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SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
學(xué)生姓名
劉元鑫
系部
汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)、班級(jí)
車(chē)輛07-4
指導(dǎo)教師姓名
王永梅
職稱(chēng)
講師
從事
專(zhuān)業(yè)
車(chē)輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱(chēng)
基于有限元中型貨車(chē)半軸與橋殼的設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義
中型貨車(chē)在汽車(chē)行業(yè)中應(yīng)用較廣泛，而半軸與橋殼是重型貨車(chē)的一個(gè)重要部件，其設(shè)計(jì)的成功與否決定著車(chē)輛的動(dòng)力性、平順性、經(jīng)濟(jì)性等多方面的設(shè)計(jì)要求。在我國(guó)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式中以手工繪圖或采用AutoCAD 繪制二維平面圖，做出成品進(jìn)行試驗(yàn)為主，無(wú)法滿足快速設(shè)計(jì)的需求，造成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、設(shè)計(jì)成本高。利用ANSYS軟件對(duì)半軸與橋殼進(jìn)行分析校核，能夠大大提高設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，為中型貨車(chē)的研發(fā)縮短了寶貴的時(shí)間。
二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
（一）設(shè)計(jì)內(nèi)容
依據(jù)主要技術(shù)指標(biāo)確定半軸與橋殼的類(lèi)型，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并計(jì)算相應(yīng)參數(shù)尺寸，對(duì)主要結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行校合，有限元技術(shù)在ANSYS中對(duì)半軸與橋殼進(jìn)行強(qiáng)度校核，對(duì)其應(yīng)力分布和變形分布狀況進(jìn)行研究，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。
（二）設(shè)計(jì)的車(chē)型和主要參數(shù)
依據(jù)主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)的車(chē)型為解放J5K俊威 型號(hào)為CA1103P9K2L2E，載質(zhì)量4870kg,整備質(zhì)量4830kg,滿載總質(zhì)量9895kg,車(chē)長(zhǎng)為7840mm,車(chē)寬2476mm,車(chē)高2750mm。根據(jù)車(chē)型來(lái)確定半軸與橋殼的類(lèi)型，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并計(jì)算相應(yīng)參數(shù)尺寸，對(duì)主要結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行校合，用pro/e建模在用有限元技術(shù)ANSYS對(duì)橋殼進(jìn)行強(qiáng)度校核，對(duì)其應(yīng)力分布和變形分布狀況進(jìn)行研究，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。
（三）研究方法
1、 參考相關(guān)資料，對(duì)比各種半軸與橋殼優(yōu)缺點(diǎn)，初步確定設(shè)計(jì)方案。
2、 實(shí)地考察相關(guān)類(lèi)型的車(chē)，為最終設(shè)計(jì)方案提供依據(jù)。
3、ANSYS軟件分析驗(yàn)證合理性。
4、利用Autocad軟件繪制半軸與橋殼圖紙。
三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果
（一）計(jì)算說(shuō)明部分
完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1.5萬(wàn)字。其中包括半軸與橋殼零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校和部分。
（二）圖紙部分
半軸與橋殼裝配圖零件圖若干張。
四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排
（1）調(diào)研、查閱相關(guān)資料、完成開(kāi)題報(bào)告 第1～2周（2月28日～3月14日） （2）確定總體方案 第3～4周（3月15日～3月28日） （3）對(duì)半軸與橋殼結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)第5～6周（3月29日～4月11日） （4）ANSYS軟件驗(yàn)證半軸與橋殼設(shè)計(jì)合理性第7周（4月12日～4月18日）
（5）建立半軸與橋殼的零件圖及裝配模型 第8～11周（4月19日～5月16日） （5）書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第12～13周（5月17日～5月30日）
（6）設(shè)計(jì)審核、修改設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第14～16周（6月1日～6月20日） （7）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周（6月21日～6月27日）
五、主要參考資料
[1]蔣崇賢，何明輝《專(zhuān)用汽車(chē)設(shè)計(jì)》 武漢工業(yè)大學(xué)出版社
[2]工程中的有限元方法(第3版)．機(jī)械工業(yè)出版社，2004
[3]黃天澤，黃金陵．汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)．機(jī)械工業(yè)出版社，2000
[4]孫桓主編.機(jī)械設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社出版
[5]余志生． 汽車(chē)?yán)碚揫M]，機(jī)械工業(yè)出版社，1987
[6]陳家瑞主編.汽車(chē)構(gòu)造.人民交通出版社出版
[7]吳鎮(zhèn)著.理論力學(xué).上海:上海交通大學(xué)出版社，1997
[8]呂慧瑛.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京:清華大學(xué)出版社，2002
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目: 基于有限元中型貨車(chē)半軸與橋殼設(shè)計(jì)
院 系 名 稱(chēng): 汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí): 車(chē)輛工程 07-4
學(xué) 生 姓 名: 劉元鑫
導(dǎo) 師 姓 名: 王永梅
開(kāi) 題 時(shí) 間:
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日
開(kāi)題報(bào)告撰寫(xiě)要求
一、“開(kāi)題報(bào)告”參考提綱
1. 課題研究目的和意義；
2. 文獻(xiàn)綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析）；
3. 基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題；
4. 技術(shù)路線或研究方法；
5. 進(jìn)度安排；
6. 主要參考文獻(xiàn)。
二、“開(kāi)題報(bào)告”撰寫(xiě)規(guī)范
請(qǐng)參照《黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及畢業(yè)論文撰寫(xiě)規(guī)范》要求。字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上，文字要精練通順，條理分明，文字圖表要工整清楚。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
劉元鑫
系部
汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)、班級(jí)
車(chē)輛07-4
指導(dǎo)教師姓名
王永梅
職稱(chēng)
講師
從事
專(zhuān)業(yè)
車(chē)輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱(chēng)
基于有限元中型貨車(chē)半軸與橋殼的設(shè)計(jì)
一、 課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1、 研究現(xiàn)狀
近些年來(lái)，隨著中重型貨車(chē)在國(guó)際車(chē)市上凸顯強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭和市場(chǎng)占有率，隨著中重型貨車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展，作為四大總成之一的車(chē)橋也飛速的發(fā)展起來(lái)，所以國(guó)內(nèi)外都對(duì)車(chē)橋行業(yè)投入了大量的人力物力，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)過(guò)去，商用車(chē)整車(chē)企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略是車(chē)身必須自制，發(fā)動(dòng)機(jī)立足或爭(zhēng)取自制，而車(chē)橋則一般采用社會(huì)資源。然而，隨著近年商用車(chē)市場(chǎng)，特別是中、重型卡車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，為了在核心總成上不受制于人，國(guó)內(nèi)一汽、中國(guó)重汽等主要商用車(chē)企業(yè)要么投巨資、重兵布局發(fā)展自己的車(chē)橋業(yè)務(wù)；要么積極主動(dòng)與有關(guān)大型車(chē)橋生產(chǎn)企業(yè)建立長(zhǎng)期戰(zhàn)略聯(lián)盟，以確保自己穩(wěn)定的零部件供應(yīng)。國(guó)外市場(chǎng)，作為目前頂級(jí)的歐洲品牌的車(chē)橋代表了當(dāng)今世界最高的設(shè)計(jì)水平，如戴姆勒－克萊斯勒公司20 世紀(jì)90 年代末期開(kāi)發(fā)的全新重型卡車(chē)ACTROS 系列VOLVO的FM FH系和SCANIA的第5代(4系列G級(jí))，代表著技術(shù)變革的前沿MAN 的重型卡車(chē)TGA五十鈴F系列等都代表著目前世界最高水平載貨車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì)水平。
隨著中國(guó)加入WTO 和中國(guó)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)變化、消費(fèi)水平的提高，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)中重型車(chē)產(chǎn)品需求向多層次、多品種方向發(fā)展。未來(lái)市場(chǎng)對(duì)中重型載貨車(chē)的需求穩(wěn)步上升，2010 年達(dá)到40 萬(wàn)輛。在總量需求中，中重型車(chē)的需求增量較大，2010 年占總需求的70 %。特別是高速公路的飛速發(fā)展，為大噸位、大功率載貨車(chē)提供了得天獨(dú)厚的有利條件。我國(guó)集裝箱運(yùn)輸業(yè)的高速發(fā)展，也為大噸位、大功率載貨車(chē)提供了廣闊的用武之地。1999 年后, 中重型載貨汽車(chē)高速增長(zhǎng), 特別是2000 年、2001 年( 上半年) 其增長(zhǎng)率分別達(dá)66. 64%、86. 32%, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于汽車(chē)行業(yè)增長(zhǎng)率14%。2005 年汽車(chē)銷(xiāo)售20 萬(wàn)輛, 年增長(zhǎng)率為17%，在未來(lái)的幾年內(nèi),中重型車(chē)和大型客車(chē)將進(jìn)入高速增長(zhǎng)時(shí)期, 車(chē)橋的需求量也將隨之劇增。
近年來(lái)，隨著普利適優(yōu)迪車(chē)橋有限公司、美國(guó)車(chē)橋國(guó)際控股有限公司（AAM）等在中國(guó)的紛紛落戶(hù)，我國(guó)車(chē)橋行業(yè)內(nèi)，外資公司由合資到獨(dú)資的逐漸滲入也在加快進(jìn)程。也加快了國(guó)內(nèi)車(chē)橋市場(chǎng)的發(fā)展，如今國(guó)內(nèi)上百家商用車(chē)車(chē)橋企業(yè)中，具有一定實(shí)力、水平及規(guī)模的只有十多家，目前，國(guó)內(nèi)中、重型車(chē)橋生產(chǎn)企業(yè)主要集中在東風(fēng)德納車(chē)橋有限公司、一汽解放汽車(chē)有限公司車(chē)橋分公司、中國(guó)重汽濟(jì)南橋箱有限公司、陜西漢德車(chē)橋有限公司、安徽安凱福田曙光車(chē)橋有限公司、一汽山東汽車(chē)改裝廠及青特眾力車(chē)橋有限公司等七家企業(yè)，這些企業(yè)幾乎占到國(guó)內(nèi)中重卡車(chē)橋90%以上的市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)許多汽車(chē)廠家相繼引進(jìn)了一些中重型車(chē)型，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形困難，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(chē)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(kāi)裂問(wèn)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(dòng)橋總成的使用壽命。球墨鑄鐵具有高強(qiáng)度、高韌性、高可靠性、高壽命的特點(diǎn)，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(chē)后橋殼的首選方法。因?yàn)榕c沖壓焊接后橋殼相比，鑄造后橋殼具有強(qiáng)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(diǎn)。近年來(lái)，東風(fēng)德納開(kāi)發(fā)的不少產(chǎn)品占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)車(chē)橋產(chǎn)品技術(shù)的制高點(diǎn)：13噸單雙橋產(chǎn)品技術(shù)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，13噸級(jí)驅(qū)動(dòng)橋則充分吸收了美國(guó)德納及日產(chǎn)柴驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)，承載能力更強(qiáng)、齒輪壽命更長(zhǎng)、噪音更低，廣泛應(yīng)用于東風(fēng)天龍等中重型商用車(chē)。中重型輪邊減速橋是為適應(yīng)超重載型的自卸車(chē)運(yùn)輸市場(chǎng)而開(kāi)發(fā)的全新車(chē)橋，因其卓越的技術(shù)優(yōu)勢(shì)而成為市場(chǎng)新寵，也為我國(guó)汽車(chē)行業(yè)生產(chǎn)中重型后橋殼開(kāi)拓了一條新路。
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(jì)研發(fā)的能力才能跟上發(fā)展的腳步，現(xiàn)代工業(yè)的典型特征就是大量使用計(jì)算機(jī)，所以人們希望借助計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)（CAE）來(lái)解決相關(guān)復(fù)雜問(wèn)題，有限元作為CAE技術(shù)的一種關(guān)鍵計(jì)算方法，被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，ANSYS軟件是美國(guó)ANSYS 公司研制的大型通用有限元分析軟件，能夠進(jìn)行包括結(jié)構(gòu)﹑熱﹑聲﹑流體以及電磁場(chǎng)等科學(xué)研究，在核工業(yè)﹑鐵道﹑石油化工﹑航空航天 ﹑機(jī)械制造﹑能源﹑汽車(chē)交通﹑國(guó)防軍工﹑電子﹑土木工程﹑造船﹑生物醫(yī)學(xué)﹑輕功﹑地礦﹑水利﹑日用家電等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)橋作為汽車(chē)四大總成之一，用pro/e建模再用ansys分析既方便又快捷。
2、選題目的和意義
中型貨車(chē)在汽車(chē)行業(yè)中應(yīng)用較廣泛，而半軸與橋殼是中型貨車(chē)重要的承載件和傳力件。驅(qū)動(dòng)橋殼支承汽車(chē)重量，并將載荷傳給車(chē)輪。作用在驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上的牽引力、制動(dòng)力、側(cè)向力、垂向也是經(jīng)過(guò)橋殼傳到懸掛及車(chē)架或車(chē)廂上?。因此，驅(qū)動(dòng)橋殼的使用壽命直接影響汽車(chē)的有效使用壽命。合理地設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋殼，使其具有足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的動(dòng)態(tài)特性，減少橋殼的質(zhì)量，有利于降低動(dòng)載荷，提高汽車(chē)行駛的平順性和舒適性。其作用主要有：支撐并保護(hù)主減速器、差速器和半軸等，使左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的軸向相對(duì)位置固定；同從動(dòng)橋一起支撐車(chē)架及其上的各總成質(zhì)量；汽車(chē)行駛時(shí)，承受由車(chē)輪傳來(lái)的路面反作用力和力矩并經(jīng)懸架傳給車(chē)架等。驅(qū)動(dòng)橋殼應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度且質(zhì)量小，并便于主減速器的拆裝和調(diào)整。由于橋殼的尺寸和質(zhì)量比較大，制造較困難，故其結(jié)構(gòu)型式應(yīng)在滿足使用要求的前提下應(yīng)盡可能便于制造，驅(qū)動(dòng)橋殼分為整體式橋殼，分段式橋殼和組合式橋殼三類(lèi)。整體式橋殼具有較大的強(qiáng)度和剛度，且便于主減速器的裝配、調(diào)整和維修，因此普遍應(yīng)用于各類(lèi)汽車(chē)上。但是由于其形狀復(fù)雜，因此應(yīng)力計(jì)算比較困難。根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)理論，驅(qū)動(dòng)橋殼的常規(guī)設(shè)計(jì)方法是將橋殼看成一個(gè)簡(jiǎn)支梁并校核幾種典型計(jì)算工況下某些特定斷面的最大應(yīng)力值，然后考慮一個(gè)安全系數(shù)來(lái)確定工作應(yīng)力，這種設(shè)計(jì)方法有很多局限性。因此近年來(lái)，許多研究人員利用有限元方法對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行了計(jì)算和分析。
在我國(guó)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式中以手工繪圖或采用AutoCAD 繪制二維平面圖，做出成品進(jìn)行試驗(yàn)為主，無(wú)法滿足快速設(shè)計(jì)的需求，造成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、設(shè)計(jì)成本高。利用ANSYS軟件對(duì)橋殼進(jìn)行分析校核，能夠大大提高設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，為中型貨車(chē)的研發(fā)縮短了寶貴的時(shí)間。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
依據(jù)主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)的車(chē)型為解放J5K威馳 型號(hào)為CA1103P9K2L2E，載質(zhì)量4870kg,整備質(zhì)量4830kg,滿載總質(zhì)量9895kg,車(chē)長(zhǎng)為7840mm,車(chē)寬2476mm,車(chē)高2750mm。根據(jù)車(chē)型來(lái)確定半軸與橋殼的類(lèi)型，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并計(jì)算相應(yīng)參數(shù)尺寸，對(duì)主要結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行校合，用pro/e建模在用有限元技術(shù)ANSYS對(duì)橋殼進(jìn)行強(qiáng)度校核，對(duì)其應(yīng)力分布和變形分布狀況進(jìn)行研究，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。
（二）擬解決問(wèn)題
（1）半軸的設(shè)計(jì)
1. 半軸計(jì)算載荷的確定
2. 半軸的桿部直徑的初選
3. 半軸的強(qiáng)度計(jì)算
4. 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算
（2）橋殼的設(shè)計(jì)
1. 橋殼的受力分析
2. 橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算
3. 各種工況下橋殼強(qiáng)度的分析
（3）ANSYS軟件分析驗(yàn)證
（4）利用Autocad軟件繪制半軸與橋殼圖紙。
三、技術(shù)路線（研究方法）
調(diào)研并查閱相關(guān)資料
總體方案的確定
橋殼的設(shè)計(jì)
半軸的設(shè)計(jì)
橋殼的Pro-e建模
設(shè)計(jì)結(jié)果的ANSYS校核
利用AUTOCAD繪圖
完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
四、進(jìn)度安排
（1）調(diào)研、查閱相關(guān)資料、完成開(kāi)題報(bào)告 第1～2周（2月28日～3月14日） （2）確定總體方案 第3～4周（3月15日～3月28日） （3）對(duì)半軸與橋殼結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)第5～6周（3月29日～4月11日） （4）ANSYS軟件驗(yàn)證橋殼設(shè)計(jì)合理性第7周（4月12日～4月18日）
（5）建立半軸與橋殼的零件圖及裝配圖 第8～11周（4月19日～5月16日） （5）書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第12～13周（5月17日～5月30日）
（6）設(shè)計(jì)審核、修改設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第14～16周（6月1日～6月20日） （7）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周（6月21日～6月27日）
五、參考文獻(xiàn)
[1] 辛 木. 中國(guó)商用車(chē)車(chē)橋行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)向.2008．09
[2] 張 驕, 楊建. 重載貨車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼有限元分析. 2010．04
[3] 鄭燕萍，王瑜，宋懷. 基于CAE 的驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)方法探討.2007
[4] 王文竹，程勉宏，劉剛. 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元分析. 2008.03
[5] 童麟章. 驅(qū)動(dòng)橋半軸的有限元分析設(shè)計(jì).2010年第3期
[6] 張冬， 尤華勝. 中重型商用汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)．2008.09
[7] 張 驕, 楊建偉. 重載貨車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼有限元分析.2010．02
[8] 焦紅蘭，黃衛(wèi)祥 2. 13 t單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋總成疲勞試驗(yàn)研究.2006．10
[9] 何延俊. 單縱臂橫扭桿獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)研究. 2004.04
[10] 羊玢，孫慶鴻，王睿. 基于參數(shù)化的車(chē)輛驅(qū)動(dòng)橋殼動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì).2005．05
[11] 楊朝會(huì)，王豐元， 馬浩. 基于有限元方法的載貨汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼分析.農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程. 2006年第10期
[12] 李奇霏，徐梁晉.淺談 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的中型客車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā).2007．02
[13] 王革新. 某車(chē)型汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼的力學(xué)分析2006．02
[14] 王鐵，張國(guó)忠，周淑文. 路面不平度影響下的汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋動(dòng)載荷.2003．01
[15] 王豐元，周群輝，楊朝會(huì)，王愛(ài)兵. 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究.2009．04
[16] 劉惟信. 汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì) 北京 清華大學(xué)出版社. 2003.1
[17] 王慶五，左眆，胡仁喜.ANSYS 10.0機(jī)械設(shè)計(jì)高級(jí)應(yīng)用實(shí)例 北京 機(jī)械工業(yè)出版社.2006.1
[18] Piotr A. Dudziński． The problems of multi-axle vehicle drives Original Research Article． Shanghai Jiaotong Univ． 1986．03
[19] JIN Jun-song．Die design for cold precision forging of bevel gear based on finite element method． J． Cent． South Univ． Technol．．2009．06
六、備注
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
填表日期
2009年 4月 26日
迄今已進(jìn)行 8 周剩余 9 周
學(xué)生姓名
劉元鑫
系部
汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)、班級(jí)
車(chē)輛B07-4
指導(dǎo)教師姓名
王永梅
職稱(chēng)
講師
從事
專(zhuān)業(yè)
車(chē)輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱(chēng)
基于有限元中型貨車(chē)半軸與橋殼的設(shè)計(jì)
學(xué)
生
填
寫(xiě)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度
已完成主要內(nèi)容
待完成主要內(nèi)容
1.調(diào)研、查閱相關(guān)資料、完成開(kāi)題報(bào)告
2. 確定驅(qū)動(dòng)橋殼和半軸的總體方案
3. 對(duì)半軸與橋殼結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)
4. ANSYS軟件驗(yàn)證橋殼設(shè)計(jì)合理性
1.建立半軸與橋殼的零件圖及裝配圖
2. 書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
3. 設(shè)計(jì)審核、修改設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
存在問(wèn)題及努力方向
對(duì)CAD畫(huà)圖軟件使用還不夠熟練，對(duì)ANSYS軟件了解還不夠深，以后還要對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)有更深的了解。
學(xué)生簽字：
指導(dǎo)教師
意 見(jiàn)
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
教研室
意 見(jiàn)
教研室主任簽字： 年 月 日
畢業(yè)論文指導(dǎo)教師評(píng)分表
學(xué)生姓名
劉元鑫
院系
汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)、班級(jí)
車(chē)輛07-4
指導(dǎo)教師姓名
王永梅
職稱(chēng)
講師
從事
專(zhuān)業(yè)
車(chē)輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱(chēng)
基于有限元中型貨車(chē)半軸與橋殼的設(shè)計(jì)
序號(hào)
評(píng) 價(jià) 項(xiàng) 目
滿分
得分
1
選題與專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況；題目難易度
10
2
題目工作量；選題的理論意義或?qū)嶋H價(jià)值
10
3
查閱文獻(xiàn)資料能力；綜合運(yùn)用知識(shí)能力
15
4
研究方案的設(shè)計(jì)能力；研究方法和手段的運(yùn)用能力；外文應(yīng)用能力
25
5
文題相符程度；寫(xiě)作水平
15
6
寫(xiě)作規(guī)范性；篇幅；成果的理論或?qū)嶋H價(jià)值；創(chuàng)新性
15
7
科學(xué)素養(yǎng)、學(xué)習(xí)態(tài)度、紀(jì)律表現(xiàn)；畢業(yè)論文進(jìn)度
10
得 分
X=
評(píng) 語(yǔ)：（參照上述評(píng)價(jià)項(xiàng)目給出評(píng)語(yǔ)，注意反映該論文的特點(diǎn)）
工作態(tài)度： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
研究能力或設(shè)計(jì)能力：強(qiáng)□ 較強(qiáng)□ 一般□ 較弱□ 很弱□
工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□
規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
成果質(zhì)量（研究方案、研究方法、正確性）：
好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
其他：
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)分表
學(xué)生姓名
劉元鑫
院系
汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)、班級(jí)
車(chē)輛07-4
指導(dǎo)教師姓名
王永梅
職稱(chēng)
講師
從事
專(zhuān)業(yè)
車(chē)輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱(chēng)
基于有限元中型貨車(chē)半軸與橋殼的設(shè)計(jì)
序號(hào)
評(píng) 價(jià) 項(xiàng) 目
滿分
得分
1
選題與專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況；題目難易度
10
2
題目工作量；題目與工程實(shí)踐、社會(huì)實(shí)際、科研與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等的結(jié)合程度
10
3
綜合運(yùn)用知識(shí)能力（設(shè)計(jì)涉及學(xué)科范圍，內(nèi)容深廣度及問(wèn)題難易度）；應(yīng)用文獻(xiàn)資料能力
15
4
設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力；計(jì)算能力（數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力）；外文應(yīng)用能力
20
5
計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）
10
6
插圖（圖紙）質(zhì)量；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)水平；設(shè)計(jì)的實(shí)用性與科學(xué)性；創(chuàng)新性
20
7
設(shè)計(jì)規(guī)范化程度（設(shè)計(jì)欄目齊全合理、SI制的使用等）
5
8
科學(xué)素養(yǎng)、學(xué)習(xí)態(tài)度、紀(jì)律表現(xiàn)；畢業(yè)論文進(jìn)度
10
得 分
X=
評(píng) 語(yǔ)：（參照上述評(píng)價(jià)項(xiàng)目給出評(píng)語(yǔ)，注意反映該論文的特點(diǎn)）
工作態(tài)度： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
研究能力或設(shè)計(jì)能力：強(qiáng)□ 較強(qiáng)□ 一般□ 較弱□ 很弱□
工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□
說(shuō)明書(shū)規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
成果質(zhì)量（設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)方法、正確性）
好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
其他：
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
畢業(yè)論文評(píng)閱人評(píng)分表
學(xué)生
姓名
劉元鑫
專(zhuān)業(yè)
班級(jí)
車(chē)輛07-4
指導(dǎo)教
師姓名
王永梅
職稱(chēng)
講師
題目
基于有限元中型貨車(chē)半軸與橋殼的設(shè)計(jì)
評(píng)閱組或預(yù)答辯組成員姓名
出席
人數(shù)
序號(hào)
評(píng) 價(jià) 項(xiàng) 目
滿分
得分
1
選題與專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況；題目難易度
15
2
題目工作量；選題的理論意義或?qū)嶋H價(jià)值
10
3
查閱文獻(xiàn)資料能力；綜合運(yùn)用知識(shí)能力
20
4
研究方案的設(shè)計(jì)能力；研究方法和手段的運(yùn)用能力；外文應(yīng)用能力
25
5
文題相符程度；寫(xiě)作水平
15
6
寫(xiě)作規(guī)范性；篇幅；成果的理論或?qū)嶋H價(jià)值；創(chuàng)新性
15
得 分
Y=
評(píng) 語(yǔ)：（參照上述評(píng)價(jià)項(xiàng)目給出評(píng)語(yǔ)，注意反映該論文的特點(diǎn)）
回答問(wèn)題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問(wèn)題□
研究能力或設(shè)計(jì)能力：強(qiáng)□ 較強(qiáng)□ 一般□ 較弱□ 很弱□
工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□
規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
成果質(zhì)量（研究方案、研究方法、正確性）：
好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
其他：
評(píng)閱人或預(yù)答辯組長(zhǎng)簽字： 年 月 日
注：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱可以采用2名評(píng)閱教師評(píng)閱或集體評(píng)閱或預(yù)答辯等形式。
畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱人評(píng)分表
學(xué)生
姓名
劉元鑫
專(zhuān)業(yè)
班級(jí)
車(chē)輛07-4
指導(dǎo)教
師姓名
王永梅
職稱(chēng)
講師
題目
基于有限元中型貨車(chē)半軸與橋殼的設(shè)計(jì)
評(píng)閱組或預(yù)答辯組成員姓名
出席
人數(shù)
序號(hào)
評(píng) 價(jià) 項(xiàng) 目
滿分
得分
1
選題與專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況；題目難易度
10
2
題目工作量；題目與工程實(shí)踐、社會(huì)實(shí)際、科研與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等的結(jié)合程度
10
3
綜合運(yùn)用知識(shí)能力（設(shè)計(jì)涉及學(xué)科范圍，內(nèi)容深廣度及問(wèn)題難易度）；應(yīng)用文獻(xiàn)資料能力
15
4
設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力；計(jì)算能力（數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力）；外文應(yīng)用能力
25
5
計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）
15
6
插圖（圖紙）質(zhì)量；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)水平；設(shè)計(jì)的實(shí)用性與科學(xué)性；創(chuàng)新性
20
7
設(shè)計(jì)規(guī)范化程度（設(shè)計(jì)欄目齊全合理、SI制的使用等）
5
得 分
Y=
評(píng) 語(yǔ)：（參照上述評(píng)價(jià)項(xiàng)目給出評(píng)語(yǔ)，注意反映該論文的特點(diǎn)）
回答問(wèn)題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問(wèn)題□
研究能力或設(shè)計(jì)能力：強(qiáng)□ 較強(qiáng)□ 一般□ 較弱□ 很弱□
工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□
說(shuō)明書(shū)規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
成果質(zhì)量（設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)方法、正確性）
好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
其他：
評(píng)閱人或預(yù)答辯組長(zhǎng)簽字： 年 月 日
注：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱可以采用2名評(píng)閱教師評(píng)閱或集體評(píng)閱或預(yù)答辯等形式。
畢業(yè)論文答辯評(píng)分表
學(xué)生
姓名
劉元鑫
專(zhuān)業(yè)
班級(jí)
車(chē)輛07-4
指導(dǎo)
教師
王永梅
職 稱(chēng)
講師
題目
基于有限元中型貨車(chē)半軸與橋殼的設(shè)計(jì)
答辯
時(shí)間
月 日 時(shí)
答辯組
成員姓名
出席
人數(shù)
序號(hào)
評(píng) 審 指 標(biāo)
滿
分
得
分
1
選題與專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況，題目難易度、工作量、理論意義或價(jià)值
10
2
研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力、綜合運(yùn)用知識(shí)的能力、應(yīng)用文獻(xiàn)資料和外文的能力
20
3
論文撰寫(xiě)水平、文題相符程度、寫(xiě)作規(guī)范化程度、篇幅、成果的理論或?qū)嶋H價(jià)值、創(chuàng)新性
15
4
畢業(yè)論文答辯準(zhǔn)備情況
5
5
畢業(yè)論文自述情況
20
6
畢業(yè)論文答辯回答問(wèn)題情況
30
總 分
Z=
答辯過(guò)程記錄、評(píng)語(yǔ)：
自述思路與表達(dá)能力：好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
回答問(wèn)題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問(wèn)題□
研究能力或設(shè)計(jì)能力：強(qiáng)□ 較強(qiáng)□ 一般□ 較弱□ 很弱□
工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□
規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
成果質(zhì)量（研究方案、研究方法、正確性）：
好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
其他：
答辯組長(zhǎng)簽字： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯評(píng)分表
學(xué)生
姓名
劉元鑫
專(zhuān)業(yè)
班級(jí)
車(chē)輛07-4
指導(dǎo)
教師
王永梅
職 稱(chēng)
講師
題目
基于有限元中型貨車(chē)半軸與橋殼的設(shè)計(jì)
答辯
時(shí)間
月 日 時(shí)
答辯組
成員姓名
出席
人數(shù)
序號(hào)
評(píng) 審 指 標(biāo)
滿
分
得
分
1
選題與專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況，題目難易度、工作量、與實(shí)際的結(jié)合程度
10
2
設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力、計(jì)算能力、綜合運(yùn)用知識(shí)能力
10
3
應(yīng)用文獻(xiàn)資料、計(jì)算機(jī)、外文的能力
10
4
設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)水平、圖紙質(zhì)量，設(shè)計(jì)的規(guī)范化程度（設(shè)計(jì)欄目齊全合理、SI制的使用等）、實(shí)用性、科學(xué)性和創(chuàng)新性
15
5
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備情況
5
6
畢業(yè)設(shè)計(jì)自述情況
20
7
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯回答問(wèn)題情況
30
總 分
Z=
答辯過(guò)程記錄、評(píng)語(yǔ)：
自述思路與表達(dá)能力：好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
回答問(wèn)題： 正確□ 基本正確□ 基本不正確□ 不能回答所提問(wèn)題□
研究能力或設(shè)計(jì)能力：強(qiáng)□ 較強(qiáng)□ 一般□ 較弱□ 很弱□
工作量： 大□ 較大□ 適中□ 較少□ 很少□
說(shuō)明書(shū)規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
圖紙規(guī)范性： 好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
成果質(zhì)量（設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)方法、正確性）
好□ 較好□ 一般□ 較差□ 很差□
其他：
答辯組長(zhǎng)簽字： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定表
學(xué)生姓名
劉元鑫
性別
男
院系
汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)
車(chē)輛工程
班級(jí)
07-4
設(shè)計(jì)（論文）題目
基于有限元中型貨車(chē)半軸與橋殼的設(shè)計(jì)
平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)分（開(kāi)題、中檢、出勤）
指導(dǎo)教師姓名
職稱(chēng)
指導(dǎo)教師
評(píng)分（X）
評(píng)閱教師姓名
職稱(chēng)
評(píng)閱教師
評(píng)分（Y）
答辯組組長(zhǎng)
職稱(chēng)
答辯組
評(píng)分（Z）
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)
百分制
五級(jí)分制
答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)：
答辯委員會(huì)主任簽字（蓋章）： 院系公章： 年 月 日
注：1、平時(shí)成績(jī)（開(kāi)題、中檢、出勤）評(píng)分按十分制填寫(xiě)，指導(dǎo)教師、評(píng)閱教師、答辯組評(píng)分按百分制填寫(xiě)，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z
2、評(píng)語(yǔ)中應(yīng)當(dāng)包括學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題質(zhì)量、能力水平、設(shè)計(jì)（論文）水平、設(shè)計(jì)（論文）撰寫(xiě)質(zhì)量、學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）實(shí)施或?qū)懽鬟^(guò)程中的學(xué)習(xí)態(tài)度及學(xué)生答辯情況等內(nèi)容的評(píng)價(jià)。
優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）推薦表
題 目
基于有限元中型貨車(chē)半軸與橋殼的設(shè)計(jì)
類(lèi)別
L
學(xué)生姓名
劉元鑫
院（系）、專(zhuān)業(yè)、班級(jí)
汽車(chē)與交通工程學(xué)院 車(chē)輛07-4
指導(dǎo)教師
王永梅
職 稱(chēng)
講師
設(shè)計(jì)成果明細(xì)：
答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)：
答辯委員會(huì)主任簽字（蓋章）： 院、系公章： 年 月 日
備 注：
注：“類(lèi)別”欄填寫(xiě)畢業(yè)論文、畢業(yè)設(shè)計(jì)、其它
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
基于有限元中型貨車(chē)半軸
與橋殼的設(shè)計(jì)
系部名稱(chēng)： 汽車(chē)與交通工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 車(chē)輛工程B07-4班
學(xué)生姓名： 劉元鑫
指導(dǎo)教師： 王永梅
職 稱(chēng)： 講 師
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Design For Bachelor's Degree
Medium Goods Vehicle Axle Based on Finite Element Design and Axle Housing
Candidate：Liuyuanxin
Specialty： Vehicle Engineering
Class： B07-4
Supervisor：Lecturer. Wang Yongmei
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
中型貨車(chē)在汽車(chē)行業(yè)中應(yīng)用較廣泛，而半軸與橋殼是中型貨車(chē)重要的承載件和傳力件。驅(qū)動(dòng)橋殼支承汽車(chē)重量，并將載荷傳給車(chē)輪。其設(shè)計(jì)的成功與否決定著車(chē)輛的動(dòng)力性、平順性、經(jīng)濟(jì)性等多方面的設(shè)計(jì)要求。因此，驅(qū)動(dòng)橋殼應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的動(dòng)態(tài)特性，合理地設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋殼也是提高汽車(chē)平順性的重要措施。
本文以有限元靜態(tài)分析理論為基礎(chǔ)，將CAD軟件Pro/E和ANSYS結(jié)合運(yùn)用主要完成了以下設(shè)計(jì)內(nèi)容：
（1） 驅(qū)動(dòng)橋的總體方案確定和半軸的設(shè)計(jì)校核；
（2） 驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)和多工況校核；
（3） 橋殼模型的簡(jiǎn)化和Pro/E建模；
（4） 運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)橋殼進(jìn)行多工況分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。
將CAD軟件Pro/E和ANSYS結(jié)合運(yùn)用，完成了從驅(qū)動(dòng)橋殼和半軸三維建模到有限元分析的整個(gè)過(guò)程，并對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度的校核。
關(guān)鍵詞： ANSYS；驅(qū)動(dòng)橋殼；半軸；靜力分析；強(qiáng)度；剛度
ABSTRACT
Medium goods vehicle applications in the automotive industry more widely, and axle and the axle housing is an important medium goods vehicle parts and force the bearing parts. Vehicle weight bearing axle, and wheel loads pass.
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字典
Designed to determine the success of vehicle dynamics, ride comfort, economy and other aspects of the design requirements. Therefore, the drive axle housing should have sufficient strength, stiffness and good dynamic characteristics, the rational design of drive axle to improve vehicle ride comfort is also an important measure. In this paper, the finite element static analysis based on the theory, ANSYS and the CAD software Pro/E combined use of the design was completed for the following elements:
(1) the overall scheme for the drive axle and axle design verification;
(2) drive axle design and multi-condition check;
(3) shell model bridge model simplification and Pro/E;
(4) the use of ANSYS software, multi-axle condition analysis, verify the design is reasonable.
Pro/E CAD software and ANSYS will be combined with the use of complete three-dimensional modeling from the drive axle to the finite element analysis of the entire process, and gain checking the strength and stiffness.
Key words: ANSYS; Drive axle housing; Static analysis; Strength; Stiffness
59
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1選題背景目的及意義 …1
1.2國(guó)內(nèi)外研究狀況 .1
1.3設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和擬解決的問(wèn)題 3
第2章 驅(qū)動(dòng)橋的總體方案確定 4
2.1設(shè)計(jì)車(chē)型主要參數(shù) 4
2.2驅(qū)動(dòng)橋形式的確定 6
2.3半軸形式的確定 7
2.4驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)要求 8
2.5本章小結(jié) 9
第3章 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) 10
3.1全浮式半軸計(jì)算載荷的確定 10
3.2全浮式半軸的桿部直徑的初選 11
3.3全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算 .11
3.4半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 12
3.5半軸材料與熱處理 13
3.6本章小結(jié)………….……………………………………………………………….14
第4章 驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì)………………………………………………………………….14
4.1鑄造整體式橋殼的結(jié)構(gòu)…………………………………..……………...……….14
4.2橋殼的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算……………………………………………………..15
4.2.1橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算……………………………………………..….....15
4.2.2在不平路面沖擊載荷作用下的橋殼強(qiáng)度計(jì)算…………..………….........17
4.2.3汽車(chē)以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算…………………….……......18
4.2.4汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算…………………………………….......19
4.2.5汽車(chē)受最大側(cè)向力時(shí)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算……………………………..….…22
4.3本章小結(jié)…………………………………………………………………………..23
第5章 驅(qū)動(dòng)橋殼幾何模型的建立……………………………………………………….24
5.1 Pro/E的簡(jiǎn)介………………………………………………………………………24
5.2幾何模型的簡(jiǎn)化…………………………………………………………………..24
5.3驅(qū)動(dòng)橋橋殼幾何模型的建立……………………………………………………..25
5.4本章小結(jié)…………………………………………………………………………..27
第6章 驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元分析…………………………………………………………..28
6.1驅(qū)動(dòng)橋殼的靜力分析……………………………………………………………..28
6.1.1驅(qū)動(dòng)橋橋殼靜力分析的典型工況…………………………………………28
6.1.2載荷與約束的處理…………………………………………………………30
6.2各工況的ANSYS分析過(guò)程詳述…………………………………………………31
6.3各個(gè)工況的ANSYS分析結(jié)果 ..36
6.4驅(qū)動(dòng)橋殼的模態(tài)分析……......................................................................................38
6.5驅(qū)動(dòng)橋ANSYS分析過(guò)程詳述…….......................................................................38
6.6驅(qū)動(dòng)橋ANSYS分析結(jié)果…...................................................................................40
6.7本章小結(jié)……...........................................................................................................43
結(jié)論……........................................................................................................................44
參考文獻(xiàn)……................................................................................................................45
致謝……........................................................................................................................46
附錄…………………………………………………………………………....……....47
第1章 緒 論
1.1 選題背景目的及意義
驅(qū)動(dòng)橋殼是汽車(chē)上重要的承載件和傳力件。驅(qū)動(dòng)橋殼支承汽車(chē)重量, 并將載荷傳給車(chē)輪。作用在驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上的牽引力、制動(dòng)力、側(cè)向力、垂向力也是經(jīng)過(guò)橋殼傳到懸掛及車(chē)架或車(chē)廂上。因此, 驅(qū)動(dòng)橋殼的使用壽命直接影響汽車(chē)的有效使用壽命。合理地設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋殼, 使其具有足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的動(dòng)態(tài)特性, 減少橋殼的質(zhì)量, 有利于降低動(dòng)載荷, 提高汽車(chē)行駛的平順性和舒適性。驅(qū)動(dòng)橋殼的常規(guī)設(shè)計(jì)方法是將橋殼看成一個(gè)簡(jiǎn)支梁并校核幾種典型計(jì)算工況下某些特定斷面的最大應(yīng)力值, 然后考慮一個(gè)安全系數(shù)來(lái)確定工作應(yīng)力, 這種設(shè)計(jì)方法有很多局限性。因此近年來(lái), 許多研究人員利用有限元方法對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行了計(jì)算和分析。并利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)某型貨車(chē)上使用的整體式驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)。
1.2國(guó)內(nèi)外研究狀況
汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼既是承載零件, 也是傳力部件, 同時(shí)又是主減速器、差速器及驅(qū)動(dòng)車(chē)輪傳動(dòng)裝置( 如半軸)的外殼。在汽車(chē)行駛過(guò)程中, 橋殼承受繁重的載荷, 設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在動(dòng)載荷下橋殼有足夠的強(qiáng)度和剛度。為了減小汽車(chē)的簧下質(zhì)量, 以利于降低動(dòng)載荷、提高汽車(chē)的行駛平順性, 在保證強(qiáng)度和剛度的前提下應(yīng)力求減小橋殼的質(zhì)量。橋殼還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便, 以利于降低成本。
過(guò)去我國(guó)主要是通過(guò)對(duì)橋殼樣品進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)和整車(chē)行駛試驗(yàn)考核橋殼強(qiáng)度和剛度。有時(shí)還采用在橋殼上貼應(yīng)變片的電測(cè)方法，讓汽車(chē)在典型路段上滿載行駛，以測(cè)定橋殼的應(yīng)力。這些方法只有在有橋殼樣品的情況下才能使用，而且需要付出相當(dāng)大的人力、物力和時(shí)間。
日本五十鈴公司曾采用略去橋殼后蓋，將橋殼中部安裝主減速器處的凸包簡(jiǎn)化成規(guī)則的環(huán)形的簡(jiǎn)化方法，用彈性力學(xué)進(jìn)行應(yīng)力和變形的計(jì)算。彈性力學(xué)計(jì)算方法本身雖精確，但由于對(duì)橋殼的幾何形狀作了較多的簡(jiǎn)化，使計(jì)算結(jié)果受到很大的限制。
通常情況下，設(shè)計(jì)橋殼時(shí)多采用常規(guī)的設(shè)計(jì)方法，將橋殼看成是一簡(jiǎn)支梁，校核某些特定斷面的最大應(yīng)力值。例如，日本有的公司對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì)要求是在2.5 倍滿載軸荷的作用下，彈簧座處、橋殼與半軸套管焊接處、輪轂內(nèi)軸承根部圓角處各斷面的應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)屈服極限。我國(guó)通常推薦將橋殼復(fù)雜的受力狀況簡(jiǎn)化為四種典型的計(jì)算工況：
（1）汽車(chē)滿載以較高車(chē)速在不平路面行駛受到?jīng)_擊載荷和受最大的垂直載荷工
況；
（1）汽車(chē)滿載以較高車(chē)速在不平路面行駛受到?jīng)_擊載荷和受最大的垂直載荷工況；
（2）汽車(chē)滿載傳遞最大牽引力工況；
（3）汽車(chē)緊急制動(dòng)承受最大制動(dòng)力工況；
（4）汽車(chē)最大側(cè)向力工況。
在這四種典型工況下，只要橋殼的強(qiáng)度得到保證，就認(rèn)為該橋殼在汽車(chē)的各種行駛條件下是可靠的。
傳統(tǒng)的橋殼強(qiáng)度的計(jì)算方法，只能近似計(jì)算出橋殼某一斷面的應(yīng)力平均值，不能完全反映橋殼上應(yīng)力及其分布的真實(shí)情況。因此，這種方法僅用于對(duì)橋殼強(qiáng)度的驗(yàn)算，或用來(lái)與其它車(chē)型的橋殼強(qiáng)度進(jìn)行比較，而不能用于計(jì)算橋殼上某點(diǎn)的真實(shí)應(yīng)力值。
有限單元法是近三四十年隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的用于各種結(jié)構(gòu)分析的數(shù)值計(jì)算方法，在一定的前提條件下，它可以計(jì)算各種機(jī)械零件的幾乎所有幾何部位的應(yīng)力和應(yīng)變。由于有限元法能夠很好地模擬零部件的實(shí)際形狀、結(jié)構(gòu)、受力和約束，因此，其計(jì)算結(jié)果更精確，也更接近實(shí)際，可以作為設(shè)計(jì)、改進(jìn)零部件的依據(jù)。同時(shí)，可以利用有限元分析的結(jié)果進(jìn)行多方案的比較，有利于設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化和產(chǎn)品的改進(jìn)。有限元法解決了過(guò)去對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)作精確計(jì)算的困難，改變了傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，有限元軟件已經(jīng)成為一個(gè)廣為接受的工程分析工具。
目前國(guó)外有限元方法在汽車(chē)分析中得到了廣泛的使用，有限元分析除了汽車(chē)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度計(jì)算外，還在車(chē)身的結(jié)構(gòu)的摸態(tài)分析、操縱穩(wěn)定性分析、整車(chē)振動(dòng)分析、傳熱分析（如汽缸、汽缸蓋在氣室燃燒時(shí)的溫度分布）、空氣動(dòng)力學(xué)分析等各方面發(fā)揮著重要的作用。在國(guó)外，二十世紀(jì)七十年代前后，有限元方法逐漸在汽車(chē)橋殼的強(qiáng)度分析中得到應(yīng)用。例如，美國(guó)的機(jī)械研究所、萬(wàn)國(guó)汽車(chē)公司等，都曾經(jīng)使用有限元法計(jì)算過(guò)橋殼的強(qiáng)度。
我國(guó)工程使用有限元分析方法起步較晚，但是發(fā)展較快,特別是近十年來(lái),有限元分析方法在工程中特別是在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用也變得越來(lái)越廣泛，也取得了一些成果。如東南大學(xué)的羊扮，孫慶鴻等應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)影響驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度和剛度的因素進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后的橋殼本體厚度由8mm降至7mm，質(zhì)量減輕了4.2千克。
東風(fēng)汽車(chē)公司技術(shù)中心的唐述斌，谷莉按經(jīng)驗(yàn)對(duì)EQ1090E汽車(chē)的后橋橋殼厚度進(jìn)行減薄，然后通過(guò)計(jì)算和試驗(yàn)進(jìn)行校核，取得了減重8Kg的效果。
從國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀可以看到，國(guó)內(nèi)對(duì)橋殼的有限元分析雖然做了很多工作，但是與國(guó)外的研究相比有較大的差距，主要表現(xiàn)在多是按照經(jīng)驗(yàn)修改主要部件的尺寸參數(shù)，往往只校核在靜態(tài)工況下的強(qiáng)度和剛度；在橋殼的設(shè)計(jì)過(guò)程中使用有限元分析軟件指導(dǎo)設(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍較小，往往只是幾個(gè)大的集團(tuán)公司采用了這種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，大部分中小企業(yè)還未能將其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中。
1.3 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和擬解決的問(wèn)題
1、設(shè)計(jì)內(nèi)容
依據(jù)主要技術(shù)指標(biāo)確定半軸與橋殼的類(lèi)型，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并計(jì)算相應(yīng)參數(shù)尺寸，對(duì)主要結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行校合，有限元技術(shù)在ANSYS中對(duì)半軸與橋殼進(jìn)行強(qiáng)度校核，對(duì)其應(yīng)力分布和變形分布狀況進(jìn)行研究，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。
2、擬解決問(wèn)題
（1）半軸的設(shè)計(jì)
1）半軸計(jì)算載荷的確定
2）半軸的桿部直徑的初選
3）半軸的強(qiáng)度計(jì)算
4）半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算
（2） 橋殼的設(shè)計(jì)
1）橋殼的受力分析
2）橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算
3）各種工況下橋殼強(qiáng)度的校核
（3） ANSYS軟件分析驗(yàn)證
（4） 利用CAD軟件繪制半軸與橋殼圖紙。
第2章 驅(qū)動(dòng)橋的總體方案確定
本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)中型載貨車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋橋殼和半軸，要設(shè)計(jì)這樣一個(gè)級(jí)別的驅(qū)動(dòng)橋，一般選用非斷開(kāi)式結(jié)構(gòu)以與非獨(dú)立懸架相適應(yīng)，該種形式的驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是一根支撐在左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的剛性空心梁，一般是鑄造或鋼板沖壓而成，主減速器，差速器和半軸等所有傳動(dòng)件都裝在其中，車(chē)型的選擇和總體方案的確定與設(shè)計(jì)的成敗息息相關(guān)。
2.1設(shè)計(jì)車(chē)型主要參數(shù)
圖2.1 J5k 4x2平頭柴油載貨汽車(chē)
圖2.2車(chē)輛外形尺寸圖
表2.1車(chē)型號(hào)：CA1103PgK2L2E
質(zhì)量參數(shù)（kg）
載質(zhì)量
4870
整備質(zhì)量
4830
滿載總質(zhì)量
9895
軸荷空載
前軸
2090
后橋
2740
軸荷滿載
前軸
2500
后橋
7395
性能參數(shù)
最高車(chē)速（km/h）
99
最大爬坡度（%）
25
六工況燃油消耗量（L /100km）
≤16
等速油耗（L/100km）80km/h
≤16
加速行駛車(chē)外最大噪聲dB（A）
≤83
最小轉(zhuǎn)彎半徑（m）
17
制動(dòng)距離（滿載、車(chē)速60km/h）
≤36.7m
駐車(chē)停放坡度(滿載、正反兩方向)
≥18%
續(xù)行駛里程(km)
780
最高檔經(jīng)濟(jì)車(chē)速（km/h ）
47～81
尺寸參數(shù)（mm）
外廓尺寸
長(zhǎng)
7840
寬
2476
高
2750
該車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)為型號(hào)CA4DF3-13E3U， 額定功率為 101KW/2500，最大扭矩為 450/1400。變速器型號(hào)為一汽解放CA6T123，各檔速比為 6.515； 3.916； 2.345； 1.425； 1.000； 0.813； 6.060。驅(qū)動(dòng)橋型號(hào)為一汽解放9噸級(jí)單級(jí)減速器，全浮式半軸直齒錐齒輪式差速器，主減速比i=5.430。車(chē)輪型號(hào)為8.25R20 ，輪胎的滾動(dòng)半徑為0.462m，輪距1800mm,鋼板彈簧中心距1035mm。
2.2 驅(qū)動(dòng)橋形式的確定
由于要求設(shè)計(jì)的是9噸級(jí)的后驅(qū)動(dòng)橋，要設(shè)計(jì)這樣一個(gè)級(jí)別的驅(qū)動(dòng)橋，一般選用非斷開(kāi)式結(jié)構(gòu)以與非獨(dú)立懸架相適應(yīng)，該種形式的驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是一根支撐在左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的剛性空心梁，一般是鑄造或鋼板沖壓而成，主減速器，差速器和半軸等所有傳動(dòng)件都裝在其中，此時(shí)驅(qū)動(dòng)橋，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪都屬于簧下質(zhì)量。
驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式有多種，基本形式有三種如下：
（1）中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。此是驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)中最為簡(jiǎn)單的一種，是驅(qū)動(dòng)橋的基本形式， 在載重汽車(chē)中占主導(dǎo)地位。一般在主傳動(dòng)比小于6的情況下，應(yīng)盡量采用中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。目前的中央單級(jí)減速器趨于采用雙曲線螺旋傘齒輪，主動(dòng)小齒輪采用騎馬式支承， 有差速鎖裝置供選用。
（2）中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋。在國(guó)內(nèi)目前的市場(chǎng)上，中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋主要有2種類(lèi)型：一類(lèi)如伊頓系列產(chǎn)品，事先就在單級(jí)減速器中預(yù)留好空間，當(dāng)要求增大牽引力與速比時(shí)，可裝入圓柱行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，將原中央單級(jí)改成中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋，這種改制“三化”（即系列化，通用化，標(biāo)準(zhǔn)化）程度高， 橋殼、主減速器等均可通用，錐齒輪直徑不變；另一類(lèi)如洛克威爾系列產(chǎn)品，當(dāng)要增大牽引力與速比時(shí)，需要改制第一級(jí)傘齒輪后，再裝入第二級(jí)圓柱直齒輪或斜齒輪，變成要求的中央雙級(jí)驅(qū)動(dòng)橋，這時(shí)橋殼可通用，主減速器不通用， 錐齒輪有2個(gè)規(guī)格。
由于上述中央雙級(jí)減速橋均是在中央單級(jí)橋的速比超出一定數(shù)值或牽引總質(zhì)量較大時(shí)，作為系列產(chǎn)品而派生出來(lái)的一種型號(hào)，它們很難變型為前驅(qū)動(dòng)橋，使用受到一定限制；因此，綜合來(lái)說(shuō)，雙級(jí)減速橋一般均不作為一種基本型驅(qū)動(dòng)橋來(lái)發(fā)展，而是作為某一特殊考慮而派生出來(lái)的驅(qū)動(dòng)橋存在。
（3）中央單級(jí)、輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋。輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋較為廣泛地用于油田、建筑工地、礦山等非公路車(chē)與軍用車(chē)上。當(dāng)前輪邊減速橋可分為2類(lèi)：一類(lèi)為圓錐行星齒輪式輪邊減速橋；另一類(lèi)為圓柱行星齒輪式輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋。
1）圓錐行星齒輪式輪邊減速橋。由圓錐行星齒輪式傳動(dòng)構(gòu)成的輪邊減速器，輪邊減速比為固定值2，它一般均與中央單級(jí)橋組成為一系列。在該系列中，中央單級(jí)橋仍具有獨(dú)立性，可單獨(dú)使用，需要增大橋的輸出轉(zhuǎn)矩，使?fàn)恳υ龃蠡蛩俦仍龃髸r(shí)，可不改變中央主減速器而在兩軸端加上圓錐行星齒輪式減速器即可變成雙級(jí)橋。這類(lèi)橋與中央雙級(jí)減速橋的區(qū)別在于：降低半軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，把增大的轉(zhuǎn)矩直接增加到兩軸端的輪邊減速器上 ，其“三化”程度較高。但這類(lèi)橋因輪邊減速比為固定值2，因此，中央主減速器的尺寸仍較大，一般用于公路、非公路軍用車(chē)。
2)圓柱行星齒輪式輪邊減速橋。單排、齒圈固定式圓柱行星齒輪減速橋，一般減速比在3至4.2之間。由于輪邊減速比大，因此，中央主減速器的速比一般均小于3，這樣大錐齒輪就可取較小的直徑，以保證重型汽車(chē)對(duì)離地問(wèn)隙的要求。這類(lèi)橋比單級(jí)減速器的質(zhì)量大，價(jià)格也要貴些，而且輪穀內(nèi)具有齒輪傳動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間在公路上行駛會(huì)產(chǎn)生大量的熱量而引起過(guò)熱；因此，作為公路車(chē)用驅(qū)動(dòng)橋，它不如中央單級(jí)減速橋。
綜上所述，由于設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比為5.430，小于6。況且由于隨著我國(guó)公路條件的改善和物流業(yè)對(duì)車(chē)輛性能要求的變化，中型汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)已呈現(xiàn)出向單級(jí)化發(fā)展的趨勢(shì)，主要是單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋還有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：
（1）單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋是驅(qū)動(dòng)橋中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，制造工藝簡(jiǎn)單，成本較低， 是驅(qū)動(dòng)橋的基本類(lèi)型，在重型汽車(chē)上占有重要地位；
（2）重型汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)向低速大轉(zhuǎn)矩發(fā)展的趨勢(shì)，使得驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比向小速比發(fā)展；
（3）隨著公路狀況的改善，特別是高速公路的迅猛發(fā)展，重型汽車(chē)使用條件對(duì)汽車(chē)通過(guò)性的要求降低。因此，重型汽車(chē)不必像過(guò)去一樣，采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提高通過(guò)性；
（4）與帶輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋相比，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋機(jī)械傳動(dòng)效率提高，易損件減少，可靠性提高。
單級(jí)橋產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)為單級(jí)橋的發(fā)展拓展了廣闊的前景。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度看， 重型車(chē)產(chǎn)品在主減速比小于6的情況下，應(yīng)盡量選用單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。[2]
所以此設(shè)計(jì)采用單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋再配以鑄造整體式橋殼。
2.3 半軸形式的確定
驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置置位于汽車(chē)傳動(dòng)系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器半軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。其結(jié)夠型式與驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式密切相關(guān)，在斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置包括半軸和萬(wàn)向接傳動(dòng)裝置且多采用等速萬(wàn)向節(jié)。在一般非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，這時(shí)半軸將差速器半鈾齒輪與輪轂連接起來(lái)。在裝有輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋上，半軸將半軸齒輪與輪邊減速器的主動(dòng)齒輪連接起來(lái)。如圖2.3所示，根據(jù)半軸外端支撐形式分為半浮式，3/4浮式，全浮式。
（a）半浮式 （b）3/4浮式 （c）全浮式
圖2.3 半軸支撐形式
半浮式半軸以其靠近外端的軸頸直接支撐在置于橋殼外端內(nèi)孔中的軸承上，而端部則以具有圓錐面的軸頸及鍵與輪轂相固定。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。主要用于質(zhì)量較小，使用條件好，承載負(fù)荷也不大的轎車(chē)和輕型載貨汽車(chē)。
3/4浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端僅有一個(gè)軸承并裝在驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管的端部，直接支撐著輪轂，而半軸則以其端部與輪轂想固定，因其側(cè)向力引起彎矩使軸承有歪斜的趨勢(shì)，這將急劇降低軸承的壽命，所以未得到推廣。
全浮式半軸的外端和以?xún)蓚€(gè)軸承支撐于橋殼的半軸套管上的輪轂相聯(lián)接，由于其工作可靠，廣泛應(yīng)用于輕型及以上的各類(lèi)汽車(chē)上。[1]
根據(jù)相關(guān)車(chē)型及設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用全浮式半軸。
以上2.2和2.3相關(guān)圖形和資料來(lái)自于《汽車(chē)車(chē)橋設(shè)計(jì)》
2.4 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)要求
1、選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比，以保證汽車(chē)在給定的條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。
2、外廓尺寸小，保證汽車(chē)具有足夠的離地間隙，以滿足通過(guò)性的要求。
3、齒輪及其他傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。
4、在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有較高的傳動(dòng)效率。
5、具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受和傳遞作用于路面和車(chē)架或車(chē)身間的各種力和
力矩；在此條件下，盡可能降低質(zhì)量，尤其是簧下質(zhì)量，減少不平路面的沖擊載荷，提高汽車(chē)的平順性。
6、與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。
7、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，維修，調(diào)整方便。
2.5本章小結(jié)
本章首先對(duì)各種驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式做了簡(jiǎn)單的介紹，綜合考慮，此設(shè)計(jì)采用單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋再配以鑄造整體式橋殼。之后又對(duì)半軸的各種支撐形式做了對(duì)比分析，根據(jù)相關(guān)車(chē)型及設(shè)計(jì)要求，決定本設(shè)計(jì)采用全浮式半軸。最后對(duì)選擇車(chē)型的各項(xiàng)參數(shù)作了簡(jiǎn)要列舉。
第3章 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置位于汽車(chē)傳動(dòng)系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器的半軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。在一般的非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，半軸將差速器的半軸齒輪與車(chē)輪的輪轂聯(lián)接起來(lái)，半軸的形式主要取決半軸的支承形式：普通非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的半軸，根據(jù)其外端支承的形式或受力狀況不同可分為半浮式，3/4浮式和全浮式，在此由于是中型載貨汽車(chē)，采用全浮式結(jié)構(gòu)。[2]
設(shè)計(jì)半軸的主要尺寸是其直徑，在設(shè)計(jì)時(shí)首先可根據(jù)對(duì)使用條件和載荷工況相同或相近的同類(lèi)汽車(chē)同形式半軸的分析比較，大致選定從整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋的布局來(lái)看比較合適的半軸半徑，然后對(duì)它進(jìn)行強(qiáng)度校核。
3.1 全浮式半軸計(jì)算載荷的確定
計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理地確定作用在半軸上的載荷，應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況：
1.縱向力（驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力）最大時(shí)，其最大值為，附著系數(shù)在計(jì)算時(shí)取0.8，沒(méi)有側(cè)向力作用；
2.側(cè)向力最大時(shí)，其最大值為（發(fā)生于汽車(chē)側(cè)滑時(shí)），側(cè)滑時(shí)輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)在計(jì)算時(shí)取1.0，沒(méi)有縱向力作用；
3.垂向力最大時(shí)（發(fā)生在汽車(chē)以可能的高速通過(guò)不平路面時(shí)），其值為，車(chē)輪對(duì)地面的垂直載荷，為動(dòng)載荷系數(shù)，這時(shí)不考慮縱向力和側(cè)向力的作用。
由于車(chē)輪承受的縱向力，側(cè)向力值的大小受車(chē)輪與地面最大附著力的限制，即有 （3.1）
全浮式半軸只承受轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算轉(zhuǎn)矩可有求得，其中，的計(jì)算，可根據(jù)以下方法計(jì)算，并取兩者中的較小者。
若按最大附著力計(jì)算，即
（3.2）
式中： ——輪胎與地面的附著系數(shù)取0.8；
——汽車(chē)滿載時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，N；但后橋來(lái)說(shuō)還應(yīng)考慮到汽車(chē)加速時(shí)負(fù)腷增大量，可初?。?
=×9.8=7395×9.8=72471N；
——汽車(chē)加速或減速時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，可取1.2～1.4在此取1.3；
——左側(cè)半軸所受縱向力；
——右側(cè)半軸所受縱向力。
根據(jù)上式=37685 N
若按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算，即
（3.3）
式中：——差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對(duì)于普通圓錐行星齒輪差速器取0.6；
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，450N·m；
——汽車(chē)傳動(dòng)效率，計(jì)算時(shí)可取1或取0.9；
——由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比
==5.43×6.515=35.37645
變速器傳動(dòng)比=6.515；
——輪胎的滾動(dòng)半徑，0.462m。
根據(jù)上式=18607.1 N
在此18607.1N =18607.10.462=8596.5N·m
3.2 全浮式半軸的桿部直徑的初選
全浮式半軸桿部直徑的初選可按下式進(jìn)行
（3.4）
式中：——半軸桿部的直徑，mm。
根據(jù)上式=（42.03～44.69）mm
根據(jù)強(qiáng)度要求在此取45.0mm。
3.3 全浮式半軸的強(qiáng)度計(jì)算
首先是驗(yàn)算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
MPa （3.5）
式中：——半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m在此取8596.5N·m；
根據(jù)上式＝＝481 MPa< =(490～588) MPa
——半軸的扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力，取=490~588MPa。
所以滿足強(qiáng)度要求。
半軸的最大扭轉(zhuǎn)角為
（3.6）
式中：T——半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，8596.5；
——半軸長(zhǎng)度800mm；
G——材料的剪切彈性模量8.4×10N/mm；
J——半軸橫截面的極慣性矩，=402373.8mm。
經(jīng)計(jì)算最大扭轉(zhuǎn)角=11.7°，扭轉(zhuǎn)角宜選為6°~15°滿足條件。
3.4 半軸花鍵的強(qiáng)度計(jì)算
為了使半軸的花鍵內(nèi)徑不小于其桿部直徑，常常將加工花鍵的端部做得粗些，并適當(dāng)?shù)販p小花鍵槽的深度，在現(xiàn)代汽車(chē)半軸上，漸開(kāi)線花鍵用得較廣，但也有采用矩形或梯形花鍵的。本次設(shè)計(jì)采用帶有凸緣的全浮式半軸，采用漸開(kāi)線花鍵。
根據(jù)桿部直徑為45mm，選擇的漸開(kāi)線的花鍵具體參數(shù)為：花鍵齒數(shù)為19，模數(shù)2.5，分度圓直徑47.5mm分度圓上壓力角為30°。
在計(jì)算半軸在承受最大轉(zhuǎn)矩時(shí)還應(yīng)該校核其花鍵的剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力。
半軸花鍵的剪切應(yīng)力為
MPa (3.7)
半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為
MPa （3.8）
式中：——半軸承受的最大轉(zhuǎn)矩，N·m ，在此取8596.5N·m;
——半軸花鍵的外徑，mm，在此取50mm;
——相配花鍵孔內(nèi)徑，mm，在此取45mm;
——花鍵齒數(shù)；在此取19
——花鍵工作長(zhǎng)度，95mm，
——花鍵齒寬，mm，=3.925mm;
——載荷分布的不均勻系數(shù)，計(jì)算時(shí)取0.75。
根據(jù)上式可計(jì)算得==68.12 MPa
==106.96 MPa
根據(jù)要求當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩最大時(shí)，半軸花鍵的切應(yīng)力[]不應(yīng)超過(guò)71.05 MPa，擠壓應(yīng)力[]不應(yīng)超過(guò)196 MPa，以上計(jì)算均滿足要求。
以上有關(guān)花鍵內(nèi)容查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》 北京 機(jī)械工業(yè)出版社；789頁(yè)
3.5半軸材料與熱處理
半軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造，如40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，35CrMnSi，35CrMnTi等。40MnB是我國(guó)研制出的新鋼種，作為半軸材料效果很好。半軸的熱處理過(guò)去都采用調(diào)質(zhì)處理的方法，調(diào)質(zhì)后要求桿部硬度為HB388—444(突緣部分可降至HB248)。近年來(lái)采用高頻、中頻感應(yīng)淬火的口益增多。這種處理方法使半軸表面淬硬達(dá)HRC52～63，硬化層深約為其半徑的1／3，心部硬度可定為HRC30—35；花鍵部分表面硬度50～55HRC；不淬火區(qū)(突緣等)的硬度可定在HB248～277范圍內(nèi)。由于硬化層本身的強(qiáng)度較高，加之在半軸表面形成大的殘余壓應(yīng)力，以及采用噴丸處理、滾壓半軸突緣根部過(guò)渡圓角等工藝，使半軸的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度大為提高，尤其是疲勞強(qiáng)度提高得十分顯著。由于這些先進(jìn)工藝的采用，不用合金鋼而采用中碳(40號(hào)、45號(hào))鋼的半軸也日益增多。[2]
本次設(shè)計(jì)考慮到半軸對(duì)傳動(dòng)系需要有一定的保護(hù)作用，故采用45號(hào)鋼作為半軸的材料進(jìn)行加工。
3.6 本章小結(jié)
首先本章對(duì)半軸的功用進(jìn)行了說(shuō)明，并且在縱向力最大時(shí)確定了半軸的計(jì)算載荷。對(duì)半軸進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了半軸的各部分尺寸，并進(jìn)行了校核。最后對(duì)材料和熱處理做了說(shuō)明。
第4章 驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)橋殼的主要功用是支承汽車(chē)質(zhì)量，并承受有車(chē)輪傳來(lái)的路面反力和反力矩，并經(jīng)懸架傳給車(chē)身，它同時(shí)又是主減速器，差速器和半軸的裝配體。驅(qū)動(dòng)橋殼應(yīng)滿足如下設(shè)計(jì)要求：
1.應(yīng)具有足夠的強(qiáng)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(qiáng)度和剛度的情況下，盡量減小質(zhì)量以提高行駛的平順性；
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)裝于其中的傳動(dòng)系統(tǒng)部件和防止泥水浸入；
6.拆裝，調(diào)整，維修方便。
考慮的設(shè)計(jì)的是載貨汽車(chē)，驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)形式采用鑄造整體式橋殼。
4.1 鑄造整體式橋殼的結(jié)構(gòu)
通?？刹捎们蚰T鐵、可鍛鑄鐵或鑄鋼鑄造。在球鐵中加入1.7%的鎳，解決了球鐵低溫（-41°C）沖擊值急劇降低的問(wèn)題，得到了與常溫相同的沖擊值。為了進(jìn)一步提高其強(qiáng)度和剛度，鑄造整體式橋殼的兩端壓入較長(zhǎng)的無(wú)縫鋼管作為半軸套筒，并用銷(xiāo)釘固定。如圖4-1所示，每邊半軸套管與橋殼的壓配表面共四處，由里向外逐漸加大配合面的直徑，以得到較好的壓配效果。鋼板彈簧座與橋殼鑄成一體，故在鋼板彈簧座附近橋殼的截面可根據(jù)強(qiáng)度要求鑄成適當(dāng)?shù)男螤?，通常多為矩形。安裝制動(dòng)底板的凸緣與橋殼住在一起。橋殼中部前端的平面及孔用于安裝主減速器及差速器總成，后端平面及孔可裝上后蓋，打開(kāi)后蓋可作檢視孔用。
另外，由于汽車(chē)的輪轂軸承是裝在半軸套管上，其中輪轂內(nèi)軸承與橋殼鑄件的外端面相靠，而外軸承則與擰在半軸套管外端的螺母相抵，故半軸套管有被拉出的傾向，所以必須將橋殼與半軸套管用銷(xiāo)釘固定在一起。
圖4.1 鑄造整體式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)
鑄造整體式橋殼的主要優(yōu)點(diǎn)在于可制成復(fù)雜而理想的形狀，壁厚能夠變化，可得到理想的應(yīng)力分布，其強(qiáng)度及剛度均較好，工作可靠，故要求橋殼承載負(fù)荷較大的中、重型汽車(chē)，適于采用這種結(jié)構(gòu)。尤其是重型汽車(chē)，其驅(qū)動(dòng)橋殼承載很重，在此采用球鐵整體式橋殼。
除了優(yōu)點(diǎn)之外，鑄造整體式橋殼還有一些不足之處，主要缺點(diǎn)是質(zhì)量大、加工面多，制造工藝復(fù)雜，且需要相當(dāng)規(guī)模的鑄造設(shè)備，在鑄造時(shí)質(zhì)量不宜控制，也容易出現(xiàn)廢品，故僅用于載荷大的中重型汽車(chē)。
4.2 橋殼的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算
選定橋殼的結(jié)構(gòu)形式以后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行受力分析，選擇其端面尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。
汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是汽車(chē)上的主要承載構(gòu)件之一，其形狀復(fù)雜，而汽車(chē)的行駛條件如道路狀況、氣候條件及車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又是千變?nèi)f化的，因此要精確地計(jì)算出汽車(chē)行駛時(shí)作用于橋殼各處的應(yīng)力大小是相當(dāng)困難的。在通常的情況下，在設(shè)計(jì)橋殼時(shí)多采用常規(guī)設(shè)計(jì)方法，這時(shí)將橋殼看成簡(jiǎn)支梁并校核某些特定斷面的最大應(yīng)力值。我國(guó)通常推薦：計(jì)算時(shí)將橋殼復(fù)雜的受力狀況簡(jiǎn)化成四種典型的計(jì)算工況，即當(dāng)車(chē)輪承受最大的鉛錘力（當(dāng)汽車(chē)滿載并行駛與不平路面，受沖擊載荷）時(shí)；當(dāng)車(chē)輪承受最大切應(yīng)力（當(dāng)汽車(chē)滿載并以最大牽引力行駛）時(shí)；當(dāng)車(chē)輪承受最大切應(yīng)力（當(dāng)汽車(chē)滿載緊急制動(dòng)）時(shí)；最大側(cè)向力時(shí)。只要在這四種載荷計(jì)算工況下橋殼的強(qiáng)度特征得到保證，就認(rèn)為該橋殼在汽車(chē)各種行駛條件下是可靠的。
在進(jìn)行上述四種載荷工況下橋殼的受力分析之前，應(yīng)先分析一下汽車(chē)滿載靜止于水平路面時(shí)橋殼最簡(jiǎn)單的受力情況，即進(jìn)行橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算。
4.2.1 橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算
橋殼猶如一空心橫梁，兩端經(jīng)輪轂軸承支承于車(chē)輪上，在鋼板彈簧座處橋殼承受汽車(chē)的簧上載荷，而左、右輪胎的中心線，地面給輪胎的反力（雙輪胎時(shí)則沿雙胎中心），橋殼則承受此力與車(chē)輪重力之差值，即（），計(jì)算簡(jiǎn)圖如4.2所示。
圖4.2 橋殼靜彎曲應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)圖
橋殼按靜載荷計(jì)算時(shí)，在其兩鋼板彈簧座之間的彎矩為
N·m (4.1)
式中：——汽車(chē)滿載時(shí)靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷，在此為72471N；
——車(chē)輪（包括輪轂、制動(dòng)器等）重力，N；
——驅(qū)動(dòng)車(chē)輪輪距，在此為1800mm;
——驅(qū)動(dòng)橋殼上兩鋼板彈簧座中心間的距離，在此為1035mm.
橋殼的危險(xiǎn)斷面通常在鋼板彈簧座附近。通常由于遠(yuǎn)小于，且設(shè)計(jì)時(shí)不易準(zhǔn)確預(yù)計(jì)，當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)可以忽略不計(jì)所以
=13860.07N·m
而靜彎曲應(yīng)力則為
MPa （4.2）
式中： ——危險(xiǎn)斷面處（鋼板彈簧座附近）橋殼的垂向彎曲截面系數(shù)，具體如下：
關(guān)于橋殼在鋼板彈簧座附近的危險(xiǎn)斷面的形狀，主要由橋殼的結(jié)構(gòu)形式和制造工藝來(lái)確定，鋼板沖壓焊接整體式橋殼在彈簧座附近多為圓管端面，[1]
截面圖如圖4.3所示，其中d=90mm，D=126mm
圖4.3 鋼板彈簧座附近橋殼的截面圖
垂向彎曲截面系數(shù):
= =145266.72mm
水平彎曲截面系數(shù):
= =145266.72mm
扭轉(zhuǎn)截面系數(shù):
==290533.44mm
垂向彎曲截面系數(shù), 水平彎曲截面系數(shù), 扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)的計(jì)算參考《材料力學(xué)》。關(guān)于橋殼在鋼板彈簧座附近的危險(xiǎn)斷面的形狀，主要由橋殼的結(jié)構(gòu)形式和制造工藝來(lái)確定，從橋殼的使用強(qiáng)度來(lái)看，圓形管狀的比矩形管狀（高度方向?yàn)殚L(zhǎng)邊）的要好。所以在此采用圓形管狀。[1]
根據(jù)上式橋殼的靜彎曲應(yīng)力=95.4 MPa
4.2.2 在不平路面沖擊載荷作用下的橋殼強(qiáng)度計(jì)算
當(dāng)汽車(chē)在不平路面上高速行駛時(shí)，橋殼除承受靜止?fàn)顟B(tài)下那部分載荷外，還承受附加的沖擊載荷。在這兩種載荷總的作用下，橋殼所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為
MPa （4.3）
式中：——?jiǎng)虞d荷系數(shù)，對(duì)于載貨汽車(chē)取2.5；
——橋殼在靜載荷下的彎曲應(yīng)力 ，MPa。
根據(jù)上式 MPa
4.2.3 汽車(chē)以最大牽引力行駛時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算
為了使計(jì)算簡(jiǎn)化，不考慮側(cè)向力，僅按汽車(chē)作直線行駛的情況進(jìn)行計(jì)算，另從安全系數(shù)方面作適當(dāng)考慮。如圖4.4所示為汽車(chē)以最大牽引力行駛的受力簡(jiǎn)圖。
圖4.4 汽車(chē)以最大牽引力行駛的受力簡(jiǎn)圖
作用在左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的轉(zhuǎn)矩所引起的地面對(duì)于左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的最大切向反作用力共為
N
——發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩450；
——傳動(dòng)系一檔傳動(dòng)比6.515；
——主減速比5.43；
——傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率0.9；
——輪胎的滾動(dòng)半徑0.462m。
（4.4）
根據(jù)上式可計(jì)算得=31011.8N
由于設(shè)計(jì)時(shí)某些參數(shù)未定而無(wú)法計(jì)算出汽車(chē)加速行駛時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)值，而對(duì)于載貨汽車(chē)的后驅(qū)動(dòng)橋可在1.1～1.3范圍內(nèi)選取，在此取1.2。
此時(shí)后驅(qū)動(dòng)橋橋殼在左、右鋼板彈簧座之間的垂向彎矩為
N·m (4.5)
根據(jù)上式==16632 N·m
由于驅(qū)動(dòng)車(chē)輪所承受的地面對(duì)其作用的最大切向反作用力，使驅(qū)動(dòng)橋殼也承受著水平方向的彎矩，對(duì)于裝有普通圓錐齒輪差速器的驅(qū)動(dòng)橋，由于其左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩相等，故有
N·m （4.6）
所以根據(jù)上式=5931N·m
圖4.5 汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)后驅(qū)動(dòng)橋的受力簡(jiǎn)圖
橋殼還承受因驅(qū)動(dòng)橋傳遞驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩而引起的反作用力矩，這時(shí)在兩鋼板彈簧座間橋殼承受的轉(zhuǎn)矩為
N·m (4.7)
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，在此為450N·m;
——傳動(dòng)系一檔傳動(dòng)比6.515；
——主減速比5.43；
——傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率，在此取0.9。
根據(jù)上式可計(jì)算得=7163.7 N·m
由于橋殼在鋼板彈簧座附近的危險(xiǎn)斷面處為圓管斷面，所以在該斷面處的合成彎矩為：
=19055 MPa (4.8)
該危險(xiǎn)斷面處的合成應(yīng)力為：
==131 MPa (4.9)
橋殼需用彎曲應(yīng)力為300-500，需用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為150-400。
4.2.4 汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)的橋殼強(qiáng)度計(jì)算
這時(shí)不考慮側(cè)向力，圖4.6為汽車(chē)在緊急制動(dòng)時(shí)的受力簡(jiǎn)圖。
圖4.6 汽車(chē)在緊急制動(dòng)時(shí)的受力簡(jiǎn)圖
由于設(shè)計(jì)時(shí)一些參數(shù)是未知的，所以后驅(qū)動(dòng)橋計(jì)算用的汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)不可計(jì)算，一般對(duì)于載貨汽車(chē)后驅(qū)動(dòng)橋取0.75～0.95。
圖4.7為汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)后驅(qū)動(dòng)橋殼的受力分析簡(jiǎn)圖，此時(shí)作用在左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上除了有垂向反作用力外，尚有切向反力，即地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的制動(dòng)力，因此可求得緊急制動(dòng)時(shí)橋殼在兩鋼板彈簧座之間的垂向彎矩及水平方向的彎矩分別為
（4.10）
= （4.11）
式中： ——汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，計(jì)算后驅(qū)動(dòng)橋時(shí)0.8；
——驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與路面的附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)可取0.75～0.80，在此取0.8；
根據(jù)上式可以計(jì)算得=11079.8 N·m
==8863.8 N·m
圖4.7 汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)后驅(qū)動(dòng)橋的受力簡(jiǎn)圖
橋殼在兩鋼板彈簧座的外側(cè)部分處同時(shí)還承受制動(dòng)力所引起的轉(zhuǎn)矩，對(duì)于后驅(qū)動(dòng)橋：
N·m （4.12）
根據(jù)上式=10706 N·m
所以可根據(jù)式（4.8），（4.9）計(jì)算出在鋼板彈簧座附近危險(xiǎn)斷面的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分別為
4.2.5 汽車(chē)受最大側(cè)向力時(shí)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算
當(dāng)汽車(chē)滿載、高速急轉(zhuǎn)彎時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一相當(dāng)大的且作用于汽車(chē)質(zhì)心處離心力。汽車(chē)也會(huì)由于其他原因而承受側(cè)向力。當(dāng)汽車(chē)所承受的側(cè)向力達(dá)到地面給輪胎的側(cè)向反作用力的最大值即側(cè)向附著力時(shí)，則汽車(chē)處于側(cè)滑的臨界狀態(tài)，此時(shí)沒(méi)有縱向力作用。側(cè)向力一旦超過(guò)側(cè)向附著力，汽車(chē)則側(cè)滑如圖4.8所示。因此汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的側(cè)滑條件是：
（4.13）
式中：——驅(qū)動(dòng)橋所受的側(cè)向力；
——地面給左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的側(cè)向反作用力；
——汽車(chē)滿載靜止于水平面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷72471N；
——輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)取1.0。
由于汽車(chē)產(chǎn)生純粹的側(cè)滑，因此計(jì)算時(shí)可以認(rèn)為地面給輪胎的切向反作用力為零。
汽車(chē)向右側(cè)滑時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋側(cè)滑時(shí)左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的支承反力為：
（4.14） （4.15）
式中：——左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的支承反力，N；
——汽車(chē)滿載時(shí)的質(zhì)心高度，0.70m；
——驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的輪距1.8m。
圖4.8 汽車(chē)向右側(cè)滑時(shí)受力簡(jiǎn)圖
對(duì)于半軸為全浮式的驅(qū)動(dòng)橋，在橋殼兩端的半軸套管上，各裝著一對(duì)輪轂軸承，它們布置在車(chē)輪垂向反作用力的作用線的兩側(cè)，通常比外軸承離車(chē)輪中心線更近。側(cè)滑時(shí)內(nèi)、外輪轂軸承對(duì)輪轂的徑向支承力，如圖4.9所示，可根據(jù)一個(gè)車(chē)輪的受力平衡求出。
（a）輪轂軸承的受力分析用圖；（b）橋殼的受力分析用圖
圖4.9汽車(chē)向右側(cè)滑時(shí)輪轂軸承對(duì)輪轂的徑向支承力S1、S2分析用圖
汽車(chē)向右側(cè)滑時(shí)左、右車(chē)輪輪轂內(nèi)外軸承的徑向支承力分別為:
（4.16）
（4.17）
（4.18）
（4.19）
式中：——輪胎的滾動(dòng)半徑462mm；
——取a+b=130mm a=b=65mm。
其中地面給左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的側(cè)向反作用力Y2L、Y2R可由下式求得：
（4.20）
（4.21）
輪轂內(nèi)、外軸承支承中心之間的距離愈大，則由側(cè)滑引起的軸承徑向力愈小。另外，足夠大，也會(huì)增加車(chē)輪的支承剛度。否則，如果將兩軸承的距離縮至使兩軸承相碰，則車(chē)輪的支承剛度會(huì)變差而接近于3/4浮式半軸的情況。當(dāng)然，的數(shù)值過(guò)大也會(huì)引起輪轂的寬度及質(zhì)量的加大而造成布置上的困難。在載貨汽車(chē)的設(shè)計(jì)中，常取/4。輪轂軸承承受力最大的情況是發(fā)生在汽車(chē)側(cè)滑時(shí)，所以輪軸（即半軸套管）也是在汽車(chē)滿載側(cè)滑時(shí)承受最大的彎矩及應(yīng)力，如圖4.10所示。半軸套管的危險(xiǎn)斷面位于輪轂內(nèi)軸承的里端處，該處彎矩為：
（4.22）
式中：——為輪轂內(nèi)軸承支承中心至該軸承內(nèi)端支承面間的距離。
圖4.10 汽車(chē)向右側(cè)滑時(shí)驅(qū)動(dòng)橋殼所受垂直力及彎矩
彎曲應(yīng)力
（4.23）
剪切應(yīng)力
（4.24）
（4.25）
半軸套管處的應(yīng)力均不超過(guò)，滿足使用要求。
經(jīng)過(guò)計(jì)算得知各種工況下校核結(jié)果均滿足橋殼的許用彎曲應(yīng)力300~500MPa，許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力150~400 MPa，所以驅(qū)動(dòng)橋殼滿足各種種條件下使用度要求。[2]
4.3 本章小結(jié)
本章選擇了整體驅(qū)動(dòng)橋橋殼，并參考劉惟信版汽車(chē)設(shè)計(jì)進(jìn)行了橋殼的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算。在靜彎曲應(yīng)力下，不同路面沖擊載荷作用下和汽車(chē)以最大牽引力行駛時(shí)及汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)的四種情況下橋殼受力和強(qiáng)度進(jìn)行了校核，滿足設(shè)計(jì)要求。
第5章 驅(qū)動(dòng)橋橋殼幾何模型的建立
幾何模型的建立是整個(gè)有限元分析工作的第一步，也對(duì)以后的所有工作有著至關(guān)重要的作用，幾何模型的好壞直接決定著有限元模型的優(yōu)劣乃至分析工作的進(jìn)展程度。另外，在保證模型正確及幾何元素相互關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，也要提高建模效率，能簡(jiǎn)化的盡量簡(jiǎn)化，以達(dá)到事半功倍的效果。
5.1Pro/E的簡(jiǎn)介：
1985年，PTC公司成立于美國(guó)波士頓，開(kāi)始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER誕生了。經(jīng)過(guò)10余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEER proewildfire5.0。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等。Pro/ENGINEER還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境。
5.2幾何模型的簡(jiǎn)化
幾何模型是有限元分析模型的基礎(chǔ)，我們?cè)诳紤]幾何模型的簡(jiǎn)化問(wèn)題時(shí)，既要考慮