畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）SANTANA轎車主減速器設(shè)計(jì)與分析

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1、上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SANTANA轎車主減速器設(shè)計(jì)與分析 各專業(yè)完整優(yōu)秀畢業(yè)論文設(shè)計(jì)圖紙 摘 要 主減速器是汽車傳動(dòng)系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車來(lái)說(shuō)，主減速器還利用錐齒輪傳動(dòng)以改變動(dòng)力方向。 本課題是以SANTANA轎車主減速器為例，SANTANA轎車采用的是單級(jí)主減速器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕和傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)深入研究其結(jié)構(gòu)和工作原理，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算，算出模數(shù)、分度圓直徑、螺旋角、齒高、重合度等齒輪的重要數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行齒面接觸強(qiáng)度校核及齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核，所有計(jì)算得到的數(shù)據(jù)說(shuō)明本次設(shè)計(jì)的主減速器主動(dòng)錐齒輪與從動(dòng)錐齒輪符合《

2、機(jī)械零件手冊(cè)》中所提到的要求。 通過(guò)計(jì)算機(jī)的UG軟件建立SANTANA轎車主減速器的三維實(shí)體模型，建模過(guò)程應(yīng)該注意前面計(jì)算出的尺寸大小，運(yùn)用陣列、引線掃掠、回轉(zhuǎn)、求和等技術(shù)，使建模更加精確和方便。 另一方面，通過(guò)錐齒輪的受力圖分析，算出中點(diǎn)處分度圓上的切向力以及齒寬中點(diǎn)處的軸向力的大小，運(yùn)用有限元分析法對(duì)主動(dòng)錐齒輪與從動(dòng)錐齒輪進(jìn)行強(qiáng)度分析，有限元分析法讓強(qiáng)度大小變得更為直觀，更容易理解齒輪的受力區(qū)域。最后闡述了主動(dòng)錐齒輪與從動(dòng)錐齒輪之間嚙合間隙的調(diào)整與檢測(cè)，這能更加深入地了解齒輪與齒輪之間的位置關(guān)系，能夠產(chǎn)生一種空間概念。 關(guān)鍵詞：主減速器，理論計(jì)算，強(qiáng)度校核，嚙合間隙 Des

3、ign and Analysis of SANTANA’s final drive ABSTRACT The final drive is the main components for reduce speed and increase torque in vehicle transmission systems. For the vehicle of longitudinal engine, the final drive also uses bevel gear drive to change the direction of force. The issue is

4、the final drive of SANTANA as an example. SANTANA use the single-stage final drive which has the advantage of simple structure, small size, light weight and high efficiency drive. Through in-depth study of its structure and working principle and according to theoretical calculations, we can calculat

5、e many important gear data which are the modulus, reference diameter, helix angle, tooth depth, contact ratio and overlap ratio, etc. Then we check the strength of tooth flank and tooth rook. ALL of the data on the current design of the final drive of driving bevel gear and follower bevel gear meet

6、the request which are motioned in "mechanical parts Handbook". Then we can use the software of UG establish the final drive’s 3D solid model of SANTANA. Modeling process should pay attention to ahead of the size and use the technology of array, swept along guide, revolve body, summation, etc. This

7、 will enable modeling more accurate and convenient. On the other hand, through the analysis of stress of picture, we can calculate the size about the tangential force of standard pitch circle in midpoint and the axial force of face width in midpoint. And, we can use FEA to analyze the strength bet

8、ween driving bevel gear and follower bevel gear. FEA will help you know the size of strength more intuitive and more easily understood the regional force of gear. Finally, we describe the adjustment and detection the meshing gap between driving bevel gear and follower bevel gear. This will help you

9、to understand more deeply between gear and gear and produce a concept of space. Key words: final drive, theoretical calculation, strength check, meshing gap SANTANA轎車主減速器設(shè)計(jì)與分析 周晟昊 061103250 0 引言 0.1 汽車工業(yè)背景 汽車工業(yè)代表著一個(gè)國(guó)家制造業(yè)的發(fā)展水平，世界經(jīng)濟(jì)大國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展無(wú)一不與汽車工業(yè)有著極為密切的關(guān)系，在很多工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)

10、家，汽車工業(yè)都是支柱產(chǎn)業(yè)之一。我國(guó)的汽車行業(yè)經(jīng)過(guò)50年特別是近20年的快速發(fā)展，中國(guó)汽車工業(yè)發(fā)生了質(zhì)的變化。2003年，汽車制造業(yè)已經(jīng)成為中國(guó)工業(yè)第五大支柱行業(yè)。 汽車工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了相關(guān)行業(yè)的進(jìn)步，促進(jìn)了國(guó)家工業(yè)水平的提高。因而發(fā)展汽車工業(yè)是增強(qiáng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)力的一種有效手段。但是目前我國(guó)的汽車行業(yè)面臨自主品牌缺失的現(xiàn)狀，一汽集團(tuán)現(xiàn)任總經(jīng)理一聲“斷喝”:“如果失去了技術(shù)上的獨(dú)立自主，沒(méi)有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，中國(guó)汽車工業(yè)永遠(yuǎn)是跨國(guó)公司設(shè)在中國(guó)的加工廠”，無(wú)疑給中國(guó)汽車制造業(yè)敲響了警鐘一要振興汽車行業(yè)還要靠自己。根據(jù)我國(guó)《汽車工業(yè)振興規(guī)劃綱要》，今后汽車工業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)是獨(dú)立自主地開(kāi)發(fā)汽車及零部件。

11、0.2 汽車主減速器的概述 0.2.1 主減速器的功用及工作原理 主減速器的功用是將輸入的轉(zhuǎn)矩增大并相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，以及當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)還具有改變轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)方向的作用。 汽車在正常行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通常在2000至3000r/min左右，如果將這么高的轉(zhuǎn)速只靠變速箱降低下來(lái)，那么變速箱內(nèi)齒輪副的傳動(dòng)比則需很大，而齒輪副的傳動(dòng)比越大，兩齒輪的半徑比也越大，換句話說(shuō)，也就是變速箱的尺寸會(huì)越大。另外，轉(zhuǎn)速下降，而扭矩必然增加，也就加大了變速箱與變速箱后一級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)負(fù)荷。所以，在動(dòng)力向左右驅(qū)動(dòng)輪分流的差速器之前必須設(shè)置一個(gè)主減速器?？墒怪鳒p速器前面的傳動(dòng)部件，如變速器、分動(dòng)器、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置等所

12、傳遞的轉(zhuǎn)矩減小，也可使變速箱的尺寸質(zhì)量減小，操縱省力。 主減速器工作原理：主減速器是在傳動(dòng)系中起降低轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩作用的主要部件，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)還具有改變轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)方向的作用。它是依靠齒數(shù)少的齒輪帶齒數(shù)多的齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)減速的，采用圓錐齒輪傳動(dòng)則可以改變轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)方向。將主減速器布置在動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪分流之前的位置，有利于減小其前面的傳動(dòng)部件（如離合器、變速器、傳動(dòng)軸等）所傳遞的轉(zhuǎn)矩，從而減小這些部件的尺寸和質(zhì)量。 0.2.2 主減速器的分類 1．按參加減速傳動(dòng)的齒輪副數(shù)目分，有單級(jí)式主減速器和雙級(jí)式主減速器。 除了一些要求大傳動(dòng)比的中、重型車采用雙級(jí)式主減速器外，轎車和一般輕、中型火車基本采用單

13、級(jí)式主減速器。單級(jí)式主減速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，重量輕和傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)。在雙級(jí)式主減速器中，若第二級(jí)減速在車輪附近進(jìn)行，實(shí)際上構(gòu)成兩個(gè)車輪處的獨(dú)立部件，則稱為輪邊減速器。這樣布置的好處是可以減小半軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩，有利于減小半軸的尺寸和質(zhì)量。輪邊減速器可以是行星齒輪式的，也可以由一隊(duì)圓柱齒輪副構(gòu)成。當(dāng)采用圓柱齒輪副進(jìn)行輪邊減速時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)兩齒輪的相互位置，改變車輪軸線與半軸之間的上下位置關(guān)系。 2．按主減速器傳動(dòng)比擋數(shù)分，有單速式和雙速式。 目前，國(guó)產(chǎn)汽車大都采用傳動(dòng)比固定的單速式主減速器。在雙速式主減速器上，設(shè)有供選擇的兩個(gè)傳動(dòng)比，這種主減速器實(shí)際上又其了變速的作用。 3． 按齒

14、輪副結(jié)構(gòu)形式分，有圓柱齒輪式，圓錐齒輪式和準(zhǔn)雙曲面齒輪式。 在發(fā)動(dòng)機(jī)橫向布置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用簡(jiǎn)單的斜齒圓柱齒輪；在發(fā)動(dòng)機(jī)縱向布置的汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器往往采用圓錐齒輪式或準(zhǔn)雙曲面齒輪式。與圓錐齒輪相比，準(zhǔn)雙曲面齒輪不僅工作平穩(wěn)性更好，彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度更高，同時(shí)還可使主動(dòng)齒輪的軸線相對(duì)于從動(dòng)齒輪軸線偏移。當(dāng)主動(dòng)準(zhǔn)雙曲面齒輪軸線向下偏移時(shí)，可降低傳動(dòng)軸的位置，從而有利于降低車身及整車重心高度，提高汽車行駛的穩(wěn)定性。 0.2.3 主減速器的結(jié)構(gòu) 目前，轎車和一般輕，中型貨車采用單級(jí)主減速器，即可滿足汽車動(dòng)力性要求。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕和傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)。 在桑塔

15、納、奧迪100、切諾基等發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車上，都是單級(jí)主減速器結(jié)構(gòu)，采用一對(duì)準(zhǔn)雙曲面錐齒輪傳動(dòng)。主動(dòng)錐齒輪與輸入軸制成一體，用圓錐滾子軸承和支承。這兩個(gè)軸承安裝在主減速器殼的軸承孔內(nèi)，并被臺(tái)階軸向定位，用來(lái)承受在主減速器工作時(shí)，對(duì)主動(dòng)錐齒輪產(chǎn)生的軸向和徑向力。因?yàn)橹鲃?dòng)錐齒輪處于圓錐滾子軸承和支承點(diǎn)的外面，所以讓兩軸承的小端相對(duì)，這能夠增大有效支承點(diǎn)的距離，并使軸承有效支承點(diǎn)距錐齒輪更近，有利于增加主動(dòng)錐齒輪的支承剛度。輸入軸前端的固定螺母把墊圈、叉形凸緣、軸承內(nèi)圈、預(yù)緊調(diào)整墊片、隔離套管、軸承內(nèi)圈和齒輪前后位置調(diào)整墊片等固定在齒輪的前端面上。 雙曲面齒輪傳動(dòng)的主、從動(dòng)齒輪的軸線相互垂直而不相交

16、，主動(dòng)齒輪軸線相對(duì)從動(dòng)齒輪軸線在空間偏移一距離E，此距離稱為偏移距。由于偏移距正的存在，使主動(dòng)齒輪螺旋角大于從動(dòng)齒輪螺旋角 。根據(jù)嚙合面上法向力相等，可求出主、從動(dòng)齒輪圓周力之比 式中，、分別為主、從動(dòng)齒輪的圓周力；、分別為主、從動(dòng)齒輪的螺旋角。 螺旋角是指在錐齒輪節(jié)錐表面展開(kāi)圖上的齒線任意一點(diǎn)的切線與該點(diǎn)和節(jié)錐頂點(diǎn)連線之間的夾角。在齒面寬中點(diǎn)處的螺旋角稱為中點(diǎn)螺旋角。通常不特殊說(shuō)明，則螺旋角系指中點(diǎn)螺旋角。雙曲面齒輪傳動(dòng)比為 式中，為雙曲面齒輪傳動(dòng)比；、分別為主、從動(dòng)齒輪平均分度圓半徑。 螺旋錐齒輪傳動(dòng)比為 令，則。由于，所以系數(shù)，一般為1．25～1．50。這說(shuō)明：

17、 1)當(dāng)雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪傳動(dòng)有更大的傳動(dòng)比。 2)當(dāng)傳動(dòng)比一定，從動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面主動(dòng)齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪有較大的直徑，較高的輪齒強(qiáng)度以及較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度。 3)當(dāng)傳動(dòng)比一定，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面從動(dòng)齒輪直徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪為小，因而有較大的離地間隙。 此外，雙曲面齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)： 1)在工作過(guò)程中，雙曲面齒輪副不僅存在沿齒高方向的側(cè)向滑動(dòng)，而且還有沿齒長(zhǎng)方向的縱向滑動(dòng)。縱向滑動(dòng)可改善齒輪的磨合過(guò)程，使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。 2)由于存在偏移距，雙曲面齒輪副使其主動(dòng)齒輪的大于從動(dòng)齒輪的，這樣同時(shí)嚙合的齒數(shù)較多

18、，重合度較大，不僅提高了傳動(dòng)平穩(wěn)性，而且使齒輪的彎曲強(qiáng)度提高約30％。 3)雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合輪齒的當(dāng)量曲率半徑較大，其結(jié)果使齒面的接觸強(qiáng)度提高。 4)雙曲綿主動(dòng)齒輪的變大，則不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)可減少，故可選用較少的齒數(shù)，有利于增加傳動(dòng)比。 5)雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪較大，加工時(shí)所需刀盤(pán)刀頂距較大，因而切削刃壽命較長(zhǎng)。 6)雙曲面主動(dòng)齒輪軸布置在從動(dòng)齒輪中心上方，便于實(shí)現(xiàn)多軸驅(qū)動(dòng)橋的貫通，增大傳動(dòng)軸的離地高度。布置在從動(dòng)齒輪中心下方可降低萬(wàn)向傳動(dòng)軸的高度，有利于降低轎車車身高度，并可減小車身地板中部凸起通道的高度。 但是

19、，雙曲面齒輪傳動(dòng)也存在如下缺點(diǎn)： 1)沿齒長(zhǎng)的縱向滑動(dòng)會(huì)使摩擦損失增加，降低傳動(dòng)效率。雙曲面齒輪副傳動(dòng)效率約為96％。 2)齒面間大的壓力和摩擦功，可能導(dǎo)致油膜破壞和齒面燒結(jié)咬死，即抗膠合能力較低。 3)雙曲面主動(dòng)齒輪具有較大的軸向力，使其軸承負(fù)荷增大。 4)雙曲面齒輪傳動(dòng)必須采用可改善油膜強(qiáng)度和防刮傷添加劑的特種潤(rùn)滑油。 0.2.4 主減速器的常見(jiàn)故障 1．油封漏油 其原因是：油封失效，或是拆裝油封方法不對(duì)，導(dǎo)致油封損壞而漏油。 2．主減速器齒輪過(guò)早磨損 造成齒輪過(guò)早損壞的原因有：（1）所用潤(rùn)滑油規(guī)格不對(duì)或因其它原因造成的潤(rùn)滑油不良。主減速器齒

20、輪在工作時(shí)，由于其傳動(dòng)特點(diǎn)所致，齒間不僅有滾動(dòng)，而且還有縱向滑移，使齒面間壓力加大，不易形成良好的潤(rùn)滑油膜，如果不按規(guī)定加注油膜強(qiáng)度高的雙曲線齒輪油，就不能保證齒輪的正常潤(rùn)滑，致使齒輪使用壽命減短。（2）差速器殼與主減速器從動(dòng)齒輪的連接螺栓松動(dòng)。后橋差速器殼與主減速器從動(dòng)齒輪之間是用螺栓連接的，當(dāng)車輛前進(jìn)時(shí)，從動(dòng)齒輪受到的力作用在齒輪靠近受力點(diǎn)的螺栓處，因此使齒輪受力點(diǎn)對(duì)稱處的螺栓松動(dòng)。當(dāng)螺栓預(yù)緊力不足時(shí)，從動(dòng)齒輪的圓周上多數(shù)螺栓逐漸松動(dòng)，齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生搖擺和沖擊，從而嚴(yán)重地破壞了主減速器主、從動(dòng)齒輪的嚙合面與嚙合間隙，使主減速器齒輪早期損壞。（3）齒輪嚙合面不正確及齒側(cè)間隙過(guò)小。主減速器主

21、、從動(dòng)齒輪嚙合印跡不正確，行車時(shí)，其動(dòng)力傳動(dòng)由齒輪小端逐漸移向大端，齒的其余部分不承受符合，應(yīng)力集中在齒的大端，這樣就加劇了齒輪的磨損，甚至折斷齒輪。 3．主動(dòng)齒輪的后軸承過(guò)早磨損 產(chǎn)生的原因是：軸承的預(yù)緊力不夠、主動(dòng)齒輪的軸向間隙過(guò)大，或軸承孔變形等。 0.2.5 主減速器目前的現(xiàn)狀 現(xiàn)代汽車的主減速器，廣泛采用螺旋錐齒輪和雙曲面齒輪。雙曲面齒輪工作時(shí)，齒面間的壓力和滑動(dòng)較大，齒面油膜易被破壞，必須采用雙曲面齒輪油潤(rùn)滑，絕不允許用普通齒輪油代替，否則將使齒面迅速擦傷和磨損，大大降低使用壽命。 轎車上的主減速器一般采用雙曲線齒輪。這是因?yàn)殡p曲線齒輪與螺旋錐齒輪比較，前者運(yùn)轉(zhuǎn)噪

22、音少，工作更平穩(wěn)，輪齒強(qiáng)度較高，而且還具有主動(dòng)齒輪軸線可以相對(duì)從動(dòng)齒輪軸線偏移的特點(diǎn)，這一點(diǎn)對(duì)于汽車的技術(shù)性能非常重要，工程師可以在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)的位置尺寸就可以直接改變驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙，也就是改變整部車的離地間隙。 例如有些汽車主減速器的雙曲線齒輪的偏移距達(dá)30多毫米，在保持一定的離地間隙情況下，可降低主動(dòng)齒輪和傳動(dòng)軸的位置，使車身重心降低，有利于提高汽車高速行駛的平穩(wěn)性。 有些在同一車架上生產(chǎn)轎車和運(yùn)動(dòng)休閑車，其底盤(pán)的參數(shù)變換也是利用了雙曲線齒輪這一特性。由于有這些優(yōu)點(diǎn)，目前汽車的驅(qū)動(dòng)橋已經(jīng)趨向于用雙曲線齒輪，實(shí)際上近年進(jìn)口汽車基本上是采用雙曲線齒輪，國(guó)產(chǎn)汽車也有許多車型采用雙曲線齒輪，

23、并已經(jīng)越來(lái)越多地在中、重型貨車上得到采用。 0.3 Unigraphics系統(tǒng)簡(jiǎn)介 Unigraphics（簡(jiǎn)稱UG）是美國(guó)EDS公司推出的一套集CAD/CAM/CAE于一體的軟件系統(tǒng)。它的功能覆蓋了從概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程，并且廣泛地運(yùn)用在汽車、航天、模具加工及設(shè)計(jì)和醫(yī)療器械行業(yè)等方面。它提供了強(qiáng)大的實(shí)體建模技術(shù)，提供了高效能的曲面建構(gòu)能力，能夠完成最復(fù)雜的造型設(shè)計(jì)。除此之外，裝配功能、2D出圖功能、模具加工功能與PDM之間的緊密結(jié)合，使得UG在工業(yè)界成為一套無(wú)可匹敵的高級(jí)CAD/CAM系統(tǒng)。 UG公司的產(chǎn)品主要有為機(jī)械制造企業(yè)提供包括從設(shè)計(jì)、分析到制造應(yīng)用的Un

24、igraphics軟件、基于Windows的設(shè)計(jì)與制圖產(chǎn)品Solid Edge、集團(tuán)級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)iMAN、產(chǎn)品可視化技術(shù)ProductVision以及被業(yè)界廣泛使用的高精度邊界表示的實(shí)體建模核心Parasolid在內(nèi)的全線產(chǎn)品。 UG自從1990年進(jìn)入我國(guó)以來(lái)，以其強(qiáng)大的功能和工程背景，已經(jīng)在我國(guó)航空、航天、汽車、模具和家電等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。尤其UG軟件PC版本的推出，為UG在我國(guó)的普及起到了良好的推動(dòng)作用。 UG軟件不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設(shè)計(jì)功能；而且，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬，提高設(shè)計(jì)的可靠性；同時(shí)，可用

25、建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼，用于產(chǎn)品的加工，其后處理程序支持多種類型數(shù)控機(jī)床。另外它所提供的二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言UG/Open GRIP，UG/Open API簡(jiǎn)單易學(xué)，實(shí)現(xiàn)功能多，便于用戶開(kāi)發(fā)專用CAD系統(tǒng)。 具體來(lái)說(shuō)，UG軟件的特點(diǎn)如下： 1．建模的靈活性 復(fù)合建模：無(wú)需草圖，需要時(shí)可進(jìn)行全參數(shù)設(shè)計(jì)，無(wú)需定義和參數(shù)化新曲線——可直接利用實(shí)體邊緣。 幾何特征：具有凸墊、鍵槽、凸臺(tái)、斜角、挖殼等特征、用戶自定義特征、引用模式。 光順倒圓: 業(yè)界最好的倒圓技術(shù)，可自適應(yīng)于切口、陡峭邊緣及兩非鄰接面等幾何構(gòu)形，變半徑倒圓的最小半徑值可退化至極限零。 2．協(xié)同化裝配建模 可提供

26、自頂向下、自底向上兩種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義方式并可在上下文中設(shè)計(jì)/編輯，高級(jí)的裝配導(dǎo)航工具，可圖示裝配樹(shù)結(jié)構(gòu)，可方便快速的確定部件位置，對(duì)裝配件的簡(jiǎn)化表達(dá)，隱藏或關(guān)掉特定組件。局部著色，強(qiáng)大的零件間的相關(guān)性，配對(duì)條件，零件間的表達(dá)式（關(guān)系），協(xié)同化團(tuán)隊(duì)工作，可方便的替換產(chǎn)品中任一零部件，刷新部件以取得最新的工作版本，團(tuán)隊(duì)成員可并行設(shè)計(jì)產(chǎn)品中各子裝配或零件?！? 3．直觀的二維繪圖 對(duì)制圖員來(lái)講，簡(jiǎn)單并富于邏輯性，剖視圖自動(dòng)相關(guān)于模型和剖切線位置，正交視圖的計(jì)算和定位可簡(jiǎn)便的由一次鼠標(biāo)操作完成，自動(dòng)隱藏線消除，自動(dòng)尺寸排列——不需要了解設(shè)計(jì)意圖 ，自動(dòng)工程圖草圖尺寸標(biāo)注。 4．被業(yè)界證實(shí)的數(shù)控加

27、工 2—5軸銑，車加工，線切割，鈑金件制造，刀軌仿真和驗(yàn)證，刀具庫(kù)／標(biāo)準(zhǔn)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)功能。 5．領(lǐng)先的鈑金件制造 可在成型或展開(kāi)的情況下設(shè)計(jì)或修改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，折彎工序可仿真工藝成型過(guò)程，鈑料展開(kāi)幾何自動(dòng)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)，可在一幅工程圖中直接展示產(chǎn)品設(shè)計(jì)和鈑料展開(kāi)幾何。 6．集成的數(shù)字分析 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，硬干涉檢查和軟干涉檢查，運(yùn)動(dòng)仿真和分析，動(dòng)畫(huà)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)干涉檢查。 　 7．廣泛的用戶開(kāi)發(fā)工具 用戶命令宏，高級(jí)編程語(yǔ)言，可自定義裁剪的用戶界面。 8．內(nèi)嵌的工程電子表格 可與其他表格軟件交換數(shù)據(jù)，可簡(jiǎn)便定義零件系列，可方便修改表達(dá)式，可生成扇形圖、直方圖和曲

28、線圖等。 9．照片真實(shí)效果渲染 利用基于數(shù)字的設(shè)計(jì)審視，加快產(chǎn)品上市時(shí)間，快速成型。 10．可分階段實(shí)施的數(shù)據(jù)管理 業(yè)界最緊密的CAD/CAM/CAE與PDM集成，可管理CAD數(shù)據(jù)以及整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期中所有相關(guān)數(shù)據(jù)。 UG的目標(biāo)是用最新的數(shù)學(xué)技術(shù)，即自適應(yīng)局部網(wǎng)格加密、多重網(wǎng)格和并行計(jì)算，為復(fù)雜應(yīng)用問(wèn)題的求解提供一個(gè)靈活的可再使用的軟件基礎(chǔ)。 0.4 研究的意義 本課題是以SANTANA轎車主減速器為例，將汽車專業(yè)知識(shí)與先進(jìn)的CAD、CAE知識(shí)相結(jié)合具有一定意義，要求深入研究其結(jié)構(gòu)和工作原理，完成主減速器各部件的技術(shù)參數(shù)計(jì)算和運(yùn)動(dòng)分析。同時(shí)在進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析的過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算

29、機(jī)的CAD軟件建立SANTANA轎車主減速器的三維實(shí)體模型。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要通過(guò)不斷地查找資料，獨(dú)立分析，來(lái)解決各種問(wèn)題，使自我能力得到很大提高。 以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用是當(dāng)代新技術(shù)革命中最偉大的成就。CAD的普遍運(yùn)用使制造業(yè)的設(shè)計(jì)、備料、加工、裝配、運(yùn)輸、銷售實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，使科技人員甩掉了畫(huà)圖板和計(jì)算尺以及翻閱工具書(shū)的繁瑣勞動(dòng)，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。 本課題利用UG中的參數(shù)化實(shí)體造型方法建立汽車主減速器的實(shí)體模型，對(duì)主、從動(dòng)錐齒輪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，為進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)汽車底盤(pán)和參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究打下基礎(chǔ)，因此具有一定的理論和實(shí)際意義。 1

30、主減速器零部件的尺寸計(jì)算及強(qiáng)度分析 1.1 初步設(shè)計(jì) 已知主動(dòng)錐齒輪齒數(shù)，從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)，SANTANA轎車的主傳動(dòng)比，發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩（轉(zhuǎn)速）：（3500轉(zhuǎn)/分），中點(diǎn)螺旋角。大小齒輪選用材料，，希望齒輪能夠長(zhǎng)期工作。 l 設(shè)計(jì)公式 ； l 載荷系數(shù) ； l 估算時(shí)的齒輪許用接觸應(yīng)力 式中，試驗(yàn)齒輪的接觸強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度極限 估算時(shí)的安全系數(shù)； l 計(jì)算結(jié)果 ,??； 1.2 幾何計(jì)算 l 大端模數(shù) (GB12368-90取標(biāo)準(zhǔn)值6)； l 大端分度圓直徑 ； l 齒頂高系數(shù) ，頂隙系數(shù)； 壓力角 （GB12369-90）； l 徑向變位系數(shù)　，； l 切

31、向變位系數(shù)　，； l 分錐角 ,； l 外錐矩 ； l 齒寬系數(shù) ??； l 齒寬 ； l 中點(diǎn)模數(shù) ； l 中點(diǎn)法向模數(shù) ； l 中點(diǎn)分度圓直徑 ； l 齒寬中點(diǎn)錐矩 ； l 頂隙 ； l 大端齒頂高 ； l 大端齒根高 ； l 工作齒高 ； l 全齒高 ； l 齒頂圓直徑 ； l 齒根圓直徑 ； l 大端螺旋角 取； l 冠頂距 ； l 齒根角 ，； l 齒頂角 ，； l 頂錐角 ，； l 根錐角 ，； l 導(dǎo)圓半徑 ； l 分度圓齒厚 ； l 中點(diǎn)法向弦齒厚 式中 ，； l 法向弦齒高

32、 ； l 當(dāng)量齒數(shù) ，； l 端面重合度 ； l 縱面重合度 ； l 總重合度 ； 表1.1 主、從動(dòng)錐齒輪尺寸 項(xiàng)目 符號(hào) 小齒輪 大齒輪 齒頂圓直徑 68 223 齒根圓直徑 46 208 大端螺旋角 33 333 齒根角 2 4 齒頂角 4 2 頂錐角 18 78 根錐角 12 72 導(dǎo)圓半徑 69 69 分度圓齒厚 8.7 4.4 法向弦齒厚 8.68 4.4 法向弦齒高 7.66 2.88 當(dāng)量齒數(shù) 16.875 278

33、.25 端面重合度 1.15 1.15 縱面重合度 1.5 1.5 總重合度 1.89 1.89 1.3 齒面接觸強(qiáng)度校核 l 計(jì)算公式 ； l 切向力 ； l 使用系數(shù) ； l 動(dòng)載荷系數(shù) ； 式中，系數(shù)， ； l 載荷分布系數(shù) 式中支承情況系數(shù) ； l 載荷分配系數(shù) ； l 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 式中，當(dāng)量齒輪基圓螺旋角 當(dāng)量齒輪端面壓力角 ； l 彈性系數(shù) ； l 重合度和螺旋角系數(shù) 式中，重合度系數(shù) 螺旋角系數(shù) ； l 錐齒輪系數(shù) ； l 接觸應(yīng)力； l 許用接觸應(yīng)力

34、 ； l 試驗(yàn)齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 ； l 最小安全系數(shù) ； l 壽命系數(shù) （長(zhǎng)期工作，取為無(wú)限壽命設(shè)計(jì)）； l 潤(rùn)滑油膜影響系數(shù) ； l 尺寸系數(shù) ； l 工作硬化系數(shù) ； l 許用接觸應(yīng)力值 ； 綜上所述，，符合條件， 1.4 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 l 計(jì)算公式 ； l 復(fù)合齒形系數(shù) ； l 重合度和螺旋角系數(shù) ； l ，； l 計(jì)算齒根應(yīng)力 ； l 許用彎曲應(yīng)力 ； l 齒根應(yīng)力基本值 ； l 最小安全系數(shù) ； l 壽命系數(shù) （長(zhǎng)期工作，取為無(wú)限壽命設(shè)計(jì)）； l 相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù) ； l 相對(duì)齒根表面狀況系數(shù) ； l 尺寸系數(shù) ； l 許用

35、齒根應(yīng)力值 ； 綜上所述，，符合條件。 2 主減速器零件的模型建立 2.1從動(dòng)齒輪的模型建立 第一步：創(chuàng)建新零件文件 新建文件Crown gear：文件→新建或　，文件名（N）→Crown gear；單位→毫米 第二步：打開(kāi)應(yīng)用模塊的實(shí)體模型 進(jìn)入建模應(yīng)用模塊：→ 第三步：建立草圖sketch_000，并生成實(shí)體外型輪廓 l 建立需要用的基準(zhǔn)平面： 選擇基準(zhǔn)面圖標(biāo)，彈出基準(zhǔn)面對(duì)話框，并在Z、Y平面上建立基準(zhǔn)面。 圖2.1 基準(zhǔn)面的建立 l 建立需要用的基準(zhǔn)軸： 選擇基準(zhǔn)軸圖標(biāo)，彈出基準(zhǔn)軸對(duì)話框，并在Z、Y平面上建立基準(zhǔn)軸。 圖

36、2.2 基準(zhǔn)軸的建立 圖2.3 基準(zhǔn)軸和基準(zhǔn)面的建立 l 選擇草圖平面： 進(jìn)入草圖繪制菜單：選擇草圖圖標(biāo)，彈出生成草圖平面對(duì)話框，sketch name→sketch_000。 l 建立草圖： 在所選擇的草圖平面上，繪制出從動(dòng)齒輪的橫截面大致輪廓； 按圖標(biāo)對(duì)草圖分別進(jìn)行形狀約束和尺寸約束，得到從動(dòng)齒輪的橫截面圖，如圖2.4所示。 圖2.4 從動(dòng)齒輪橫截面草圖 l 生成實(shí)體外型： 利用掃描特征生成實(shí)體外型：選擇回轉(zhuǎn)圖標(biāo)→選中所需曲線→選中旋轉(zhuǎn)軸→確定。如圖2.5 圖2.5 實(shí)體生成 第四步：成型特征及其他特征建立 l 倒角： 進(jìn)入構(gòu)建倒角

37、菜單：選擇倒角圖標(biāo)→選中所要倒角的邊或孔→偏置：輸入具體的值。如圖2.6黑色部分 圖2.6 倒角生成 l 簡(jiǎn)單孔： 進(jìn)入構(gòu)建孔特征菜單：選擇打孔圖標(biāo)→選擇簡(jiǎn)單孔→選中所得實(shí)體的底面→參數(shù)：直徑8MM，深度10MM，頂錐角0 定位:（點(diǎn)到面距離）→選擇圓心在基準(zhǔn)面上→距離為0。 （點(diǎn)到點(diǎn)距離）→選擇圓心到底面大圓圓心→距離61 鏡像復(fù)制： 進(jìn)入鏡像復(fù)制菜單：選擇鏡像復(fù)制圖標(biāo)→選擇剛建立的底面小孔 →確定→在數(shù)字中輸入8，角度中輸入45，單擊確定。如圖2.7所示 圖2.7 鏡像復(fù)制的建立 l 對(duì)小孔倒角： 進(jìn)入構(gòu)建倒角菜單：選擇倒角圖標(biāo)→選中所

38、要倒角的邊或孔→偏置：輸入具體的值。如圖2.8黑色部分， 8個(gè)孔相同。 圖2.8 小孔倒角 倒螺紋： 進(jìn)入構(gòu)建倒螺紋菜單：選擇倒螺紋圖標(biāo)→選擇所要倒螺紋的孔：主直徑10MM,長(zhǎng)度10MM,螺距1.5MM,角度60deg,右手,最后單擊確認(rèn)。如圖2.9所示。 圖2.9 螺紋建立 l 對(duì)螺紋鏡像復(fù)制： 步驟同上面鏡像過(guò)程。 l 建立草圖： 在所選擇的草圖平面上，按圖標(biāo)對(duì)草圖分別進(jìn)行形狀約束和尺寸約束，繪制出如圖2.10所示的輪廓。 圖2.10 草圖建立 l 生成實(shí)體： 生成所畫(huà)輪廓的實(shí)體，步驟同前。如圖2.11黑色部分。 圖2.11 實(shí)體生成

39、l 曲面上做曲線： 選擇在曲面上做曲線圖標(biāo)→繪出如圖2.12的四條曲線 圖2.12 曲線生成 l 建立基準(zhǔn)面并在所建立基準(zhǔn)面上繪制草圖： 操作過(guò)程同前，基準(zhǔn)面的偏置距離為52.35MM，在偏置的基準(zhǔn)面上繪制草圖。 圖2.13 草圖建立 圖2.14 基準(zhǔn)面上的草圖 l 引線掃掠： 選擇引線掃掠圖標(biāo)→選中之前曲面上做的曲線以及上步草圖上所畫(huà)曲線→確定。出現(xiàn)如圖2.15實(shí)體。 圖2.15 實(shí)體生成 l 變換命令做繞點(diǎn)旋轉(zhuǎn)： 進(jìn)入變換命令菜單：編輯→變換→選中上步所做實(shí)體→繞點(diǎn)旋轉(zhuǎn)→選中圓心→確認(rèn)→角度12→確認(rèn)→選擇復(fù)制→直到出現(xiàn)一周實(shí)體，如圖2

40、.16所示。 圖2.16 繞點(diǎn)旋轉(zhuǎn)后的實(shí)體 l 求和： 進(jìn)入求和菜單：選擇求和圖標(biāo)→選擇小的實(shí)體以及大的實(shí)體→保留目標(biāo)體→確認(rèn)。 l 完成從動(dòng)齒輪建模 2.2 從動(dòng)軸的模型建立 第一步：創(chuàng)建新零件文件 新建文件output shaft：文件→新建或　，文件名（N）→output shaft；單位→毫米 第二步：打開(kāi)應(yīng)用模塊的實(shí)體模型 進(jìn)入建模應(yīng)用模塊：→ 第三步：建立草圖sketch_000，并生成實(shí)體外型輪廓 l 建立需要用的基準(zhǔn)平面： 選擇基準(zhǔn)面圖標(biāo)，彈出基準(zhǔn)面對(duì)話框，并在Z、X平面上建立基準(zhǔn)面。 圖2.17 基準(zhǔn)面建立 l

41、建立需要用的基準(zhǔn)軸： 選擇基準(zhǔn)軸圖標(biāo)，彈出基準(zhǔn)軸對(duì)話框，并在Z、X平面上建立基準(zhǔn)軸。 圖2.18 基準(zhǔn)軸的建立 圖2.18 基準(zhǔn)軸和基準(zhǔn)面的建立 l 選擇草圖平面： 進(jìn)入草圖繪制菜單：選擇草圖圖標(biāo)，彈出生成草圖平面對(duì)話框，sketch name→sketch_000。 l 建立草圖： 在所選擇的草圖平面上，繪制出從動(dòng)軸的大致輪廓； 按圖標(biāo)對(duì)草圖分別進(jìn)行形狀約束和尺寸約束，得到從動(dòng)軸，如圖2.19所示。 圖2.19 草圖生成 l 生成實(shí)體外型： 利用掃描特征生成實(shí)體外型：選擇回轉(zhuǎn)圖標(biāo)→選中所需曲線→選中旋轉(zhuǎn)軸→確定。如圖2.20所示 圖2.20

42、 實(shí)體生成 第四步：成型特征及其他特征建立 l 建立基準(zhǔn)平面及基準(zhǔn)軸 操作步驟同上，位置如圖2.21所示 圖2.21 創(chuàng)建基準(zhǔn)面 l 建立凸墊： 進(jìn)入凸墊菜單：選擇凸墊圖標(biāo)→矩形→基準(zhǔn)面→接受默認(rèn)邊→基準(zhǔn)軸→X長(zhǎng)度2.5MM，Y長(zhǎng)度16MM，Z長(zhǎng)度1.8，拐角半徑0，拔模角0。如圖2.22所示。 圖2.22 凸墊生成 l 重復(fù)上述步驟建立另一個(gè)凸墊： 尺寸和前一個(gè)一樣，如圖所示。 圖2.23 第2個(gè)凸墊生成 l 建立草圖： 在所選擇的草圖平面上，按圖標(biāo)對(duì)草圖分別進(jìn)行形狀約束和尺寸約束，繪制出如圖2.24所示的輪廓。 圖2.24 草圖生

43、成 l 生成實(shí)體： 生成所畫(huà)輪廓的實(shí)體，步驟同前。如圖2.25白色部分。 圖2.25 實(shí)體生成 l 曲面上做曲線： 選擇在曲面上做曲線圖標(biāo)→繪出如圖2.26的四條曲線 圖2.26 表面曲線生成 l 以從動(dòng)軸頂端做基準(zhǔn)面繪制草圖： 操作過(guò)程同前，如圖2.27做出草圖 圖2.27 草圖生成 l 引線掃掠： 選擇引線掃掠圖標(biāo)→選中之前曲面上做的曲線以及上步草圖上所畫(huà)曲線→確定。出現(xiàn)如圖2.28實(shí)體。 圖2.28 實(shí)體生成 l 變換命令做繞點(diǎn)旋轉(zhuǎn)： 進(jìn)入變換命令菜單：編輯→變換→選中上步所做實(shí)體→繞點(diǎn)旋轉(zhuǎn)→選中圓心→確認(rèn)→角度

44、45→確認(rèn)→選擇復(fù)制→直到出現(xiàn)一周實(shí)體，如圖2.29所示。 圖2.29 繞點(diǎn)旋轉(zhuǎn)后實(shí)體生成 l 求和： 進(jìn)入求和菜單：選擇求和圖標(biāo)→選擇小的實(shí)體以及大的實(shí)體→保留目標(biāo)體→確認(rèn)。 l 簡(jiǎn)單孔： 進(jìn)入構(gòu)建孔特征菜單：選擇打孔圖標(biāo)→選擇簡(jiǎn)單孔→選中所得實(shí)體的底面→參數(shù)：直徑10MM，深度50MM，頂錐角0 定位:（點(diǎn)到面距離）→選擇圓心在基準(zhǔn)面上→距離為0 （點(diǎn)到點(diǎn)距離）→選擇圓心到底面大圓圓心→距離0 l 鏡像復(fù)制： 進(jìn)入鏡像復(fù)制菜單：選擇鏡像復(fù)制圖標(biāo)→選擇所建立的第一個(gè)凸墊的底面小孔 →確定→在數(shù)字中輸入29，角度中輸入12.5，單擊確定。

45、如圖2.30所示。 圖2.30 鏡像復(fù)制后實(shí)體 同樣的方法對(duì)第2個(gè)凸墊進(jìn)行鏡像復(fù)制 l 倒角： 進(jìn)入構(gòu)建倒角菜單：選擇倒角圖標(biāo)→選中所要倒角的邊或孔→偏置：輸入具體的值。對(duì)所有凸墊進(jìn)行相同操作如圖2.31。 圖2.31 倒角生成 l 倒螺紋： 進(jìn)入構(gòu)建倒螺紋菜單：選擇倒螺紋圖標(biāo)→選擇所要倒螺紋的面：副直徑17.5MM,長(zhǎng)度20MM,螺距2.5MM,角度60deg,右手,最后單擊確認(rèn)。如圖2.32所示。 圖2.32 倒螺紋生成 l 完成從動(dòng)軸建模 3 主減速器零部件分析 3.1 輪齒受力分析 汽車的動(dòng)力經(jīng)變速箱和中間傳動(dòng)軸到后橋

46、減速器后，再經(jīng)主、從齒輪的嚙合，改變方向后經(jīng)差速機(jī)構(gòu)把動(dòng)力傳遞到汽車的輪轂，從而實(shí)現(xiàn)汽車的驅(qū)動(dòng)。汽車在前進(jìn)時(shí)，被齒對(duì)主齒的作用力所產(chǎn)生的軸向分力是由下軸承承受；而在倒擋時(shí)，被齒對(duì)主齒的作用力所產(chǎn)生的軸向分力由主齒傳遞給上軸承。由于主動(dòng)齒輪為弧齒錐齒輪，此時(shí)其受力如圖3.1所示。 圖3.1 錐齒輪受力分解圖 對(duì)于斜錐齒輪，其受力一般都視為作用在平均分度圓上，即齒寬中點(diǎn)處的分度圓上。 變速器Ⅰ檔的傳動(dòng)比 ，Ⅱ檔的傳動(dòng)比 ，變速器Ⅲ檔的傳動(dòng)比 ，變速器Ⅳ檔的傳動(dòng)比 ，變速器R檔的傳動(dòng)比 ，可以看出最大傳動(dòng)比是在Ⅰ檔處。 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩，變速器為Ⅰ檔時(shí)，作用于主動(dòng)齒輪的扭矩為：

47、 —發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出扭矩 —變速器Ⅰ檔的傳動(dòng)比 —為傳動(dòng)效率 計(jì)算得到 那么此時(shí)主齒中點(diǎn)處分度圓上的切向力為： 齒寬中點(diǎn)處的軸向力為： —齒寬中點(diǎn)螺旋角 —齒寬處壓力角 —齒寬分度圓直徑 計(jì)算得到 根據(jù)上式，把汽車后橋減速器的主齒的參數(shù)代入上式，可得到當(dāng)前需要的軸向力的大小。 3.2 應(yīng)用有限元法分析錐齒輪強(qiáng)度 3.2.1 裝配主、從動(dòng)錐齒輪 第一步：創(chuàng)建新零件文件 新建文件Gear：文件→新建或　，文件名（N）→Gear；單位→毫米 第二步：打開(kāi)裝配選項(xiàng) 進(jìn)入菜單點(diǎn)擊→在裝配項(xiàng)打勾 第三步：進(jìn)行裝配 l 添加組件：

48、進(jìn)入添加組件菜單：選擇添加組件圖標(biāo)→選擇部件文件→打開(kāi)先前建立的從動(dòng)錐齒輪，出現(xiàn)如圖3.2所示的預(yù)覽對(duì)話框→中鍵點(diǎn)選后將其固定。 圖3.2 從動(dòng)錐齒輪預(yù)覽對(duì)話框 重復(fù)以上步驟，打開(kāi)主動(dòng)錐齒輪預(yù)覽對(duì)話框，如圖3.3所示。 圖3.3 主動(dòng)錐齒輪預(yù)覽對(duì)話框 中鍵點(diǎn)選→彈出配對(duì)對(duì)話框→在配對(duì)類型中選擇對(duì)齊→選中2個(gè)面對(duì)齊，將主動(dòng)錐齒輪放入圖中，如圖3.4所示。 圖3.4 主、從動(dòng)錐齒輪對(duì)齊部分 l 定位組件：選中主動(dòng)錐齒輪，選擇定位組件圖標(biāo)→在對(duì)話框中選擇平移→測(cè)量?jī)蓚€(gè)對(duì)齊平面的距離，在Y軸上進(jìn)行平移，最后進(jìn)行位置調(diào)整，如圖3.5所示。 圖3.5 主、從動(dòng)錐齒輪裝配圖

49、 l 裝配完成 3.2.2 有限元法分析齒輪強(qiáng)度 有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）的基本概念是用較簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的(較簡(jiǎn)單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問(wèn)題的解。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題被較簡(jiǎn)單的問(wèn)題所代替。由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。 有限元法在機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度分析方面因具有較高的計(jì)算精度而到普遍采用，特別是在材料

50、應(yīng)力-應(yīng)變的線性范圍內(nèi)更是如此。另外，當(dāng)考慮機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力的偶合時(shí)，像ANSYS、NASTRAN等大型軟件都提供了極為方便的分析手段。齒輪是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系中普遍采用的傳動(dòng)零件。通過(guò)對(duì)齒輪齒根彎曲應(yīng)力和齒面接觸應(yīng)力的分析，優(yōu)化齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高齒輪的承載載力和使用壽命。 運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)裝配圖中的主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪進(jìn)行強(qiáng)度的分析。首先將主動(dòng)錐齒輪的中心軸固定在X軸上，使其只繞X軸旋轉(zhuǎn)；將從動(dòng)錐齒輪的中心線固定在Y軸上，使其只繞Y軸旋轉(zhuǎn)，接著在從動(dòng)軸的軸肩施加一個(gè)的載荷（由前面計(jì)算得到），選用材料的彈性模量和泊松比分別為和，最后用ANSYS軟件進(jìn)行分析，結(jié)果如下圖3.6所示。

51、 圖3.6 有限元法分析齒輪強(qiáng)度 從上圖中可以看出，顏色最深部分（紅色區(qū)域）是應(yīng)力最大部分，達(dá)到；顏色最淺部分（淡藍(lán)色區(qū)域）是應(yīng)力最小部分，達(dá)到。所選用的材料的抗拉應(yīng)力為，安全系數(shù)為，由此可見(jiàn)， ，所設(shè)計(jì)齒輪的材料是符合標(biāo)準(zhǔn)的。 從分析來(lái)看，除了接觸區(qū)域外，大部分結(jié)構(gòu)的應(yīng)力都比較小，輪齒根部的應(yīng)力也比較小，最大應(yīng)力是發(fā)生齒輪的齒頂部位，說(shuō)明這個(gè)區(qū)域是接觸表面疲勞磨損最厲害的地方，如果對(duì)齒輪尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小應(yīng)力，便可以減小疲勞磨損。 3.3 主、從動(dòng)錐齒輪嚙合間隙的調(diào)整 3.3.1 調(diào)整方法 (1) 通過(guò)主動(dòng)錐齒輪總成和殼體間的調(diào)整大墊片進(jìn)行調(diào)整。增

52、加調(diào)整大墊片，嚙合間隙變大；反之，嚙合間隙變小。 (2) 調(diào)整大螺母調(diào)整。松左側(cè)調(diào)整大螺母，緊右側(cè)調(diào)整大螺母，嚙合間隙變?。环粗?，嚙合間隙變大。 注意點(diǎn)： (1) 此時(shí)屬初調(diào)嚙合間隙，一般只通過(guò)調(diào)整大螺母調(diào)整。 (2) 調(diào)整時(shí)，必須先松一側(cè)調(diào)整大螺母，再緊另一側(cè)調(diào)整大螺母，先松后緊，松幾圈，緊幾圈，以保證從動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度不變。 3.3.2 檢測(cè)方法 嚙合間隙規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)為mm，使用極限為mm。檢測(cè)方法可用如下幾種： (1) 百分表檢測(cè)法 將百分表固定于主減速器蓋上，用百分表測(cè)頭抵在主動(dòng)錐齒輪突緣的邊上，左右轉(zhuǎn)動(dòng)突緣，測(cè)出其自由擺動(dòng)量，即為嚙合間隙。 (2) 卡尺檢測(cè)法 將m

53、m的軟金屬絲(軟鋁絲或者保險(xiǎn)絲)放入被動(dòng)錐齒輪齒面間，轉(zhuǎn)動(dòng)錐齒輪，用游標(biāo)卡尺測(cè)量(被壓扁的軟金屬絲)的厚度，即為嚙合間隙。 (3) 經(jīng)驗(yàn)法 用手來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)主動(dòng)錐齒輪突緣，憑經(jīng)驗(yàn)聽(tīng)輪齒撞擊聲，可判斷嚙合間隙大小。 3.4 主、從動(dòng)錐齒輪嚙合印痕和齒側(cè)間隙的調(diào)整 嚙合印痕反映了主減速器齒輪的受力承載情況，主減速器的調(diào)整應(yīng)以嚙合印痕為主。 主、從動(dòng)錐齒輪嚙合印痕和齒側(cè)間隙的調(diào)整要求：主、從動(dòng)錐齒輪應(yīng)沿齒長(zhǎng)方向接觸，其位置控制在齒輪的中部偏向小端，離小端端部mm，接觸痕跡的長(zhǎng)度不小于齒長(zhǎng)的50%，齒高方向的接觸印痕應(yīng)不小于齒高的50%，一般應(yīng)距離齒頂mm；齒側(cè)間隙為mm，但對(duì)每一對(duì)錐齒輪副嚙合

54、間隙的變動(dòng)量不得大于mm。 調(diào)整原則： (1) 調(diào)整時(shí)應(yīng)先調(diào)好主、從動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度、嚙合間隙，然后調(diào)整嚙合印痕。 (2) 檢查調(diào)整嚙合印痕時(shí)，應(yīng)以前進(jìn)擋工作面為主，適當(dāng)兼顧倒退擋。 (3) 調(diào)整嚙合印痕時(shí)，應(yīng)輔助調(diào)整嚙合間隙。 (4) 調(diào)整嚙合印痕過(guò)程中，必須保證從動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度不變。 當(dāng)主、從動(dòng)錐齒輪嚙合印痕和齒側(cè)間隙不符合要求時(shí)，應(yīng)按照下列方法調(diào)整，簡(jiǎn)化口訣是:“大進(jìn)從”，即當(dāng)嚙合印痕偏向大端時(shí)，將從動(dòng)齒輪向主動(dòng)齒輪移近；若此時(shí)齒側(cè)間隙過(guò)小，則將主動(dòng)齒輪向外移開(kāi)?！靶〕鰪摹保串?dāng)嚙合印痕偏向小端時(shí)，將從動(dòng)齒輪向主動(dòng)齒輪移開(kāi)；若此時(shí)齒側(cè)間隙過(guò)大，則將主動(dòng)齒輪向內(nèi)移近?！绊?/p>

55、進(jìn)主”，即當(dāng)嚙合印痕偏向齒頂時(shí)，將主動(dòng)齒輪向從動(dòng)齒輪移近；若此時(shí)齒側(cè)間隙過(guò)小，則將從動(dòng)齒輪向外移開(kāi)。“根出主”，即當(dāng)嚙合印痕偏向齒根時(shí)，將主動(dòng)齒輪自從動(dòng)齒輪移開(kāi)；若此時(shí)齒側(cè)間隙過(guò)大，則將從動(dòng)齒輪向內(nèi)移近。 就這樣，根據(jù)嚙合印痕部位反復(fù)調(diào)整，直至符合技術(shù)要求。調(diào)好嚙合 印痕后，將從動(dòng)錐齒輪軸承蓋的連接螺栓以的扭矩?cái)Q緊，裝好防松裝置。 4．總結(jié) 1) 分析了主減速器齒輪產(chǎn)生故障原因； 2) 理論計(jì)算，算出模數(shù)、分度圓直徑、螺旋角、齒高、重合度等齒輪的重要數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行齒面接觸強(qiáng)度校核及齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核理論計(jì)算及強(qiáng)度校核； 3) 運(yùn)用UG軟件創(chuàng)建出所設(shè)計(jì)的主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪的模

56、型； 4) 對(duì)模型進(jìn)行受力分析； 5) 裝配模型，并且運(yùn)用有限元分析法對(duì)齒輪進(jìn)行強(qiáng)度分析； 6) 闡述主、從動(dòng)錐齒輪嚙合間隙的調(diào)整與檢測(cè)。 謝辭 本論文是在趙波老師的悉心指導(dǎo)下完成的。 趙波老師為我傾注了大量心血，她的寬廣知識(shí)面和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)我課題的完成起到了很重要作用，同時(shí)對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和工作來(lái)說(shuō)，這也是一筆難得的財(cái)富。從趙波老師身上，我不僅學(xué)到了專業(yè)知識(shí)和學(xué)習(xí)方法，更學(xué)習(xí)到很多做人的道理，這是我學(xué)習(xí)生活中一筆無(wú)價(jià)的財(cái)富，我再次表示深深的謝意。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成意味著我的大學(xué)生活即將結(jié)束。在此，我要感謝所有教授我們知識(shí)的老師，感謝他們四年來(lái)

57、孜孜不倦的教導(dǎo)，感謝他們?cè)诖舜萎厴I(yè)設(shè)計(jì)中給予我們的幫助和指導(dǎo)。你們所傳授我們的并不只有書(shū)本上的知識(shí)，更傳授了我們?cè)趯W(xué)習(xí)中應(yīng)有的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)方法，這將在我今后的人生中受益無(wú)窮。 最后，我要感謝父母的養(yǎng)育之恩，他們勤勞樸素的作風(fēng)、誠(chéng)實(shí)善良的品德，是我一生的榜樣。 參考文獻(xiàn) [1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M]. 吉林：人民交通出版社，2002. [2] 余志生.汽車?yán)碚揫M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2000. [3] 張洪欣.汽車設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996. [4] 唐藝.新編汽車構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1998. [5]

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