載貨汽車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)

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1、目錄 摘 要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 本課題研究的目的和意義 1 1.2 汽車驅(qū)動(dòng)橋國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1 1.3 本課題研究的主要任務(wù) 2 1.4 汽車驅(qū)動(dòng)橋概述 2 2 主減速器設(shè)計(jì) 5 2.1 主減速器結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介及選擇 5 2.2 主減速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 6 2.2.1 主減速齒輪計(jì)算載荷的確定 6 2.2.2 主減速齒輪基本參數(shù)的選擇 7 2.2.3 齒輪的幾何尺寸計(jì)算 10 2.3 主減速器齒輪的材料選擇 12 2.4 主減速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 12 2.5 主減

2、速器齒輪支承形式的選擇 16 2.6 主減速器齒輪軸承的載荷計(jì)算 17 2.6.1 錐齒輪齒面上的作用力 17 2.6.2 錐齒輪齒面上的軸向力和徑向力 17 2.6.3 主減速器齒輪軸承的選擇 19 3 差速器設(shè)計(jì) 21 3.1 差速器介紹 21 3.2 差速器的原理 21 3.3 差速器齒輪主要參數(shù)選擇 22 3.4 差速器齒輪幾何尺寸計(jì)算 25 3.5 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 28 4 半軸設(shè)計(jì) 30 4.1 半軸的類型與選擇 30 4.2 全浮式半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 30 4.2.1 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定

3、 30 4.2.2 全浮式半軸直徑的選擇 31 4.2.3 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算 31 4.3 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇 31 4.4 半軸花鍵的參數(shù)選擇 31 4.5 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 32 5 驅(qū)動(dòng)橋三維模型建立及運(yùn)動(dòng)仿真 34 5.1 CATIA 軟件簡(jiǎn)介 34 5.2 建立驅(qū)動(dòng)橋三維模型 34 5.3 驅(qū)動(dòng)橋模型運(yùn)動(dòng)仿真 38 6 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)及有限元分析 41 6.1 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)要求 41 6.2 驅(qū)動(dòng)橋殼類型確定和材料選擇 41 6.3 對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行有限元分析 42 7 結(jié)論 46 致謝

4、 47 參考文獻(xiàn) 48 摘要 本次設(shè)計(jì)是以東風(fēng)牌 LZ1090D 載貨汽車主要性能參數(shù)為依據(jù)來(lái)完成其驅(qū)動(dòng)橋的 設(shè)計(jì)。汽車驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系中的重要組成部分，它主要由主減速器、差速器、半 軸和橋殼等組成。 其主要作用是降低轉(zhuǎn)速、 增大轉(zhuǎn)矩， 以及實(shí)現(xiàn)汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要 求的差速功能， 并且還要承受作用于路面與車架或車身之間的垂直力、 縱向力和橫向 力等。 本設(shè)計(jì)利用給出的數(shù)據(jù)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋各零件的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算確定，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋各主 要部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核計(jì)算。利用 AutoCAD 繪制了驅(qū)動(dòng)橋零件及總成的二維 圖，利用CATIA軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行了三維建模，并用 CATIA軟件中的數(shù)字化

5、裝配模 塊，對(duì)三維模型進(jìn)行了直路和彎路兩種行駛條件下的運(yùn)動(dòng)仿真，最后利用 ABAQUS 軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的受力進(jìn)行了有限分析。 關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋； CATIA ；運(yùn)動(dòng)仿真； ABAQUS ；有限元分析 I / 52 Abstract The design is based on Dongfeng truck LZ1090D based on key performance parameters to complete its drive axle design. Vehicle drive axle automotive driveline important part, It mainl

6、y consists of main gear, differential, axle and axle housings and other components. Its main role is to reduce the speed, increase the torque, and achieve the required kinematic cars differential function, and also to withstand the vertical force acting on the frame or body surface between the longi

7、tudinal and lateral forces and the like. This design uses the data given in the various parts of the drive axle parameters were calculated to determine, on the drive axle of the major components of the structural design and check calculations. Use AutoCAD to draw the drive axle assembly parts and t

8、wo-dimensional map. The use of CATIA software for 3D modeling bridge drivers, CATIA software with digital assembly module, the drive movement under the bridge were two straight driving conditions and detours simulation. Finally, the driving axle ABAQUS software were limited by the force analysis. K

9、eywords: Automobile drive axle; CATIA; Motion simulation; ABAQUS; Finite element analysis 1 緒論 1.1 本課題研究的目的和意義 汽車產(chǎn)業(yè)是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重要產(chǎn)業(yè)，國(guó)家一直積極投入和支持汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā) 展，在政策方面，政府一直積極引導(dǎo)，給予支持和鼓勵(lì)，促使我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)日漸成為國(guó) 民支柱產(chǎn)業(yè)；在市場(chǎng)中， 目前我國(guó)有優(yōu)良的需求環(huán)境， 中國(guó)對(duì)汽車的需求空間并未滿足， 近幾十年來(lái)中國(guó)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程，人民生活水平的提高，使得汽車的需求將會(huì)大大增加； 從消費(fèi)者層面來(lái)講，汽車已經(jīng)是生活中必不可少的交通工具了，特別

10、是安全可靠、性能 好、價(jià)格實(shí)惠、舒適性高的汽車，人們將大為歡迎。因此，在這種時(shí)代背景和它具有的 重要意義下，致力于汽車產(chǎn)業(yè)的研究是必要的、正確的、也是具有先進(jìn)性的。 驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系中的主要總成之一，由主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動(dòng)橋殼等 組成，驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到汽車的使用性能。因此，對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)橋的學(xué)習(xí) 和研究具有重要意義，對(duì)于汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有推動(dòng)作用。 通過(guò)對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)橋的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)， 可以鍛煉查閱和收集資料并進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)操作的 能力，可以鍛煉機(jī)械制圖的能力，可以鍛煉運(yùn)用三維輔助軟件設(shè)計(jì)的能力，能夠更好的 理解并掌握汽車設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)的知識(shí)和方法， 并且能對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有進(jìn)一

11、步地認(rèn) 識(shí)。 1.2 汽車驅(qū)動(dòng)橋國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展，汽車行業(yè)取得了顯著成就，企業(yè)規(guī)模效益 有了明顯改善，產(chǎn)業(yè)集中度有了一定程度提高，國(guó)內(nèi)汽車驅(qū)動(dòng)橋的研究制造技術(shù)水平也 隨之提高?，F(xiàn)階段，我國(guó)生產(chǎn)驅(qū)動(dòng)橋的廠家較多、品種和規(guī)格也較齊全，其性能和質(zhì)量 基本上能夠滿足國(guó)產(chǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械的使用，占有較大的市場(chǎng)份額，但仍有一定數(shù) 量的車橋依賴進(jìn)口。國(guó)內(nèi)本土的設(shè)計(jì)能力跟國(guó)際先進(jìn)水平還有一定差距，在國(guó)內(nèi)汽車專 利的申請(qǐng)還是跨國(guó)公司占絕大多數(shù)。國(guó)內(nèi)車橋廠的差距主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)和研發(fā)能力上， 目前有研發(fā)能力的車橋廠家還不多，一些廠家僅僅停留在組裝階段。實(shí)驗(yàn)設(shè)備也存在差 距

12、，比如工程車和牽引車在行駛過(guò)程中，齒輪嚙合接觸區(qū)的形狀是不同的，國(guó)外先進(jìn)的 實(shí)驗(yàn)設(shè)備能夠模擬這種狀態(tài)而我國(guó)現(xiàn)在還在摸索中。在具體工藝細(xì)節(jié)方面，我國(guó)和世界 水平的差距也還比較大。 隨著我國(guó)公路條件的改善提高和物流業(yè)對(duì)車輛性能要求的變化， 載重汽車驅(qū)動(dòng)橋的 技術(shù)已呈現(xiàn)出向單級(jí)化的發(fā)展趨勢(shì)，單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋的使用比例越來(lái)越高，技術(shù)方面的輕量 化、舒適性的要求也將會(huì)逐步提高。 目前在國(guó)外公路型車上已廣泛的采用單級(jí)的減速橋， 并且單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)車橋是驅(qū)動(dòng)橋中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，其制造工藝較簡(jiǎn)單，成本較低， 維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，噪音小，溫升低和整車油耗低等優(yōu)點(diǎn)，使得它在汽車上占 有重要地位。公路狀況的改善，

13、使得對(duì)汽車通過(guò)性的要求降低，因此，載貨汽車產(chǎn)品不 必像過(guò)去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高其通過(guò)性?？傊F(xiàn)在汽車具有向節(jié)能、環(huán)保、舒 適等方面發(fā)展的趨勢(shì)，所以也將要求驅(qū)動(dòng)橋向輕量化、大扭矩、低噪聲、寬速比、壽命 長(zhǎng)和低成本生產(chǎn)的方向發(fā)展，而單級(jí)的驅(qū)動(dòng)橋就成為了主流的發(fā)展方向。 1.3 本課題研究的主要任務(wù) 1、完成主減速器總成的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2、對(duì)主減速器、差速器等主要部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核計(jì)算。 3、對(duì)各主要部件和總裝圖進(jìn)行二維圖的繪制 4、進(jìn)行三維實(shí)體造型仿真。 5、對(duì)三維模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真 6、對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行有限元分析 1.4 汽車驅(qū)動(dòng)橋概述 汽車驅(qū)動(dòng)橋是汽車底盤(pán)的重要組成部分，

14、主要由主減速器、差速器、半軸和驅(qū)動(dòng)橋 殼等組成。 汽車的驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端， 其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來(lái) 的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)車輪，并使左、右驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要 求的差速功能。同時(shí)驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或承載式車身之間的力和力矩 [1] 驅(qū)動(dòng)橋有類型有非斷開(kāi)式和斷開(kāi)式兩種，非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的左、右驅(qū)動(dòng)輪直接通過(guò) 驅(qū)動(dòng)橋殼相聯(lián)，斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的左、右驅(qū)動(dòng)輪不直接通過(guò)驅(qū)動(dòng)橋殼相聯(lián) [2] 。 1—驅(qū)動(dòng)橋殼；2—主減速器；3 —差速器；4 —半軸；5 —輪轂 圖1.1非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝性好，維修調(diào)整容易，廣泛

15、應(yīng)用于各種載貨汽 車、客車上。它的缺點(diǎn)是一側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪通過(guò)路面凹坑時(shí)， 兩輪中間的離地間隙隨之減小, 影響車輛的通過(guò)性；此外，驅(qū)動(dòng)橋殼的質(zhì)量大。 （許兆棠，劉永成?汽車構(gòu)造（下冊(cè)）） 1—主減速器；2—半軸；3—彈簧；4—減振器；5—驅(qū)動(dòng)輪；6—擺臂；7—擺臂軸 圖1.2斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋離地間隙大，兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪彼此獨(dú)立地相對(duì)于車架上下跳動(dòng)，可提高 汽車行駛的平順性和通過(guò)性，在轎車和越野車上應(yīng)用廣泛。 （許兆棠，劉永成?汽車構(gòu)造 （下冊(cè)）） 3 / 52 綜合分析以上驅(qū)動(dòng)橋的兩種類型，結(jié)合本次驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)所參考車型及其參數(shù)，選 擇驅(qū)動(dòng)橋類型為非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。 表2.1參考車型 參考車型 名稱 東風(fēng)牌LZ1090D載貨汽車 主減速器型式 一對(duì)準(zhǔn)雙曲面齒輪 主減速比 6.33 總質(zhì)量（kg） 9510 滿軸荷分配（前/后）（kg） 2600/6910 發(fā)動(dòng)機(jī)額疋轉(zhuǎn)速下功率（kW/r/min ） 99/2800 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩（n*m/r/min ） 382/1600?1900 變速器速比一檔7.31 二檔4.31 三檔2.45 四檔1.54 五檔1.00 倒檔7.66 辦公類型與規(guī)格 子午線9.00R20