，半軸將半軸齒輪與輪邊減速器的主動齒輪連接起來。如圖2.3所示，根據(jù)半軸外端支撐形式分為半浮式，3/4浮式，全浮式。 （a）半浮式 （b）3/4浮式 （c）全浮式 圖2.3 半軸支撐形式 半浮式半軸以其靠近外端的軸頸直接支撐在置于橋殼外端內孔中的軸承上，而端部則以具有圓錐面的軸頸及鍵與輪轂相固定。具有結構簡單、質量小、尺寸緊湊、造價低廉等優(yōu)點。主要用于質量較小，使用條件好，承載負荷也不大的轎車和輕型載貨汽車。 3/4浮式半軸的結構特點是半軸外端僅有一個軸承并裝在驅動橋殼半軸套管的端部，直接支撐著輪轂，而半軸則以其端部與輪轂想固定，因其側向力引起彎矩使軸承有歪斜的趨勢，這將急劇降低軸承的壽命，所以未得到推廣。 全浮式半軸的外端和以兩個軸承支撐于橋殼的半軸套管上的輪轂相聯(lián)接，由于其工作可靠，廣泛應用于輕型及以上的各類汽車上。[1] 根據(jù)相關車型及設計要求，本設計采用全浮式半軸。 以上2.2和2.3相關圖形和資料來自于《汽車車橋設計》 2.4 驅動橋設計要求 1、選擇適當?shù)闹鳒p速比，以保證汽車在給定的條件下具有最佳的動力性和燃油經濟性。 2、外廓尺寸小，保證汽車具有足夠的離地間隙，以滿足通過性的要求。 3、齒輪及其他傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小。 4、在各種載荷和轉速工況下有較高的傳動效率。 5、具有足夠的強度和剛度，以承受和傳遞作用于路面和車架或車身間的各種力和 力矩；在此條件下，盡可能降低質量，尤其是簧下質量，減少不平路面的沖擊載荷，提高汽車的平順性。 6、與懸架導向機構運動協(xié)調。 7、結構簡單，加工工藝性好，制造容易，維修，調整方便。 2.5本章小結 本章首先對各種驅動橋的結構形式做了簡單的介紹，綜合考慮，此設計采用單級驅動橋再配以鑄造整體式橋殼。之后又對半軸的各種支撐形式做了對比分析，根據(jù)相關車型及設計要求，決定本設計采用全浮式半軸。最后對選擇車型的各項參數(shù)作了簡要列舉。 第3章 驅動半軸的設計 驅動車輪的傳動裝置位于汽車傳動系的末端，其功用是將轉矩由差速器的半軸齒輪傳給驅動車輪。在一般的非斷開式驅動橋上，驅動車輪的傳動裝置就是半軸，半軸將差速器的半軸齒輪與車輪的輪轂聯(lián)接起來，半軸的形式主要取決半軸的支承形式：普通非斷開式驅動橋的半軸，根據(jù)其外端支承的形式或受力狀況不同可分為半浮式，3/4浮式和全浮式，在此由于是中型載貨汽車，采用全浮式結構。[2] 設計半軸的主要尺寸是其直徑，在設計時首先可根據(jù)對使用條件和載荷工況相同或相近的同類汽車同形式半軸的分析比較，大致選定從整個驅動橋的布局來看比較合適的半軸半徑，然后對它進行強度校核。 3.1 全浮式半軸計算載荷的確定 計算時首先應合理地確定作用在半軸上的載荷，應考慮到以下三種可能的載荷工況： 1.縱向力（驅動力或制動力）最大時，其最大值為，附著系數(shù)在計算時取0.8，沒有側向力作用； 2.側向力最大時，其最大值為（發(fā)生于汽車側滑時），側滑時輪胎與地面的側向附著系數(shù)在計算時取1.0，沒有縱向力作用； 3.垂向力最大時（發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時），其值為，車輪對地面的垂直載荷，為動載荷系數(shù)，這時不考慮縱向力和側向力的作用。 由于車輪承受的縱向力，側向力值的大小受車輪與地面最大附著力的限制，即有 （3.1） 全浮式半軸只承受轉矩，其計算轉矩可有求得，其中，的計算，可根據(jù)以下方法計算，并取兩者中的較小者。 若按最大附著力計算，即 （3.2） 式中： ——輪胎與地面的附著系數(shù)取0.8； ——汽車滿載時驅動橋給水平地面的最大負荷，N；但后橋來說還應考慮到汽車加速時負腷增大量，可初?。? =×9.8=7395×9.8=72471N； ——汽車加速或減速時的質量轉移系數(shù)，可取1.2～1.4在此取1.3； ——左側半軸所受縱向力； ——右側半軸所受縱向力。 根據(jù)上式=37685 N 若按發(fā)動機最大轉矩計算，即 （3.3） 式中：——差速器的轉矩分配系數(shù)，對于普通圓錐行星齒輪差速器取0.6； ——發(fā)動機最大轉矩，450N·m； ——汽車傳動效率，計算時可取1或取0.9； ——由發(fā)動機到所計算的主減速器從動齒輪之間的傳動系最低檔傳動比 ==5.43×6.515=35.37645 變速器傳動比=6.515； ——輪胎的滾動半徑，0.462m。 根據(jù)上式=18607.1 N 在此18607.1N =18607.10.462=8596.5N·m 3.2 全浮式半軸的桿部直徑的初選 全浮式半軸桿部直徑的初選可按下式進行 （3.4） 式中：——半軸桿部的直徑，mm。 根據(jù)上式=（42.03～44.69）mm 根據(jù)強度要求在此取45.0mm。 3.3 全浮式半軸的強度計算 首先是驗算其扭轉應力： MPa （3.5） 式中：——半軸的計算轉矩，N·m在此取8596.5N·m； 　　　 根據(jù)上式＝＝481 MPa< =(490～588) MPa ——半軸的扭轉許用應力，取=490~588MPa。 所以滿足強度要求。 半軸的最大扭轉角為 （3.6） 式中：T——半軸承受的最大轉矩，8596.5； ——半軸長度800mm； G——材料的剪切彈性模量8.4×10N/mm； J——半軸橫截面的極慣性矩，=402373.8mm。 經計算最大扭轉角=11.7°，扭轉角宜選為6°~15°滿足條件。 3.4 半軸花鍵的強度計算 為了使半軸的花鍵內徑不小于其桿部直徑，常常將加工花鍵的端部做得粗些，并適當?shù)販p小花鍵槽的深度，在現(xiàn)代汽車半軸上，漸開線花鍵用得較廣，但也有采用矩形或梯形花鍵的。本次設計采用帶有凸緣的全浮式半軸，采用漸開線花鍵。 根據(jù)桿部直徑為45mm，選擇的漸開線的花鍵具體參數(shù)為：花鍵齒數(shù)為19，模數(shù)2.5，分度圓直徑47.5mm分度圓上壓力角為30°。 在計算半軸在承受最大轉矩時還應該校核其花鍵的剪切應力和擠壓應力。 半軸花鍵的剪切應力為 MPa (3.7) 半軸花鍵的擠壓應力為 MPa （3.8） 式中：——半軸承受的最大轉矩，N·m ，在此取8596.5N·m; ——半軸花鍵的外徑，mm，在此取50mm; ——相配花鍵孔內徑，mm，在此取45mm; ——花鍵齒數(shù)；在此取19 ——花鍵工作長度，95mm， ——花鍵齒寬，mm，=3.925mm; ——載荷分布的不均勻系數(shù)，計算時取0.75。 根據(jù)上式可計算得==68.12 MPa ==106.96 MPa 根據(jù)要求當傳遞的轉矩最大時，半軸花鍵的切應力[]不應超過71.05 MPa，擠壓應力[]不應超過196 MPa，以上計算均滿足要求。 以上有關花鍵內容查《機械設計實用手冊》 北京 機械工業(yè)出版社；789頁 3.5半軸材料與熱處理 半軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造，如40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，35CrMnSi，35CrMnTi等。40MnB是我國研制出的新鋼種，作為半軸材料效果很好。半軸的熱處理過去都采用調質處理的方法，調質后要求桿部硬度為HB388—444(突緣部分可降至HB248)。近年來采用高頻、中頻感應淬火的口益增多。這種處理方法使半軸表面淬硬達HRC52～63，硬化層深約為其半徑的1／3，心部硬度可定為HRC30—35；花鍵部分表面硬度50～55HRC；不淬火區(qū)(突緣等)的硬度可定在HB248～277范圍內。由于硬化層本身的強度較高，加之在半軸表面形成大的殘余壓應力，以及采用噴丸處理、滾壓半軸突緣根部過渡圓角等工藝，使半軸的靜強度和疲勞強度大為提高，尤其是疲勞強度提高得十分顯著。由于這些先進工藝的采用，不用合金鋼而采用中碳(40號、45號)鋼的半軸也日益增多。[2] 本次設計考慮到半軸對傳動系需要有一定的保護作用，故采用45號鋼作為半軸的材料進行加工。 3.6 本章小結 首先本章對半軸的功用進行了說明，并且在縱向力最大時確定了半軸的計算載荷。對半軸進行了具體的設計計算，確定了半軸的各部分尺寸，并進行了校核。最后對材料和熱處理做了說明。 第4章 驅動橋殼的設計 驅動橋殼的主要功用是支承汽車質量，并承受有車輪傳來的路面反力和反力矩，并經懸架傳給車身，它同時又是主減速器，差速器和半軸的裝配體。驅動橋殼應滿足如下設計要求： 1.應具有足夠的強度和剛度，以保證主減速器齒輪嚙合正常，并不使半軸產生附加彎曲應力； 2. 在保證強度和剛度的情況下，盡量減小質量以提高行駛的平順性； 3. 保證足夠的離地間隙； 4.結構工藝性好，成本低； 5. 保護裝于其中的傳動系統(tǒng)部件和防止泥水浸入； 6.拆裝，調整，維修方便。 考慮的設計的是載貨汽車，驅動橋殼的結構形式采用鑄造整體式橋殼。 4.1 鑄造整體式橋殼的結構 通?？刹捎们蚰T鐵、可鍛鑄鐵或鑄鋼鑄造。在球鐵中加入1.7%的鎳，解決了球鐵低溫（-41°C）沖擊值急劇降低的問題，得到了與常溫相同的沖擊值。為了進一步提高其強度和剛度，鑄造整體式橋殼的兩端壓入較長的無縫鋼管作為半軸套筒，并用銷釘固定。如圖4-1所示，每邊半軸套管與橋殼的壓配表面共四處，由里向外逐漸加大配合面的直徑，以得到較好的壓配效果。鋼板彈簧座與橋殼鑄成一體，故在鋼板彈簧座附近橋殼的截面可根據(jù)強度要求鑄成適當?shù)男螤?，通常多為矩形。安裝制動底板的凸緣與橋殼住在一起。橋殼中部前端的平面及孔用于安裝主減速器及差速器總成，后端平面及孔可裝上后蓋，打開后蓋可作檢視孔用。 另外，由于汽車的輪轂軸承是裝在半軸套管上，其中輪轂內軸承與橋殼鑄件的外端面相靠，而外軸承則與擰在半軸套管外端的螺母相抵，故半軸套管有被拉出的傾向，所以必須將橋殼與半軸套管用銷釘固定在一起。 圖4.1 鑄造整體式驅動橋結構 鑄造整體式橋殼的主要優(yōu)點在于可制成復雜而理想的形狀，壁厚能夠變化，可得到理想的應力分布，其強度及剛度均較好，工作可靠，故要求橋殼承載負荷較大的中、重型汽車，適于采用這種結構。尤其是重型汽車，其驅動橋殼承載很重，在此采用球鐵整體式橋殼。 除了優(yōu)點之外，鑄造整體式橋殼還有一些不足之處，主要缺點是質量大、加工面多，制造工藝復雜，且需要相當規(guī)模的鑄造設備，在鑄造時質量不宜控制，也容易出現(xiàn)廢品，故僅用于載荷大的中重型汽車。 4.2 橋殼的受力分析與強度計算 選定橋殼的結構形式以后，應對其進行受力分析，選擇其端面尺寸，進行強度計算。 汽車驅動橋的橋殼是汽車上的主要承載構件之一，其形狀復雜，而汽車的行駛條件如道路狀況、氣候條件及車輛的運動狀態(tài)又是千變萬化的，因此要精確地計算出汽車行駛時作用于橋殼各處的應力大小是相當困難的。在通常的情況下，在設計橋殼時多采用常規(guī)設計方法，這時將橋殼看成簡支梁并校核某些特定斷面的最大應力值。我國通常推薦：計算時將橋殼復雜的受力狀況簡化成四種典型的計算工況，即當車輪承受最大的鉛錘力（當汽車滿載并行駛與不平路面，受沖擊載荷）時；當車輪承受最大切應力（當汽車滿載并以最大牽引力行駛）時；當車輪承受最大切應力（當汽車滿載緊急制動）時；最大側向力時。只要在這四種載荷計算工況下橋殼的強度特征得到保證，就認為該橋殼在汽車各種行駛條件下是可靠的。 在進行上述四種載荷工況下橋殼的受力分析之前，應先分析一下汽車滿載靜止于水平路面時橋殼最簡單的受力情況，即進行橋殼的靜彎曲應力計算。 4.2.1 橋殼的靜彎曲應力計算 橋殼猶如一空心橫梁，兩端經輪轂軸承支承于車輪上，在鋼板彈簧座處橋殼承受汽車的簧上載荷，而左、右輪胎的中心線，地面給輪胎的反力（雙輪胎時則沿雙胎中心），橋殼則承受此力與車輪重力之差值，即（），計算簡圖如4.2所示。 圖4.2 橋殼靜彎曲應力計算簡圖 橋殼按靜載荷計算時，在其兩鋼板彈簧座之間的彎矩為 N·m (4.1) 式中：——汽車滿載時靜止于水平路面時驅動橋給地面的載荷，在此為72471N； ——車輪（包括輪轂、制動器等）重力，N； ——驅動車輪輪距，在此為1800mm; ——驅動橋殼上兩鋼板彈簧座中心間的距離，在此為1035mm. 橋殼的危險斷面通常在鋼板彈簧座附近。通常由于遠小于，且設計時不易準確預計，當無數(shù)據(jù)時可以忽略不計所以 =13860.07N·m 而靜彎曲應力則為 MPa （4.2） 式中： ——危險斷面處（鋼板彈簧座附近）橋殼的垂向彎曲截面系數(shù)，具體如下： 關于橋殼在鋼板彈簧座附近的危險斷面的形狀，主要由橋殼的結構形式和制造工藝來確定，鋼板沖壓焊接整體式橋殼在彈簧座附近多為圓管端面，[1] 截面圖如圖4.3所示，其中d=90mm，D=126mm 圖4.3 鋼板彈簧座附近橋殼的截面圖 垂向彎曲截面系數(shù): = =145266.72mm 水平彎曲截面系數(shù): = =145266.72mm 扭轉截面系數(shù): ==290533.44mm 垂向彎曲截面系數(shù), 水平彎曲截面系數(shù), 扭轉截面系數(shù)的計算參考《材料力學》。關于橋殼在鋼板彈簧座附近的危險斷面的形狀，主要由橋殼的結構形式和制造工藝來確定，從橋殼的使用強度來看，圓形管狀的比矩形管狀（高度方向為長邊）的要好。所以在此采用圓形管狀。[1] 根據(jù)上式橋殼的靜彎曲應力=95.4 MPa 4.2.2 在不平路面沖擊載荷作用下的橋殼強度計算 當汽車在不平路面上高速行駛時，橋殼除承受靜止狀態(tài)下那部分載荷外，還承受附加的沖擊載荷。在這兩種載荷總的作用下，橋殼所產生的彎曲應力為 MPa （4.3） 式中：——動載荷系數(shù)，對于載貨汽車取2.5； ——橋殼在靜載荷下的彎曲應力 ，MPa。 根據(jù)上式 MPa 4.2.3 汽車以最大牽引力行駛時的橋殼強度計算 為了使計算簡化，不考慮側向力，僅按汽車作直線行駛的情況進行計算，另從安全系數(shù)方面作適當考慮。如圖4.4所示為汽車以最大牽引力行駛的受力簡圖。 圖4.4 汽車以最大牽引力行駛的受力簡圖 作用在左右驅動車輪的轉矩所引起的地面對于左右驅動車輪的最大切向反作用力共為 N ——發(fā)動機的最大轉矩450； ——傳動系一檔傳動比6.515； ——主減速比5.43； ——傳動系的傳動效率0.9； ——輪胎的滾動半徑0.462m。 （4.4） 根據(jù)上式可計算得=31011.8N 由于設計時某些參數(shù)未定而無法計算出汽車加速行駛時的質量轉移系數(shù)值，而對于載貨汽車的后驅動橋可在1.1～1.3范圍內選取，在此取1.2。 此時后驅動橋橋殼在左、右鋼板彈簧座之間的垂向彎矩為 N·m (4.5) 根據(jù)上式==16632 N·m 由于驅動車輪所承受的地面對其作用的最大切向反作用力，使驅動橋殼也承受著水平方向的彎矩，對于裝有普通圓錐齒輪差速器的驅動橋，由于其左、右驅動車輪的驅動轉矩相等，故有 N·m （4.6） 所以根據(jù)上式=5931N·m 圖4.5 汽車緊急制動時后驅動橋的受力簡圖 橋殼還承受因驅動橋傳遞驅動轉矩而引起的反作用力矩，這時在兩鋼板彈簧座間橋殼承受的轉矩為 N·m (4.7) 式中：——發(fā)動機最大轉矩，在此為450N·m; ——傳動系一檔傳動比6.515； ——主減速比5.43； ——傳動系的傳動效率，在此取0.9。 根據(jù)上式可計算得=7163.7 N·m 由于橋殼在鋼板彈簧座附近的危險斷面處為圓管斷面，所以在該斷面處的合成彎矩為： =19055 MPa (4.8) 該危險斷面處的合成應力為： ==131 MPa (4.9) 橋殼需用彎曲應力為300-500，需用扭轉應力為150-400。 4.2.4 汽車緊急制動時的橋殼強度計算 這時不考慮側向力，圖4.6為汽車在緊急制動時的受力簡圖。 圖4.6 汽車在緊急制動時的受力簡圖 由于設計時一些參數(shù)是未知的，所以后驅動橋計算用的汽車緊急制動時的質量轉移系數(shù)不可計算，一般對于載貨汽車后驅動橋取0.75～0.95。 圖4.7為汽車緊急制動時后驅動橋殼的受力分析簡圖，此時作用在左右驅動車輪上除了有垂向反作用力外，尚有切向反力，即地面對驅動輪的制動力，因此可求得緊急制動時橋殼在兩鋼板彈簧座之間的垂向彎矩及水平方向的彎矩分別為 （4.10） = （4.11） 式中： ——汽車制動時的質量轉移系數(shù)，計算后驅動橋時0.8； ——驅動車輪與路面的附著系數(shù)，計算時可取0.75～0.80，在此取0.8； 根據(jù)上式可以計算得=11079.8 N·m ==8863.8 N·m 圖4.7 汽車緊急制動時后驅動橋的受力簡圖 橋殼在兩鋼板彈簧座的外側部分處同時還承受制動力所引起的轉矩，對于后驅動橋： N·m （4.12） 根據(jù)上式=10706 N·m 所以可根據(jù)式（4.8），（4.9）計算出在鋼板彈簧座附近危險斷面的彎曲應力和扭轉應力分別為 4.2.5 汽車受最大側向力時橋殼的強度計算 當汽車滿載、高速急轉彎時，則會產生一相當大的且作用于汽車質心處離心力。汽車也會由于其他原因而承受側向力。當汽車所承受的側向力達到地面給輪胎的側向反作用力的最大值即側向附著力時，則汽車處于側滑的臨界狀態(tài)，此時沒有縱向力作用。側向力一旦超過側向附著力，汽車則側滑如圖4.8所示。因此汽車驅動橋的側滑條件是： （4.13） 式中：——驅動橋所受的側向力； ——地面給左、右驅動車輪的側向反作用力； ——汽車滿載靜止于水平面時驅動橋給地面的載荷72471N； ——輪胎與地面的側向附著系數(shù)取1.0。 由于汽車產生純粹的側滑，因此計算時可以認為地面給輪胎的切向反作用力為零。 汽車向右側滑時，驅動橋側滑時左、右驅動車輪的支承反力為： （4.14） （4.15） 式中：——左、右驅動車輪的支承反力，N； ——汽車滿載時的質心高度，0.70m； ——驅動車輪的輪距1.8m。 圖4.8 汽車向右側滑時受力簡圖 對于半軸為全浮式的驅動橋，在橋殼兩端的半軸套管上，各裝著一對輪轂軸承，它們布置在車輪垂向反作用力的作用線的兩側，通常比外軸承離車輪中心線更近。側滑時內、外輪轂軸承對輪轂的徑向支承力，如圖4.9所示，可根據(jù)一個車輪的受力平衡求出。 （a）輪轂軸承的受力分析用圖；（b）橋殼的受力分析用圖 圖4.9汽車向右側滑時輪轂軸承對輪轂的徑向支承力S1、S2分析用圖 汽車向右側滑時左、右車輪輪轂內外軸承的徑向支承力分別為: （4.16） （4.17） （4.18） （4.19） 式中：——輪胎的滾動半徑462mm； ——取a+b=130mm a=b=65mm。 其中地面給左右驅動車輪的側向反作用力Y2L、Y2R可由下式求得： （4.20） （4.21） 輪轂內、外軸承支承中心之間的距離愈大，則由側滑引起的軸承徑向力愈小。另外，足夠大，也會增加車輪的支承剛度。否則，如果將兩軸承的距離縮至使兩軸承相碰，則車輪的支承剛度會變差而接近于3/4浮式半軸的情況。當然，的數(shù)值過大也會引起輪轂的寬度及質量的加大而造成布置上的困難。在載貨汽車的設計中，常取/4。輪轂軸承承受力最大的情況是發(fā)生在汽車側滑時，所以輪軸（即半軸套管）也是在汽車滿載側滑時承受最大的彎矩及應力，如圖4.10所示。半軸套管的危險斷面位于輪轂內軸承的里端處，該處彎矩為： （4.22） 式中：——為輪轂內軸承支承中心至該軸承內端支承面間的距離。 圖4.10 汽車向右側滑時驅動橋殼所受垂直力及彎矩 彎曲應力 （4.23） 剪切應力 （4.24） （4.25） 半軸套管處的應力均不超過，滿足使用要求。 經過計算得知各種工況下校核結果均滿足橋殼的許用彎曲應力300~500MPa，許用扭轉應力150~400 MPa，所以驅動橋殼滿足各種種條件下使用度要求。[2] 4.3 本章小結 本章選擇了整體驅動橋橋殼，并參考劉惟信版汽車設計進行了橋殼的受力分析和強度計算。在靜彎曲應力下，不同路面沖擊載荷作用下和汽車以最大牽引力行駛時及汽車緊急制動時的四種情況下橋殼受力和強度進行了校核，滿足設計要求。 第5章 驅動橋橋殼幾何模型的建立 幾何模型的建立是整個有限元分析工作的第一步，也對以后的所有工作有著至關重要的作用，幾何模型的好壞直接決定著有限元模型的優(yōu)劣乃至分析工作的進展程度。另外，在保證模型正確及幾何元素相互關聯(lián)的基礎上，也要提高建模效率，能簡化的盡量簡化，以達到事半功倍的效果。 5.1Pro/E的簡介： 1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER誕生了。經過10余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER已經成為三維建模軟件的領頭羊。目前已經發(fā)布了Pro/ENGINEER proewildfire5.0。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設計和機械設計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產品數(shù)據(jù)管理等。Pro/ENGINEER還提供了目前所能達到的最全面、集成最緊密的產品開發(fā)環(huán)境。 5.2幾何模型的簡化 幾何模型是有限元分析模型的基礎，我們在考慮幾何模型的簡化問題時，既要考慮