中型卡車驅(qū)動橋殼設(shè)計及有限元分析

中型卡車驅(qū)動橋殼設(shè)計及有限元分析,中型,卡車,驅(qū)動,設(shè)計,有限元分析 本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告 論 文 題 目：中型卡車驅(qū)動橋殼設(shè)計及有限元分析學(xué) 院： 專 業(yè) 、班 級： 學(xué) 生 姓 名： 指導(dǎo)教師（職稱）： 2016 年 12 月 26 日填 畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據(jù) 1. 論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域； 2. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值； 3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題； 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）； 3. 本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。 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)）； 2. 論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃。 四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述 學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順，較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。 五、其他要求 1. 開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2. 開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過； 3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯； 4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師； 5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。 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(jì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行校核，用有限元技術(shù)對橋殼進(jìn)行強度校核，對其應(yīng)力分布和變形分布狀況進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行開題答辯。第 5-7 周：對橋殼進(jìn)行總體設(shè)計 第 8 周：整理前期工作，并進(jìn)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(jìn)[J]. 汽車技術(shù),2012,0 2:27-30. 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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(hù)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(kuò)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(kuò)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: ①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。 ②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。 ③擴(kuò)張成形式橋殼。由中部經(jīng)過擴(kuò)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(kuò)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(jìn)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(jìn)方面有較大的進(jìn)步。 國內(nèi)許多汽車廠家相繼引進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行 CAD 的研究，在產(chǎn)品的改進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行校核，用有限元技術(shù)對橋殼進(jìn)行強度校核，對其應(yīng)力分布和變形分布狀況進(jìn)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。