（汽車行業(yè)）基于PE及ANSYS的載貨汽車主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計與有限元分析

其設(shè)計的成功與否決定著車輛的動力性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性等多方面的設(shè)計要求。這就對主減速器設(shè)計人員提出較高的要求。在我國傳統(tǒng)的設(shè)計方式中以手工繪圖或采用建模和分析校核，能夠大大提高設(shè)計的效率和質(zhì)量，為輕型貨車的研發(fā)縮短了寶貴的時間。同時，選擇輕型貨車減速器設(shè)計作為畢業(yè)設(shè)計題目，可以對大學(xué)四年所學(xué)的基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程進(jìn)行一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，更最重要的是培養(yǎng)了我們綜合分析問題、理工具的能力,鍛煉自己的設(shè)計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)資料、繪圖等獨立工作能力,為以后的工作打下基礎(chǔ)。車用減速器也隨著整車的發(fā)展不斷成長和成熟起來。隨著高速公路網(wǎng)狀況的改善和國家環(huán)保法規(guī)的完善，和貨車市場的主旋律。對整車主要總成之一的驅(qū)動橋而言，小速比、大扭矩、傳動效率高、成本低逐漸成為客車和貨車主減速器技術(shù)的發(fā)展趨勢。產(chǎn)品上，國內(nèi)卡車市場用戶主要以承載能力強、齒輪疲勞壽命高、結(jié)構(gòu)先進(jìn)是在有效吸收國外同類產(chǎn)品新技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對國內(nèi)市場需求開發(fā)出來的高性能、高可靠性、高品質(zhì)的車橋產(chǎn)品。這些產(chǎn)品基本代表了國內(nèi)車用減速器發(fā)展的方向。通并被用戶廣泛認(rèn)可和使用。設(shè)計開發(fā)上，設(shè)計軟件先后應(yīng)用于主減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和進(jìn)一步進(jìn)設(shè)計上完全遵從模塊化設(shè)計原則，產(chǎn)品配套實現(xiàn)車型的平臺化，造型和結(jié)構(gòu)更加合理，更宜于組織批量生產(chǎn)，更適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)不斷發(fā)展，更能應(yīng)對頻繁的車型換代和產(chǎn)品系列化的特點，這些都對基礎(chǔ)件產(chǎn)品提出愈來愈高的配套要求，需要在產(chǎn)品設(shè)計上不斷地進(jìn)行二次開發(fā)和持續(xù)改進(jìn)，以滿足快速多變的市場需求。與國外相比，我國的車用減速器開發(fā)設(shè)計不論在技術(shù)上、制造工藝上，還是本控制上都存在不小的差距，尤其是齒輪制造技術(shù)缺乏獨立開發(fā)與創(chuàng)新能力，技術(shù)手段落后。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)管理方式較為粗放，相當(dāng)比例的產(chǎn)品仍為中低檔次，缺乏有國際影響力的產(chǎn)品品牌，行業(yè)整體散亂情況依然嚴(yán)重。這需要我們加快技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)進(jìn)步的步伐，提高管理水平，加快與國際先進(jìn)水平接軌，開發(fā)設(shè)計適應(yīng)中國國情的高檔車用減速器總成，由仿制到創(chuàng)新，早日縮小并消除與世界先進(jìn)水平的差距。近幾年來，國內(nèi)汽車生產(chǎn)廠家，如重汽集團(tuán)、福田汽車、江淮汽車等通過與國外卡車巨頭，如沃爾沃、通用、五十鈴、現(xiàn)代、奔馳、雷諾等進(jìn)行合資合作，在車橋減速器的開發(fā)上取得了顯著的進(jìn)步。目前，上汽集團(tuán)、東風(fēng)、一汽、北汽等各大汽車集團(tuán)也正在開展合作項目，希望早日實與世界先進(jìn)技術(shù)的接軌，爭取設(shè)計開發(fā)的新突破[3]?？傮w來說，車用減速器發(fā)展趨勢和特點是向著六高、二低低轉(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(yīng)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;在額定軸荷相同時，車更好;整體剛性好，速比范圍寬。設(shè)計出小型低速載貨汽車主減速器、差速器、等傳動裝置及橋殼等部件。使設(shè)計a.提高汽車的技術(shù)水平，使其使用性能更好，更安全，更可靠，更經(jīng)濟(jì)，更舒適，更機動，更方便，動力性更好，污染更少。b.改善汽車的經(jīng)濟(jì)效果，調(diào)整汽車在產(chǎn)品系列中的檔次，以便改善其市場競爭地位并現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)車型的主減速器作為設(shè)計原型，在最高車速、最大爬坡度等條件下，獨立設(shè)計出符合要求的主減速器。首先確定主減速器的結(jié)構(gòu)形式；其次，據(jù)所給汽車參數(shù)合理的分配主減速器主、從動齒輪模數(shù)，齒數(shù)，計算出主減速器的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對主減速器齒輪進(jìn)行強度校核；然后選擇合適該汽車使用的差速器類型，并對行星齒輪和半軸齒輪模數(shù)，齒數(shù)進(jìn)行合理的校核，設(shè)計出符合該汽車使用的主減速器，并繪制出裝配圖和零件圖。2.1輕型貨車參數(shù)齒輪的正確嚙合，除與齒輪的加工質(zhì)量、裝配調(diào)整及軸承、主減速以外，與齒輪的支承剛度密切相關(guān)。2.2.1主動錐齒輪的支承主動錐齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。懸臂式支承結(jié)構(gòu)(圖2.1a)的特點是在錐齒輪大端一側(cè)采用較長的軸頸，其上安裝應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的大端朝外，使作用在齒輪上離開錐頂?shù)妮S向力由靠近齒輪的軸大些?？拷X輪的支承軸承有時也采用圓柱滾子軸承，這時另一軸承必須采用能承受雙向軸向力的雙列圓錐滾子軸承。支承剛度除了與軸承形式、軸徑大小、支承間距離和懸臂長度有關(guān)以外，還與軸承與軸及軸承與座孔之間的配合緊度有關(guān)[4]。懸臂式支承結(jié)構(gòu)簡單，支承剛度較差，用于傳遞轉(zhuǎn)矩較級主減速器及許多雙級主減速器中。(a)主動錐齒輪懸臂式(b)主動錐齒輪跨置式(c)從動錐齒輪跨置式支承結(jié)構(gòu)(圖2.1b)的特點是在錐齒輪的兩端均有軸承支承，這樣可大大增加支承剛度，又使軸承負(fù)荷減小，齒輪嚙合條件改善，因此齒輪的承載能力高于懸臂但是跨置式支承必須在主減速器殼體上有支承導(dǎo)向軸承所需要的軸承座，從而使主減速器殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本提高。另外，因主、從動齒輪之間的空間很小，致使主動齒輪的導(dǎo)向軸承尺寸受到限制，有時甚至布置不下或使齒輪拆裝困難。跨置式中的導(dǎo)向軸承都為圓柱滾子軸承，并且內(nèi)外圈可以向力，尺寸根據(jù)布置位置而定，是易損壞的一個軸承[5]。2.2.2從動錐齒輪的支承間的分布比例有關(guān)。從動錐齒輪多用圓錐滾子軸承支承。為了增加支承剛度，兩軸承在具有大的主傳動比和徑向尺寸較大的從動錐齒輪的主減速器中，為了限制從動錐齒輪因受軸向力作用而產(chǎn)生偏移，在從動錐齒輪的外緣背面加設(shè)輔助支承(圖2.輔助支承與從動錐齒輪背面之間的間隙，應(yīng)保證偏移量達(dá)到允許極限時能制止從動錐齒輪繼續(xù)變形。主、從動齒輪受載變形或移動的許用偏移量如圖2.3所示[6]。2.3主減速器齒輪的類型分析主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)齒輪類型、減速形式的不同而不同。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。螺旋錐齒輪傳動(圖2.4a)的主、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。(a)螺旋錐齒輪傳動(b)雙曲面齒輪傳動(c)圓柱齒輪傳動(d)蝸桿傳動雙曲面齒輪傳動(圖2.4b)的主、從動齒輪的軸線相互垂直而不相交，主動齒輪軸使主動齒輪螺旋角β1大于從動齒輪螺旋角β2。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：(2.1)F頂點連線之間的夾角。在齒面寬中點處的螺旋角稱為中點螺旋角(圖2.5)。通常不特殊說明，則螺旋角系指中點螺旋角。(2.2)i0s雙曲面齒輪傳動比；螺旋錐齒輪傳動比i0L為：(2.3)圓柱齒輪傳動(圖2.4c)一般采用斜齒輪，廣泛應(yīng)用于發(fā)動機橫置且前置前驅(qū)動的轎車驅(qū)動橋(圖2.6)和雙級主減速器貫通式驅(qū)動橋。蝸桿(圖2.4d)傳動與錐齒輪傳動相比有如下優(yōu)點：(1)在輪廓尺寸和結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下，可得到較大的傳動比(可大于7)。(2)在任何轉(zhuǎn)速下使用均能工作得非常平穩(wěn)且無噪聲。(3)便于汽車的總布置及貫通式多橋驅(qū)動的布置。(4)能傳遞大的載荷，使用壽命長。但是由于蝸輪齒圈要求用高質(zhì)量的錫青銅制作，故成本較高；另外，傳動效率較低。蝸桿傳動主要用于生產(chǎn)批量不大的個別重型多橋驅(qū)動汽車和具有高轉(zhuǎn)速發(fā)動機的大客車上[8]。2.4主減速器的減速形式主減速器的減速形式可分為單級減速、雙級減速、雙速減速、單雙級級減速配以輪邊減速等[9]。2.4.1單級主減速器可由一對圓錐齒輪、一對圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、成本低、使用簡單等優(yōu)點。但是其主傳動比i0不能太大，一般i0≤7，進(jìn)一步提高i0將增大從動齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動齒輪熱處理困難。單級主減速器廣泛應(yīng)用于轎車和輕、中型貨車的驅(qū)動橋中。2.4.2雙級主減速器車上。整體式雙級主減速器有多種結(jié)構(gòu)方案：第一級為錐齒輪，第二級為圓柱齒輪(圖2.9b)；第一級為圓柱齒輪，第二級為錐齒輪(圖2.9c)。對于第一級為錐齒輪、第二級為圓柱齒輪的雙級主減速器，可有縱向水平(圖2.9d)、斜向(圖2.9e)和垂向(圖2.9f)三種布置方案。在具有錐齒輪和圓柱齒輪的雙級主減速器中分配傳動比時，圓柱齒輪副和錐齒輪錐齒輪嚙合時的軸向載荷和作用在從動錐齒輪及圓柱齒輪上的載荷，同時可使主動錐齒輪的齒數(shù)適當(dāng)增多，使其支承軸頸的尺寸適當(dāng)加大，以改善其支承剛度，提高嚙合平穩(wěn)性和工作可靠性。雙速主減速器(圖2.8)內(nèi)由齒輪的不同組合可獲得兩種傳動比。它與普通變速器相配合，可得到雙倍于變速器的擋位。雙速主減速器的高低擋減速比是根據(jù)汽車的使用條件、發(fā)動機功率及變速器各擋速比的大小來選定的。大的主減速比用于汽車滿載小的主減速比則用于汽車空載、半載行駛或在良好路面上行駛，以改善汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性和提高平均車速。雙速主減速器的換擋是由遠(yuǎn)距離操縱機構(gòu)實現(xiàn)的，一般有電磁式、氣壓式和電一氣壓綜合式操縱機構(gòu)。由于雙速主減速器無換擋同步裝置，因此其在停車時進(jìn)行的。雙速主減速器主要在一些單橋驅(qū)動的重型汽車上采用[10]。(a)(b)(c)(d)(e)2.4.3貫通式主減速器貫通式主減速器(圖2.10a,b)根據(jù)其減速形式可分成單級和雙級兩種。單級貫通式主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，質(zhì)量小，并可使中、后橋的大部分零件，尤其是使橋殼、半軸等主要零件具有互換性等優(yōu)點，主要用于輕型多橋驅(qū)動的汽車上。根據(jù)減速齒輪形式不同，單級貫通式主減速器又可分為雙曲面齒輪式及蝸輪蝸桿式兩種結(jié)構(gòu)。雙曲面齒輪式單級貫通式主減速器(圖2.10a)是利用雙曲面齒輪副軸線偏移的特點，將一根貫通軸穿過中橋并通向后橋。但是這種結(jié)構(gòu)受主動齒輪最少齒數(shù)于輕型汽車的貫通式驅(qū)動橋上。當(dāng)用于大型汽車時，可通過增設(shè)輪邊減速器或加大分動器速比等方法來加大總減速比。蝸輪蝸桿式單級貫通式主減速器(圖2.10b)在結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下可得到較大的速比。它使用于各種噸位多橋驅(qū)動汽車的貫通式驅(qū)動橋的布置。另外，它還具有工作平滑無聲、便于汽車總布置的優(yōu)點。如蝸桿下置式布置方案被用于大客車的貫通式驅(qū)動橋中，可降低車廂地板高度。根據(jù)齒輪的組合方式不同，可分為錐齒輪一圓柱齒輪式和圓柱齒輪一錐齒輪式兩種形式。錐齒輪一圓柱齒輪式雙級貫通式主減速器(圖2.10a)可得到較大的主減速比，但拆裝也不方便[11]。1-貫通軸2-軸間差速器2.4.4單雙級減速配輪邊減速器在設(shè)計某些重型汽車、礦山自卸車、越野車和大型公共汽車的驅(qū)動橋時，由于傳動系總傳動比較大，為了使變速器、分動器、傳動軸等總成所受載荷盡量小，往往將到要求，此時常采用輪邊減速器。這樣，不僅使驅(qū)動橋的中間尺寸減小，保證了足夠的離地間隙，而且可得到較大的驅(qū)動橋總傳動比。另外，半軸、差速器及主減速器從動齒輪等零件由于所受載荷大為減小，使它們的尺寸可以減小。但是由于每個驅(qū)動輪旁均設(shè)一輪邊減速器，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本提高，布置輪轂、軸承、車輪和制動器較困難。綜上分析，本設(shè)計中采用單級減速器就能滿足要求。2.5本章小結(jié)本章首先確定了主減速比，用以確定其它參數(shù)。對主減速器型式確定中主減速器齒輪的類型、主減速器的減速形式、主減速器主動錐齒輪的支承式的選擇、從動錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇。(3.1)(3.2)(3.3)f,中的較小者有公約數(shù)；為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強度，主、從動齒輪齒數(shù)和應(yīng)根據(jù)從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩見式3.1和式3.2并取兩式計算結(jié)果中較小的一個作(3.4)；Tj/z2算出從動齒輪大端模數(shù)，并用下式校核:(3.5)速器螺旋錐齒輪面寬度推薦采用：主、從動錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向的軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時，應(yīng)使主動錐齒輪的軸向力離開錐頂方向。這樣可使主、從動齒輪有分離的趨勢，防止輪齒因卡死而損壞。所以主動錐齒輪選擇為左旋，從錐頂看為逆時針運動，這樣從動錐齒輪為右旋，從錐頂看為順時針，驅(qū)動汽車前進(jìn)。壓力角可以提高齒輪的強度，減少齒輪不產(chǎn)齒輪，大壓力角易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪的端面重疊系數(shù)下降，一般1723745678=9==主減速器錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動系的其它齒輪相比控制，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短制造時間、減少生產(chǎn)成本并將低廢品率；汽車主減速器用的螺旋錐齒輪以及差速器用的直齒錐齒早期的磨損，圓錐齒輪的傳動副（或僅僅大齒輪）在熱處理及經(jīng)加工（如磨齒或配對償零件的公差尺寸，也不能代替潤滑。在汽車主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用其在輪齒上的假定單位壓力即單位齒長圓周力來估算，即：(3.6)按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩計算時：(3.7)(3.8)v——質(zhì)量系數(shù)，對于汽車驅(qū)動橋齒輪，檔齒輪接觸良好、節(jié)及徑向跳動精度高主動錐齒輪彎曲應(yīng)力σw1從動錐齒輪彎曲應(yīng)力σw2主動錐齒輪彎曲應(yīng)力σw1從動錐齒輪彎曲應(yīng)力σw2綜上所述計算的齒輪滿足彎曲強度的要求。(3.9)齒輪在其軸上的支承長度，如圖3.6所表3.6差速器用直齒錐齒輪的幾何尺寸，表中計算用的弧齒厚系數(shù)取τ=-0.0485。1234F=(0.25～0.30)A;5高6高722.5°89;,;;;;計算，而對于疲勞壽命則不予考慮。3.5.2其他零部件的尺寸確定rd螺栓分布半徑；s螺栓截面面積；[τ]螺栓材料的須用應(yīng)力，選用材料為40號調(diào)制剛，[τ]=300MPa。3.6本章小結(jié)的標(biāo)準(zhǔn)對齒輪參數(shù)進(jìn)行合理的選擇，最后對螺旋錐齒輪的相關(guān)幾何尺寸參整理，并且對主動、從動齒輪進(jìn)行強度校核。對主減速器齒輪的材料及熱明，并對主減速器相關(guān)零部件差速器進(jìn)行了設(shè)計計算與校核。4.1軟件介紹在中國也有很多用戶直接稱之為“破衣”。1985年，PTC公司成立于美國波過10余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEERWildFire6.0（中文名野火6)。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計和機械設(shè)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(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER還提供了全面、集成緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能的綜合性MCAD軟件。經(jīng)過20多年不斷的創(chuàng)新和完善，pore現(xiàn)在已經(jīng)是三維建模軟件領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊之一，它具有如下特點和優(yōu)勢：參數(shù)化設(shè)計和特征功能:Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。單一數(shù)據(jù)庫：Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。全相關(guān)性：Pro/ENGINEER的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。基于特征的參數(shù)化造型：Pro/ENGINEER使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學(xué)科的工程師同時對同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開Pro/ENGINEER獨特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。裝配管理：Pro/ENGINEER的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設(shè)計意圖。高級的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預(yù)先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用[15]。4.2.1主減速器殼體的建模4.2.2主減速器主動錐齒輪的建模 x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180(6)創(chuàng)建齒根圓4.3本章小結(jié)5.1軟件介紹5.1.1有限元法的發(fā)展歷史教授發(fā)表了一組能量原理與矩陣分析論文，為這一方法的理論基礎(chǔ)作出了杰出貢獻(xiàn)。作，奠定了有限單元法的理論基礎(chǔ)，搞清了有限單元法與變分法的關(guān)系，發(fā)展了各種各樣的單元模式，擴(kuò)大了有限單元法的應(yīng)用范圍。領(lǐng)域，成為連續(xù)介質(zhì)問題數(shù)值解法中最活躍的分支。由分法有限元擴(kuò)展到加權(quán)殘數(shù)法與能量平衡法有限元，由彈性力學(xué)平面問題擴(kuò)展到空間問題、板殼問題，有靜力平衡問題擴(kuò)展到穩(wěn)定性問題、動力問題和波形問題，由線形問題擴(kuò)展到非線形問題，分析對象由彈性材料擴(kuò)展到塑性、粘彈性、粘塑性和復(fù)合材料等，由結(jié)構(gòu)分析擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)優(yōu)化乃至與設(shè)計自動化，從固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域[17]。5.1.2有限元法的應(yīng)用在工程技術(shù)領(lǐng)域中，根據(jù)分析的目的，有限單元法的應(yīng)用可以分為三大類：一是進(jìn)行靜力分析，也就是求解不隨時間變化的系統(tǒng)平衡問題。如線彈性系統(tǒng)分析，也可應(yīng)用在靜力學(xué)、靜磁學(xué)、穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)和多孔介質(zhì)中的流體流動等的分析。二是模態(tài)分析和穩(wěn)定性分析。它是平衡問題的推廣，可以確定一些系統(tǒng)的特征值或臨界值，如結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析及線彈性系統(tǒng)固有特性的確定等。三是進(jìn)行瞬時動態(tài)分析。它可以進(jìn)行求解一些隨時間而變的傳播問題。如彈性連續(xù)體），在機械與汽車結(jié)構(gòu)分析中，有限單元法已作為一種常用的基本方法被廣泛使用。上述的有限單元法三大應(yīng)用領(lǐng)域也包含了機械與汽車結(jié)構(gòu)有限元分析的主要應(yīng)用范圍。具體來講，有限元分析應(yīng)用體現(xiàn)在一是在機械與汽車的設(shè)計中，對所有結(jié)構(gòu)件、主要機械零部件的強度、剛度、穩(wěn)定性分析，有限單元法是不可替代的工具。二是在機械與單元法來進(jìn)行各構(gòu)件的模態(tài)分析，同時在計算機屏幕上直觀形象地再現(xiàn)各構(gòu)件的振動模態(tài)，進(jìn)一步計算出各構(gòu)件的動態(tài)響應(yīng)，較真實地描繪出動態(tài)過程，為結(jié)構(gòu)的動態(tài)設(shè)計提供方便有效的工具。有限單元法最初應(yīng)用于航空器的強度計算，但隨著研究的深入，有限單元法不僅應(yīng)用于力學(xué)問題的分析計算，還在其他科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，成為一種應(yīng)用廣泛、實用高效的數(shù)值計算方法。5.2主減速器殼體的有限元分析定義完元素類型后應(yīng)該定義材料的屬性。由于材料是各向同性的線依次選擇Structural>Linear>Elastic>Isotropic命令。雙擊Isotropic將彈出5.4定義完材料屬性后就可以對齒輪模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分了。網(wǎng)格劃分又機制,使用Smartsize在很多情況下更有利于在網(wǎng)格生成過程中生成形狀合理的Smartsize算法首先對待劃分網(wǎng)格的面或體的所有線估算單元邊長。然后對幾何體中的彎曲近似區(qū)域的線進(jìn)行細(xì)化。由于所有的線和面在網(wǎng)格劃分開始時已經(jīng)指定大小，生成網(wǎng)格的質(zhì)量與待劃分網(wǎng)格的面或體順序無關(guān)。加載步驟如下:變形如面分析下圖。充分滿足剛度要求。應(yīng)力結(jié)果分析：數(shù)值顯示，藍(lán)色部位應(yīng)力值最充分滿足強度要求。通過有限元分析可知，所設(shè)計的主減速器殼體及選合要求。5.3主減速器主動錐齒輪的有限元分析0.3定義完元素類型后應(yīng)該定義材料的屬性。由于材料是各向同性的線依次選擇Structural>Linear>Elastic>Isotropic命令。雙擊Isotropic將彈出5.12比“0.3”。定義完材料屬性后就可以對齒輪模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分了。網(wǎng)格劃分又機制,使用Smartsize在很多情況下更有利于在網(wǎng)格生成過程中生成形狀合理的Smartsize算法首先對待劃分網(wǎng)格的面或體的所有線估算單元邊長。然后對幾何體中的彎曲近似區(qū)域的線進(jìn)行細(xì)化。由于所有的線和面在網(wǎng)格劃分開始時已經(jīng)指定大小，生成網(wǎng)格的質(zhì)量與待劃分網(wǎng)格的面或體順序無關(guān)。變形如面分析下圖。量很小，充分滿足剛度要求。令，把各個節(jié)點的應(yīng)力值以列表的形式輸出如下應(yīng)力結(jié)果分析：數(shù)值顯示，藍(lán)色部位應(yīng)力值最足強度要求。通過有限元分析可知，所設(shè)計的主減速器主動錐齒輪及選用的材料均符合要求。5.4主減速器從動錐齒輪的有限元分析定義完元素類型后應(yīng)該定義材料的屬性。由于材料是各向同性的線依次選擇Structural>Linear>Elastic>Isotropic命令。雙擊Isotropic將彈出5.22比“0.3”。定義完材料屬性后就可以對齒輪模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分了。網(wǎng)格劃分又機制,使用Smartsize在很多情況下更有利于在網(wǎng)格生成過程中生成形狀合理的Smartsize算法首先對待劃分網(wǎng)格的面或體的所有線估算單元邊長。然后對幾何體中的彎曲近似區(qū)域的線進(jìn)行細(xì)化。由于所有的線和面在網(wǎng)格劃分開始時已經(jīng)指定大小，生成網(wǎng)格的質(zhì)量與待劃分網(wǎng)格的面或體順序無關(guān)。變形如面分析下圖。分滿足剛度要求。令，把各個節(jié)點的應(yīng)力值以列表的形式輸出如下圖；應(yīng)力結(jié)果分析：數(shù)值顯示，藍(lán)色部位應(yīng)力值最足強度要求。通過有限元分析可知，所設(shè)計的從動錐齒輪及選用的材料均符合要求。4.3本章小結(jié)法，參考相關(guān)車型，確定了主減速器的總體設(shè)計設(shè)計的主要內(nèi)容：考察相近載重量的貨車的主減速器結(jié)構(gòu)形形式的優(yōu)缺點，確定了主減速器的總體設(shè)計方案；減速器可提高機械效率，具有很好的動力性和經(jīng)濟(jì)相關(guān)參數(shù)；完成差速器的設(shè)計，采用普通行星齒輪差尺寸參數(shù)；各部件都進(jìn)行強度校核，并選用合理能盡量滿足零件的標(biāo)準(zhǔn)化、部件的通用化和產(chǎn)品的系列化的要求，修理、保養(yǎng)方車生產(chǎn)的總成本推動汽車經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，可以被廣泛用在各種輕型載貨汽車。但此設(shè)計過程仍有許多不足，在設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸時，有值得出，這樣就帶來了一定的誤差。另外，在某些方面，仔細(xì)，懇請各位老師同學(xué)給予批評指正。[1]莫思劍.淺析我國商用汽車車橋的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].制造技術(shù),2008(12).[2]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機械工業(yè)出版社,2008.[3]李夢群，武文革,孫厚芳.21世紀(jì)機械制造業(yè)[J].機械設(shè)計與制造，2003(5).[5]王望予.汽車設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社,2004.[6]汽車工程手冊編輯委員會.汽車工程手冊[M]：設(shè)計篇.北京：人民交通出版社，[8]李紅淵,李萍鋒.載重汽車驅(qū)動橋主減速器設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2009.[9]劉惟信.驅(qū)動橋[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.[10]程乃士.減速器和變速器設(shè)計與選用手冊[M].機械工程出版社2007.[11]仝令勝,石博強,申焱華,郭朋彥.45t鉸接式自卸車貫通式驅(qū)動橋主減速器設(shè)計[J].煤礦機械,2008.2.[12]機械設(shè)計手冊編委會.齒輪傳動（單行本）[M].北京：[13]陳黎卿,李超,何欽章,陳睿.汽車主減速器軸承受力分析及選型系統(tǒng)開發(fā)[J].軸[14]汪愷.機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊（第二卷）[M].機械工業(yè)出版社199[15]王霄，劉會霞．Pro／EngineerWildfire3．0典型零件設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版[16]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(xué)論文,2008.4.[17]張朝暉，李樹奎．ANSYSll.0有限元分析理論與工程應(yīng)用[M].北京：電子[19]陳言東，王解生.驅(qū)動橋主減速器殼體的有限元分析[J].制造業(yè)信息化,2009.從本設(shè)計的選題，材料的收集，數(shù)據(jù)的整理，到最終的的指導(dǎo)老師孫遠(yuǎn)濤老師，正是由于孫老師的支持和學(xué)態(tài)度的影響下，我的畢業(yè)設(shè)計才得以完成。通過到的知識進(jìn)行了一次大總結(jié)，一次大檢查，特別是計有了全新且比較全面的深刻認(rèn)識，達(dá)到了前所未問題的能力。再次向?qū)O老師表示衷心的感謝！勵和生活上的諸多照顧，感謝他們督促我接受良好的教育。最后，向參加論文審閱、答辯的專家和老師表示感謝。Finaldrive\DifferentialAllvehicleshavesometypeofdriveaxle/differentialassemblyincorporatedintothedriveline.Whetheritisfront,rearorfourwheeldrive,differentialsarenecesstangles(fromthelineofthedriveshaft)anddirectedtothedrivewheels.Thisisaccomplishedbyapiniondrivegear,whichturnsacircularringgear.Theringgearisattachedtoadifferentialhousing,containingasetofsmallergearsthataresplinedtotheinnerendofeachaxleshaft.Asthehousingisrotated,theinternaldifferentialgearsturntheaxleshafts,whicharealsoattachedtothedrivewheels.Fig1Driveaxlexle.Driveinthroughthelayoutofthebridge,thebridgedriveshaftarrangedverticallyinthesameverticalplane,andnotthedriveaxleshaft,respectively,intheirownsu-actuatorwithadirectconnection,buttheactuatorislocatedatthefkoftheadjacentshaftetransaxle,andhalfshaftslinkingthetransaxletothedrivewheels.avelrequired,inter-wheelmotorvehiclesareequippedwithaboutdifferential,theliptothecharacteristicsofrotatingatdifferentspeedstomeettherequirementsofthevehiclekinematics.Fig3Principleofdifferentials.1.Thedrivepinion,whichisturnedbythedriveshaft,turnstheringgear.2.Theringgear,whichisattachedtothedifferentialcase,turnsthecase.3.Thepinionshaft,locatedinaboreinthedifferentialcase,isatrightanglestotheaxleshaftsandturnswiththecase.withtheshaft.withthedifferentialhousingandringgearasaunit.ears.8.Whenitisnecessarytoturnacorner,thedifferentialgearingbecomeseffectiveandallowstheaxleshaftstorotateatdifferentspeeds.sarehoursinthefriction(suchasdrivingonice),isrestrictedtoamaximumtorque,sodtohavesufficienttractiontotransfertorquetotheground.Ifyouincreasethethrottleafterthewheelsslip,itwillonlymakethewheelsspinfaster.Fig4ConventionaldifferentialFig5Limited-slipdifferentialDifferentialsettlementofacarintheunevehepowertransmission,thatis,thewheelslipcannotproducetckingdifferential,sothatnolongerserveausefuldifferentialrightandleftsidesoLimited-slipandlockingdifferentialoperationcththeaxledifferentiallockintoone,thusthetemporarylossofdifferentialrole.Redstostoplockingandrestoretheroleofdifferential.(2)self-lockingdifferentialinstalledintheoilviscosityorfrictionclutchccethere,couplingorclutchfrictionresistanceontheautomatic,tomakecertaintheodifferenceonbothsidesofthewheel,thefrictionalresistancedisappeared,theroleofautomaticrestorationofdifferentials.Morecomplicatedstructureinthisway,buslipdifferential,notonlyusedforthedifferentialbetweenthewheels,butalsoforall-wheeldrivevehicleinter-axledifferential/.Thedriveaxleofavehicleissaidtohaveacertainaxleratio.Thisnumber(usuallythedriveshaftmustturn4.11timestoturnthewheelsoncebility,andrelativelypoorfueleconomy.However,ifitistoolarge,itcannotplaytheller，thespeedishigher,fueleillbepoor.所有的汽車都裝有不同類型的主減速器和差速器來驅(qū)動汽車行駛。無論是前驅(qū)汽車，后驅(qū)汽車還是四輪驅(qū)動的汽車，對于將發(fā)動機的動力轉(zhuǎn)化到車輪上差速可缺少的部件。驅(qū)動