中型卡車驅(qū)動橋殼設(shè)計及有限元分析開題報告及文獻(xiàn)綜述

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一、選題依據(jù)1研究領(lǐng)域汽車部件設(shè)計2論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值驅(qū)動橋殼作為汽車驅(qū)動橋的主要組成部分之一，合理的設(shè)計可以保證汽車在給定條件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性。本次設(shè)計將通過對汽車驅(qū)動橋殼的學(xué)習(xí)和設(shè)計實踐、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、主要零部件強度的計算分析和有限元分析等內(nèi)容， 可以更好地學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車零部件設(shè)計與計算分析的相關(guān)知識和技能。通過本次設(shè)計，將對汽車的結(jié)構(gòu)具有更深入的認(rèn)識，掌握汽車零部件設(shè)計的過程，并能熟練應(yīng)用計算機輔助軟件進行設(shè)計，不僅能夠?qū)⑺鶎W(xué)專業(yè)理論知識應(yīng)用于實際，更為今后的工作積累更多的理論知識和提高解決實際問題的能力。3目前研究的概況和發(fā)展趨勢國內(nèi)許多汽車廠家相繼引進了一些中重型車輛，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型困難，有的還需增加退火工藝，能耗高、工序多，制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。汽車在崎嶇的路面上顛簸行駛，受到交變負(fù)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(qū)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(chǎn)出最接近要求的形狀。隨著球墨鑄鐵技術(shù)的發(fā)展，鑄造已成為取代沖壓焊接生產(chǎn)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(chǎn)成本 低，拆裝、保養(yǎng)、維修方便等優(yōu)點。發(fā)達(dá)國家在機械產(chǎn)品設(shè)計上早以進入了分析設(shè)計階段，他們利用計算機輔助設(shè)計技術(shù)，將現(xiàn)代設(shè)計方法，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計等應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計中，采用機械 CAD 系統(tǒng)在計算機上進行建模、分析、仿真、干涉檢查，實現(xiàn)三維設(shè)計，大大地提高產(chǎn)品設(shè)計的一次成功率，減少了試驗費用，縮短了產(chǎn)品更新周期。而我們的設(shè)計手段仍處于以經(jīng)驗設(shè)計為主的二維設(shè)計階段，設(shè)計完成后在投產(chǎn)中往往要進行很大的改動，使得產(chǎn)品開發(fā)周期很長，性能質(zhì)量低等。為改變我國的車輛零部件的生產(chǎn)和設(shè)計手段的落后狀況，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高市場競爭力，有必要開發(fā)一些適合中國國情的汽車及零部件的 CAD 系統(tǒng)，對已開發(fā)的 CAD 系統(tǒng)需進一步提高和完善。驅(qū)動橋殼需要有很大的強度和剛度，驅(qū)動橋殼傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計方法是利用數(shù) 學(xué)、力學(xué)等理論知識進行計算。這種方法計算量大且很復(fù)雜，很難模擬各種工況。隨著科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，企業(yè)只有提高設(shè)計研發(fā)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(shù)（CAE）來解決相關(guān)復(fù)雜問題，有限元作為 CAE 技術(shù)的一種關(guān)鍵計算方法，被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，驅(qū)動橋殼作為車橋的重要組成部分之一，應(yīng)用有限元法模擬，可以計算出驅(qū)動橋系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，結(jié)果可信且接近實際，能較真實的模擬出驅(qū)動橋動態(tài)使用過程，是驅(qū)動橋殼設(shè)計的發(fā)展主流。隨著各國政府對汽車節(jié)能環(huán)保理念認(rèn)識的不斷提高，各大汽車零部件廠商為了能夠滿足主機廠綠色設(shè)計的要求紛紛開始大力研究節(jié)能環(huán)保技術(shù)，汽車作為一種重要的交通工具，控制油耗成為主要的突破口，對汽車驅(qū)動橋殼進行輕量化設(shè)計成為驅(qū)動橋殼設(shè)計部分很重要的一環(huán)。二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題確定橋殼的類型，對其結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，并計算相應(yīng)參數(shù)尺寸，對主要結(jié)構(gòu)尺寸進行校核，用有限元技術(shù)對橋殼進行強度校核，對其應(yīng)力分布和變形分布狀況進行研究，驗證設(shè)計的合理性。2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）（1）查閱相關(guān)資料，了解研究課題的意義價值、研究概況和發(fā)展趨勢（2）橋殼結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算相應(yīng)尺寸參數(shù)；（3）橋殼的受力分析；（4）橋殼的靜彎曲應(yīng)力計算；（5）各種工況下橋殼強度的分析；（6）有限元技術(shù)分析驗證；（7）繪制橋殼圖紙，寫設(shè)計說明書。3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果通過本次設(shè)計，將對汽車的結(jié)構(gòu)具有更深入的認(rèn)識，掌握汽車零部件設(shè)計的過程，并能熟練應(yīng)用計算機輔助軟件進行設(shè)計，不僅能夠?qū)⑺鶎W(xué)專業(yè)理論知識應(yīng)用于實際，更為今后的工作積累更多的理論知識和提高解決實際問題的能力。預(yù)期提交以下成果：(1)設(shè)計圖紙一套（總工作量達(dá) 3 張零號圖紙）； (2)設(shè)計說明書（10000 字以上）； (3)與課題相關(guān)的一篇外文翻譯（2000 字以上）。 三、論文（設(shè)計）工作安排1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；（1）調(diào)研并查閱相關(guān)資料；（2）總體方案的確定；（3）橋殼的設(shè)計；（4）橋殼的 Pro-e 建模；（5）設(shè)計結(jié)果的有限元技術(shù)校核；（6）繪制橋殼圖紙；（7）完成畢業(yè)設(shè)計和設(shè)計說明書。2.論文（設(shè)計）進度計劃第 1 周：通過查閱文獻(xiàn)，了解設(shè)計選題，與指導(dǎo)教師溝通理解任務(wù)書的內(nèi)容。第 2、3 周：查閱資料，準(zhǔn)備開題報告第 4 周：修改開題報告，并進行開題答辯。第 5-7 周：對橋殼進行總體設(shè)計第 8 周：整理前期工作，并進行中期檢查。翻譯外文文獻(xiàn) 1 篇。第 9-11 周：參數(shù)設(shè)計和計算；校核計算是否滿足要求第 12-14 周：繪制橋殼圖紙，準(zhǔn)備設(shè)計說明書第 15 周：完善設(shè)計說明書，整理設(shè)計資料。第 16 周：準(zhǔn)備答辯四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)1黃昶春,韋志林,沈光烈. 驅(qū)動橋殼有限元分析模型的改進J. 汽車技術(shù),2012,02:27-30. 2劉為,薛克敏,李萍,杜長春,唐子玉. 汽車驅(qū)動橋殼的有限元分析和優(yōu)化J. 汽車工程,2012,06:523-527. 3陳元華. 礦用自卸車驅(qū)動橋殼有限元疲勞分析與優(yōu)化J. 煤炭技術(shù),2012,07:30-31. 4閻樹田,王劍,孫會偉,徐明輝. 商用車驅(qū)動橋殼強度和模態(tài)的有限元分析J. 機械與電子,2012,08:14-16. 5梁洪明,王靖岳,李學(xué)明. 基于 CATIA 和 ANSYS 的貨車驅(qū)動橋殼有限元分析J. 汽車工程師,2012,10:34-35. 6彭才望,周菊林,石毅新. 農(nóng)用載貨汽車后驅(qū)動橋殼有限元分析J. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2015,12:49-52. 7王開松,許文超,王雨晨. 汽車驅(qū)動橋殼有限元分析與輕量化設(shè)計J. 機械設(shè)計與制造,2016,07:222-225+231. 8楊利輝. 基于實際工況輪式挖掘機驅(qū)動橋殼有限元分析J. 機械傳動,2014,11: 157-161. 9庹前進. 基于有限元理論載重車驅(qū)動橋殼輕量化及可靠性分析J. 機械傳動,20 15,03:141-144. 10吳超,廖敏,業(yè)紅玲. 基于有限元方法的汽車驅(qū)動橋殼分析J. CAD/CAM 與制造業(yè)信息化,2015,04:45-48. 11郭冬青,張翠平,姚曉博,肖帥,張鵬超. 農(nóng)用車驅(qū)動橋殼的有限元分析與結(jié)構(gòu)改進J. 中國農(nóng)機化學(xué)報,2015,05:198-202. 12庹前進. 解放 CA141 載重汽車驅(qū)動橋殼動態(tài)特性的有限元分析J. 機械工程師,2015,11:192-193. 13王超,李強,邵方. 重型牽引車驅(qū)動橋殼的有限元分析J. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2014,10:42-46. 14王彥博,梁長佳. 某叉車驅(qū)動橋殼有限元分析J. 叉車技術(shù),2013,04:8-9+11. 15 Hypoid gear vehicle axle efficiency Original Research Article Tribology International, Volume 101, September 2016, Pages 314-323 I. Kakavas, , A.V. Olver, , D. Dini. 16 Safe life and damage tolerance aspects of railway axles A review Original Research Article Engineering Fracture Mechanics, Volume 98, January 2013, Pages 214-271 U. Zerbst , S. Beretta , G. Khler , A. Lawton , M. Vormwald , H.Th. Beier , C. Klinger , I. ern , J. Rudlin , T. Heckel , D. Klingbeil. 附：文獻(xiàn)綜述或報告1.引言隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，對汽車的性能要求越來越高，這使得傳統(tǒng)的驅(qū)動橋殼設(shè)計計算方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代汽車設(shè)計的要求。電子計算機的出現(xiàn)以及有限元法的飛速發(fā)展為驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)性能的計算分析帶來了新的革命。驅(qū)動橋殼是汽車的重要承載件和傳力件，非斷開式驅(qū)動橋殼支承汽車重量，并將載荷傳給車輪。作用在驅(qū)動車輪上的牽引力、制動力、側(cè)向力、垂向力也是經(jīng)過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此，驅(qū)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(shè)計驅(qū)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(zhì)量，有利于降低動載荷，提高汽車行駛的平順性和舒適性。驅(qū)動橋殼應(yīng)滿足如下設(shè)計要求：（1）應(yīng)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(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力；（2）在保證強度和剛度的前提下，盡量減小質(zhì)量以提高汽車行駛平順性；（3）保證足夠的離地間隙；（4）結(jié)構(gòu)工藝性好，成本低；（5）保護裝于其上的傳動部件和防止泥水浸入；（6）拆裝，調(diào)整，維修方便。2.驅(qū)動橋殼的分類驅(qū)動橋殼從結(jié)構(gòu)上可分為整體式橋殼和分段橋殼兩類。（1）整體式橋殼整體式橋殼的結(jié)構(gòu)特點是一個剛性整體外殼或空心梁。按制造工藝的不同又可分為多種形式，常見的為整體鑄造、鋼板沖壓焊接式、中斷鑄造兩端壓入鋼管和鋼管擴張成形等形式。整體鑄造式橋殼的強度和剛度較大，但質(zhì)量大，加工面多，制造工藝復(fù)雜，主要用于中、重型貨車上。但其簧下質(zhì)量較大，對汽車的行駛平順性有不利的影響。鋼板沖壓焊接式和擴張成形式橋殼質(zhì)量小，材料利用率高，制造成本低，適用用于大量生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝性好，主減速器支承剛度好，拆 裝、調(diào)整、維修方便，廣泛用于轎車和中、小型貨車上。（2）分段式橋殼分段式橋殼一般分為兩段，由螺栓連成一體。分段式橋殼比整體式易于鑄造， 加工簡便，但維修不方便。拆檢主減速器時，必須把整個驅(qū)動橋從汽車上拆卸下 來，目前已很少采用。驅(qū)動橋殼按結(jié)構(gòu)形式分為整體式、可分式和組合式三種。（1）可分式橋殼由左、右橋殼和半軸套管組成。左、右橋殼經(jīng)鑄造制成后，先在每個橋殼外端壓入半軸套管，然后將兩者沿結(jié)合面圓周方向布置的螺栓緊固在一起，構(gòu)成可分式橋殼。這種橋殼結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝性好，主減速器支撐剛度好。但拆裝、調(diào)整、維修很不方便，橋殼的剛度和強度受結(jié)構(gòu)的限制，曾用于總質(zhì)量不大的汽車上，現(xiàn)已較少使用。（2）整體式橋殼整個橋殼是一根空心梁，橋殼和主減速器殼為兩體。有剛度、強度大因而工作可靠的優(yōu)點，但質(zhì)量大、加工困難，適用于裝載質(zhì)量大的商用車。按照制造工藝不同，整體式橋殼又可分為:整體鑄造式橋殼。由兩端壓入用無縫鋼管制成的半軸套管、橋殼和后蓋等主要零件組成。整個橋殼為一根空心梁。鋼板沖壓焊接式橋殼。由橋殼主件、鋼板彈簧座、半軸套簡、后蓋等組成。將兩個橋殼、三角鑲塊、鋼板彈簧座和半軸套筒焊合在一起組成焊接式驅(qū)動橋橋殼(見圖 1 所示)。具有質(zhì)量小、制造容易、材料利用合理、抗沖擊性能良好、成本低等優(yōu)點。在乘用車和裝載質(zhì)量小的商用車上得到廣泛應(yīng)用。擴張成形式橋殼。由中部經(jīng)過擴孔，兩端又經(jīng)過滾壓變細(xì)的鋼管、突緣和彈簧座等組成。凸緣和彈簧座焊在鋼管上構(gòu)成橋殼。擴張成形式橋殼材料利用率最 高、質(zhì)量小，而強度和剛度也足夠，故大量生產(chǎn)的乘用車和裝載質(zhì)量在中等的商用車都適合用這種結(jié)構(gòu)。（3）組合式橋殼組合式橋殼 由主減速器殼、無縫鋼管組成。特點是將主減速器殼與部分橋殼鑄造為一體，再在兩端分別壓入無縫鋼管而構(gòu)成。組合式橋殼有主減速器從動齒輪軸承支承剛度較好，主減速器的裝配、調(diào)整比可分式橋殼方便的優(yōu)點，但加工精度要求高，僅應(yīng)用在乘用車和總質(zhì)量較小的商用車上。3.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國早期的汽車是借鑒前蘇聯(lián)的汽車技術(shù)，我國汽車工業(yè)發(fā)展至今，也借鑒和研究了歐美日德等汽車工業(yè)強國的技術(shù)和經(jīng)驗。但是目前大多數(shù)車廠借鑒和引進的技術(shù)還是保留在車輛的外觀和內(nèi)飾的層面，對于發(fā)動機和底盤這些關(guān)鍵技術(shù)的自主知識產(chǎn)權(quán)擁有量還是微乎其微。不過這些局面最近幾年得以較大的改觀，雖然還是一些汽車工業(yè)強國把持著領(lǐng)先的關(guān)鍵技術(shù)，但是我國也形成了一大批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的汽車工業(yè)機關(guān)，在汽車領(lǐng)域重新分得一杯羹。特別是汽車研究領(lǐng)域，形成了一大批科研院所和專家，對汽車的關(guān)鍵技術(shù)，諸如驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)型式的改進方面有較大的進步。國內(nèi)許多汽車廠家相繼引進了一些中重型車輛，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型困難，有的還需增加退火工藝，能耗高、工序多，制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。汽車在崎嶇的路面上顛簸行駛，受到交變負(fù)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(qū)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(chǎn)出最接近要求的形狀。隨著球墨鑄鐵技術(shù)的發(fā)展，鑄造已成為取代沖壓焊接生產(chǎn)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(chǎn)成本 低，拆裝、保養(yǎng)、維修方便等優(yōu)點。我國的汽車及各種車輛的零部件產(chǎn)品在性能和質(zhì)量上和發(fā)達(dá)國家存在著一定的差距，其中一個重要原因就是設(shè)計手段落后，發(fā)達(dá)國家在機械產(chǎn)品設(shè)計上早以進入了分析設(shè)計階段，他們利用計算機輔助設(shè)計技術(shù)，將現(xiàn)代設(shè)計方法，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計等應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計中，采用機械 CAD 系統(tǒng)在計算機上進行建模、分析、仿真、干涉檢查，實現(xiàn)三維設(shè)計，大大地提高產(chǎn)品設(shè)計的一次成功率，減少了試驗費用，縮短了產(chǎn)品更新周期。而我們的設(shè)計手段仍處于以經(jīng)驗設(shè)計為主的二維設(shè)計階段，設(shè)計完成后在投產(chǎn)中往往要進行很大的改動，使得產(chǎn)品開發(fā)周期很長，性能質(zhì)量低等。為改變我國的車輛零部件的生產(chǎn)和設(shè)計手段的落后狀況，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高市場競爭力，有必要開發(fā)一些適合中國國情的汽車及零部件的 CAD 系統(tǒng)，對已開發(fā)的 CAD 系統(tǒng)需進一步提高和完善。國外的這些汽車公司已有 CAD 程序，但涉及各公司的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范及試驗都很保密，不可能公開。與國外相比，我國的汽車工業(yè)在 CAD 方面起步較晚，發(fā)展比較慢。目前一些高校和大中型企業(yè)已開始進行 CAD 的研究，在產(chǎn)品的改進設(shè)計、設(shè)計后的計算機繪圖及有限元分析等方面已陸續(xù)取得一些效果。但總的來講國內(nèi)工廠多數(shù)是依賴傳統(tǒng)的設(shè)計方法經(jīng)驗類比法，對引進產(chǎn)品主要是測繪仿制，難以滿足現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的客觀要求。采用現(xiàn)代設(shè)計方法，是提高自行設(shè)計、消化吸收和國產(chǎn)化的極其重要手段。4.發(fā)展趨勢驅(qū)動橋殼需要有很大的強度和剛度，驅(qū)動橋殼傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計方法是利用數(shù)學(xué)、力學(xué)等理論知識進行計算。這種方法計算量大且很復(fù)雜，很難模擬各種工況。隨著科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，企業(yè)只有提高設(shè)計研發(fā)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(shù)（CAE）來解決相關(guān)復(fù)雜問題，有限元作為 CAE 技術(shù)的一種關(guān)鍵計算方法，被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，驅(qū)動橋殼作為車橋的重要組成部分之一，應(yīng)用有限元法模擬，可以計算出驅(qū)動橋系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，結(jié)果可信且接近實際，能較真實的模擬出驅(qū)動橋動態(tài)使用過程，是驅(qū)動橋殼設(shè)計的發(fā)展主流。隨著各國政府對汽車節(jié)能環(huán)保理念認(rèn)識的不斷提高，各大汽車零部件廠商為了能夠滿足主機廠綠色設(shè)計的要求紛紛開始大力研究節(jié)能環(huán)保技術(shù)，汽車作為一種重要的交通工具，控制油耗成為主要的突破口，對汽車驅(qū)動橋殼進行輕量化設(shè)計成為驅(qū)動橋殼設(shè)計部分很重要的一環(huán)。5.本文擬開展以下工作（1）根據(jù)給定參數(shù)，確定橋殼類型，確保所選用的橋殼類型最適合設(shè)計車輛；（2）對橋殼進行結(jié)構(gòu)設(shè)計并計算相應(yīng)尺寸參數(shù)，使橋殼各部分結(jié)構(gòu)合理；（3）對主要結(jié)構(gòu)尺寸進行校核，用有限元技術(shù)對橋殼進行強度校核，對其應(yīng)力分布和變形分布狀況進行研究，驗證設(shè)計的合理性；（4）用 CATIA 軟件繪制驅(qū)動橋殼圖紙，使汽車驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)能夠清晰的展示出來。