汽車主減速器與差速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析畢業(yè)論文

1、.wd.wd.wd.目 錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc240358336摘要 PAGEREF _Toc240358336 h IIIHYPERLINK l _Toc240358337Abstract PAGEREF _Toc240358337 h IVHYPERLINK l _Toc2403583381 緒論 PAGEREF _Toc240358338 h 1HYPERLINK l _Toc2403583401.1 課題研究背景1HYPERLINK l _Toc2403583401.2課題研究目的及意義1HYPERLINK l _Toc2403583401.3

2、課題研究?jī)?nèi)容2HYPERLINK l _Toc2403583401.4研究對(duì)象主要參數(shù) PAGEREF _Toc240358340 h 3HYPERLINK l _Toc2403583392 汽車主減速器的設(shè)計(jì)3HYPERLINK l _Toc2403583402.1 汽車主減速器概述3HYPERLINK l _Toc2403583412.2 汽車主減速器的工作原理3HYPERLINK l _Toc2403583422.3 轎車主減速器構(gòu)造方案選擇與分析4HYPERLINK l _Toc2403583422.4轎車主減速器 根本參數(shù)的選擇與計(jì)算5HYPERLINK l _Toc24035834

3、22.4.1轎車主減速器傳動(dòng)比i0確實(shí)定5HYPERLINK l _Toc2403583422.4.2主減速器計(jì)算載荷確實(shí)定5HYPERLINK l _Toc2403583422.4.3主減速器錐齒輪 根本參數(shù)的選擇7HYPERLINK l _Toc2403583422.4.4主減速器錐齒輪主要幾何參數(shù)的計(jì)算8HYPERLINK l _Toc2403583422.5轎車主減速器螺旋錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算10HYPERLINK l _Toc2403583433 差速器的設(shè)計(jì)14HYPERLINK l _Toc2403583443.1 差速器概述14HYPERLINK l _Toc2403583453.2

4、 差速器的工作原理14HYPERLINK l _Toc2403583453.3差速器的構(gòu)造形式選擇15HYPERLINK l _Toc2403583453.4普通錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(jì)15HYPERLINK l _Toc2403583423.4.1差速器齒輪主要參數(shù)的選擇15HYPERLINK l _Toc2403583423.4.2差速器齒輪主要幾何參數(shù)的計(jì)算17HYPERLINK l _Toc2403583453.5普通錐齒輪差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算18HYPERLINK l _Toc2403583464 汽車主減速器及差速器的三維實(shí)體建模20HYPERLINK l _Toc2403583454.

5、1主減速器的三維實(shí)體建模20HYPERLINK l _Toc2403583424.1.1主減速器三維建模分析與設(shè)計(jì)思路20HYPERLINK l _Toc2403583424.1.2主減速器螺旋錐齒輪的主要建模過(guò)程21HYPERLINK l _Toc2403583454.2 差速器的三維實(shí)體建模26HYPERLINK l _Toc2403583424.2.1差速器半軸直齒錐齒輪的主要建模過(guò)程26HYPERLINK l _Toc2403583424.2.2差速器殼的主要建模過(guò)程27HYPERLINK l _Toc2403583454.3 汽車主減速器及差速器的裝配28HYPERLINK l _T

6、oc2403583465汽車主減速器及差速器主要部件的強(qiáng)度分析30HYPERLINK l _Toc2403583455.1強(qiáng)度分析簡(jiǎn)介30HYPERLINK l _Toc2403583455.2 差速器殼體的強(qiáng)度分析30HYPERLINK l _Toc2403583455.3半軸的強(qiáng)度分析35HYPERLINK l _Toc2403583476結(jié)論39HYPERLINK l _Toc240358348參考文獻(xiàn)40HYPERLINK l _Toc240358350致謝41汽車主減速器及差速器的構(gòu)造設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析摘 要本文首先對(duì)汽車主減速器及差速器的工作原理及構(gòu)造進(jìn)展了簡(jiǎn)單介紹；其次通過(guò)對(duì)汽車主要

7、參數(shù)進(jìn)展分析與計(jì)算設(shè)計(jì)出主減速器及差速器，然后運(yùn)用三維軟件對(duì)其主要零部件進(jìn)展建模，建模完成后對(duì)零件進(jìn)展裝配;所有零件裝配完成后，通過(guò)有限元軟件對(duì)建模后的相關(guān)部件進(jìn)展應(yīng)力分析，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)展一些改良或優(yōu)化。關(guān)鍵詞：主減速器；差速器；設(shè)計(jì)；建模；分析The structure designand strength analysis of automotive main reducer and differentialAbstractFirst, the working principle and structure of automotive main reducer and different

8、ial are introduced in this paper. Then after the analysis and calculation of the automotive main reducer and differential, to use 3D software to make 3D model of main components of automotive main reducer and differential and compose them after the making of the model.Finally, making stress analysis

9、 of relevant components by finite element software, besides, making some improvements and optimizing according to the results. Key words:Main reducer; Differential; Design; Modeling; Analysis1 緒 論1.1 課題研究背景汽車自創(chuàng)造以來(lái)，對(duì)全球工業(yè)制造以及整個(gè)經(jīng)濟(jì)開展都產(chǎn)生了較大的影響。然而目前隨著各項(xiàng)技術(shù)的快速開展以及世界整體經(jīng)濟(jì)的不斷開展，各個(gè)國(guó)家的人們對(duì)汽車依賴很深，同時(shí)汽車也給人們的生活與開展帶來(lái)了

10、巨大的便利?？傊嚬I(yè)對(duì)人們生活和國(guó)家經(jīng)濟(jì)的開展帶來(lái)了無(wú)法估量的影響。目前，我國(guó)汽車主減速器的開發(fā)，在技術(shù)手段上、工藝制造水平上，都與國(guó)外的差距很大，尤其是德國(guó)、美國(guó)、日本這些汽車強(qiáng)國(guó)。而且我國(guó)在主減速器齒輪的開發(fā)、制造等技術(shù)上都缺乏相應(yīng)的獨(dú)立開發(fā)與創(chuàng)新能力，各項(xiàng)技術(shù)手段都對(duì)比落后，國(guó)外尤其是工業(yè)強(qiáng)國(guó)早就大規(guī)模運(yùn)用自動(dòng)化設(shè)備，不斷跟進(jìn)計(jì)算機(jī)編程、電算化等。目前所存在最大的問題是，汽車行業(yè)整體開發(fā)新產(chǎn)品的能力不夠、工藝制造以及管理水平較低，所生產(chǎn)出的相當(dāng)比例的產(chǎn)品依然為中低檔次，產(chǎn)品較為粗放，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不夠。目前我國(guó)生產(chǎn)或者裝配整車所需的差速器產(chǎn)品大多源自美國(guó)、德國(guó)、日本等幾個(gè)傳統(tǒng)的汽車工業(yè)

11、強(qiáng)國(guó)，我國(guó)汽車工業(yè)技術(shù)也 根本上都是從引進(jìn)國(guó)外相關(guān)技術(shù)的根基上進(jìn)展開展的，逐步呈現(xiàn)出相當(dāng)?shù)囊?guī)模。然而目前我國(guó)的差速器乃至其他很多工業(yè)產(chǎn)品都沒有自己的核心技術(shù)，對(duì)國(guó)外技術(shù)依賴性較強(qiáng)，自主開發(fā)能力依然較弱，很大程度上嚴(yán)重影響了新車整車的開發(fā)制造，因此，我國(guó)在主減速器及差速器的技術(shù)開發(fā)上還有很長(zhǎng)的路要走。 從當(dāng)前的趨勢(shì)來(lái)看，我國(guó)以及全球的汽車工業(yè)正在朝著經(jīng)濟(jì)性好同時(shí)動(dòng)力性也好的方向開展，從汽車?yán)碚撘约皩?shí)際應(yīng)用角度講，若何使生產(chǎn)的汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性兩者都盡可能提高是每個(gè)汽車設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)廠商都在拼盡全力做的事情。當(dāng)然，汽車上的每一個(gè)零部件組成也一直都在發(fā)生著各種變化，汽車主減速器及差速器自然也

12、不例外，特別是那些對(duì)操控性要求性很高的車輛，諸如高級(jí)轎車、跑車之類。因此，目前隨著國(guó)家十三五規(guī)劃的制定，汽車行業(yè)向更智能化、環(huán)保化方向開展，我國(guó)的上汽、東風(fēng)、一汽、北汽四大汽車集團(tuán)以及其他各大車企正在廣泛開展合作工程，希望早日與世界汽車行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)接軌，爭(zhēng)取整車尤其新能源汽車的設(shè)計(jì)開發(fā)上的新突破，實(shí)現(xiàn)汽車強(qiáng)國(guó)夢(mèng)。1.2 課題研究目的及意義汽車主減速器及差速器由多種零部件構(gòu)成，其設(shè)計(jì)開發(fā)制造也涉及到多方面，與當(dāng)代機(jī)械工業(yè)制造關(guān)系尤為密切。因此，本畢業(yè)設(shè)計(jì)可以通過(guò)對(duì)汽車主減速器及差速器的分析，深入了解各部件構(gòu)成與開發(fā)設(shè)計(jì)，由分到總式地深入學(xué)習(xí)開發(fā)設(shè)計(jì)、選擇規(guī)劃、構(gòu)造優(yōu)化、強(qiáng)度分析計(jì)算以及有限元分

13、析等內(nèi)容，從某種程度上講，可以借此更全面更深入地去學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車零部件設(shè)計(jì)甚至是整車開發(fā)設(shè)計(jì)、計(jì)算分析、強(qiáng)度校核、優(yōu)化改良、開拓創(chuàng)新等各方面能力，意義很大。其次，通過(guò)對(duì)汽車主減速器及差速器的相關(guān)設(shè)計(jì)與計(jì)算，使我能進(jìn)一步綜合運(yùn)用所學(xué)的根基理論、專業(yè)知識(shí)以及其他多方面知識(shí)，進(jìn)一步提高我對(duì)汽車設(shè)計(jì)相關(guān)技能研究以及處理復(fù)雜問題的能力，為自己將來(lái)踏入汽車行業(yè)奠定良好的根基，從而能更好的開展，為我國(guó)汽車工業(yè)的良好開展盡上自己更多的力。1.3 課題研究?jī)?nèi)容 本畢業(yè)設(shè)計(jì)所研究的對(duì)象主要是轎車，其主要研究?jī)?nèi)容大致如下：轎車主減速器及差速器的構(gòu)造特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)方法；轎車主減速器及差速器的主要零部件三維實(shí)體建模及

14、其裝配；相關(guān)軸及齒輪等的設(shè)計(jì)分析；轎車主減速器、差速器設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)分析以及了解掌握Creo的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。本次課題主要是想通過(guò)對(duì)轎車主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)展分析計(jì)算，進(jìn)一步得出主減速器與差速器的 根本參數(shù)，然后通過(guò)Creo建模軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)主減速器與差速器的三維實(shí)體建模，最后通過(guò)ANSYS軟件能對(duì)相關(guān)構(gòu)造進(jìn)展一定的強(qiáng)度分析。1.4 研究對(duì)象主要參數(shù)本畢業(yè)設(shè)計(jì)所要研究的對(duì)象主要是轎車，其主要參數(shù)大致如下表1.1：表1.1 某款轎車主要參數(shù)主要參數(shù)數(shù)值總質(zhì)量1980最高車速km/h220最大功率kwrpm 118/6000最大扭距Nmrpm250/4000前軸軸荷滿載/空載1000/930后軸軸荷滿載/空載98

15、0/620變速器一擋傳動(dòng)比3.46變速器二擋傳動(dòng)比1.94變速器三擋傳動(dòng)比1.29變速器四擋傳動(dòng)比0.99變速器五擋傳動(dòng)比0.80最小離地間隙mm115車輪半徑mm3272 汽車主減速器的設(shè)計(jì)2.1 汽車主減速器概述汽車主減速器及差速器是汽車正常行駛所必不可少的組成，更是汽車驅(qū)動(dòng)橋中最為關(guān)鍵的組成局部，通常由齒數(shù)少的錐齒輪或斜齒圓柱齒輪來(lái)帶動(dòng)齒數(shù)多的錐齒輪或斜齒圓柱齒輪進(jìn)展傳動(dòng)，從而執(zhí)行汽車主減速的主要功能。其主要功用是將由發(fā)動(dòng)機(jī)傳出經(jīng)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置傳遞的轉(zhuǎn)矩傳送到驅(qū)動(dòng)車輪，以完成動(dòng)力傳遞并驅(qū)動(dòng)汽車行駛，有些情況也可改變轉(zhuǎn)矩方向?？梢允蛊囍鳒p速器前面的傳動(dòng)部件所傳遞過(guò)來(lái)的轉(zhuǎn)速減小，同時(shí)也能減小

16、變速箱的相關(guān)尺寸和質(zhì)量，使操作起來(lái)更加靈活便利。汽車主減速器及差速器的設(shè)計(jì)常常需滿足如下 根本要求：a保證其與發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等動(dòng)力裝置傳遞連續(xù)且穩(wěn)定，且保證各種工況下的傳動(dòng)效率都足夠高。b所設(shè)計(jì)的各零部件及整體尺寸要盡量小，要保證其產(chǎn)生的振動(dòng)噪音小，且工作時(shí)足夠穩(wěn)定可靠。c能滿足相關(guān)使用要求，所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車動(dòng)力性也和燃料經(jīng)濟(jì)性兩者都較好。d構(gòu)造設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行，材料易取，加工制造方便容易，拆裝、調(diào)整快捷方便。2.2 汽車主減速器的工作原理汽車主減速器一般由主減速器主從動(dòng)齒輪、齒輪軸承與減速器外殼等組成。大致構(gòu)造如圖2.1所示。圖2.1主減速器構(gòu)造圖降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩是汽車主減速器在汽

17、車傳動(dòng)系起到的主要作用，發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)采用圓錐齒輪傳動(dòng)，有改變轉(zhuǎn)矩方向的作用。從發(fā)動(dòng)機(jī)傳出動(dòng)力，經(jīng)離合器、變速器傳遞到主減速器主動(dòng)錐齒輪上，由于發(fā)動(dòng)機(jī)縱置，扭矩傳遞方向改變，即可順利通過(guò)錐齒輪嚙合傳遞到主減速器從動(dòng)錐齒輪上，完成整個(gè)主減速的傳遞工作。由于錐齒輪的布置合理可相應(yīng)減少其他傳動(dòng)件承受的載荷，某種程度上減小了這些部件的尺寸和質(zhì)量，更為輕量化。2.3 轎車主減速器構(gòu)造方案選擇與分析一般而言，主減速器設(shè)計(jì)方案和構(gòu)造形式往往與所要求的齒輪類型、減速形式有關(guān)。1主減速器螺旋錐齒輪傳動(dòng) 圖2.2 螺旋錐齒輪傳動(dòng)主減速器齒輪傳動(dòng)按齒輪副的構(gòu)造型式來(lái)分，主要有螺旋錐齒輪式、雙曲面齒輪式、圓柱齒輪式和蝸

18、桿蝸輪式幾種形式。當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)橫置時(shí)，主減速器采用斜齒圓柱式傳動(dòng)；汽車發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)，采用錐齒輪式即螺旋錐齒輪式或雙曲面齒輪式傳動(dòng)。而本畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究對(duì)象是一款發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的轎車，整車重量較小，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率也不大。主減速器的齒輪選用螺旋錐齒輪形式如圖2.2所示。該種傳動(dòng)方式下，主、從動(dòng)齒輪的中心軸線相互垂直，且如以下圖，兩錐面頂點(diǎn)交于一點(diǎn)。然而齒輪輪齒端面很容易重疊，往往都有2個(gè)以上的輪齒嚙合在一起，所能承受的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷較大，工作較為平穩(wěn)，噪聲和振動(dòng)小。2主減速器構(gòu)造形式當(dāng)今的汽車行業(yè)，汽車車型是各種各樣，變化也很快，加之不同的車型也會(huì)有不一樣的使用要求，這就導(dǎo)致汽車主減速的構(gòu)造形式相應(yīng)的也是多種

19、多樣。主減速器以齒輪副數(shù)目為依據(jù)一般可以分為單級(jí)主減速器和雙級(jí)主減速器。單級(jí)主減速器有構(gòu)造簡(jiǎn)單、質(zhì)量較小、使用方便、維護(hù)容易、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，但主傳動(dòng)比一般小于等于7.0，不能太大。主傳動(dòng)比過(guò)大會(huì)導(dǎo)致從動(dòng)齒輪的一些尺寸增大比方齒輪直徑，那么汽車平順性及通過(guò)性變差，加工工藝以及熱處理也會(huì)更為復(fù)雜麻煩。而這次設(shè)計(jì)對(duì)象是轎車，主傳動(dòng)比一般為34.5。2.4 轎車主減速器 根本參數(shù)的選擇與計(jì)算2.4.1 轎車主減速器傳動(dòng)比確實(shí)定一般而言，主減速器的構(gòu)造形式、設(shè)計(jì)尺寸、質(zhì)量大小及工作狀況等會(huì)隨主減速器傳動(dòng)比的變化而變化。同時(shí)汽車主減速器傳動(dòng)比的選擇，應(yīng)該考慮汽車各傳動(dòng)部件的工作狀況以及整個(gè)傳動(dòng)系的總傳動(dòng)

20、比，總傳動(dòng)比會(huì)影響到汽車的安全性、舒適性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等，因此得充分考慮汽車的動(dòng)力性再加以計(jì)算主減速器傳動(dòng)比。在這里，需依據(jù)相關(guān)資料文獻(xiàn)進(jìn)展整合優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)相關(guān)最正確燃油經(jīng)濟(jì)性圖和動(dòng)力性曲線圖，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排量參數(shù)、變速器的傳動(dòng)比及主減速器傳動(dòng)比進(jìn)展最優(yōu)選取。一般情況下，根據(jù)主減速器傳動(dòng)比常用計(jì)算方法，給定了發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)，所選擇的主減速比應(yīng)保證有足夠大的最高車速，此時(shí)：=式中：車輪滾動(dòng)半徑，由表1.1得=0.327m發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速，由表1.1得=6000r/min最高車速，由表1.1得=220km/h變速器最高擋傳動(dòng)比，=0.8分動(dòng)器或加力器最高擋傳動(dòng)比，取=1輪邊減速器傳動(dòng)比，=1

21、一般而言，由上式所求得的值需跟同類汽車的主減速器傳動(dòng)比進(jìn)展一定的對(duì)比， 同時(shí)要考慮主減速器主、從動(dòng)齒輪可能的齒數(shù)，然后對(duì)所求得值進(jìn)展檢驗(yàn)優(yōu)化后再確定下來(lái)。2.4.2 主減速器計(jì)算載荷確實(shí)定主減速器齒輪的計(jì)算載荷是設(shè)計(jì)主減速器的另一項(xiàng)重要的原始參數(shù)。汽車行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)及各傳動(dòng)部件間的工作狀況是存在差異的，而且往往工作得不夠穩(wěn)定，綜合多方面想準(zhǔn)確計(jì)算出主減速器齒輪計(jì)算載荷的可能性不大。因此通常用以下三種計(jì)算方法來(lái)求得主減速器從動(dòng)齒輪的計(jì)算載荷。1按驅(qū)動(dòng)輪打滑時(shí)的轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩式中：汽車在滿載狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷，本設(shè)計(jì)中前橋?yàn)轵?qū)動(dòng)橋，=9800N汽車到達(dá)最大加速度時(shí)后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)

22、，取1.2輪胎與路面的附著系數(shù)，取0.85從主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比，取1.0從主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)效率，取0.952按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩=式中：計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位猛接汽車離合器時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，取 =1.0，發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，由表1.1得=250Nm 液力變矩器的變矩系數(shù)，取=1.0變速器一檔傳動(dòng)比，=3.46分動(dòng)器傳動(dòng)比，=1.94主減速比，=4.21從發(fā)動(dòng)機(jī)到萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)效率，取=0.9與選取見下表2.1。表2.1 n與if選取表車型高檔傳動(dòng)比與抵擋傳動(dòng)比的關(guān)系n/21/22/23由表中所示，的取值為1,取1.943按汽車日常

23、行駛的平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩式中：汽車滿載時(shí)總重量，=19809.8N=19404N；所牽引掛車滿載時(shí)總重量，此處無(wú)牽引車，故取0道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，轎車可取0.0100.015，取0.012汽車正常行駛時(shí)平均爬坡能力系數(shù)，取0.08汽車的性能系數(shù)，取0.08，見上式的說(shuō)明由前兩種情況1，2所得的計(jì)算轉(zhuǎn)矩一般指的是的最大轉(zhuǎn)矩，與情況3所求得的平均轉(zhuǎn)矩區(qū)別較大。當(dāng)計(jì)算從動(dòng)錐齒輪時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)矩取前面情況1，2中的較小值,即；當(dāng)計(jì)算從動(dòng)錐齒輪的疲勞壽命時(shí)，一般取。主減速器主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為式中：主動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位為Nm主、從動(dòng)錐齒輪間的傳動(dòng)效率，取0.9當(dāng)計(jì)算錐齒輪最大應(yīng)力時(shí)，取計(jì)算

24、轉(zhuǎn)矩=908.08Nm；當(dāng)計(jì)算錐齒輪疲勞壽命時(shí)，取計(jì)算轉(zhuǎn)矩=1148.79Nm。2.4.3 主減速器錐齒輪 根本參數(shù)的選擇主減速器錐齒輪的 根本參數(shù)包括錐齒輪齒面寬、分度圓直徑、法向壓力角、齒輪齒數(shù)、螺旋角、法向端面模數(shù)等。1)一般為了工作穩(wěn)定以及嚙合容易，主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)Z1和Z2不會(huì)有公約數(shù)，且兩齒數(shù)總和不會(huì)超過(guò)50，同時(shí)還需考慮齒輪工作時(shí)發(fā)出的噪聲、齒輪各項(xiàng)強(qiáng)度等因數(shù)。當(dāng)然，對(duì)于不同的主傳動(dòng)比，Z1和Z2應(yīng)有適宜的搭配，當(dāng)i0較小(如i0=3.55)時(shí)，Z1可取為712，綜合考慮，取Z1=9，Z2=iZ1=94.21=37.89，Z2取38。2對(duì)于單級(jí)主減速器及其相關(guān)組成部件來(lái)講，增大

25、分度圓直徑尺寸會(huì)影響汽車多項(xiàng)幾何參數(shù)，比方驅(qū)動(dòng)橋殼的高度尺寸或者說(shuō)是離地間隙等，那么會(huì)進(jìn)一步影響到汽車通過(guò)性、安全性等相關(guān)指標(biāo)，而減小分度圓直徑卻會(huì)影響到主動(dòng)齒輪上軸承的放置、跨置式支承效果以及差速器的安裝等。初選，有=式中：從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑，單位為mm直徑系數(shù)，一般為13.015.3，取=14從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，=3440.72Nm齒輪法向端面模數(shù)由以下公式計(jì)算得=d2/Z2=212/38mm=5.58mm同時(shí)，還應(yīng)滿足：那么初選的齒輪法向端面模數(shù)=5.58mm滿足條件，由相關(guān)表格取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=6mm那么=638mm=228mm式中：從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩， =3440.72Nm齒輪模數(shù)系

26、數(shù)，取0.30.43根據(jù)加工的難易度、材料的選取、輪齒應(yīng)力強(qiáng)度、工作狀態(tài)及載荷和使用情況等綜合考慮，從動(dòng)錐齒輪齒面寬b20.3 A2=65.40mmA2為節(jié)錐距，但一般也有b2=0.155 d2=0.155212mm=32.86mm33mm。b1通常比b2大10，b1=1.1b2=1.132.86mm36mm。4一般情況下，不作特殊說(shuō)明，所謂的螺旋角默認(rèn)為齒寬中點(diǎn)處的螺旋角 (中心螺旋角)，而齒輪工作載荷、運(yùn)行狀態(tài)、嚙合狀態(tài)即重合度、齒輪軸向力大小等均會(huì)隨著螺旋角的變化而變化，綜合各方面考慮，取=36。5雖然錐齒輪的螺旋方向與工作時(shí)受力情況及運(yùn)行平穩(wěn)等關(guān)系不大，但得注意主從動(dòng)錐齒輪的旋向是相反

27、的，建模時(shí)得特別注意區(qū)別，當(dāng)需要計(jì)算相關(guān)受力情況時(shí)，可借助旋向與相關(guān)法那么判斷出軸向力方向。本設(shè)計(jì)假設(shè)主動(dòng)錐齒輪左旋，從動(dòng)錐齒輪右旋。6壓力角大小與輪齒強(qiáng)度等有關(guān)，壓力角大一點(diǎn)也可以延長(zhǎng)齒輪疲勞壽命，同時(shí)也與齒輪嚙合狀況密切相關(guān)，自然也會(huì)影響整個(gè)減速器的工作平穩(wěn)性、安全性等，綜合多方面考慮，這里選用16。2.4.4 主減速器錐齒輪主要幾何參數(shù)的計(jì)算相關(guān)主要的幾何尺寸參數(shù)見下表2.2表 2.2 主減速器錐齒輪的幾何尺寸參數(shù)表序號(hào)計(jì)算公式數(shù)值注 釋1923836mm模數(shù)433mm大齒輪齒面寬536mm小齒輪齒面寬616壓力角710.08mm齒工作高,查相關(guān)表取1.68811.19mm齒全高,查相關(guān)

28、表取1.865990軸交角1054mm小齒輪分度圓直徑11228mm大齒輪分度圓直徑1213.4小齒輪節(jié)錐角1376.6大齒輪節(jié)錐角14107.88mm節(jié)錐距1518.85周節(jié)162.61mm大齒輪齒頂高,查相關(guān)表取0.435177.47mm小齒輪齒頂高183.72mm小齒輪齒根高198.58mm大齒輪齒根高201.11mm徑向間隙211.97小齒輪齒根角224.55大齒輪齒根角2315.37小齒輪面錐角2481.15大齒輪面錐角2511.48小齒輪根錐角2672.05大齒輪根錐角2764.53mm小齒輪外緣直徑28229.21mm大齒輪外緣直徑29112.27mm小齒輪節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外緣距離

29、3022.46mm大齒輪節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外緣距離315.322mm大齒輪理論齒厚，查表2.3取0.8873213.528mm小齒輪理論齒厚3336螺旋角表2.3 錐齒輪的大齒輪理論齒厚Z12.5 轎車主減速器螺旋錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算主減速器錐齒輪 根本參數(shù)選擇完成，主減速器錐齒輪幾何計(jì)算完畢之后，一般還需驗(yàn)算其強(qiáng)度，才能確保錐齒輪有足夠疲勞壽命，從而能安全可靠地工作。其實(shí)，強(qiáng)度計(jì)算出的結(jié)果也能為前期的開發(fā)設(shè)計(jì)以及后期驗(yàn)證提供一定的參考，一般的機(jī)械構(gòu)造尤其是這種工作極為頻繁的零部件，光設(shè)計(jì)出相關(guān)尺寸就去選定好一定材料并不那么可靠，只有經(jīng)過(guò)強(qiáng)度計(jì)算才能更好的去加以把握，也有利于后期的有限元構(gòu)造分析。而汽車

30、上各部位的齒輪正常工作時(shí)會(huì)受到各種載荷，而汽車驅(qū)動(dòng)橋所承受的一般都是交替變化的載荷，具體變化形式較為復(fù)雜，這里不加以深入研究。主減速器齒輪的損壞形式主要是齒輪齒面疲勞磨損。主減速器齒輪的疲勞壽命主要與平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩有關(guān)，下面用常用的三種強(qiáng)度計(jì)算方法進(jìn)展驗(yàn)算。1單位齒長(zhǎng)上的圓周力在汽車工業(yè)中，主減速器錐齒輪的外表耐磨性常常用輪齒上的單位齒長(zhǎng)圓周力來(lái)估算，即：式中：輪齒上單位齒長(zhǎng)圓周力，單位為N/mm作用在輪齒上的圓周力，單位為N從動(dòng)齒輪的齒面寬，=33mm 圓周力有如下兩種計(jì)算方法也是最常用的兩種方法，換句話說(shuō)單位齒長(zhǎng)圓周力有兩種計(jì)算方法。大致如下：1按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算式中：變速器傳動(dòng)比，常取一

31、檔傳動(dòng)比，取=3.46主動(dòng)錐齒輪分度圓直徑，=50mm2按最大附著力矩計(jì)算：式中：汽車滿載狀態(tài)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷，=9800N從動(dòng)錐齒輪分度圓直徑，=228mm輪胎與地面的附著系數(shù)，取0.85 下表2.4給出許用單位齒常的圓周力，可以根據(jù)所求得的結(jié)果與表里所給的許用值進(jìn)展對(duì)比，從而能夠大致判斷前面所設(shè)計(jì)的各項(xiàng)尺寸能否符合相關(guān)受力及強(qiáng)度要求。假設(shè)符合要求自然更好，不符合給定值那么需進(jìn)一步審核，并需充分結(jié)合各項(xiàng)指標(biāo)，準(zhǔn)確分析，不斷考慮合理性，從而更好地設(shè)計(jì)出所需產(chǎn)品。表2.4許用單位齒長(zhǎng)上的圓周力隨著工業(yè)技術(shù)的開展與進(jìn)步，現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，材料各項(xiàng)性能的提高以及加工工藝的不斷改良，單位齒長(zhǎng)上的

32、圓周力常高出表中所列值的20%30%。故上述兩種計(jì)算方法所求的結(jié)果均符合當(dāng)代技術(shù)的要求。2輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算螺旋錐齒輪輪齒齒根彎曲應(yīng)力的表達(dá)式為式中： 彎曲應(yīng)力，單位為MPa齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩齒根彎曲強(qiáng)度和齒面接觸強(qiáng)度的過(guò)載系數(shù)，取= 齒根彎曲強(qiáng)度和齒面接觸強(qiáng)度的尺寸系數(shù)， 當(dāng)時(shí)，在此齒面載荷分配系數(shù)，懸臂式，=1.11.25，取1.1質(zhì)量系數(shù)，取端面模數(shù)，=6輪齒彎曲應(yīng)力的綜合系數(shù)。取小齒輪的=0.25，大齒輪=0.20代入公式，計(jì)算得：所以所設(shè)計(jì)的主減速器齒輪彎曲強(qiáng)度是足夠的，滿足要求。3輪齒外表接觸強(qiáng)度計(jì)算錐齒輪輪齒齒面接觸應(yīng)力為式中:錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力，單位為MPa 主動(dòng)錐齒輪大端分度圓

33、直徑,=50mm和中較小值,=33mm尺寸系數(shù)，同上取0.69 齒面品質(zhì)系數(shù)，取=1.0 綜合彈性系數(shù)，取= 232.6N0.5/mm ,與2中取值一樣齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)，根據(jù)課本中的圖取=0.211由于主、從動(dòng)齒輪相關(guān)尺寸相當(dāng)，所以都能不大于接觸強(qiáng)度許用值，滿足要求。4螺旋錐齒輪材料的選取汽車主減速器在正常工作時(shí)工作狀況對(duì)比復(fù)雜，工作頻率也較高，因此主減速器錐齒輪與其他部位的齒輪或者傳動(dòng)部件相對(duì)比，工作時(shí)間長(zhǎng)、承受載荷多而復(fù)雜、各局部對(duì)其沖擊大，其損壞形式主要有齒面磨損擦傷、齒根折斷等。隨著化工及材料生產(chǎn)等技術(shù)的開展，目前汽車主減速器用的螺旋錐齒輪、雙曲面錐齒輪都是采用合金鋼材料，并且是

34、滲碳合金鋼。一般需對(duì)由滲碳合金鋼制造出的齒輪進(jìn)展?jié)B碳、回火等處理，使輪齒外表硬度應(yīng)到達(dá)5864HRC，而輪齒內(nèi)部硬度可以稍微低一點(diǎn)，一般到達(dá)3245HRC即可。 滲碳合金鋼的優(yōu)點(diǎn)是外表含碳量高、外表硬、耐磨性和抗壓性高，芯部較軟、韌性好、耐沖擊，其鍛造及切削性能都較好，且生產(chǎn)效率高、節(jié)約材料，但齒形精度差。3 差速器的設(shè)計(jì)3.1 差速器概述汽車直線行駛或轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，左右車輪滾動(dòng)速度往往是不相等的。左右車輪的載荷往往不一樣、兩輪胎內(nèi)的氣壓也有所差異、輪胎胎面與路面的摩擦不均勻等造成了左右車輪滾動(dòng)半徑不等；而且一般情況下左右兩車輪所接觸的路面狀況也不一樣，左右車輪受到的行駛阻力不等。這樣的話，無(wú)論

35、若何行駛兩車輪都不會(huì)完全同步，均會(huì)導(dǎo)致車輪的側(cè)滑、滑移、滑轉(zhuǎn)等，汽車行駛的安全性、穩(wěn)定性也會(huì)因此受到較大影響，轉(zhuǎn)向不易、乘坐不舒適、燃油消耗增大等一系列問題都會(huì)衍生出來(lái)。因此，需要安裝差速器來(lái)改善以上出現(xiàn)的種種情況。差速器按其構(gòu)造特征分類一般可分為對(duì)稱錐齒輪式、滑塊凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等幾種形式。3.2 差速器的工作原理差速器主要由行星齒輪、行星齒輪軸、半軸齒輪和差速器殼體等組成，如圖3.1。圖3.1 對(duì)稱式錐齒輪差速器構(gòu)造圖差速器是汽車正常行駛尤其轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)所必不可少的部件，也是驅(qū)動(dòng)橋的主要構(gòu)成部件。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳出來(lái)之后，經(jīng)變速器等傳入主減速器后，直接驅(qū)動(dòng)差速器殼。差速器殼再將動(dòng)力

36、傳遞到行星齒輪，由行星齒輪帶動(dòng)左、右半軸齒輪，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)左右車輪。無(wú)論什么工況，一般而言，左、右半軸的轉(zhuǎn)速之和應(yīng)等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍。當(dāng)汽車直線行駛時(shí)，左右半軸齒輪、行星齒輪以及驅(qū)動(dòng)車輪三者的轉(zhuǎn)速是一樣的。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，由于汽車驅(qū)動(dòng)車輪受力情況發(fā)生變化，會(huì)傳遞到左右半軸上，會(huì)破壞了差速器之前的平衡，轉(zhuǎn)速將因此重新分配，內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)速會(huì)減小，外側(cè)車輪轉(zhuǎn)速增加，一段時(shí)間后將重新到達(dá)平衡狀態(tài)，即成功完成轉(zhuǎn)彎動(dòng)作。3.3 差速器的構(gòu)造形式選擇汽車上常采用的差速器一般是錐齒輪式差速器，該種差速器構(gòu)造明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、容易大規(guī)律生產(chǎn)、質(zhì)量尺寸較小、工作穩(wěn)定可靠，因此應(yīng)用廣泛。對(duì)稱錐齒輪式差速器一般可分為普

37、通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止式差速器。普通錐齒輪式差速器又分為圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種，一般情況下，由于錐齒輪各方面性能較好，運(yùn)行更穩(wěn)定，汽車上的差速器廣泛采用圓錐齒輪。查閱汽車構(gòu)造、底盤設(shè)計(jì)等文獻(xiàn)資料，經(jīng)多方面考慮，本設(shè)計(jì)中的差速器構(gòu)造形式選擇對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。 根本構(gòu)造如上圖3.1所示，工作示意圖見以以下圖3.2。圖3.2 普通錐齒輪式差速器示意圖如圖3.2所示，主減速器上的從動(dòng)錐齒輪與差速器殼相連，兩者將會(huì)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。在差速器組成上可以看出，差速器殼以及與其共同運(yùn)動(dòng)的行星齒輪軸是主動(dòng)件，半軸齒輪以及半軸為從動(dòng)件，半軸之后將會(huì)帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，完成動(dòng)力傳遞。由圖易知，行星

38、齒輪既可以只繞著行星軸轉(zhuǎn)動(dòng)也可隨著轉(zhuǎn)彎等工況下繞著差速器殼中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，即分為自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。顯然，自轉(zhuǎn)時(shí)，左右半軸轉(zhuǎn)速一樣，對(duì)應(yīng)于直線行駛工況；公轉(zhuǎn)說(shuō)明左右半軸轉(zhuǎn)速存在差異，即是對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)彎工況，實(shí)現(xiàn)差速。無(wú)論什么行駛工況，左右半軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度之和均等于差速器殼轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的兩倍即 + =2假設(shè)將角速度轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)速表示，那么3.4 普通錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(jì)3.4.1 差速器齒輪主要參數(shù)的選擇差速器齒輪 根本參數(shù)主要有行星齒輪數(shù)、行星齒輪球面半徑、行星齒輪齒數(shù)、半軸齒輪齒數(shù)以及節(jié)錐角、模數(shù)、壓力角等。1一般根據(jù)汽車所受載荷狀況來(lái)選擇行星齒輪數(shù)n，承載的載荷不大時(shí)n可取兩個(gè)，承載較大的情況下便需取四個(gè)，常

39、用于載貨汽車或越野汽車。由于本設(shè)計(jì)對(duì)象為普通轎車，那么取n=2。2行星齒輪反面的球面半徑其實(shí)就是行星齒輪安裝時(shí)的極限尺寸，某種意義上講就是節(jié)錐距，這個(gè)尺寸與后期的建模裝配有嚴(yán)密聯(lián)系，差速器的強(qiáng)度及承載能力有的時(shí)候也可以用該尺寸來(lái)衡量。根據(jù)各文獻(xiàn)中的經(jīng)歷公式確定：式中:球面半徑，單位為mm行星齒輪球面半徑系數(shù)，=2.522.99，取=2.9計(jì)算轉(zhuǎn)矩，=3440.72Nm確定后，可預(yù)選行星齒輪節(jié)錐距：=(0.980.99)=42.9043.34mm取=43mm3當(dāng)齒數(shù)較少時(shí)，可以使得齒輪模數(shù)較大，有利于提高輪齒強(qiáng)度以及增加工作穩(wěn)定性，但一般不少于10。此設(shè)計(jì)中行星齒輪的齒數(shù)選擇11，半軸齒數(shù)選擇2

40、0。所選的半軸齒輪的齒數(shù)在1425之間且半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比/常在1.52.0范圍內(nèi)，顯然所選的行星齒數(shù)和半軸齒數(shù)能夠符合相關(guān)要求。4先根據(jù)相關(guān)公式求出行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角、：再根據(jù)下式初步求出圓錐齒輪大端模數(shù)，即：圓整后取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。選定標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)后，分度圓直徑即可由下式求得：5壓力角的大小往往與輪齒齒高系數(shù)間有聯(lián)系，以前的汽車差速器齒輪一般選用20壓力角，相對(duì)應(yīng)的齒高系數(shù)一般為l.0，所選用齒輪的最少齒數(shù)應(yīng)該是13。然而隨著汽車設(shè)計(jì)加工技術(shù)的不斷開展與完善以及相關(guān)性能的要求，目前汽車上差速器齒輪大都選用2230的壓力角，對(duì)應(yīng)的可減小至0.8，此時(shí)齒輪的最少齒數(shù)可減至11左右。6行星

41、齒輪軸直徑mm為： 式中：差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，取3440.72Nm行星齒輪數(shù)目，=2行星齒輪支承面中點(diǎn)處到錐頂?shù)木嚯x，支承面許用擠壓應(yīng)力，取行星齒輪在軸上的支承長(zhǎng)度為：=1.1d=1.122mm=24.2mm取=24mm3.4.2 差速器齒輪主要幾何參數(shù)的計(jì)算主要的參數(shù)見下表3.1表3.1 半軸、行星齒輪主要參數(shù)序號(hào)計(jì)算公式數(shù)值注 釋11122034mm4b2=(0.250.30)A0，14mm齒面寬56.4mm齒工作高616壓力角77.203mm齒全高990軸交角1044mm行星齒輪分度圓直徑1180mm半軸齒輪分度圓直徑1228.81行星齒輪節(jié)錐角1361.19半軸齒輪節(jié)錐角1445.65m

42、m節(jié)錐距1512.57周節(jié)162.168mm半軸齒輪齒頂高174.232mm行星齒輪齒頂高182.92mm行星齒輪齒根高194.984mm半軸齒輪齒根高200.803mm徑向間隙213.66行星齒輪齒根角226.23半軸齒輪齒根角2332.47行星齒輪面錐角2467.42半軸齒輪面錐角2525.15行星齒輪根錐角2654.96半軸齒輪根錐角2751.42mm行星齒輪外緣直徑2882.09mm半軸齒輪外緣直徑2937.96mm3020.10mm3.5 普通錐齒輪式差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算差速器錐齒輪相比普通直齒齒輪構(gòu)造及尺寸對(duì)比復(fù)雜，相關(guān)部件的安置及優(yōu)化往往會(huì)限制到齒輪的尺寸，錐齒輪所受載荷也對(duì)比大且

43、復(fù)雜。同時(shí)，差速器錐齒輪的輪齒并不是時(shí)刻都在嚙合，一般只有汽車轉(zhuǎn)彎行駛或者由于車輪打滑等引起的滑轉(zhuǎn)時(shí)，錐齒輪才處于相對(duì)嚙合狀態(tài)，起到真正的差速作用。為了提高輪齒的可靠性，一般還要對(duì)差速器錐齒輪進(jìn)展彎曲強(qiáng)度計(jì)算。輪齒彎曲應(yīng)力為:式中：行星齒輪數(shù)，取=2綜合系數(shù)，取=0.211半軸齒輪齒寬，=14mm半軸齒輪大端的分度圓直徑，=80mm半軸齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，=、按照主減速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算時(shí)所選用的系數(shù)值,即尺寸系數(shù) =0.69,齒面載荷分配系數(shù)=1.1,質(zhì)量系數(shù)=1.0而根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，差速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力為=980MPa,而由上式求出的強(qiáng)度值小于許用值，即滿足要求。生產(chǎn)制造汽車差速器齒輪的材料與主減

44、速器齒輪一樣， 根本上都是滲碳合金鋼材料，該種材料能使齒輪具有外表硬、耐磨性和抗壓性高、韌性好、耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)，20CrMnMo和20CrMo等合金鋼材料廣泛用于制造差速器錐齒輪。4 汽車主減速器及差速器的三維實(shí)體建模Creo軟件是美國(guó)PTC公司于2010年10月推出的多功能CAD設(shè)計(jì)軟件包。Creo囊括ProductView三維可視化技術(shù)、CoCreate直接建模技術(shù)和PTC Pro/Engineer參數(shù)化技術(shù)，是PTC公司下屬的閃電方案所推出的第一個(gè)功能強(qiáng)大的產(chǎn)品，Creo 2.0是于2012年3月推出的。Creo 相當(dāng)于一個(gè)集成了多個(gè)可相互操作的應(yīng)用程序且可伸縮的功能套件，其功能覆蓋面極廣

45、。Creo的設(shè)計(jì)理念可以廣為多領(lǐng)域行業(yè)使用，因此，各領(lǐng)域的專業(yè)人士可以全方位參與產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)等。Creo含有多個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序在二維和三維空間里建模，為分析研究、優(yōu)化、可視化等方面都提供了新功能。Creo 交互性對(duì)比強(qiáng)，可以使得內(nèi)外以及多方能同時(shí)共享數(shù)據(jù)?？傊珻reo實(shí)用性很強(qiáng)，是很多應(yīng)用型本科學(xué)校機(jī)械類學(xué)生必學(xué)軟件之一。Creo軟件在三維建模方面很有優(yōu)勢(shì)，使用起來(lái)也更為方便，與AutoCAD三維繪制相比，繪圖工具選項(xiàng)更豐富，使用起來(lái)更為人性化，修改尺寸等尤為方便。普通的拉伸、旋轉(zhuǎn)等命令即可繪出一般實(shí)體的大致輪廓，再通過(guò)打孔等命令不斷修正模型。與AutoCAD一樣，Creo有倒圓角以及倒直

46、角等命令，但其所包含的功能更為強(qiáng)大、更為快捷方便。當(dāng)然，其還有螺紋修飾等優(yōu)化功能，能將模型不斷優(yōu)化做到最完美，同時(shí)也可以完成各零部件的裝配甚至還能通過(guò)正確約束實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真。此外，Creo還能進(jìn)展曲面操作，通過(guò)掃描混合等命令繪出各種復(fù)雜曲面造型，其運(yùn)用范圍很為廣泛，遠(yuǎn)不僅僅只用于機(jī)械行業(yè)。與一般設(shè)計(jì)軟件一樣，其可以與有限元分析軟件實(shí)現(xiàn)端口連接、數(shù)據(jù)共享，從而更有利于實(shí)體模型的分析設(shè)計(jì)，所以應(yīng)用廣泛，使用者也較多。該軟件是的pro/e的升級(jí)版本，自然包含了pro/e的所有特點(diǎn)。歸納起來(lái)，其主要特點(diǎn)有：實(shí)體造型方便快捷、單一數(shù)據(jù)庫(kù)及其全相關(guān)性、全面的參數(shù)化設(shè)計(jì)、可靠的特征造型、工程數(shù)據(jù)的再利用、數(shù)字

47、化人體建模等。4.1 主減速器的三維實(shí)體建模4.1.1 主減速器三維建模分析與設(shè)計(jì)思路主減速器螺旋錐齒輪主要采用參數(shù)化的建模思路，依靠參數(shù)進(jìn)展相應(yīng)的尺寸定義，尤其是畫漸開線輪廓更需要借助相應(yīng)的參數(shù)公式，這樣可以建設(shè)一個(gè)模型以適應(yīng)多種不同齒輪的建模，更能節(jié)省時(shí)間與精力，也便于修改；除齒輪的輪齒外其他零部件采用普通非參數(shù)化建模方法，主要采用旋轉(zhuǎn)、拉伸、草繪、打孔、倒角等命令，畢竟對(duì)于簡(jiǎn)單的模型來(lái)說(shuō)，非參數(shù)化建模更為方便直接，借助Creo的強(qiáng)大功能修改起來(lái)也不算太難。其中螺旋錐齒輪輪齒的建模分析步驟大致為：草繪創(chuàng)立 根本線段；繪制齒輪幾個(gè) 根本圓；利用參數(shù)方程創(chuàng)立漸開線齒廓曲線；創(chuàng)立掃描混合的軌跡；

48、創(chuàng)立掃描混合的截面；掃描混合出第一個(gè)輪齒；陣列創(chuàng)立出所有輪齒。4.1.2 主減速器螺旋錐齒輪的主要建模過(guò)程1草繪創(chuàng)立 根本線段首先新建一個(gè)文件luoxuanzhuichilunda.prt,選取 根本的平面創(chuàng)立草繪，通過(guò)直線等 根本命令以及法向標(biāo)注及各種尺寸、角度約束等能夠大概畫出以以下圖4.1的草繪。圖4.1 草繪線段2創(chuàng)立錐齒輪 根本圓以上面步驟中的草繪為參照，在關(guān)鍵交點(diǎn)處添加基準(zhǔn)點(diǎn)，接著以建好的基準(zhǔn)點(diǎn)為參照草繪出四個(gè)同心圓，大致結(jié)果如以以下圖4.2所示。圖4.2 草繪 根本圓3創(chuàng)立漸開線齒廓曲線首先需要根據(jù)上一步驟草繪創(chuàng)立的基準(zhǔn)點(diǎn)及相關(guān)線段創(chuàng)立一個(gè)基準(zhǔn)坐標(biāo)系，注意坐標(biāo)系方向的選取，然后開

49、場(chǎng)進(jìn)展繪制曲線操作，以前面建設(shè)的坐標(biāo)系為笛卡爾基準(zhǔn)坐標(biāo)系，在相應(yīng)窗口輸入?yún)?shù)方程，該曲面所對(duì)應(yīng)的參數(shù)方程如下：r=435.78theta=t*60 x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180z=0上式中r指的是基圓半徑，確定后作出的曲線大致如以以下圖4.3所示：圖4.3 創(chuàng)立漸開線然后以上圖中的曲線與分度圓的交點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)建設(shè)基準(zhǔn)平面，再將該基準(zhǔn)平面旋轉(zhuǎn)一定的角度建設(shè)另一個(gè)基準(zhǔn)平面，然后將上面的曲線以該基準(zhǔn)平面為鏡像面鏡像，兩曲面的適當(dāng)局部即為齒輪的大致齒廓線，大致如以以下圖4.

50、4所示，該齒廓有利于后面的齒輪輪齒的進(jìn)一步創(chuàng)立。圖4.4 對(duì)稱漸開線4創(chuàng)立齒根圓根據(jù)第一步所得草繪，在草繪時(shí)投影所需的幾根線段至草繪平面并加以完善，同時(shí)要選取好旋轉(zhuǎn)的草繪截面及旋轉(zhuǎn)軸，需要注意選取的旋轉(zhuǎn)軸是否恰當(dāng)以及草繪的旋轉(zhuǎn)截面是否閉合，然后按照相關(guān)數(shù)據(jù)按部就班創(chuàng)立齒根圓，草繪的封閉截面及創(chuàng)立成功后的齒根圓實(shí)體分別見以以下圖4.5和圖4.6。圖4.5 草繪旋轉(zhuǎn)截面圖4.6 旋轉(zhuǎn)實(shí)體5創(chuàng)立掃描混合的軌跡首先需建設(shè)與分度圓在同一個(gè)平面上的參考平面，然后在該平面上進(jìn)展草繪螺旋線，螺旋角的大小應(yīng)符合相關(guān)要求，一般于中點(diǎn)處作一條切線看其與相關(guān)參考水平線的夾角，草繪出的軌跡大致如以以下圖4.7所示：圖4

51、.7 草繪螺旋線然后將上述草繪出的軌跡曲線投影至齒根圓外表上，具體如以以下圖4.8。圖4.8 投影螺旋線6創(chuàng)立掃描混合的截面以前面所繪出的漸開線輪廓曲線為邊界，以齒頂圓曲線為上界，以齒根圓曲線為下界，繪出掃描混合所需的齒廓截面，以圖4.8中繪出的投影線為參照，復(fù)制旋轉(zhuǎn)相關(guān)截面至投影線兩端附近，以便掃描混合。創(chuàng)立出的外部齒廓截面大致如以以下圖4.9所示。內(nèi)部齒廓截面繪制方法類似，不加以贅述。 圖4.9 草繪齒廓截面7掃描混合出第一個(gè)輪齒以第五步繪出的在齒根面上的投影曲線為軌跡，以繪出的兩個(gè)齒廓截面為掃描截面，掃描混合出第一個(gè)輪齒，如以以下圖4.10所示，再以中心軸線為陣列軸，陣列出所有齒，即完成

52、創(chuàng)立，創(chuàng)立完成后的實(shí)體大致如以以下圖4.11所示。圖4.10 掃描混合輪齒圖4.11 陣列輪齒8打孔由于該從動(dòng)錐齒輪最終還需裝配到差速器殼上，需在齒輪上打一個(gè)中心孔和八個(gè)螺柱連接的螺紋孔，螺紋孔可用打孔命令先繪制出一個(gè)孔然后圓形陣列即可，完成后如以以下圖4.12所示。圖4.12 打孔主動(dòng)螺旋錐齒輪的創(chuàng)立方法與上述從動(dòng)螺旋錐齒輪的創(chuàng)立方法如出一轍，只需在原有圖上進(jìn)展修改相關(guān)尺寸，主要需修改第一步草繪的各項(xiàng)數(shù)據(jù)以及創(chuàng)立漸開線齒廓曲線方程中基圓半徑等，注意主動(dòng)錐齒輪的旋向與從動(dòng)錐齒輪相反，同時(shí)還需拉伸出一根軸以傳遞從變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，創(chuàng)立完成后的實(shí)體大致如以以下圖4.13所示。 圖4.13 主動(dòng)螺旋

53、錐齒輪4.2 差速器的三維實(shí)體建模4.2.1 差速器半軸直齒錐齒輪的主要建模過(guò)程差速器直齒錐齒輪的設(shè)計(jì)思路與建模過(guò)程與上面的主減速器螺旋錐齒輪相似，一樣使用參數(shù)化以及常用的拉伸、旋轉(zhuǎn)、草繪等命令來(lái)繪制。由于是直齒，我們可以不采用上述的混合掃描的方法，那樣做相對(duì)而言對(duì)比復(fù)雜，我們可以通過(guò)拉伸切除出兩相鄰輪齒間的空隙，剩下的局部即是直齒輪齒。這里錐齒輪建模分析過(guò)程大致為：輸入相應(yīng)關(guān)系式繪制錐齒輪所需的 根本曲線；用參數(shù)方程創(chuàng)立漸開線；創(chuàng)立齒頂圓錐；創(chuàng)立第一個(gè)輪齒間空隙；圓形陣列輪齒空隙。前面的草繪及旋轉(zhuǎn)出齒頂圓錐步驟與上述建模方法一樣，這里就不做贅述，此外，這里要注意漸開線鏡像所需的鏡像平面的旋轉(zhuǎn)

54、方向要與上面螺旋錐齒輪的方向相反，這樣才能鏡像得到切除所需的截面輪廓，拉伸切除的草繪截面大致如以以下圖4.14所示。圖4.14 拉伸截面繪制該截面時(shí)也需根據(jù)實(shí)際尺寸大小進(jìn)展微調(diào)。拉伸切除時(shí)可以添加一定錐度以得到更好的視覺效果，然后拉伸出的實(shí)體以及之后進(jìn)展陣列得到最終實(shí)體圖如以以下圖4.15所示。圖4.15實(shí)體拉伸及陣列 由于該錐齒輪需連接半軸，其中間需打出一個(gè)花鍵孔以連接花鍵半軸，同時(shí)為了裝配時(shí)的方便與美觀，對(duì)其根部進(jìn)展了圓滑處理，處理后的效果大致如以以下圖4.16所示。圖4.16 創(chuàng)立花鍵孔行星錐齒輪的建模方法及步驟與上述半軸錐齒輪的創(chuàng)立幾乎一致，只要稍微修改相關(guān)參數(shù)即可。行星錐齒輪只需連接

55、普通行星軸，因此中間只需開個(gè)普通中心孔，不需要花鍵孔，背部也進(jìn)展了相應(yīng)的圓滑處理，最終效果如以以下圖4.17所示。另外，行星軸的實(shí)體建模、行星軸上圓柱銷的建模過(guò)程、軸承的建模及裝配等對(duì)比簡(jiǎn)單，這里就不做詳細(xì)介紹，最終的實(shí)體會(huì)在裝配圖上有所展示。圖4.17 行星齒輪4.2.2 差速器殼的主要建模過(guò)程差速器殼是裝配差速器及主減速器必不可少的部件，外接主減速器從動(dòng)錐齒輪，內(nèi)含半軸齒輪、行星齒輪等。當(dāng)然，其建模過(guò)程也對(duì)比簡(jiǎn)單，并不復(fù)雜，只需按照相關(guān)尺寸慢慢繪制即可，注意相關(guān)的孔要與相應(yīng)的軸等尺寸一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，以免最后沒方法成功裝配，同時(shí)也需考慮有些局部尺寸的承受強(qiáng)度及合理性。至于其詳細(xì)的建模等步驟也不

56、在此進(jìn)展贅述，最終創(chuàng)立完成的實(shí)體圖見以以下圖4.18。圖4.18 差速器殼實(shí)體4.3 汽車主減速器及差速器的裝配在主減速器及差速器的裝配前需先繪制出多個(gè)零部件，除了前面已經(jīng)介紹的主減速主動(dòng)、從動(dòng)錐齒輪、差速器殼、行星齒輪、半軸齒輪，還需建模出螺栓、墊片、軸承等標(biāo)準(zhǔn)件，因這些零部件的建模過(guò)程也相對(duì)簡(jiǎn)單，雖然多為標(biāo)準(zhǔn)件，只要根據(jù)相關(guān)手冊(cè)或文獻(xiàn)查閱相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)展創(chuàng)立即可，難度并不大，這里也不做一一介紹。至于裝配過(guò)程只需按步驟從里到外逐個(gè)裝配即可，注意各個(gè)部件間的聯(lián)系及約束，為了更直觀地看出各個(gè)零部件，可對(duì)不同部件著色以及透明化等，裝配及著色完成后實(shí)體圖見以以下圖4.19，同時(shí)對(duì)裝配圖進(jìn)展了拆解，以清晰

57、的看出各個(gè)零部件及其組成，這樣的分解圖在Creo里也叫爆炸圖，詳見圖4.20。圖4.19 裝配圖圖2.20 爆炸圖5 汽車主減速器及差速器主要部件的強(qiáng)度分析5.1 強(qiáng)度分析簡(jiǎn)介汽車直線運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，主減速器及差速器的一些零部件或多或少都會(huì)受到一定的應(yīng)力作用，主要包括差速器殼、各個(gè)齒輪、軸承、半軸等，而隨著當(dāng)代技術(shù)的開展，我們可以借助一些軟件對(duì)建模后的三維實(shí)體進(jìn)展簡(jiǎn)單的分析，在此選用操作方法較為簡(jiǎn)單的ANSYS軟件對(duì)其進(jìn)展有限元分析。ANSYS軟件是美國(guó)ANSYS公司研制的大型通用有限元分析軟件，該公司成立于1970年，目前世界上增長(zhǎng)最快的計(jì)算機(jī)輔助工程軟件就是ANSYS軟件，能與大多數(shù)三維

58、設(shè)計(jì)軟件相兼容，通過(guò)一定的轉(zhuǎn)換可以進(jìn)展接口連接，從而實(shí)現(xiàn)兩者間數(shù)據(jù)的共享與分析，如Creo, Pro/e, CATIA, AutoCAD等。軟件主要有前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊三個(gè)局部，該軟件功能獨(dú)特。ANSYS軟件能夠建設(shè)一定復(fù)雜度的模型及分析、簡(jiǎn)化各類較為復(fù)雜模型如流體動(dòng)力學(xué)工程問題、仿真各種類型的構(gòu)造材料、實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的互聯(lián)以及嵌入式軟件的開發(fā)與應(yīng)用。其分析類型也對(duì)比多，僅在機(jī)械領(lǐng)域，常用的是動(dòng)力學(xué)分析、構(gòu)造非線性分析、構(gòu)造靜力分析、構(gòu)造動(dòng)力學(xué)分析等。用ANSYS進(jìn)展分析的步驟一般是實(shí)體建模、網(wǎng)格劃分以及施加載荷，用其他輔助軟件建模好的可以直接導(dǎo)入進(jìn)展分析，省去在ANSYS中建

59、模，況且在ANSYS中建模一些稍微復(fù)雜的構(gòu)造難度對(duì)比大，這里我也是通過(guò)Creo建模好直接導(dǎo)入ANSYS進(jìn)展分析。5.2 差速器殼體的強(qiáng)度分析差速器殼體在汽車直線或者轉(zhuǎn)彎行駛過(guò)程中受力情況對(duì)比復(fù)雜微妙，其由兩端軸承固定且整個(gè)差速器殼隨主減速器從動(dòng)錐齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，具體的受力情況由于個(gè)人能力有限，不能分析透徹，只能進(jìn)展相應(yīng)的簡(jiǎn)化，三種情況約束方式一樣，都是左、右軸承軸頸外表施加Y、Z 兩方向約束，殼體半軸軸承安裝端面施加 X方向約束，行星齒輪軸孔處全部約束。然后施加載荷位置也一樣，都是對(duì)最大的圓盤施加載荷以及左、右半軸齒輪外端面對(duì)殼體施加載荷，且對(duì)圓盤施加載荷都為6.37MPa，不同之處在于每次

60、左、右半軸齒輪外端面對(duì)殼體施加載荷大小情況不一。加載情況大概分成三種：左、右半軸齒輪外端面對(duì)殼體施加一樣載荷5.57 MPa；左半軸齒輪外端面對(duì)殼體施加載荷4.68MPa，右半軸齒輪外端面對(duì)殼體施加載荷6.48 MPa；左半軸齒輪外端面對(duì)殼體施加載荷6.48 MPa，右半軸齒輪外端面對(duì)殼體施加載荷4.68 MPa。1左、右半軸齒輪外端面對(duì)殼體施加一樣載荷5.57 MPa由于是將在Creo建好的模型直接導(dǎo)入ANSYS軟件，那么需要先對(duì)Creo文件進(jìn)展一些處理，需將Creo中的文件另存為model格式，然后在ANSYS軟件中以file-import-catia的順序操作，找到相應(yīng)文件翻開即可，然而