基于solidworks-汽車驅(qū)動(dòng)橋有限元分析概要

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上Solidworks(cosmosworks 汽車驅(qū)動(dòng)橋 有限元分析摘 要隨著汽車對(duì)安全、節(jié)能、環(huán)保的不斷重視,汽車后橋作為整車的一個(gè)關(guān)鍵部件,其 產(chǎn)品的質(zhì)量對(duì)整車的安全使用及整車性能的影響是非常大的, 因而對(duì)汽車后橋進(jìn)行有效 的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算是非常必要的。驅(qū)動(dòng)橋作為汽車四大總成之一,它的性能的好壞直接影 響整車性能,而對(duì)于載重汽車顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足 目前載重汽車的快速、重載的高效率、高效益的需要時(shí),必須要搭配一個(gè)高效、可靠的 驅(qū)動(dòng)橋。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。所以采用 傳動(dòng)效率高的單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)

2、橋已成為未來(lái)重載汽車的發(fā)展方向。本文參照傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了載重汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。 本文首先確定主要 部件的結(jié)構(gòu)型式和主要設(shè)計(jì)參數(shù);然后參考類似驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu),確定出總體設(shè)計(jì)方案; 最后對(duì)主,從動(dòng)錐齒輪,差速器圓錐行星齒輪,半軸齒輪,全浮式半軸和整體式橋殼的 強(qiáng)度進(jìn)行校核以及對(duì)支承軸承進(jìn)行了壽命校核。本設(shè)計(jì)具有以下的優(yōu)點(diǎn): 由于的是采用中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋, 使得整個(gè)后橋的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 制造工藝簡(jiǎn)單,從而大大的降低了制造成本。并且,弧齒錐齒輪的單級(jí)主減速器提高了 后橋的傳動(dòng)效率,提高了傳動(dòng)的可行性。關(guān)鍵詞:驅(qū)動(dòng)橋,主減速器,差速器,半軸,橋殼  Abstract To

3、60;security, energy­conservation, constant attention of environmental protection with the car, the car rear axle is regarded as a key part of the completed car, its produ

4、ct's impact on safe handling and completed car performance of the completed car of quality is very great, therefore is very essential for car rear axle to calcul

5、ate effective optimization design. Thetransaxle always becomes as four major cars, the quality of its performance influences the performance of completed car directly, and seem

6、0;particularly important to the truck. When adopting the high­power engine to output the big torque in order to meet the need of the fast, heavily loaded high b

7、enefit with high efficiency of the truck at present,must match a high­efficient, reliable transaxle. The transaxle is generally made up of main decelerator, differential mecha

8、nism, transmission device of the wheel and transaxle shell,etc. Adopt transmission with high efficiency single grade moderate transaxle become future heavily loaded developing direction

9、 of car already. With car to security, energy­conservation, constant attention of environmental protection, car rear axle is regard as a key part of the completed ca

10、r, its product's impact on safe handling and completed car performance of the completed car of quality is very great, therefore is very essential for car rear ax

11、le to calculate effective optimization design. This text has carried on the design of the truck transaxle according to the traditional transaxle design method. This text 

12、confirms the structural pattern of the main part and main design parameter at first Then consult the transaxle ­like structure, determine the overall design plan To 

13、the main fact finally, the gear wheel of the drivenawl, the taper planet gear of the differential mechanism, semi­axis gear wheel, the floating type semi­axis and

14、60;shelly intensity of integral bridge check and check the life­span in supporting the bearing completely. It is following to originally design: Because adopt forms central

15、60;the grades last transaxle,make rear axles whole the of simple structure, manufacturing process is simple, thus big reducing manufacturing cost. And, the single grade of mai

16、n decelerators of the awl gear wheel of arc tooth has improved the transmission efficiency of the rear axle, have improved the feasibility of the transmission. Key W

17、ords: Transaxle , Main decelerator, Differential mechanism, Semi­axis , Bridge shell 目 錄摘 要 . 1 Abstract. 1 目 錄 . 2 第 1章 緒論 . 3 1.1 驅(qū)動(dòng)橋概述 . 31.2 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) . 5 1.3 課題研究方法 . 5 1.4 本課題要解決的主要問(wèn)題和設(shè)計(jì)總體思

18、路 . 6 第 2章  SOLIDWORKS 及 cosmosworks 介紹 . 6 2.1 Solidworks軟件概述 . 6 2.2 cosmosworks介紹 . 7 第 3章 汽車驅(qū)動(dòng)橋 3D 設(shè)計(jì) . 9 3.1概述 . 9 3.1.1 選擇研究對(duì)象 . 10 3.1.2 模型處理 . 10 3.2建立驅(qū)動(dòng)橋的 3D 模型  .11 3.2.1 進(jìn)入 SOLIDWORKS 的操作界面 . 11 3.3&

19、#160;驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的繪制過(guò)程 . 12 第 3章驅(qū)動(dòng)橋的有限元分析 . 14 3.1驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度分析計(jì)算 . 15 3.2 實(shí)現(xiàn)方法 . 15 3.3 具體分析步驟 . 16 總結(jié)與展望 . 26 參考文獻(xiàn) . 26 致 謝 . 27 第  1 章 緒論  1.1 驅(qū)動(dòng)橋概述驅(qū)動(dòng)橋和其他汽車總成一樣,除了廣泛采用新技術(shù)外,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中日益朝著 “ 零 件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化 ” 的方向發(fā)展及生產(chǎn)組織專業(yè)化目標(biāo)前進(jìn)。應(yīng)采用 能以幾種典型的零部件,

20、 以不同方案組合的設(shè)計(jì)方法和生產(chǎn)方式達(dá)到驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品的系列化或變形的目的,或力求做到將某一類型的驅(qū)動(dòng)橋以更多或增減不多的零件,用到不同 的性能、不同噸位、不同用途并由單橋驅(qū)動(dòng)到多橋驅(qū)動(dòng)的許多變形汽車上。驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系的主要組成部分。汽車的驅(qū)動(dòng)橋處于傳動(dòng)系的末端,其基本功 用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩,將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪,并使左、 右驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能;同時(shí),驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面 和車架或車廂的鉛垂力、縱向力和橫向力。它要保證當(dāng)變速器處于最高擋時(shí),在良好的 路面上有足夠的牽引力以克服行駛阻力和獲得汽車最大的速度, 這主要取決于驅(qū)動(dòng)橋的 傳動(dòng)比。雖然

21、在汽車的整體設(shè)計(jì)時(shí),從整車性能出發(fā)決定驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比,但是用什么 形式的驅(qū)動(dòng)橋、什么結(jié)構(gòu)的主減速器和差速器等在驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)中要具體考慮。決大多數(shù) 的發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車上是縱置的,為了使扭矩傳給車輪,驅(qū)動(dòng)橋必須改變扭矩的方向,同時(shí) 根據(jù)車輛的具體要求解決左右扭矩的分配。整體式驅(qū)動(dòng)橋一方面需要承擔(dān)汽車的載荷; 另一方面車輪上的作用力以及傳遞扭矩所產(chǎn)生的作用力矩都要由驅(qū)動(dòng)橋承擔(dān), 所以驅(qū)動(dòng) 橋的零件必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度,以保證機(jī)件的可靠工作。驅(qū)動(dòng)橋還必須滿足通過(guò) 性和平順性的要求。  6 。在一般的汽車結(jié)構(gòu)中,驅(qū)動(dòng)橋包括主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置和橋殼 等組成。它們應(yīng)具有足

22、夠的強(qiáng)度和壽命、良好的工藝、合適的材料和熱處理等。對(duì)零件 應(yīng)進(jìn)行良好的潤(rùn)滑并減少系統(tǒng)的振動(dòng)和噪音等  1 。驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式雖然可以各不相同,但在使用中對(duì)它們的基本要求卻是一致的, 其基本要求可以歸納為  1 : 1所選擇的主減速比應(yīng)能滿足汽車在給定使用條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng) 濟(jì)性。2差速器在保證左、右驅(qū)動(dòng)車輪能以汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速滾動(dòng)外并能將轉(zhuǎn)矩 平穩(wěn)而連續(xù)不斷(無(wú)脈動(dòng)地傳遞給左、右驅(qū)動(dòng)車輪。  3當(dāng)左右驅(qū)動(dòng)車輪與地面的附著系數(shù)不同時(shí),應(yīng)能充分利用汽車的牽引力。  4能承受和傳遞路面和車架式車廂的鉛垂力、縱向力

23、和橫向力以及驅(qū)動(dòng)時(shí)的反作 用力矩和制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力矩。  5驅(qū)動(dòng)橋各零部件在保證其強(qiáng)度、剛度、可靠性及壽命的前提下應(yīng)力求減小簧下 質(zhì)量,以減小不平路面對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的沖擊載荷,從而改善汽車的平順性。  6輪廓尺寸不大以便于汽車的總體布并與所要求的驅(qū)動(dòng)橋離地間隙相適應(yīng)。7齒輪與其他傳動(dòng)機(jī)件工作平穩(wěn),無(wú)噪聲。  8驅(qū)動(dòng)橋總成及零部件的設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足零件的標(biāo)準(zhǔn)化,部件的通用化和產(chǎn)品的系 列化及汽車變型的要求。  9在各種載荷及轉(zhuǎn)速工況下有高的傳動(dòng)效率。  10結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維修方便,機(jī)件工藝性好,容易制造。  1.2 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)隨著汽車

24、向采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)和輕量化方向發(fā)展以及路面條件的改善 , 近年來(lái)主減 速比有減小的趨勢(shì) , 以滿足高速行駛的要求。  1 為減小驅(qū)動(dòng)輪的外廓尺寸 , 目前主減速器中基本不用直齒圓錐齒輪。 實(shí)踐和理論分析 證明,螺旋錐齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)比直齒齒輪的最小齒數(shù)少。顯然采用螺旋錐齒 輪在同樣傳動(dòng)比下,主減速器的結(jié)構(gòu)就比較緊湊。此外,它還具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲較小 等優(yōu)點(diǎn)。因而在汽車上曾獲得廣泛的應(yīng)用。近年來(lái),準(zhǔn)雙曲面齒輪在廣泛應(yīng)用到轎車的 基礎(chǔ)上,愈來(lái)愈多的在中型、重型貨車上得到采用。  3 在現(xiàn)代汽車發(fā)展中, 對(duì)主減速器的要求除了扭矩傳輸能力、 機(jī)械效率和重

25、量指標(biāo)外, 它的噪聲性能已成為關(guān)鍵性的指標(biāo)。噪聲源主要來(lái)自主、被動(dòng)齒輪。噪聲的強(qiáng)弱基本上 取決于齒輪的加工方法。區(qū)別于常規(guī)的加工方法,采用磨齒工藝,采用適當(dāng)?shù)哪ハ鞣椒?可以消除在熱處理中產(chǎn)生的變形。因此,與常規(guī)加工方法相比,磨齒工藝可獲得很高的 精度和很好的重復(fù)性。  4 汽車在行駛過(guò)程中的使用條件是千變?nèi)f化的。 為了擴(kuò)大汽車對(duì)這些不同使用條件的 適應(yīng)范圍,在某些中型車輛上有時(shí)將主減速器做成雙速的,它既可以得到大的主減速比 又可得到所謂多檔高速,以提高汽車在不同使用條件下的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。  1.3 課題研究方法  1. 了解驅(qū)動(dòng)橋的構(gòu)成。

26、  2. 通過(guò)上網(wǎng),查閱書(shū)籍等途徑來(lái)熟悉它的工作原理。  3. 溝通討論。1.4 本課題要解決的主要問(wèn)題和設(shè)計(jì)總體思路  1. 本課題解決的主要問(wèn)題:國(guó)內(nèi)外對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的研究很多,但是涉及到有限元分析 的還是較少。 本文選擇一款轎車或者重型卡車的驅(qū)動(dòng)橋 (按結(jié)構(gòu)可以分為中央單級(jí)減 速驅(qū)動(dòng)橋、中央雙級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋、中央單級(jí)、輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋 ,分析其主要組成部 分的具體結(jié)構(gòu),得出不同扭矩的情況下驅(qū)動(dòng)橋各個(gè)部件的受力及變形狀況。  2. 本課題的設(shè)計(jì)總體思路:選擇一種機(jī)型的驅(qū)動(dòng)橋。應(yīng)用三維軟件 solidworks 對(duì)其各個(gè)部分進(jìn)行建模

27、及裝配, 運(yùn)用 solidworks 軟件自帶的有限元分析模塊 cosmosworks 對(duì)驅(qū)動(dòng)橋整體進(jìn)行有限元分 析不同扭矩的情況下驅(qū)動(dòng)橋各個(gè)部件的受力及變形狀況。 優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu), 以減小不平 路面對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的沖擊載荷,從而改善汽車行駛的平順性。第  2 章  SOLIDWORKS 及  cosmosworks 介紹  2.1 Solidworks軟件概述  SolidWorks 為達(dá)索系統(tǒng)(Dassault Systemes S.A下的子公司,專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售 機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的視窗產(chǎn)品

28、。達(dá)索公司是負(fù)責(zé)系統(tǒng)性的軟件供應(yīng),并為制造廠商提供具有  Internet 整合能力的支援服務(wù)。該集團(tuán)提供涵蓋整個(gè)產(chǎn)品生命周期的系統(tǒng),包括設(shè)計(jì)、 工程、制造和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等各個(gè)領(lǐng)域中的最佳軟件系統(tǒng),著名的  CA TIA V5 就出自該 公司之手,目前達(dá)索的 CAD 產(chǎn)品市場(chǎng)占有率居世界前列。特點(diǎn):Solidworks 軟件功能強(qiáng)大,組件繁多。 Solidworks 功能強(qiáng)大、 易學(xué)易用和技術(shù) 創(chuàng)新是  SolidWorks 的三大特點(diǎn),使得  SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維  C

29、AD 解決 方案。  SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、 減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。  SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能, 同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō), 操作簡(jiǎn)單方便、 易學(xué)易用。 對(duì)于熟悉微軟的 Windows 系統(tǒng)的用戶, 基本上就可以用 SolidWorks 來(lái)搞設(shè) 計(jì)了。 SolidWorks 獨(dú)有的拖拽功能使用戶在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。  SolidWorks 資源管理器是同  Windows 資源管理器一樣的  CAD

30、0;文件管理器,用它可以方 便地管理 CAD 文件。使用 SolidWorks ,用戶能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作,能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場(chǎng)。在目前市場(chǎng)上所見(jiàn)到的三維  CAD 解決方案中,  SolidWorks 是設(shè)計(jì)過(guò)程比較簡(jiǎn)便而方便的軟件之一。 美國(guó)著名咨詢公司 Daratech 所評(píng)論: “在基于  Windows平臺(tái)的三維 CAD 軟件中, SolidWorks 是最著名的品牌,是市場(chǎng)快速 增長(zhǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者?！?在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作(包括  Windows風(fēng)格的拖/放、 點(diǎn)/擊、剪切/粘貼協(xié)同下,使用

31、SolidWorks ,整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的, 零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。  2.2 cosmosworks介紹針對(duì)  SolidWorks 有史以來(lái)最好的原創(chuàng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證解決方案!使用相同的  SolidWorks 介面,提供快速、功能 強(qiáng)大與精確的設(shè)計(jì)分析不用懷疑, COSMOSWorks 是主流市 場(chǎng)的第一名。 COSMOSWorks 針對(duì)工程師與設(shè)計(jì)人員,提供了簡(jiǎn)學(xué)易用且功能強(qiáng)大的設(shè) 計(jì)驗(yàn)證與最佳化工具。 全球超過(guò) 14,000家各個(gè)業(yè)界的公司, 目前正使用 COSMOS 來(lái)改 善

32、設(shè)計(jì)品質(zhì),避免現(xiàn)場(chǎng)故障,減少材料成本與縮短上市時(shí)間。  COSMOSWorks 賦予您 更快速、低成本與最佳化的產(chǎn)品研發(fā)能力,比起要使用到最精細(xì)的原型測(cè)試,還 更具 有全面性的產(chǎn)品效能驗(yàn)證功能。現(xiàn)有的產(chǎn)品包裝如下, COSMOSWorks 可以隨時(shí)依據(jù)您 擴(kuò)充的分析需求而增加與改變: COSMOSWorks Designer 利用易學(xué)易用的虛擬仿真工具 進(jìn)行分析,其效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于手算  COSMOSWorks Professional 提供了一系列功能強(qiáng)大的 工具,可幫助那些熟悉分析概念的工程師對(duì)零件和裝配體進(jìn)行虛擬

33、測(cè)試和分析。  COSMOSWorks Advanced Professional 是目前市場(chǎng)上最全面、最復(fù)雜的分析工具之一, 它為經(jīng)驗(yàn)豐富的分析員提供了多種分析功能,而價(jià)格卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大多數(shù)的高端  FEA 軟 件價(jià)格適中的設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具,適合每個(gè)工程師使用 COSMOSWorks Designer 是專門為 那些非設(shè) 計(jì)驗(yàn)證 領(lǐng)域?qū)?業(yè)人 士的設(shè) 計(jì)師和工 程師 量身定 做的,該軟 件通過(guò) 表明 SolidWorks 模 型 在 構(gòu) 建 之 前 的 運(yùn) 作 狀 況 , 從 而 幫 助 提 高 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 。 使

34、 用  COSMOSWorks Designer 可以在不退出 SolidWorks 窗口的情況下, 驗(yàn)證您的直覺(jué)并 對(duì)不同設(shè)計(jì)思路的實(shí)際性能進(jìn)行分析,其效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于手算.易學(xué)易用,很快即可見(jiàn) 成效 COSMOSWorks Designer­完全嵌入在  SolidWorks 界面中, 并且使用  SolidWorks FeatureManager® 和許多相同的鼠標(biāo)和鍵盤命令, 因此任何能夠在  SolidWorks 中設(shè) 計(jì)零件的人都可以對(duì)其進(jìn)行分析,而無(wú)需學(xué)

35、習(xí)如何使用新的界面。 COSMOSWorks Designer 包含最常用的設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具, 提供了對(duì)零件和裝配體的應(yīng)力、 應(yīng)變和位移分析的功能,而且價(jià)格非常適中。使用  COSMOSWorks Designer,您可以: 利用易學(xué)易用的 虛擬仿真工具進(jìn)行分析,其效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于手算,研究裝配體和不同零部件之間的交互 作用,在任何位置都可以使用像動(dòng)態(tài)截面和探測(cè)這樣的可視化工具對(duì)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行分析, 在不同的現(xiàn)實(shí)條件下對(duì)各種設(shè)計(jì)思路進(jìn)行分析,從中選擇最佳的設(shè)計(jì),快速檢驗(yàn)?zāi)闹?覺(jué),減少物理測(cè)試.使用 SolidWorks 時(shí),設(shè)計(jì)人員可以在最初建模階段輸入材料屬

36、性。 適合專業(yè)工程師使用的強(qiáng)大分析工具, COSMOSWorks Professional 提供了一系列功能 強(qiáng)大的工具,可幫助那些熟悉分析概念的工程師對(duì)零件和裝配體進(jìn)行虛擬測(cè)試和分析。 對(duì)于需要更多特定分析功能的工程師來(lái)說(shuō),他們可以使用  COSMOSWorks Professional 對(duì)幾乎任何零部件或裝配體在任何載荷條件下的物理特性進(jìn)行預(yù)測(cè)。 智能化的分析使您 的工作更輕松、更有效。除了  COSMOSWorks Designer 內(nèi)所包含的分析功能外,它還 提供了跌落測(cè)試、優(yōu)化分析、熱傳導(dǎo)分析、熱應(yīng)力分析

37、、振動(dòng)分析、疲勞分析和扭曲分 析等功能。無(wú)論應(yīng)用于從機(jī)械設(shè)計(jì)和消費(fèi)產(chǎn)品到醫(yī)療設(shè)備的哪個(gè)行業(yè),COSMOSWorks 都 能夠大大提高產(chǎn)品質(zhì)量,使工程師可以快速找出設(shè)計(jì)問(wèn)題,所需時(shí)間要比制造 原型機(jī) 短得多。使用  COSMOSWorks Professional,您可以: 執(zhí)行跌落測(cè)試分析,優(yōu)化零件和裝 配體以最大程度地減小質(zhì)量和體積,確定您的設(shè)計(jì)是否會(huì)因扭曲或振動(dòng)而出現(xiàn)故障,減 少因物理原型機(jī)開(kāi)發(fā)而產(chǎn)生的成本和時(shí)間延誤,確定您的設(shè)計(jì)是否會(huì)因循環(huán)荷載產(chǎn)生的 疲勞而出現(xiàn)故障,找出潛在的設(shè)計(jì)問(wèn)題, 并盡早在設(shè)計(jì)過(guò)程中予以糾正,解決大量的熱力 模擬問(wèn)題,執(zhí)行熱耦合和結(jié)構(gòu)分析 CO

38、SMOSWorks Professional 利用  COSMOSWorks 設(shè) 計(jì)情形功能,用戶可以對(duì)具有可變參數(shù)(例如,載荷或幾何尺寸的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析高端 的分析工具,非高端的價(jià)格 COSMOSWorks Advanced Professional 是目前市場(chǎng)上最全面、 最復(fù)雜的分析工具之一,它為經(jīng)驗(yàn)豐富的分析員提供了多種分析功能,而價(jià)格卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低 于大多數(shù)的高端 FEA 軟件。精密準(zhǔn)確的 FEA,適合經(jīng)驗(yàn)豐富的用戶使用.對(duì)于棘手的工 程問(wèn)題 (例如, 高級(jí)動(dòng)力問(wèn)題和非線性模擬問(wèn)題 , 您需要一個(gè)能夠快速分析出可靠結(jié) 果 的

39、強(qiáng)大工具。  COSMOSWorks Advanced Professional 有 20 多年的 FEA 專業(yè)知識(shí)和技 術(shù) 創(chuàng) 新 作 為 堅(jiān) 實(shí) 的 后 盾 , 為 您 提 供 了 完 成 工 作 所 需 的 高 端 分 析 功 能 。 使 用  COSMOSWorks Advanced Professional,您可以: 對(duì)塑料、橡膠、聚合物、泡沫和鎳鈦合 金執(zhí)行非線性分析,對(duì)非線性材料間的接觸進(jìn)行分析,研究您的設(shè)計(jì)在動(dòng)態(tài)載荷下的性 能,了解復(fù)合材料的特性,在  COSMOSWorks 中,用戶可以

40、執(zhí)行多種設(shè)計(jì)分析。此示例 對(duì)一個(gè)籃圈同時(shí)進(jìn)行了線性和非線性分析。第  3 章 汽車驅(qū)動(dòng)橋  3D設(shè)計(jì)  3.1概述驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系的主要組成部分。汽車的驅(qū)動(dòng)橋處于傳動(dòng)系的末端,其基本 功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩, 將轉(zhuǎn)矩分配給左、 右驅(qū)動(dòng)輪, 并使左、 右驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能;同時(shí),驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面 和車架或車廂的鉛垂力、縱向力和橫向力。它要保證當(dāng)變速器處于最高擋時(shí),在良好的 路面上有足夠的牽引力以克服行駛阻力和獲得汽車最大的速度, 這主要取決于驅(qū)動(dòng)橋的 傳動(dòng)比。雖然在汽車的整體設(shè)計(jì)時(shí),從整車性能出發(fā)決定驅(qū)

41、動(dòng)橋的傳動(dòng)比,但是用什么 形式的驅(qū)動(dòng)橋、什么結(jié)構(gòu)的主減速器和差速器等在驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)中要具體考慮。決大多數(shù) 的發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車上是縱置的,為了使扭矩傳給車輪,驅(qū)動(dòng)橋必須改變扭矩的方向,同時(shí) 根據(jù)車輛的具體要求解決左右扭矩的分配。整體式驅(qū)動(dòng)橋一方面需要承擔(dān)汽車的載荷; 另一方面車輪上的作用力以及傳遞扭矩所產(chǎn)生的作用力矩都要由驅(qū)動(dòng)橋承擔(dān), 所以驅(qū)動(dòng) 橋的零件必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度,以保證機(jī)件的可靠工作。驅(qū)動(dòng)橋還必須滿足通過(guò) 性和平順性的要求。  6 。驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式雖然可以各不相同,但在使用中對(duì)它們的基本要求卻是一致的, 其基本要求可以歸納為  1 : 

42、;1所選擇的主減速比應(yīng)能滿足汽車在給定使用條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng) 濟(jì)性。2差速器在保證左、右驅(qū)動(dòng)車輪能以汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速滾動(dòng)外并能將轉(zhuǎn)矩 平穩(wěn)而連續(xù)不斷(無(wú)脈動(dòng)地傳遞給左、右驅(qū)動(dòng)車輪。  3當(dāng)左右驅(qū)動(dòng)車輪與地面的附著系數(shù)不同時(shí),應(yīng)能充分利用汽車的牽引力。  4能承受和傳遞路面和車架式車廂的鉛垂力、縱向力和橫向力以及驅(qū)動(dòng)時(shí)的反作 用力矩和制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力矩。  5驅(qū)動(dòng)橋各零部件在保證其強(qiáng)度、剛度、可靠性及壽命的前提下應(yīng)力求減小簧下 質(zhì)量,以減小不平路面對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的沖擊載荷,從而改善汽車的平順性。  6輪廓尺寸不大以便于汽車的總體布并與所要求的驅(qū)動(dòng)

43、橋離地間隙相適應(yīng)。  7齒輪與其他傳動(dòng)機(jī)件工作平穩(wěn),無(wú)噪聲。8驅(qū)動(dòng)橋總成及零部件的設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足零件的標(biāo)準(zhǔn)化,部件的通用化和產(chǎn)品的系 列化及汽車變型的要求。  9在各種載荷及轉(zhuǎn)速工況下有高的傳動(dòng)效率。  10結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維修方便,機(jī)件工藝性好,容易制造。  3.1.1 選擇研究對(duì)象鑒于本課題研究的特殊性,本課題不是從無(wú)到有的設(shè)計(jì),也不是理論性的設(shè)計(jì)說(shuō) 明,而是根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際產(chǎn)品模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的分析和驗(yàn)證,運(yùn)用一種新的設(shè) 計(jì)方法和途徑來(lái)探索問(wèn)題的研究方法的。本設(shè)計(jì)選擇一種汽車的驅(qū)動(dòng)橋作為研究對(duì)象,結(jié)合該汽車廠商提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 和處理,然后

44、用三維軟件建立 3D 模型進(jìn)行有限元分析和處理。表 1 汽車的主要技術(shù)參數(shù) 3.1.2 模型處理在選擇驅(qū)動(dòng)橋總成的結(jié)構(gòu)型式時(shí), 應(yīng)當(dāng)從所設(shè)計(jì)汽車的類型及使用、 生產(chǎn)條件出發(fā), 并和所設(shè)計(jì)汽車的其他部件,尤其是懸架的結(jié)構(gòu)型式與特性相適應(yīng),以共同保證整個(gè)汽 車預(yù)期使用性能的實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)橋的總成的結(jié)構(gòu)型式,按其總體布置來(lái)說(shuō)有三種:普通的非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋、帶有擺動(dòng)半軸的非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋合和斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋  5 。由于驅(qū)動(dòng)橋整個(gè)運(yùn)行過(guò)程比較復(fù)雜,零配件也相對(duì)有很多個(gè),不可能每個(gè)零件都進(jìn) 行分析和處理。按理論來(lái)講是可行的。但是從具體實(shí)際來(lái)講,沒(méi)有那個(gè)必要,受計(jì)算機(jī) 內(nèi)存和處

45、理信息的要求,無(wú)法實(shí)現(xiàn)整體全部零件的分析處理,只能選取其中的一些關(guān)鍵 的零配件進(jìn)行一個(gè)分析。  3.2建立驅(qū)動(dòng)橋的  3D模型  3.2.1 進(jìn)入  SOLIDWORKS 的操作界面點(diǎn)新建進(jìn)入零件界面 , 如下圖 .  選中參考面進(jìn)入草圖環(huán)境.3.3 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的繪制過(guò)程 畫(huà)主體殼體主要部分草圖,然后拉伸生成實(shí)體。 生成實(shí)體。 完善連接部位的實(shí)體造型。 完善一側(cè)輪胎結(jié)構(gòu) 完善整體造型設(shè)計(jì) . 第  3 章驅(qū)動(dòng)橋的有限元分析有限元法是一種在工程分析中常用的解決復(fù)雜問(wèn)題的近似數(shù)值分析方法,

46、以其在機(jī) 械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度分析方面具有較高的計(jì)算精度而得到普遍應(yīng)用,特別是在材料應(yīng)力、 應(yīng)變的線性范圍更是如此。在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域,無(wú)論是車身、車架的計(jì)算仿真,還是發(fā)動(dòng) 機(jī)的曲軸以及傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算均使用到該方法。汽車驅(qū)動(dòng)橋殼是汽車上的主要承載構(gòu)件之一, 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)車輪的軸向相對(duì)位置固定;同從動(dòng)橋一起支撐車架 及其 上的各總成質(zhì)量;汽車行駛時(shí),承受由車輪傳來(lái)的路面反作用力和力矩并經(jīng)懸架傳給車 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)

47、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。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 類汽車上。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。本文中所研究的對(duì)象是在某型號(hào)貨車上使用的整體式橋殼。3.1驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度分析計(jì)算可將橋殼視為一空心橫梁,兩端經(jīng)輪轂軸承支撐于車輪上,在鋼板彈簧座

48、處橋殼承 受汽車的簧上載荷,而沿左右輪胎中心線,地面給輪胎以反力(雙胎時(shí)則沿雙胎中心 , 橋殼承受此力與車輪重力之差,受力如圖 1所示。橋殼強(qiáng)度計(jì)算可簡(jiǎn)化成三種典型的工況,只要在這三種載荷計(jì)算工況下橋殼的強(qiáng)度 得到保證,就認(rèn)為該橋殼在汽車行駛條件下是可靠的。  3.2 實(shí)現(xiàn)方法一般來(lái)說(shuō),在整個(gè)有限元求解過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)是有限元前處理模型的建立。 這一般包括幾何建模、定義材料屬性和實(shí)常數(shù)(要根據(jù)單元的幾何特性來(lái)設(shè)置,有些單 元沒(méi)有實(shí)常數(shù) 、定義單元類型,網(wǎng)格劃分、添加約束與載荷等。由于汽車零部件結(jié)構(gòu) 形狀較為復(fù)雜,包含許多復(fù)雜曲面,而一般有限元軟件所提供的幾何建模工具功能相

49、當(dāng) 有限,難以快速方便地對(duì)其建模。因此,針對(duì)較復(fù)雜的結(jié)構(gòu),可以先在三維  CAD 軟件 (如在  SOLIDWORKS 中建立幾何模型,然后在有限元分析軟件  COSMOSWORKS 中通過(guò)輸入接口讀入實(shí)體模型,最后在 COSMOSWORKS 中完成其分析過(guò)程。被分析汽車的參數(shù)為:汽車的名義裝載量  m1=4.0t ,滿載軸荷時(shí)后橋負(fù)荷  m2= 6.0t ,車輪中心線至鋼板彈簧座中心距離  b =370mm ,兩鋼板彈簧座中心間的距離  s = 1004mm ,橋殼本身的重

50、力  G0=931.6N ,橋殼設(shè)計(jì)的安全系數(shù)為  7,彈簧上表面面積  5000mm2,由此可得到面載荷為 5.88MPa 。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)承受滿載軸荷時(shí),橋殼最大變形量不能超過(guò) 1.5mm/m;承受 2.5倍滿載軸荷時(shí),橋殼不能出現(xiàn)斷裂和塑性變形。 所以垂直方向的載荷取滿載軸荷的 2.5倍,即  5.88×2.5=14.78MPa 。  3.3 具體分析步驟啟動(dòng) COSMOSWORKS,進(jìn)入工作界面 . 然后點(diǎn)“下一步” ,進(jìn)入下面的,要求對(duì)要分析哪些部位進(jìn)行選擇。 根據(jù)情況我們選擇中間的主體結(jié)構(gòu),是主要的受

51、力部位。 要求進(jìn)行材料的選擇,我這里選擇的是合金鋼材料。點(diǎn)下一步進(jìn)入施加約束的環(huán)節(jié)了。 我選擇的是固定兩端與輪子連接的部位。進(jìn)入下一步。 要求對(duì)施加的約束進(jìn)行命名處理。下一步進(jìn)行約束的編輯處理。 我們這里不需要進(jìn)行編輯操作就不作選擇了,進(jìn)入下一步環(huán)節(jié)了。下一步是進(jìn)行受 力的一個(gè)約束設(shè)定環(huán)節(jié)。 下一步進(jìn)行的是載荷類型的一個(gè)選擇問(wèn)題。我們選擇的是力。 下一步彈出的是施加的部位選擇的問(wèn)題。 下一步進(jìn)行的是受力的數(shù)值輸入。 點(diǎn)下一步進(jìn)入分析環(huán)節(jié)。可以按照它的提示進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)的操作。 點(diǎn)運(yùn)行按鈕,進(jìn)行模型的網(wǎng)格化處理。 網(wǎng)格化處理結(jié)束,進(jìn)行優(yōu)化環(huán)節(jié)。 運(yùn)行結(jié)果界面: 有幾種結(jié)果可以查看,我把幾種運(yùn)行結(jié)果

52、的截圖都一一進(jìn)行截圖表達(dá)。應(yīng)力結(jié)果: 位移結(jié)果: 變形結(jié)果: 總結(jié)與展望 一、總結(jié) 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我系統(tǒng)的復(fù)習(xí)了機(jī)械制圖、機(jī)械原理、汽車構(gòu)造、汽車設(shè)計(jì)及 生產(chǎn)制造等方面的基本理論和專業(yè)知識(shí)，從理論上到實(shí)踐上了解各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)也 體現(xiàn)了我對(duì)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)的程度。在這次設(shè)計(jì)中，首先的收獲是查閱資料的能力。到 圖書(shū)館借書(shū)、到網(wǎng)上搜索資料、到閱覽室查閱期刊雜志，在大量的文字中找到我們需要 的，并加以分析很整理，再把它融入到自己的設(shè)計(jì)中去。其次就是動(dòng)手能力了。在我畫(huà) 驅(qū)動(dòng)橋的裝配圖的過(guò)程中遇到很多的困難，對(duì)結(jié)構(gòu)不是很了解，于是我們就到實(shí)驗(yàn)室對(duì) 著實(shí)物一點(diǎn)一點(diǎn)的琢磨。通過(guò)對(duì)實(shí)際驅(qū)動(dòng)橋的研究，再參照我們?cè)O(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)