某商用車雙級減速驅動橋設計【全套含CAD圖紙、三維模型】

- 1 -本科畢業(yè)論文（設計）開 題 報 告論文題目 某商用車雙級減速驅動橋設計 班 級姓 名院（系）導 師開題時間- 2 -1．課題研究的目的和意義驅動橋位于傳動系末端。其基本功用首先是增扭、降速，改變轉矩的傳遞方向，即增大由傳動軸或直接從變速器傳來的轉矩，并將轉矩合理地分配給左、右驅動車輪；其次，驅動橋還要承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力、縱向力和橫向力，以及制動力矩和反作用力矩等。驅動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和橋殼組成，轉向驅動橋還有等速萬向節(jié)。載重汽車作為汽車的一個分類，在人們日常生活中承擔了重要的任務。大多數短途、中長途貨運都是由載重汽車來完成的。對于重型載貨汽車來說，要傳遞的轉矩較乘用車和客車以及輕型商用車都要大得多，以便能夠以較低的成本運輸較多的貨物，所以選擇功率較大的發(fā)動機，這就對傳動系統(tǒng)有較高的要求，而驅動橋在傳動系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。 【1】 隨著目前國際上石油價格的上漲，汽車的經濟性日益成為人們關心的話題，這不僅僅只對乘用車，對于載貨汽車，提高其燃油經濟性也是各商用車生產商來提高其產品市場競爭力的一個法寶，為了降低油耗，不僅要在發(fā)動機的環(huán)節(jié)上節(jié)油，而且也需要從傳動系中減少能量的損失。而驅動橋則是傳動系中將動力轉化為能量的最終執(zhí)行者?！?】 因此，在發(fā)動機相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動機匹配性比較高的驅動橋便成了有效節(jié)油的措施之一。所以設計新型的驅動橋成為新的課題 。通過本課題可以達到以下目的 ：1) 通過對汽車驅動橋傳動系統(tǒng)結構的學習和設計實踐，可以鍛煉查閱收集資料并進行實際設計操作的能力，掌握機械設計的方法和過程。 2) 通過對汽車驅動橋傳動系統(tǒng)結構的學習和設計實踐，可以更好的學習并掌握現代汽車設計與機械設計的全面知識和技能。 3) 通過對汽車驅動橋傳動系統(tǒng)結構的研究并查閱了解多種三維制圖軟件，熟練掌握及操作有限元分析軟件 ANSYS，利用已掌握的機械制圖技能利AutoCAD 完成二維裝配圖的繪制，利用三維軟件 CATIA 完成汽車驅動橋傳動系統(tǒng)結構設計與三維裝配圖的繪制。 4) 通過查閱汽車驅動橋的相關資料，可以對汽車行業(yè)的發(fā)展有新的認識。2．國內外研究現狀2.1 引言隨著汽車工業(yè)的發(fā)展及汽車技術的提高，驅動橋的設計、制造工藝都在日益完善。驅動橋也和其他汽車總成一樣，除了廣泛采用新技術外，在結構設計中日益朝著“ 零件標準化、部件通用化、產品系列化 ”的方向發(fā)展及生產組織的專業(yè)化日標前進。 【3】 - 3 -汽車的車橋是根據在車輪上的作用來劃分的，總體可分為轉向橋、轉向驅動橋和支承橋幾大類型。而相對于重型車橋來說，由于要求有高驅動力矩和超承載力，所以比較而言要求較高。目前我國國內的重型車橋技術分為兩種，一種是自身帶有 ABS、自動高速臂、輪邊減速器、氣囊懸掛的高速重載車橋；一種是本身帶有輪邊減速器，有較好的越野性能的重型車橋。重型車橋從工藝角度也可以分為兩種，一種是重量較大、沖擊韌性差、超載能力差的鑄造橋；一種是重量較輕、沖擊韌性比較好的沖焊橋，超載能力也是十分卓越。 【4】2.2 國內行業(yè)狀況與市場前景我國重型汽車銷量從 2000 年開始急劇上升，平均年增長量超過 28%，2004年銷售量超過 35 萬輛，增長率超過了 45%，2005 年總銷量回落到 236586 輛，2006 年重型汽車市場擺脫了 2005 年度的“回落” 之態(tài)，達到 307296 輛。據中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數據顯示，2007 年度我們共計生產卡車 215.73 萬輛，同比增長 23.07%，銷售 214.45 萬輛，同比增長 28.85%。其中，重卡累計生產 48.99 萬輛，同比增長 61.36%，累計銷售 48.75 萬輛，同比增長 58.64%.總重量大于 32×104N 的重卡整車同比增長速度最快，增幅高達 208.51%，單就重卡市場對重車橋的需求就達到 50 萬輛以上，特別是 19t-26t 的重卡，對相應重車橋的需求也大。2010 年，我國有望成為世界最大的 3 個汽車市場之一，據專家預測，未來幾年重型汽車市場仍將保持 10%~15%的增長率。 【5】2.3 國內重車橋生產廠家簡介1）陜西漢德是目前全國最大的斯太爾橋生產基地之一，該公司具有完整的產品開發(fā)、生產制造、檢驗檢測和市場營銷體系，具有世界領先技術的重卡車橋制造技術，技術水平始終處于國內領先地位，目前，已形成年產 10 萬根各類橋總成的生產能力。該公司已在西安北郊經濟技術開發(fā)區(qū)涇渭工業(yè)園開始新基地建設，屆時將形成年長各類橋總成 38 萬根的生產能力。2）徐州美馳引進了先進的美馳（羅克韋爾）產品和車橋制造技術，是中國最大的專業(yè)化生產、銷售各類工程機械及特種車輛用車橋的公司。主要產品包括各種車輛用剛性橋、轉向橋、貫通橋和三聯(lián)橋。應用于 12t~50t 汽車起重機、輪胎起重機；斗容量 1.0m3~3.5m3 輪式裝載機；5t~25t 叉車；斗容量0.4m3~1.0m3 挖掘機；12t~25t 振動壓路機；8t~30t 重型汽車、沙漠運輸車等數十種工程機械、特種車輛用橋。目前，公司年生產能力為 10 萬根車橋。3）一起山東汽車改裝廠，主要生產 4.5t~16t457 系列橋，為一汽集團配套，具有年產 15 萬根沖焊驅動橋的能力。擁有沖焊橋殼下料成型、橋殼總成焊接、減速殼體加工、差速器殼體加工、橋總成裝配及涂裝等 10 條國內先進的生產線及先進的檢測設備。是國內唯一擁有橋殼疲勞試驗和橋總成疲勞試驗手段的車- 4 -橋生產廠。4）濟南美馳車橋公司是目前國內生產重型車橋規(guī)模最大、技術水平最優(yōu)、產品品種最多的生產企業(yè)之一。該公司的主導產品有引進奧地利斯太爾技術生產的 13T 級中后橋、前驅動橋總成，采用美國 MERITOR 技術生產的HOWO1249、 HOWO1279 單級減速驅動橋，擁有獨立知識產權的橋中之王——HOWO1667、 HOWO1697 單級減速驅動橋等三大系列 300 余種車橋產品，廣泛應用于各種中重型卡車、大中型客車領域。5）重慶重汽集團（紅巖）的紅巖橋具有技術水平高、產品可靠性好、承載能力強等特點，在行業(yè)擁有較好的品牌優(yōu)勢，經過技術改造，已形成了 10 萬根橋生產能力。6）北方奔馳車橋公司是引進德國 Daimler-Benz 車橋全套技術，投資 5 億人民幣建成的重型卡車橋、中高檔客車橋的生產企業(yè)，全部采用過以一流的先進加工設備，目前具有年產 5 萬臺套車橋的配套生產能力。 【6】2.4 重型車橋的發(fā)展趨勢1）結構趨勢隨著中國公路建設水平的不斷提高，公路運輸車輛正向大噸位、多軸化、大馬力方向發(fā)展，使得重型車橋總成也向傳動效率高的單級減速方向發(fā)展。單級驅動橋結構簡單，機械傳動效率高，易損件少，可靠性高。由于單級橋傳動鏈減少，摩擦阻力小，比雙級橋省油，噪聲也小。過去，單級橋因為橋包尺寸大，離地間隙小，導致通過性較差，應用范圍相對較小，但是現在公路狀況已經得到了顯著改善，重型汽車使用條件對通過性的要求降低。這種情況下，單級橋的劣勢得以忽略，而其優(yōu)勢不斷突出，所以在公路運輸中的應用范圍肯定越來越廣。 【7】目前我國卡車中，雙級減速橋的應用比例還在 60%左右。如我國重卡大量使用斯太爾驅動橋屬于典型的雙級減速橋，其二級減速的結構，主減速器總成相對較小，橋包尺寸減小女，因此離地間隙加大，通過性好，承載能力也較大，是廣泛用于公路運輸，以及石油、工礦、林業(yè)、野外作業(yè)和部隊等多種領域的車輛。但雙級減速橋的缺點也比較明顯：傳動效率相對較低，油耗高；長途運輸容易導致汽車輪轂發(fā)熱，散熱效果差，為了防止過熱發(fā)生爆胎，不得不增加噴淋裝置；結構相對復雜，產品價格高。 【8】 因此，在歐美重型汽車中采用該結構的車橋產品呈下降趨勢，日本采用該結構的產品更少。我國雙級減速橋使用比例下降也是必然的，未來雙級減速橋將主要在工程用車領域發(fā)揮作用。有專家預測，今后幾年內，重型車橋將會形成以下產品格局：公路運輸以 10t 及以上單級減速驅動橋、承載軸為主；工程、港口等用車以 10t 以上雙級減速驅動橋為主。2）技術趨勢業(yè)內專家認為，總體而言，現在重型汽車有向節(jié)能、環(huán)保、舒適等方面發(fā)- 5 -展的趨勢，要求重型車橋要輕量化、大扭矩、低噪聲、寬速比、壽命長和低生產成本。從國際趨勢看，車橋向輕量化發(fā)展是必然，因為向輕量化發(fā)展，材料節(jié)省，可以降低成本。在噪聲方面，國內重型車橋跟國外的差距較大，今后需要在這方面有所改進。造成車橋噪聲的主要因素在于齒輪精度不夠，所以，車橋齒輪要向高強度、高精度方向發(fā)展。齒輪的高強度化制造技術關鍵在于：高強度齒輪鋼的開發(fā)和齒輪強化技術的應用。齒輪的高精度制造技術包括合理選材、高精度淬火技術和從動齒輪壓力淬火技術。 【9】 【10】2.5 結語汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，帶動了整個國內汽車零部件企業(yè)的向前推進。就目前車橋行業(yè)的發(fā)展趨勢而言，呈現出以下主要特點：1）由于整車的市場集中度增加，目前國內車橋行業(yè)趨向于技術上強強聯(lián)手，共謀發(fā)展； 【3】 【4】2）由于近幾年國家對汽車零部件行業(yè)出臺相應的政策，以扶持其走向正軌，所以整體來看車橋行業(yè)布局已大體完成； 【4】3）外資不斷投入，國內車橋企業(yè)亟待技術上的獨立； 【5】4）大噸位、多軸化、大馬力、節(jié)能、環(huán)保、舒適等方面發(fā)展的趨勢，要求重型車橋要輕量化、大扭矩、低噪聲、寬速比、壽命長和低生產成本。 【6】 【7】5）零部件企業(yè)與整機企業(yè)同步設計、開發(fā)，系統(tǒng)化集成、模塊化供貨。 【8】3. 本課題的研究內容及技術方案3.1 研究內容本課題研究的是商用車雙級減速驅動橋以及制動器。設計驅動橋時應當滿足如下基本要求：1）選擇適當的主減速比，以保證汽車在給定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由高的傳動效率。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，以減少不平路面的沖擊載荷，提高汽車行駛平順性。6）與懸架導向機構運動協(xié)調；對于轉向驅動橋，還應與轉向機構運動協(xié)調。- 6 -7）結構簡單，加工工藝性好，制造容易，維修、調整方便。設計制動系時應滿足如下主要要求：1）具有足夠的制動效能。2）工作可靠。3）在任何速度下制動時，汽車都不應喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。4）防止水和污泥進入制動器工作表面。5）操縱輕便，并有良好的隨動性。6）制動能力的熱穩(wěn)定性良好。7）制動時，制動系產生的噪聲盡可能小，同時力求減少散發(fā)出對人體有害的石棉纖維等物質，以減少公害。8）作用滯后性應盡可能好。9）摩擦襯片(塊）應有足夠的使用壽命。10）摩擦副磨損后，應有能消除因磨損而產生間隙的機構，且調整間隙工作容易，最好設置自動調整間隙機構。11）當制動驅動裝置的任何元件發(fā)生故障并使其基本功能遭到破壞時，汽車制動系應有音響或光信號等報警提示。3.2 技術路線為了使設計研究結果建立在科學、嚴謹的基礎上，使設計更符合實際情況，研究思路和方法的選擇與運用至關重要。對驅動橋設計提出了以下研究思路和方法： 1)通過實習、調查、上網以及文獻檢索等多種有效方法，系統(tǒng)收集驅動橋的研究成果和相關信息。2)在對國內外驅動橋的技術現狀、發(fā)展趨勢、市場等情況進行系統(tǒng)分析研究的基礎上，確定設計策略，作為構思總體設計方案的指導思想； 3)參數化設計：根據整體設計要求與主要參數，確定主減速器、差速器、車輪傳動裝置和橋殼的件結構形式和基本參數； 4)計算機三維造型：根據理論計算的主要參數，運用 CATIA 對各零件和總成進行三維造型和裝配，要遵循三維造型的原則。并畫出二維裝配圖5)有限元分析：基于 ANSYS 對驅動橋殼進行有限元分析。4.本設計的特色雙級主減速器在一些減速比比較大的減速器常常采用，第一級為錐齒輪傳動，第二級為圓柱斜齒輪傳動。雙級主減速器的結構特點：1）第一級為圓錐齒輪傳動，其調整裝置與單級主減速器類同；2）由于雙級減速，減小了從動錐齒輪的尺寸，其背面一般不需要止推裝置；- 7 -3）第二級為圓柱齒輪傳動，圓柱齒輪多采用斜齒或人字齒，傳力平穩(wěn)；4）雙級主減速器的減速比為兩對副減速比的乘積。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分析法對驅動橋殼進行了計算和分析。 【11】 本設計采用 ANSYS 對驅動橋殼進行有限元分析。5. 進度安排第 1~3 周：搜集資料，撰寫開題報告；第 4~7 周：確定總體方案，進行驅動橋設計計算；第 8~13 周：三維實體建模，繪制二維工程圖；第 14~15 周：對驅動橋殼進行有限元分析；第 16~17 周：撰寫畢業(yè)設計論文；第 18 周：準備答辯。6. 參考文獻1 汪衛(wèi)東. 我國汽車零部件產業(yè)的現狀及發(fā)展對策思考[J]. 機電信息, 2004(14): 7-10.2 聶福全. 國內工程機械驅動橋技術現狀及發(fā)展趨勢[J]. 現代零部件, 2007 (9): 32-35.3 張國峰. 中國重型車橋誰主沉浮?[J]. 汽車零部件, 2009 (4).4 高志剛. 重型汽車驅動橋的基本結構及發(fā)展方向[J]. 科學與財富, 2010(008):18-18.5 鄭娟英. 我國重型汽車車橋歷史, 現狀及發(fā)展趨勢[J]. 汽車實用技術, 2010(002): 19-24.6 汪煉鋼. 淺析國內重型車橋的現狀及發(fā)展趨勢[J]. 工程建設與設計, 2008(11):72-74.7 馬順龍, 劉海峰, 王成剛, 等. 中重型商用汽車驅動橋殼的發(fā)展現狀及趨勢[J].鑄造技術, 2008, 29(9): 1169-1174 .8 劉永輝, 朱小波. 重型汽車驅動橋的基本結構及發(fā)展方向[J]. 科技經濟市場, 2006 (8).9 張力民, 陸艷. 我國機械行業(yè)傳動裝置現狀及發(fā)展趨勢[J]. 經濟技術協(xié)作信息, 2007 (14): 91-91.10 莫思劍. 淺析我國商用汽車車橋的發(fā)展現狀及趨勢[J]. 裝備制造技術, 2005, - 8 -1: 010.11 楊波,羅金橋.基于 ANSYS 的汽車驅動橋殼的有限元分析[J].CAD/CAM 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