汽车主减速器及差速器的结构设计与强度分析优质毕业设计.doc
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1、目 录摘 要IIIAbstractIV1 绪 论11.1 课题研究背景11.2 课题研究目标及意义11.3 课题研究内容21.4 研究对象关键参数32 汽车主减速器设计32.1 汽车主减速器概述32.2 汽车主减速器工作原理32.3 轿车主减速器结构方案选择和分析42.4 轿车主减速器基础参数选择和计算52.4.1轿车主减速器传动比i0确实定52.4.2主减速器计算载荷确实定52.4.3主减速器锥齿轮基础参数选择72.4.4主减速器锥齿轮关键几何参数计算82.5 轿车主减速器螺旋锥齿轮强度计算103 差速器设计143.1 差速器概述143.2 差速器工作原理143.3 差速器结构形式选择153
2、.4 一般锥齿轮差速器齿轮设计153.4.1差速器齿轮关键参数选择153.4.2差速器齿轮关键几何参数计算173.5一般锥齿轮差速器齿轮强度计算184 汽车主减速器及差速器三维实体建模204.1 主减速器三维实体建模204.1.1主减速器三维建模分析和设计思绪204.1.2主减速器螺旋锥齿轮关键建模过程214.2 差速器三维实体建模264.2.1差速器半轴直齿锥齿轮关键建模过程264.2.2差速器壳关键建模过程274.3 汽车主减速器及差速器装配285 汽车主减速器及差速器关键部件强度分析305.1 强度分析介绍305.2 差速器壳体强度分析305.3 半轴强度分析356 结 论39参考文件4
3、0致 谢41汽车主减速器及差速器结构设计和强度分析摘 要本文首先对汽车主减速器及差速器工作原理及结构进行了简单介绍;其次经过对汽车关键参数进行分析和计算设计出主减速器及差速器,然后利用三维软件对其关键零部件进行建模,建模完成后对零件进行装配;全部零件装配完成后,经过有限元软件对建模后相关部件进行应力分析,依据分析结果进行部分改善或优化。关键词:主减速器;差速器;设计;建模;分析The structure design and strength analysis of automotive main reducer and differential AbstractFirst, the work
4、ing principle and structure of automotive main reducer and differential are introduced in this paper. Then after the analysis and calculation of the automotive main reducer and differential, to use 3D software to make 3D model of main components of automotive main reducer and differential and compos
5、e them after the making of the model. Finally, making stress analysis of relevant components by finite element software, besides, making some improvements and optimizing according to the results. Key words: Main reducer; Differential; Design; Modeling; Analysis1 绪 论1.1 课题研究背景汽车自发明以来,对全球工业制造和整个经济发展全部
6、产生了较大影响。然而现在伴随各项技术快速发展和世界整体经济不停发展,各个国家大家对汽车依靠很深,同时汽车也给大家生活和发展带来了巨大便利。总而言之,汽车工业对大家生活和国家经济发展带来了无法估量影响。现在,中国汽车主减速器开发,在技术手段上、工艺制造水平上,全部和国外差距很大,尤其是德国、美国、日本这些汽车强国。而且中国在主减速器齿轮开发、制造等技术上全部缺乏对应独立开发和创新能力,各项技术手段全部比较落后,国外尤其是工业强国早就大规模利用自动化设备,不停跟进计算机编程、电算化等。现在所存在最大问题是,汽车行业整体开发新产品能力不够、工艺制造和管理水平较低,所生产出相当百分比产品仍然为中低级次
7、,产品较为粗放,国际竞争力不够。现在中国生产或装配整车所需差速器产品大多源自美国、德国、日本等多个传统汽车工业强国,中国汽车工业技术也基础上全部是从引进国外相关技术基础上进行发展,逐步展现出相当规模。然而现在中国差速器乃至其它很多工业产品全部没有自己关键技术,对国外技术依靠性较强,自主开发能力仍然较弱,很大程度上严重影响了新车整车开发制造,所以,中国在主减速器及差速器技术开发上还有很长路要走。 从目前趋势来看,中国和全球汽车工业正在朝着经济性好同时动力性也好方向发展,从汽车理论和实际应用角度讲,怎样使生产汽车燃油经济性和动力性二者全部尽可能提升是每个汽车设计、制造、生产厂商全部在拼尽全力做事情
8、。当然,汽车上每一个零部件组成也一直全部在发生着多种改变,汽车主减速器及差速器自然也不例外,尤其是那些对操控性要求性很高车辆,诸如高级轿车、跑车之类。所以,现在伴随国家十三五计划制订,汽车行业向更智能化、环境保护化方向发展,中国上汽、东风、一汽、北汽四大汽车集团和其它各大车企正在广泛开展合作项目,期望早日和世界汽车行业优异技术接轨,争取整车尤其新能源汽车设计开发上新突破,实现汽车强国梦。1.2 课题研究目标及意义汽车主减速器及差速器由多个零部件组成,其设计开发制造也包含到多方面,和现代机械工业制造关系尤为亲密。所以,本毕业设计能够经过对汽车主减速器及差速器分析,深入了解各部件组成和开发设计,由
9、分到总式地深入学习开发设计、选择计划、结构优化、强度分析计算和有限元分析等内容,从某种程度上讲,能够借此更全方面更深入地去学习并掌握现代汽车零部件设计甚至是整车开发设计、计算分析、强度校核、优化改善、开拓创新等各方面能力,意义很大。其次,经过对汽车主减速器及差速器相关设计和计算,使我能深入综合利用所学基础理论、专业知识和其它多方面知识,深入提升我对汽车设计相关技能研究和处理复杂问题能力,为自己未来踏入汽车行业奠定良好基础,从而能愈加好发展,为中国汽车工业良好发展尽上自己更多力。1.3 课题研究内容 本毕业设计所研究对象关键是轿车,其关键研究内容大致以下:轿车主减速器及差速器结构特点及其设计方法
10、;轿车主减速器及差速器关键零部件三维实体建模及其装配;相关轴及齿轮等设计分析;轿车主减速器、差速器设计运动分析和了解掌握Creo参数化设计方法。此次课题关键是想经过对轿车关键运动参数进行分析计算,深入得出主减速器和差速器基础参数,然后经过Creo建模软件实现对主减速器和差速器三维实体建模,最终经过ANSYS软件能对相关结构进行一定强度分析。1.4 研究对象关键参数本毕业设计所要研究对象关键是轿车,其关键参数大致以下表1.1:表1.1 某款轿车关键参数关键参数数值总质量1980最高车速(km/h)220最大功率(kwrpm )118/6000最大扭距(Nmrpm)250/4000前轴轴荷(满载/
11、空载)1000/930后轴轴荷(满载/空载)980/620变速器一挡传动比3.46变速器二挡传动比1.94变速器三挡传动比1.29变速器四挡传动比0.99变速器五挡传动比0.80最小离地间隙(mm)115车轮半径(mm)3272 汽车主减速器设计2.1 汽车主减速器概述汽车主减速器及差速器是汽车正常行驶所必不可少组成,更是汽车驱动桥中最为关键组成部分,通常由齿数少锥齿轮或斜齿圆柱齿轮来带动齿数多锥齿轮或斜齿圆柱齿轮进行传动,从而实施汽车主减速关键功效。其关键功用是将由发动机传出经万向传动装置传输转矩传送到驱动车轮,以完成动力传输并驱动汽车行驶,有些情况也可改变转矩方向。能够使汽车主减速器前面传
12、动部件所传输过来转速减小,同时也能减小变速箱相关尺寸和质量,使操作起来愈加灵活便利。汽车主减速器及差速器设计常常需满足以下基础要求:a)确保其和发动机、变速器等动力装置传输连续且稳定,且确保多种工况下传动效率全部足够高。b)所设计各零部件及整体尺寸要尽可能小,要确保其产生振动噪音小,且工作时足够稳定可靠。c)能满足相关使用要求,所选择主减速比应能确保汽车动力性也和燃料经济性二者全部很好。d)结构设计简单易行,材料易取,加工制造方便轻易,拆装、调整快捷方便。2.2 汽车主减速器工作原理汽车主减速器通常由主减速器主从动齿轮、齿轮轴承和减速器外壳等组成。大致结构图2.1所表示。图2.1主减速器结构图
13、降低转速和增大转矩是汽车主减速器在汽车传动系起到关键作用,发动机纵置时采取圆锥齿轮传动,有改变转矩方向作用。从发动机传出动力,经离合器、变速器传输到主减速器主动锥齿轮上,因为发动机纵置,扭矩传输方向改变,即可顺利经过锥齿轮啮合传输到主减速器从动锥齿轮上,完成整个主减速传输工作。因为锥齿轮部署合理可对应降低其它传动件承受载荷,某种程度上减小了这些部件尺寸和质量,更为轻量化。2.3 轿车主减速器结构方案选择和分析通常而言,主减速器设计方案和结构形式往往和所要求齿轮类型、减速形式相关。(1)主减速器螺旋锥齿轮传动 图2.2 螺旋锥齿轮传动主减速器齿轮传动按齿轮副结构型式来分,关键有螺旋锥齿轮式、双曲
14、面齿轮式、圆柱齿轮式和蜗杆蜗轮式多个形式。当汽车发动机横置时,主减速器采取斜齿圆柱式传动;汽车发动机纵置时,采取锥齿轮式即螺旋锥齿轮式或双曲面齿轮式传动。而本毕业设计研究对象是一款发动机纵置轿车,整车重量较小,发动机输出功率也不大。主减速器齿轮选择螺旋锥齿轮形式(图2.2所表示)。该种传动方法下,主、从动齿轮中心轴线相互垂直,且图所表示,两锥面顶点交于一点。然而齿轮轮齿端面很轻易重合,往往全部有2个以上轮齿啮合在一起,所能承受运动负荷较大,工作较为平稳,噪声和振动小。(2)主减速器结构形式当今汽车行业,汽车车型是多种多样,改变也很快,加之不一样车型也会有不一样使用要求,这就造成汽车主减速结构形
15、式对应也是多个多样。主减速器以齿轮副数目为依据通常能够分为单级主减速器和双级主减速器。单级主减速器有结构简单、质量较小、使用方便、维护轻易、造价较低等优点,但主传动比通常小于等于7.0,不能太大。主传动比过大会造成从动齿轮部分尺寸增大比如齿轮直径,则汽车平顺性及经过性变差,加工工艺和热处理也会更为复杂麻烦。而这次设计对象是轿车,主传动比通常为34.5。2.4 轿车主减速器基础参数选择和计算2.4.1 轿车主减速器传动比确实定通常而言,主减速器结构形式、设计尺寸、质量大小及工作情况等会随主减速器传动比改变而改变。同时汽车主减速器传动比选择,应该考虑汽车各传动部件工作情况和整个传动系总传动比,总传
16、动比会影响到汽车安全性、舒适性、动力性、经济性等,所以得充足考虑汽车动力性再加以计算主减速器传动比。在这里,需依据相关资料文件进行整合优化设计,依据相关最好燃油经济性图和动力性曲线图,对发动机排量参数、变速器传动比及主减速器传动比进行最优选择。通常情况下,依据主减速器传动比常见计算方法,给定了发动机最大功率时,所选择主减速比应确保有足够大最高车速,此时:=式中:车轮滚动半径,由表1.1得=0.327m发动机最大功率时转速,由表1.1得=6000r/min最高车速,由表1.1得=220km/h变速器最高挡传动比,=0.8分动器或加力器最高挡传动比,取=1轮边减速器传动比,=1通常而言,由上式所求
17、得值需跟同类汽车主减速器传动比进行一定比较, 同时要考虑主减速器主、从动齿轮可能齿数,然后对所求得值进行检验优化后再确定下来。2.4.2 主减速器计算载荷确实定主减速器齿轮计算载荷是设计主减速器另一项关键原始参数。汽车行驶时,发动机及各传动部件间工作情况是存在差异,而且往往工作得不够稳定,综合多方面想正确计算出主减速器齿轮计算载荷可能性不大。所以通常见以下三种计算方法来求得主减速器从动齿轮计算载荷。(1)按驱动轮打滑时转矩确定从动锥齿轮计算转矩式中:汽车在满载状态下驱动桥上静载荷,本设计中前桥为驱动桥,=9800N汽车达成最大加速度时后轴负荷转移系数,取1.2轮胎和路面附着系数,取0.85从主
18、减速器从动齿轮到车轮之间传动比,取1.0从主减速器主动齿轮到车轮之间传动效率,取0.95(2)按发动机最大转矩和最低挡传动比确定从动锥齿轮计算转矩=式中:计算转矩,单位 猛接汽车离合器时所产生动载系数,取 =1.0,发动机最大转矩,由表1.1得=250Nm 液力变矩器变矩系数,取=1.0变速器一档传动比,=3.46分动器传动比,=1.94主减速比,=4.21从发动机到万向节传动轴之间传动效率,取=0.9和选择见下表2.1。表2.1 n和if选择表车型高级传动比和抵挡传动比关系n/21/22/23由表中所表示,取值为1, 取1.94(3)按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮计算转矩式中:汽车满载
19、时总重量,=19809.8N=19404N;所牵引挂车满载时总重量,此处无牵引车,故取0道路滚动阻力系数,轿车可取0.0100.015,取0.012 汽车正常行驶时平均爬坡能力系数,取0.08 汽车性能系数,取0.08 ,见上式说明由前两种情况(1),(2)所得计算转矩通常指是最大转矩,和情况(3)所求得平均转矩区分较大。当计算从动锥齿轮时,计算转矩取前面情况(1),(2)中较小值,即;当计算从动锥齿轮疲惫寿命时,通常取。主减速器主动锥齿轮计算转矩为式中:主动锥齿轮计算转矩,单位为Nm主、从动锥齿轮间传动效率,取0.9当计算锥齿轮最大应力时,取计算转矩=908.08Nm;当计算锥齿轮疲惫寿命时
20、,取计算转矩=1148.79Nm。2.4.3 主减速器锥齿轮基础参数选择主减速器锥齿轮基础参数包含锥齿轮齿面宽、分度圆直径、法向压力角、齿轮齿数、螺旋角、法向端面模数等。(1)通常为了工作稳定和啮合轻易,主、从动锥齿轮齿数Z1和Z2不会有条约数,且两齿数总和不会超出50,同时还需考虑齿轮工作时发出噪声、齿轮各项强度等因数。当然,对于不一样主传动比,Z1和Z2应有适宜搭配,当i0较小(如i0=3.55)时,Z1可取为712,综合考虑,取Z1=9,Z2=iZ1=94.21=37.89,Z2取38。(2)对于单级主减速器及其相关组成部件来讲,增大分度圆直径尺寸会影响汽车多项几何参数,比如驱动桥壳高度
21、尺寸或说是离地间隙等,则会深入影响到汽车经过性、安全性等相关指标,而减小分度圆直径却会影响到主动齿轮上轴承放置、跨置式支承效果和差速器安装等。初选,有=式中:从动锥齿轮大端分度圆直径,单位为mm直径系数,通常为13.015.3,取=14从动锥齿轮计算转矩,=3440.72Nm齿轮法向端面模数由下列公式计算得=d2/Z2=212/38mm=5.58mm同时,还应满足:则初选齿轮法向端面模数=5.58mm满足条件,由相关表格取标准模数=6mm则=638mm=228mm式中:从动锥齿轮计算转矩, =3440.72Nm齿轮模数系数,取0.30.4(3)依据加工难易度、材料选择、轮齿应力强度、工作状态及
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