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1、设计（论文） 题目 载重汽车驱动桥的轻量化设计 设计（论文） 类型（划“”） 工程设计应用研究开发研究基础研究其它 一、 本课题的研究目的和意义 随着时代的发展，汽车的作用日益明显，已成了我们生活比不缺少的工具。 汽车也发展程度也成为衡量一个国家工业发展程度的重要标志。汽车不仅作为一 种代步工具，同时它在运输业中也有着非常重要的地位，特别是在一些短途运输 中。因此载重汽车的发展也非常迅速，载重汽车总的分为重型和轻型两种。 汽车驱动桥在汽车的各种总成中是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最 多的总成。例如，驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和桥壳组成。 由此可见，汽车驱动桥设计涉及的机械
2、零部件及元件的品种极为广泛，对这些零 部件、元件及总成的制造也几乎要设计到所有的现代机械制造工艺。 并且随着近年来油价的上涨，汽车的运输成本也越来越高，因此在保证汽车 的动力性的前提下，提高其燃油经济性也变得非常重要。为了降低油耗，不仅要 在发动机的环节上节油，减少驱动桥质量也是必须执行的，而且也需要从传动系 中减少能量的损失。这就必须在发动机的动力输出之后，在从发动机传动轴 驱动桥这一动力输送环节中寻找减少能量在传递的过程中的损失。在这一环节中， 发动机是动力的输出者，也是整个机器的心脏，而驱动桥则是将动力转化为能量 的最终执行者。因此，在发动机相同的情况下，采用性能优良且与发动机匹配性 比
3、较高的驱动桥便成了有效节油的措施之一。 同时，人们对于汽车的行驶平顺性、操作稳定性和平均行驶速度有了更高的 要求，这都和汽车驱动桥的选择有着非常重要的关系。 综上所述，通过对汽车驱动桥的学习和设计实践，可以更好的学习并掌握现 代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。 二、 本课题的主要研究内容（提纲） 本课题是要设计一个在保证动力性好的前提下，提高燃油经济性、汽车平顺 性和汽车操纵稳定性的载货汽车。我负责的是汽车驱动桥的轻量化设计，其主要 的研究内容有： （1）研究国内外汽车驱动桥的技术现状、发展趋势以及目前主要存在问题等 基本情况，研究各种驱动桥的优缺点、使用情况、结构特点及其基本的原理等内
4、容； （2）驱动桥结构方案的分析、选择与匹配； （3）主减速器的设计，包括结构形式的替换，对比与选择、主要参数的选择； （4）差速器的设计，包括结构形式的对比与选择、主要参数的选择； （5）驱动桥桥壳以及强度的分析，驱动桥的整体质量； （6）驱动桥整桥、主减速器、差速器和桥壳的工程图的绘制。 三、 文献综述（国内外研究情况及其发展） 1、 驱动桥的作用和设计要求 车驱动桥位于传动系的末端，其基本功用首先是增扭、 降速，改变转矩的传 递方向，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，将并转矩合理的分配给左、 右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；其次，驱动桥还要承受作用 于路面和车架或车厢
5、之间的铅垂力、纵向力和横向力，以及制动力矩和反作用力 矩等 计驱动桥时应当满足如下基本要求： 1）选择适当的主减速比， 以保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性和燃 油经济性。 2）外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。 3）齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。 4）在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。 5）具有足够的强度和刚度， 以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种 力和力矩；在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减少不平路 面的冲击载荷，提高汽车的平顺性。 6）与悬架导向机构运动协调。 结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修，调整方便。 2、 驱动桥的基
6、本结构 驱动桥分为断开式和非断开时两种。驱动车轮采用独立悬架时，应采用断开 式驱动桥；驱动车轮采用非独立悬架时，则应用非断开式驱动桥。 普通非断开式驱动桥，由于结构简单、造价低廉、工作可靠，广泛用在各种 载货汽车、客车和公共汽车上， 在多数的越野汽车和部分轿车上也采用这种结构。 他们的具体结构、特别是桥壳结构虽然各不相同，但是有一个共同特点，即桥壳 是一根支承在左右驱动车轮上的刚性空心梁，齿轮及半轴等传动部件安装在其中。 这时整个驱动桥、驱动车轮及部分传动轴均属于簧下质量，汽车簧下质量较大， 这是它的一个缺点。 断开式驱动桥区别于非断开式驱动桥的明显特点在于前者没有一个连接左右 驱动车轮的刚性
7、整体外壳或梁。断开式驱动桥的桥壳是分段的，并且彼此之间可 以做相对运动，所以这种桥称为断开式的。另外，它又总是与独立悬挂相匹配， 故又称为独立悬挂驱动桥。这种桥的中段，主减速器及差速器等是悬置在车架横 粱或车厢底板上，或与脊梁式车架相联。主减速器、差速器与传动轴及一部分驱 动车轮传动装置的质量均为簧上质量。两侧的驱动车轮由于采用独立悬挂则可以 彼此致立地相对于车架或车厢作上下摆动，相应地就要求驱动车轮的传动装置及 其外壳或套管作相应摆动。 3、驱动桥的发展现状 目前我国正在大力发展汽车产业，采用后轮驱动桥的汽车平衡性和操作性都 将会有很大的提高。后轮驱动的汽车加速时，牵引力将不会由前轮发出，所
8、以在 加速转弯时，司机就会感到有更大的横向握持力，操作性能好。维修费用低也是 后轮驱动的一个优点，尽管由于构造和车型的不同，这种费用将会很大的差别。 如果变速器出了障碍，对于后轮驱动桥的汽车就不需要进行维修，但是对于前轮 驱动的汽车来说也许就有这个必要了，因为这两个部件是坐在一起的。所以后轮 驱动必然会使得乘车更加安舒适，从而带来可观的经济效益。 目前国产驱动桥在国内市场占据了绝大部分份额，但仍有一定数量的车桥依 赖进口，国产车桥与国际先进水平仍有一定差距。国内车桥长的差距主要体现在 设计和研发能力上，目前有研发能力的车桥厂家还不多，一些厂家仅仅停留在组 装阶段。实验设备也有差距，比如工程车和
9、牵引车在行驶过程中，齿轮啮合接触 区的形状是不同的，国外先进的实验设备能够模拟这种状态，而我国现在还在摸 索中。 在具体工艺细节方面，我国和世界水平的差距还比较大，归根结底后桥的功 用是承载和驱动。在这两方面，今年来出现了一些新的变化。另外，在结构方面， 单级驱动桥的使用比例越来越高；技术方面， 轻量化、舒适性的要求将逐步提高。 总体而言，现在汽车向节能、环保、舒适等方面发展的趋势，要求车桥向轻量化、 大扭矩、低噪声、宽速比、寿命长和低生产成本。 目前，国内生产驱动桥的厂家较多，品种和规格也较齐全，其性能和质量基 本上能够满足国产农业机械和工程机械的使用需求，呈现了明显的产业特点：由 进口国外
10、产品向国产化发展，由小作坊向正规化产业化发展，由低端产品向高端 产品发展，由引进国外技术向自主研发发展。在技术方面，通过不断提高自身铸 锻造技术及工艺水平来保证研发产品制造质量；通过利用先进科学的设计辅助手 段来达到设计优化的目的；通过不断学习吸收国外先进的技术逐步实现技术与国 际接轨的目标，从而提高产品的核心竞争力；通过运用先进的技术及方法来提高 产品的性能，满足市场需求，推进机电一体化进程。 目前国内驱动桥生产厂家分为四种类型。 一是与国际知名品牌厂家合作，利用国内本土资源优势及国外先进的技术支 持生产。如 1995 年柳工与德国采埃孚公司在柳州建立的合资公司，除生产采埃孚 高技术水平双变
11、外，还生产采埃孚高技术水平驱动桥，供中国高技术及出口装载 机、平地机等配套，为中国高技术水平驱动桥技术的发展起到了促进作用。成工 引进了卡特三节式湿式桥的样机，成功开发了成工的三节式系列湿式桥，已批量 推向了市场。 2005 年，东风车桥通过与美国德纳公司合资合作，双方斥巨资已经 建成国内规模最大、效益最佳、管理最好的商用车桥公司，逐步融入全球汽车零 部件大循环之中。徐州美驰车桥有限公司是由美国的阿文美驰公司和徐州工程机 械集团有限公司共同投资的合资公司，公司投资总额2408.7 万美元，注册资本 1680.3 万美元，其中美方股比为60% 、中方为 40% ，拥有员工 1000 多人，其中工
12、 程技术人员 100 多人，主要产品包括各种轮式车辆用刚性桥、从动桥、转向驱动 桥、转向贯通驱动桥、贯通桥。 二是通过引进国外先进的技术，依托本土的环境优势建立的民族企业，占据 着国内市场的大部份额。如引进意大利菲亚特技术、依托于中国一拖旗下的一拖 （洛阳）开创装备科技有限公司就是典型的代表。其农机驱动桥产品已从16马力 覆盖至 200马力，所生产的 80160马力驱动桥在市场上占据着主导地位，有“中 国第一桥”的美誉。此外，山东的前进桥厂、烟台捷林达桥厂以及新昌齿轮箱厂 也在不断借鉴国内外先进的技术，推动国产驱动桥的发展。 三是一些主机厂家根据自身需要，利用自身资源自产自用，也是国产驱动桥
13、的一种发展模式。比如常发集团生产的中小马力拖拉机上用的驱动桥就是典型的 生产自用型。 此外，龙工、徐工等工程机械厂家也生产自己整机上所用的驱动桥， 但这种模式仅为自给自足，很难满足外部市场需求 4、驱动桥的发展趋势 目前国内研究的重点在于：从桥壳的制造技术上寻求制造工艺先进、制造效 率高、成本低的方法；从齿轮减速形式上将传统的中央单级减速器发展到现在的 中央及轮边双极减速或双级减速器结构；从齿轮的加工形式上车桥内部的主从动 齿轮、行星齿轮及圆柱齿轮逐渐采用静默加工，以满足汽车高速行驶要求及法规 对于噪声的控制要求。 随着我国公路条件的改善和物流业对车辆性能要求的变化汽车驱动桥技术 已呈现出向单
14、级化发展的趋势。 单级桥有主减速器，一级减速。桥壳尺寸大，离地间隙小，相对双级桥而言， 其通过性较差，主要用于公路运输车辆。双级桥有主减速器减速、轮边减速器减 速，形成二级减速。由于是二级减速，主减速器减速速比小，主减速器总成相对 较小，桥壳尺寸相对减小，因此离地间隙加大，通过性好。该系列桥总成主要用 于公路运输，以及石油、工矿、林业、野外作业和部队等领域。 单级减速驱动桥产品的优势在于单级减速驱动桥是驱动桥中结构最简单的一 种制造工艺简单，成本较低，是驱动桥的基本类型，在重型汽车上占有重要地 位。 汽车发动机向低速大转矩发展的趋势，使得驱动桥的传动比同小速比发展。 随着公路状况的改善，特别是
15、高速公路的迅猛发展汽车使用条件对汽车通过性 的要求降低，因此，汽车不必像过去一样采用复杂的结构提高通过性。与带轮 边减速器的驱动桥相比， 由于产品结构简化， 单级减速驱动桥机械传动效率提高， 易损件减少， 可靠性提高。单级桥产品的优势为单级桥的发展拓展了广阔的前景。 从产品设计的角度看。重型车产品在主减速比小于6 的情况下，应尽量选用单级 减速驱动桥 四、 拟解决的关键问题 我负责的驱动桥设计，拟解决的关键问题是： （1） 驱动桥结构方案的选择与分析； （2） 主减速器结构参数的选取，结构的替换，参数的优化； （3） 差速器结构参数的选取； （4） 桥壳参数的选取与强度的分析。 五、 研究思路
16、和方法 为了使设计研究结果建立在科学、严谨的基础上，使设计更符合实际情况， 研究思路和方法的选择与运用至关重要。对驱动桥设计提出了以下研究思路和方 法： (1) 通过实习、 调查、上网以及文献检索等多种有效方法，系统收集驱动桥的 研究成果和相关信息； (2) 在对国内外驱动桥的技术现状、发展趋势、市场等情况进行系统分析研究 的基础上，确定设计策略，作为构思总体设计方案的指导思想； （3） 选型设计：根据汽车行驶的路况条件和设计参数要求进行驱动桥的选型； （4）参数化设计：根据整体设计要求，质量、轴荷、载员数、动力性、制动 性、平顺性要求，确定发动机动力参数，确定主减速器、差速器、车轮传动装置
17、和桥壳的件结构形式和基本参数； （5）计算机三维造型： 根据理论计算的主要参数， 对各零件和总成进行三维 造型和装配，要遵循三维造型的原则。 六、 本课题的进度安排 12 周毕业实习，查阅总结文献资料，搜集数据、图片、资料等，确定毕业 设计内容、 思路和初步技术方案。 学习熟悉软件应用、 复习专业知识！ 34 周完成开题报告，并开始翻译外文文献，论证技术方案，确定详细的设 计内容、完成任务、方法、技术路线。 5 周确定详细的技术方案，完成论文翻译。 68 周完成主减速器、差速器、桥壳、车轮传动装置等的设计计算、选型等 任务。 910 周完成计算机建模、仿真、分析等内容。 1113 周完成工程图
18、绘制。 1415 周完成论文撰写，检查打印图纸，准备PPT，准备答辩！ 16 周装订论文，填写学生设计手册，论文答辩！ 七、 参考文献 1 清华大学余志生主编汽车理论机械工业出版社 2 西北工业大学机械原理及机械零件教研室主编，濮良贵，纪名刚主编机械设 计 高等教育出版社 3 刘惟信主编汽车车桥设计清华大学出版社 4最新汽车设计使用手册黑龙江人民出版社 5 Vehicle axle loads identi?cation using ?nite element methodS.S. Lawa, , J.Q. Bu b, X.Q. Zhu a, S.L. Chan a Engineering Structures 26 (2004) 1143 1153 6 Drive axle housing failure analysis of a mining dump truck basedon the load spectrum Yimin Shao a,Engineering Failure Analysis 18 (2011) 1049 1057 , 7张宇波浅述车桥发展趋势及陕汽总厂现有结构与改进陕西汽车1988.3