1、 本科毕业论文（设计）开 题 报 告论文题目 某商用车贯通式驱动桥设计 班 级 1001202 姓 名 曲佳惠 院（系） 汽车工程学院 导 师 刘涛 开题时间 2014 年 1 月 9 日 哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）开题报告- 2 -1课题研究的目的和意义驱动桥位于传动系末端，其基本功用首先是增扭、降速，改变转矩的传递方向，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，并将转矩合理地分配给左、右驱动轮；其次，驱动桥还要承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力，以及制动力矩和反作用力矩等。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和桥壳等组成。设计驱动桥时应满足如下基本要求:1)
2、选择适当的主减速比，以保证汽车在给定条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。2）外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性要求。3）齿轮及其他传动件工作平稳，噪声小。4）在各种载荷和转速工况下有高的传动效率。5）具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身之间的各种力和力矩；在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，以减少不平衡路面的冲击载荷，提高汽车行驶平顺性。6）与悬架导向机构运动协调；对于转向驱动桥，还应与转向机构运动协调。7）结构简单，加工工艺好，制造容易，维修、调整方便。驱动桥桥壳既是承载件又是传力件。桥壳的性能和疲劳寿命直接影响汽车的有效使用寿命，因此，驱动桥壳
3、应具有足够的强度、刚度和良好的疲劳耐久特性。合理地设计驱动桥壳也是提高汽车安全性和舒适性的重要措施。驱动桥桥壳的强度，刚度问题是关系到整车结构和安全的关键所在。了解和掌握其在静、动态载荷作用下的应力场分布，对于车辆驱动桥结构的优化设计是非常重要的。要保证驱动桥桥壳的强度和刚度，必须精确而高效的测量桥壳的应力状况。传统的结构应力分析只能计算结构在静态工况下的应力和应变分布情况，但汽车行驶状态是复杂的，这就要求对驱动桥的动态特性进行全面准确的分析。随着现代 CAE 技术和先进的测试手段在汽车行业的快速发展，应用有限元分析技术所得的实验数据，可以迅速实现汽车关键部件的应力情况分析，找出车辆正常行驶时
4、的最大动应力区域，这对防止车桥破坏有着非常重要的现实意义。1-22国内外研究现状我国重型车桥市场的竞争主要为双级桥和单级桥两个方面，双级桥有主减速器减速加轮边减速器减速。由于是二级减速，主减速器减速速比小，主减速器总成相对较小，桥包相对减小，因此离地间隙加大，通过性好。该系列桥总成主要用于公路运输，以及石油、工矿、林业、野外作业和部队等领域。单级桥由主减速器一级减速，桥包尺寸大，离地间隙小，相对双级桥而言，其通过性较差，主要用于公路运输车辆。3哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）开题报告- 3 -随着我国公路条件的改善和物流业对车辆性能要求的变化，载重汽车驱动桥技术已呈现出向单级化发展的趋势。单
5、级减速驱动车桥是驱动桥中结构最简单的一种，制造工艺较简单，成本较低，是驱动桥的基本型，在重型卡车上占有重要地位；目前重型卡车发动机向低速大扭矩发展的趋势使得驱动桥的传动比向小速比发展；随着公路状况的改善，特别是高速公路的迅猛发展，许多重型卡车使用条件对汽车通过性的要求降低，因此，重型卡车产品不必像过去一样，采用复杂的结构提高其的通过性；与带轮边减速器的驱动桥相比，由于产品结构简化，单级减速驱动桥机械传动效率提高，易损件减少，可靠性增加。4贯通式主减速器根据其减速形式可分成单级和双级两种。单级贯通式主减速器具有结构简单，体积小，质量小，并可使中、后桥的大部分零件，尤其是使桥壳、半轴等主要零件具有
6、互换性等优点，主要用于轻型多桥驱动的汽车上。3根据减速齿轮形式不同，单级贯通式主减速器又可分为双曲面齿轮式及蜗轮蜗杆式两种结构。双曲面齿轮式单级贯通式主减速器是利用双曲面齿轮副轴线偏移的特点，将一根贯通轴穿过中桥并通向后桥。但是这种结构受主动齿轮最少齿数和偏移距大小的限制，而且主动齿轮工艺性差，主减速比最大值仅在5 左右，故多用于轻型汽车的贯通式驱动桥上。当用于大型汽车时，可通过增设轮边减速器或加大分动器速比等方法来加大总减速比。蜗轮蜗杆式单级贯通式主减速器在结构质量较小的情况下可得到较大的速比。它使用于各种吨位多桥驱动汽车的贯通式驱动桥的布置。另外，它还具有工作平滑无声、便于汽车总布置的优点
7、。对于中、重型多桥驱动的汽车，由于主减速比较大，多采用双级贯通式主减速器。根据齿轮的组合方式不同，可分为锥齿轮一圆柱齿轮式和圆柱齿轮一锥齿轮式两种形式。锥齿轮一圆柱齿轮式双级贯通式主减速器可得到较大的主减速比，但是结构高度尺寸大，主动锥齿轮工艺性差，从动锥齿轮采用悬臂式支承，支承刚度差，拆装也不方便。圆柱齿轮一锥齿轮式双级贯通式主减速器的第一级圆柱齿轮副具有减速和贯通的作用，有时仅用作贯通用，将其速比设计为 1。如 JHC1240 贯通桥是由后桥、中桥及平衡悬架总成组成，贯通桥的重点在中桥，该产品性能先进，可靠性好，继承性好，承载能力强，主要用于15-40 吨级载货汽车、改装车、牵引车及特种车
8、辆。520 世纪 80 年代以前, 汽车制动系统多为单回路。在单回路制动系统中, 制动主缸有一个输出口,连接到制动管路上,向所有车轮制动器提供制动力。该制动系统虽然结构简单, 但只要系统中任意一处损坏而漏气或漏油 ,就会造成整个制动系统失效,即“刹车失灵”,不少车毁人亡的惨剧便因此而发生。为了可靠制动,各国先后采用“冗余技术 ”,通过法规强制推行双回路制动系 ,以确保制动系的可靠性,保证行驶安全。双回路制动系也称双管路制动系,是指全车的所有行车制动器的液压或气压管路由两条相互独立的回路组成。双回路制动系的制动总泵有 2 个独立哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）开题报告- 4 -的工作腔,分别与
9、各自回路的管路连接。若其中一个回路失效后, 仍能利用另一完好的回路起制动作用。6目前，我国的驱动桥设计，基本上尚处在类比设计和经验设计阶段，这样的设计往往偏于保守而限制了驱动桥性能的提高和产品成本的降低。因此，我国驱动桥产品设计与国外的主要差距之一是所设计的驱动桥过于笨重。在现代驱动桥设计中，要使其做到尽可能的轻量化不但可以节省材料消耗和降低成本，而且可以合理的规划汽车簧上簧下质量、降低动载和提高汽车的平顺性。但是驱动桥作为各种车辆的组成部分，要求应该具有高度的可靠性和安全性，这与轻量化常常是矛盾的，所以轻量化设计要保证同时具有足够的可靠性和绝对的安全性，即在满足上述基本要求的情况下减轻重量。
10、7-9在国外，汽车有限元分析技术早已非常广泛的应用，美国福特、德国大众等汽车企业很早就提出了虚拟样机的设计理念，通过产品的模拟计算分析，达到对产品性能进行全方位预测和优化。工程技术人员借助各种 CAE 软件，进行产品的强度与刚度计算、疲劳寿命分析、运动仿真和碰撞模拟等等。大量有限元分析工作的开展，在一定程度上保证了产品质量，降低了产品成本；并且大大缩短开发周期，使产品尽快投入市场，并在同类型产品的竞争中征得有利地位置。 关于汽车强度及刚度研究最多的课题，主要是车架和桥壳，尤其是对驱动桥桥壳的研究取得了丰硕成果。不仅提高驱动桥桥壳刚度，优化桥壳与其他壳体连接的方式，而且较为有效地解决了桥壳的等强
11、度设计课题。避免驱动桥漏油问题，降低运行成本减少齿轮、轴承由于亏油而损坏的可能性。研发桥壳加工工艺新方法，探讨冷挤压技术在桥壳制造方面的应用。运用有限元分析技术，设计桥壳液压成形工艺，消除截面应力，使液压成形技术更加完善。对支腿引起的桥壳断裂问题，讨论修复方案，为以后避免发生此类事故提供科学依据。桥壳的制造工艺由铸造改为冲压焊接，注意事项及改进方法，桥壳采用焊接工艺，可以大大缩短制造周期，为大规模的生产线制造车桥奠定了基础。分析研究桥壳早期裂纹产生的原因，进行结构改进，有利于提高桥壳的疲劳寿命。后桥系统的动态响应分析,研究后桥总成中各零部件间的相互影响。10 很多大公司研发大吨位桥壳的台架试验
12、，如美国 Terex 公司、德国 Kessler和 ZF 公司，都可进行大吨位驱动桥桥壳的台架试验。台架试验对有限元分析的结果进行验证，有利于进一步提高新产品研发的成功率，加速产品研发，为产品研发成功保驾护航。 以上对桥壳的研究举例，只是国外企业应用有限元的一个缩影。国外的汽车工业发展已有百余年的历史，各项技术发展已臻于完善。有限元分析、台架试验、样车试验场测试、实际工况验证等，一整条汽车技术路线均已搭建完毕，驱动桥桥壳的设计质量有了较为充分的保证。 相比于国外汽车工业，国内仅有几十年的发展历史，各方面的差距很大，国内汽车工业可以说百业待兴。这有待于我们汽车人破除束缚，突破自我，调哈尔滨工业大
13、学本科毕业论文（设计）开题报告- 5 -动创造性，以需求为创造源泉，矛盾是创造动力，分析是创造开始的指导思想，去研究新的设计方法，为汽车工业的发展尽心竭力。 国内的汽车工业起步较晚，有限元分析技术的普及与推广更是落后。随着21 世纪到来，特别是中国加入了 WTO 以后，国外诸多先进技术和高级人才大量涌入中国；国内汽车企业如雨后春笋般崛起，各企业通过引进国外技术，仿制，消化吸收，再创新的方式，使得国内的汽车行业有了长足发展。伴随着中国汽车工业的发展，驱动桥桥壳设计水平有了大幅提高，有限元分析技术也日臻完善。 国内的驱动桥台架试验、汽车试验场地都有了较为完善的试验条件，特别是针对公路型汽车驱动桥和
14、小吨位工程车桥，目前已经接近或达到了国外的试验条件，如中国北方车辆研究所、襄樊汽车试验场、国家机动车质量监督检验中心（重庆） ，等等。技术人员利用有限元分析软件，对产品的强度与刚度计算、疲劳寿命分析、运动仿真和碰撞模拟等，也都有所涉猎。在有限元分析技术方面发表多篇论文，为研发新产品提供了依据；同时，进行了大量的驱动桥桥壳分析研究。 在桥壳材料、桥壳加工工艺方法等方面，很多公司进行了大量的研究，使得很多新工艺、新材料在驱动桥桥壳上得到应用，在轻量化要求的前提下，满足强度刚度要求，及使用性能。如：桥壳铸造过程的研究工作，对驱动桥壳体铸造凝固过程的数值模拟，对铸造工艺进行改进和优化，将改进后的铸造工
15、艺应用于生产，既可解决铸件的铸造缺陷，又能缩短生产制造周期。 虽然国内关于驱动桥桥壳的研究已经取得较大的成果，但由于汽车工业发展较晚，部分汽车试验设备的发展相对落后。目前，国内尚无试验室进行大吨位驱动桥桥壳的台架试验。大吨位驱动桥桥壳设计后，只能应用有限元技术进行设计补充，而后直接转入样机生产，存在一定的风险性。11从国内的研究现状可以看到，虽然国内对桥壳结构轻量化研究做了很多工作，但与国外的研究相比却仍然存在着较大差距，主要表现在：（1）缺乏用先进的设计理念来服务实际生产的意识。（2）对结构轻量化能够带来的社会效益和经济效益认识不够。（3）在还未体现出新工艺对结构轻量化的贡献的情况下，先进设
16、计理念的应用困难也导致新制造工艺开发缺乏动力。（4）我国整体科研力量较弱，国内用于研究的硬软件设施远落后于发达国家。（5）主要部件的尺寸参数大多是靠经验去模仿，仅仅校核在静态工况下的强度、刚度等。123. 本课题的研究内容及技术方案本论文主要研究某商用车贯通式驱动桥设计，参数参照解放 J6P 64(CA3250P66K2LT1E)平头柴油自卸汽车的相关参数。哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）开题报告- 6 -本文的研究内容主要分为以下几个阶段：（1）总体方案设计：根据解放 J6P 64 平头柴油自卸汽车行驶的路况条件和设计参数要求进行贯通式驱动桥的选择。 （2）参数计算：根据整体设计要求，质量
17、、轴荷、载员数、动力性、制动性、平顺性要求，确定发动机动力参数，确定变速器、主减速器等传递参数，确定各部件（包括制动器和制动气缸）的结构形式和基本参数。 （3）计算机三维建模：根据理论计算的主要参数，运用 CATIA 软件对各零件和总成进行三维建模和装配，并运用 AutoCAD 软件绘制二维工程图。（4）有限元分析：根据驱动桥桥壳的特点及三维模型，运用 ANSYS Workbench 前处理功能，进行划分网格，定义接触，输入材料特性，建立边界条件。对满载工况下驱动桥壳进行受力分析和强度校核，并对驱动桥壳进行模态分析。 4. 本设计的特色本设计采用带有轮边减速器的双曲面齿轮式单级贯通式驱动桥。轮
18、边减速器是传动系中最后一级减速增扭装置，采用轮边减速器可满足在总传动比相同的条件下，使变速器、传动轴、主减速器、差速器、半轴等部件的载荷减少，尺寸变小以及使驱动桥获得较大的离地间隙等优点，它被广泛应用于载重货车、大型客车、越野汽车及其他一些大型工矿用车。5. 进度安排第 13 周：搜集资料，撰写开题报告；第 47 周：确定总体方案，进行驱动桥设计计算；第 813 周：三维实体建模，绘制二维工程图；第 1415 周：对驱动桥壳进行有限元分析；第 1617 周：撰写毕业设计论文；第 18 周：准备答辩。6. 参考文献1徐治华. 驱动桥桥壳应力特性的有限元分析和道路模拟实验D.长安大学,2007.1
19、22 王聪兴, 冯茂林. 现代设计方法在驱动桥设计中的应用 J. 山东交通科技, 2004, 4: 69-71.哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）开题报告- 7 -3陆刚. 重型车驱动桥及其主要部件结构J. 汽车与配件, 2009, 47: 74-76.4李欣. 重型货车驱动桥桥壳结构分析及其轻量化研究D .武汉理工大学, 2006.5刘惟信. 汽车车桥设计M. 清华大学出版社, 2004.6刁立福, 戴汝泉, 张全良. 汽车双回路制动系统布置形式研究 J. 山东交通学院学报, 2006, 4: 14-l6.7张成波. 重型货车驱动桥桥壳轻量化研究 DD.武汉理工大学, 2010.8李欣. 重型货车驱动桥桥壳结构分析及其轻量化研究 D. 武汉: 武汉理工大学, 20069 唐述斌, 谷莉. EQ1090E 汽车后桥桥壳轻量化的有限元分析 J. 汽车科技, 1994 (6): 11-15.10朱峥涛. 汽车驱动桥桥壳有限元分析D.南昌大学, 200711王宏杰.驱动桥桥壳的强度分析及结构改进D .大连理工大学，2011.1212黄小花. 基于有限元法的商用车驱动桥壳的结构分析与轻量化研究 D. 武汉理工大学, 2011.5开题报告检查组意见：哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）开题报告- 8 -组长（签字）：年 月 日
